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关于喷头材料的问题,主要集中于材料供应环节。

中华是一个严重缺铜的国家,国内进口的铜金属95%以上供应各大兵工厂,市面上的铜钱和铜制品少得可怜,而这些进口铜金属纯度约为99%左右,无法达到工业级纯铜的标准。

工业级纯铜,俗称紫铜,含量标准为%以上,如此才具备最佳的热传导系数,这种高端紫铜原料属于国家战略资源之一,中华没有生产能力,全部依赖对外进口。

“想要购买%纯度以上的紫铜不现实,经济上也不允许,看来必须自力更生,在根据地建立一套完整的紫铜生产体系,采矿冶炼,最后电解精炼,这样就能得到紫铜,不仅氧枪喷头需要用到,发电机,变压器,电话线,子弹和炮弹等等,都需要铜。”余华默默思索,在笔记本上写下关于喷头材料供应的解决办法。

电解法,这是当前最适合根据地的紫铜生产工艺,把粗铜作为阳极,纯铜作阴极,以硫酸铜溶液为电解液,经过电解纯度可达到%。

较为容易的材料供应环节问题解决,现在回过头来,着手难度最高的地方。

喷头结构如何设计,才能符合要求?

“想要获得超音速气流,提高压力和速度是关键,这里应该采用火箭发动机的拉瓦尔喷管结构,类似涡扇引擎的直筒结构设计虽然也能得到超音速气流,但技术要求很高。”

余华右手转着铅笔,记忆涌现,大脑对曾经浏览学习过的B站氧吹炉技术视频资料进行分析,综合自己在机械工程系学到的重要知识,很快确定喷头结构设计。

拉瓦尔喷管结构,日后火箭发动机喷管的主要结构设计,喷管分为两部分,前半部分形状为由大到小,向中间缩减为一个窄喉结构,类似漏斗状,后半部分则迅速扩张,同样类似漏斗状。

从流体力学角度出发,拉瓦尔喷管是一个很有意思的设计。

一般而言,高压纯氧在喷管内运动遵循‘流体在管中运动时,截面小处流速大,截面大处流速小’原理,喷管前半部分,高压纯氧随着喷管收敛缩小不断加速,在窄喉区域达到气流的运动速度临界点。

这时,亚音速气流无法继续提升,不再遵循‘截面小处流速大,截面大处流速小’原理,情况与之恰恰相反,出现‘截面越大,流速越快’现象,所以到了后半部分,拉瓦尔喷管会迅速扩张,增大气流截面积。

这个精妙绝伦的设计,使得气流运动速度和压力陡然激增,从每秒三百米提升一个数量级,达到2-3公里/秒,约为7马赫—8马赫左右。

氧枪喷头采用拉瓦尔喷管设计,便能轻而易举获得超音速气流,而火箭发动机采用拉瓦尔喷管设计,就得到了前所未有的巨大推力。

此外,耳熟能详的弹道导弹,防空导弹,空空导弹等发动机喷管,基本采用拉瓦尔喷管结构。

好用,实在。

不过,由于这个年代火箭和导弹均未诞生,人们还没有真正意义上认识到拉瓦尔喷管的价值,自从被瑞典人拉瓦尔发明取得专利以来,便放在家里吃灰。

余华脑海已然构思出整个拉瓦尔喷管的形状结构,右手执笔,在崭新的设计图纸上,画出基于拉瓦尔喷管的氧枪喷头。

整个氧枪喷头采用多孔式结构,总共三个微型拉瓦尔喷管结构,随后,余华建立的实时动态喷管数学模型进行分析,数分钟后,得出分析结果。

在高压纯氧气流压力和流量恒定不变的情况下,三孔设计的超音速气流经过分流处理,速度正好适中,不会伤害到2T级转炉炉底内衬。

单孔结构喷头,在同等工作氧压参数下,气流速度可以达到2公里每秒,会对炉底内衬造成严重冲击。

“就用三孔喷头,非常适合2T级实验转炉。”得到分析结果,余华随即确定采用三孔喷头,紧接着,开始下一步设计——枪身。

由于氧枪需要在温度和热辐射极高的转炉内工作,为了避免氧枪受热损坏,除了一条供氧管道外,还应当加入冷却散热管道。

风冷散热肯定不行,必须用液态冷却。

枪身部分设计,余华用的是三管齐下方桉,中心管道为主供氧管道,第二根管道为冷却水进水,最外层第三根管道为冷却水出水,枪身与枪尾连接处采用法兰和密封胶圈。

设计图纸上,由一条条标准线条和符号构成的三孔喷头氧枪逐渐成形,余华一边设计一边建立数学模型,进行计算模拟,获得数据,然后根据这些计算数据进行修改。

这是余华独有的科研优势。

时间一分一秒流逝,在清华学堂内所有学生结束上午的考试科目时,余华从高耗能的研发状态之中退了出来,放下铅笔,揉了揉微微肿胀的太阳穴,结束今天的氧枪研发工作。

目前,氧枪设计工作进度已经完成大约50%左右,当前效率,预计三天后搞定。

“计算模拟好是好,但消耗太大,每天八个多小时高效学习时间,动用思维计算机只能维持50分钟满负荷使用时间,如果有什么神丹妙药能让我全天候二十四小时运转,并且不伤害我的身体就好了。”思维中心的金色数学符号源源不断释放冰凉之意,余华大脑的肿胀不适感逐渐退去,用心感受自身的状态,轻声叹了一口气。

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