.正如同黨愛(ài)國(guó)對(duì)學(xué)生們說(shuō)的，對(duì)于機(jī)械而言，強(qiáng)大而持續(xù)的動(dòng)力是非常重要的，.
而另一個(gè)影響機(jī)械性能的重要因素不是設(shè)計(jì)，而是材料。材料性能制約著機(jī)械的發(fā)展，而機(jī)械設(shè)計(jì)這方面反而是次要的了。
在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，就不乏公輸班和墨翟這樣的能工巧匠，能夠設(shè)計(jì)出令后世的工程師們也嘆為觀(guān)止的機(jī)械來(lái)。何況就算不是魯班和墨子這樣宗師級(jí)水平的匠人，在長(zhǎng)期的實(shí)踐作業(yè)中也有可能改進(jìn)某種機(jī)械的某一個(gè)方面。
哪怕這種改變只是極其微小的，但就是這樣許許多多個(gè)可能一輩子沒(méi)有什么流芳千古的，深刻地影響了整個(gè)世界的發(fā)明創(chuàng)造的“技術(shù)人員”的努力，才令某位天才的某個(gè)重大發(fā)明一點(diǎn)一滴地提高效率、減少故障、減低成本，最后達(dá)到這個(gè)發(fā)明的極致。
黨愛(ài)國(guó)在影響機(jī)械的三個(gè)方向上，最主抓的是動(dòng)力機(jī)械研究，其次是材料研究，再次才是機(jī)械原理及設(shè)計(jì)研究。這倒不是根據(jù)影響機(jī)械的幾個(gè)要素的重要性排列的，而是根據(jù)三國(guó)時(shí)期的生產(chǎn)需求和科技現(xiàn)狀排列的。
其實(shí)對(duì)于這時(shí)的機(jī)械而言，制約其發(fā)展的最大因素是材料，而研究材料學(xué)就必須要先研究化學(xué)。
但是，此時(shí)的化學(xué)只能算是出現(xiàn)了一個(gè)雛形而已，其理論研究壓根就是道士們煉丹合藥的副產(chǎn)品。就算在現(xiàn)代化學(xué)的誕生地——?dú)W洲，那些煉金術(shù)士們進(jìn)行研究的動(dòng)機(jī)，也只不過(guò)是想煉制出那個(gè)傳說(shuō)中能將普通金屬轉(zhuǎn)化成黃金的“賢者之石”罷了。還有另一部分不以此為目的的煉金術(shù)士，則是和中國(guó)的道士一樣想要煉制出傳說(shuō)中的不死之藥。
而這一時(shí)期真正有用的化學(xué)，卻是并沒(méi)有形成系統(tǒng)的研究理論的應(yīng)用化學(xué)。人們制造各種物品時(shí)，不可避免地會(huì)與化學(xué)打交道。比如冶金、制陶、玻璃、造紙、印染等行業(yè)，其中的礦石、陶土、石英砂、紙漿、染料等原材料，最終要生產(chǎn)出成品來(lái)就必須得用到化學(xué)。
只是黨愛(ài)國(guó)對(duì)化學(xué)的研究方法并不是十分清楚，他所能做的也只有將自己能夠記得的化學(xué)知識(shí)，以及空白的位置遠(yuǎn)比填上的位置多得多的元素周期表給默寫(xiě)出來(lái)而已。除此之外就是將自己見(jiàn)過(guò)的各種化學(xué)實(shí)驗(yàn)器械給設(shè)計(jì)出來(lái)，以便讓那些“研究人員”——多半是道士，能夠更精確更安全地進(jìn)行化學(xué)研究。
正因?yàn)橹雷约核茏龅挠邢?，所以黨愛(ài)國(guó)整理完了自己記憶中的化學(xué)知識(shí)之后，就招來(lái)了一批將他奉為天人的丹鼎派道士，從事具體的理論研究工作。黨愛(ài)國(guó)只要沒(méi)事給他們上上化學(xué)課，指導(dǎo)一下研究課題，劃撥資金支持研究，最后再審核一下研究成果就足夠了，其它的就算他干著急也沒(méi)有用。
而機(jī)械原理和設(shè)計(jì)的研究就簡(jiǎn)單了。正因?yàn)檫@兩門(mén)學(xué)科很有“群眾基礎(chǔ)”，所以黨愛(ài)國(guó)要做的就是把他知道的那點(diǎn)物理、力學(xué)、機(jī)械知識(shí)以及他見(jiàn)過(guò)的某些機(jī)械的設(shè)計(jì)理念講出來(lái)，讓工匠們自己研究就行了。
而且黨愛(ài)國(guó)的這些知識(shí)并不是孤立的，它們與各種古代科學(xué)著作是能夠?qū)?yīng)上的。關(guān)于機(jī)械原理和設(shè)計(jì)方面，魯班和墨子都分別留下了各自的傳承——那可都是貨真價(jià)實(shí)的古代物理學(xué)和機(jī)械學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)。另外像數(shù)學(xué)、天文學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)等，在東漢末年之前也都已經(jīng)產(chǎn)生了不少理論著作——雖然其中天文學(xué)的研究中，有一個(gè)很重要的目的是占卜吉兇。
因此黨愛(ài)國(guó)在教了他們現(xiàn)代知識(shí)之后，也安排了其中精研過(guò)古代科學(xué)專(zhuān)著的人，對(duì)古代科學(xué)知識(shí)進(jìn)行了符合黨愛(ài)國(guó)所教授的現(xiàn)代知識(shí)描述方式的“翻譯”。如果有必要，黨愛(ài)國(guó)還會(huì)親自上陣翻譯。只是這些古代科技文獻(xiàn)太雜，他的古文造詣?dòng)植桓?，所以他一般都只?fù)責(zé)最后的譯文審核，改正或去除其中的某些錯(cuò)誤理論。
這項(xiàng)翻譯工作不只限于機(jī)械方面，而是涉及到所有古代科學(xué)著作的龐大工程。黨愛(ài)國(guó)對(duì)此很看重，親自擔(dān)綱監(jiān)督。畢竟他頭腦中記住的東西有限，很多時(shí)候都只有一個(gè)孤立的結(jié)論而已。只有將古代科學(xué)著作整理翻譯出來(lái)，各個(gè)學(xué)科的研究的理論體系才算搭建了起來(lái)。
在機(jī)械設(shè)計(jì)方面，黨愛(ài)國(guó)另外能夠做的就是建立“標(biāo)準(zhǔn)化”的體系，讓機(jī)械的設(shè)計(jì)和制造更加規(guī)范。并對(duì)“專(zhuān)利”進(jìn)行保護(hù)，以此來(lái)鼓勵(lì)工匠們進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造。其它的就暫時(shí)沒(méi)有什么需要他的地方了，只要讓這些工匠們自己進(jìn)行理論研究和更新就可以了。
不過(guò)動(dòng)力機(jī)械的研究，這是黨愛(ài)國(guó)重點(diǎn)主抓的項(xiàng)目。畢竟工業(yè)革命的初期又可以被稱(chēng)為“蒸汽機(jī)時(shí)代”，接下來(lái)則是“內(nèi)燃機(jī)時(shí)代”和“電動(dòng)機(jī)時(shí)代”。機(jī)器之所以能夠代替人力和畜力，就是因?yàn)閯?dòng)力機(jī)械的進(jìn)步，讓人類(lèi)可以通過(guò)消耗某種燃料來(lái)獲得更加強(qiáng)大的動(dòng)力。
而黨愛(ài)國(guó)所建立的動(dòng)力機(jī)械研究所，就在緱氏的造紙工廠(chǎng)附近的河邊。畢竟現(xiàn)在有必要大量使用機(jī)械的，也只有造紙工廠(chǎng)了。他以后預(yù)定建立的印刷工廠(chǎng)，大概也是需要機(jī)械的大戶(hù)。黨愛(ài)國(guó)現(xiàn)在最看重的就是普及知識(shí)，那么就需要大量的書(shū)籍，因此造紙廠(chǎng)和印刷廠(chǎng)不管有多少都不會(huì)嫌多。
中央大學(xué)校外教學(xué)團(tuán)參觀(guān)完了造紙工廠(chǎng)之后，黨愛(ài)國(guó)緊接著就帶學(xué)生參觀(guān)了動(dòng)力機(jī)械研究所。
在這里，學(xué)生們首先看到了還沒(méi)有在造紙工廠(chǎng)使用的蒸汽機(jī)。不過(guò)這個(gè)簡(jiǎn)陋的蒸汽機(jī)只是一個(gè)帶有活塞的鍋爐罷了，活塞的另一頭通過(guò)連桿和一個(gè)好像在古老的蒸汽火車(chē)上才會(huì)使用的大輪子連在一起。
蒸汽機(jī)的工作原理黨愛(ài)國(guó)早已經(jīng)講過(guò)了，此時(shí)看到了實(shí)物，跟在他身邊的劉辯指著“咕嚕咕?！钡匦D(zhuǎn)著的輪子直接問(wèn)道：“校長(zhǎng)既然已經(jīng)造出了蒸汽機(jī)，為何不用在造紙工坊的機(jī)器上？我看蒸汽機(jī)比水車(chē)可快多了，也不需要人去費(fèi)力蹬輪子?！?br/>
“蒸汽機(jī)的確比水車(chē)更好用，只不過(guò)現(xiàn)在的蒸汽機(jī)設(shè)計(jì)得還不太好，漏氣漏得太快了。如果想讓蒸汽機(jī)一直運(yùn)轉(zhuǎn)，就要一直往里面加水和燃料，使用起來(lái)耗費(fèi)的能源太多。能源消耗也算是一種成本，如果這種成本過(guò)于高昂，使得最后的收益比使用水力和人力還少，那么用蒸汽機(jī)反而更不劃算。
另外一點(diǎn)就是蒸汽機(jī)鍋爐的制造材料還不太過(guò)關(guān)，這使得我們即使有辦法讓蒸汽機(jī)少漏氣也不敢那樣設(shè)計(jì)。因?yàn)槁馍倭隋仩t內(nèi)部的氣壓就更高了，氣壓太高鍋爐就有可能爆炸。你們?cè)阱仩t旁看到的這個(gè)大盤(pán)子就是氣壓計(jì)，上面的指針代表著鍋爐內(nèi)的壓力。這個(gè)氣壓計(jì)的設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)陋，只能大概看出氣壓高低，不過(guò)也能湊合著用。
現(xiàn)在唯一使用了蒸汽機(jī)的地方，就是滎陽(yáng)的河一工坊——我們接下來(lái)也會(huì)參觀(guān)那里。在河一工坊中新建的鍛造廠(chǎng)里，有需要用蒸汽機(jī)來(lái)舉起巨大鍛錘的蒸汽鍛造機(jī)。而且河一工坊中還有新建的煉焦廠(chǎng)，所以蒸汽機(jī)鍋爐可以獲得大量被篩選下來(lái)，不適合煉焦用的煤作為燃料?！?br/>
黨愛(ài)國(guó)回答完了劉辯的話(huà)之后，又帶著他們看了浸在河中的渦輪機(jī)，并對(duì)照著一個(gè)放在岸上的渦輪機(jī)給學(xué)生們講解了一下螺旋槳在渦輪機(jī)中的應(yīng)用。
和蒸汽機(jī)一樣，渦輪機(jī)的問(wèn)題也在于材料。一個(gè)是材料的耐腐蝕性不強(qiáng)，另一個(gè)就是材料強(qiáng)度不過(guò)，葉片很容易折斷。由此可以看出來(lái)材料對(duì)機(jī)械的影響，但這種問(wèn)題看出來(lái)了也沒(méi)用，研究新材料也只能按部就班地來(lái)。如果運(yùn)氣好，說(shuō)不定明天就能研究出來(lái)；如果運(yùn)氣不好，等上一百年也不是不可能的。
看過(guò)了渦輪機(jī)之后，黨愛(ài)國(guó)帶著學(xué)生們來(lái)到了研究所內(nèi)的設(shè)計(jì)成果展覽館中，里面有包括風(fēng)車(chē)、水車(chē)的微縮比例模型在內(nèi)的各種動(dòng)力機(jī)械。這個(gè)展覽館并不是為了開(kāi)發(fā)給游客參觀(guān)而建立的，而是為了讓研究人員們能夠通過(guò)觀(guān)察實(shí)物來(lái)了解某些經(jīng)典的設(shè)計(jì)才建立的。
在展覽館里，黨愛(ài)國(guó)給學(xué)生們看了概念型的內(nèi)燃機(jī)。不過(guò)說(shuō)是內(nèi)燃機(jī)，實(shí)際上更像是一個(gè)帶活塞的厚鐵鍋。需要用人力風(fēng)箱往里面送風(fēng)不說(shuō)，燒的還是菜油。油的方面黨愛(ài)國(guó)倒是很容易解決，只要有原油，他起碼可以用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備簡(jiǎn)單分餾出幾種油來(lái)，不過(guò)沒(méi)有必要在這里燒掉就是了。
他雖然不是很清楚內(nèi)燃機(jī)的具體構(gòu)造，但有了原理也可以讓工匠們自己設(shè)計(jì)，不至于搞出這樣掉價(jià)的概念機(jī)械來(lái)，但是那同樣沒(méi)有什么必要。
關(guān)鍵的問(wèn)題還是出在高壓氣缸的材料上。內(nèi)燃機(jī)的燃油和氣體混合燃燒的過(guò)程可以相當(dāng)于爆炸，而且又不像火藥武器一樣有宣泄口，還要推動(dòng)活塞，因此現(xiàn)在的制造材料根本不過(guò)關(guān)。而且在金屬加工技術(shù)上，當(dāng)前的加工能力也還沒(méi)辦法批量生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)。
因?yàn)檫@種種的限制，所以黨愛(ài)國(guó)暫時(shí)也只能浪費(fèi)點(diǎn)菜油燒燒鍋，在口頭上給學(xué)生們說(shuō)明一下內(nèi)燃機(jī)的工作原理了。作為黨愛(ài)國(guó)的鋼鐵工廠(chǎng)和冶金材料研究所的河一工坊，正在按照他所教授的化學(xué)理論，加緊研究質(zhì)量更好的材料。等什么時(shí)候強(qiáng)度更高的鋼鐵生產(chǎn)出了，他就算讓鐵匠手工打造，也一定要想辦法做出個(gè)像樣的內(nèi)燃機(jī)模型。