他手指在算盘上飞舞,嘴里念叨着假设值:“假设初始质量=2公斤,装药0.3公斤,燃烧时间t_b=1.2秒,那么每秒烧掉0.25公斤,质量流率dot就是0.25……”
算珠碰撞声在岩洞里清脆作响。小石头屏住呼吸,看师父把那些抽象的箭头和符号,变成算盘上一粒粒具体的珠子。
“喷口面积A_e取竹筒内径的一半,大约0.0003平方米……燃气速度v_e,黑火药大概300-400米每秒,取350……喷口压力p_e估测3个大气压,外界p_a是1个大气压……”
数字一项项代入第一式。
算盘最终停在一个数上。
“估算推力F……约12公斤力。”林凡写下这个数字,抬头看小石头,“意思是,如果火箭重2公斤,这个推力能产生大约6倍重力加速度的初始加速度。不小。”
接着是阻力。他翻到那本日文《通俗物理学》的某一页,上面有不同形状物体的阻力系数表。圆柱体,C_d大约0.8;带尖头的圆柱,能降到0.5以下。
“咱们做尖头。”林凡在草图上修改头部形状,“这样在速度还不高的时候,阻力能小些。”
最复杂的是第三式的分段计算。林凡手绘了一张表格,横栏是时间t(秒),纵栏是质量公斤)、速度v(米/秒)、高度h(米)、推力F(公斤力)、阻力D(公斤力)。
从t=0开始,2.0,v=0,h=0,F=12,D=0。
0.1秒后:质量减少0.025公斤(燃烧消耗),1.975;加速度a=(F-D-sin45°)/假设45度发射……需要重力分量,g取9.8,sin45°约0.707……
计算尺滑动,刻度对准,读数。
“Δv≈5.2米/秒,所以v=5.2;Δh≈v_平均Δtsinθ,大约0.18米。”
林凡的手很稳,但额头上沁出了细汗。在没有计算机的年代,手动做这种分段数值计算,是对耐心和细心的极限考验。任何一个参数假设错误,一个计算步骤失误,整个表就全错了。
小石头悄悄端来一碗水。林凡喝了一口,继续。
t=0.2秒,t=0.3秒……
随着速度v增加,阻力D开始显现。从0.1秒时的几乎为零,到0.5秒时已经增长到推力的三分之一。而同时,质量减小,推力F也可能因燃烧室压力变化而改变——这又需要另一个经验公式来估算。
工作从清晨持续到午后。牛皮纸上那张表格逐渐填满,形成了一条轨迹:速度先快速上升,然后增速放缓;高度曲线则是一条先陡后缓的上升弧线。
当t=1.2秒,装药烧完时,表格显示:末速度v_x≈62米/秒,高度h≈35米。
“然后进入无动力滑翔段,只受重力和阻力……”林凡继续算了几行,直到速度降为零。
最终的最大射程,在45度发射角下,估算值大约是……280米。
“只有280米?”小石头有些失望,“还不如‘飞雷神’?”
“这是第一次估算,而且用的是最保守的参数。”林凡指着表格里的几个假设,“实际燃气速度可能更高,阻力系数可能更低,装药燃烧也可能更充分。而且……”
他翻到草纸背面,那里画着另一种设计:细长箭体,更小的迎风面积,更优化的头锥形状。
“修改设计,射程可能翻倍,甚至更多。”林凡眼睛里有光,“但这不是关键。关键是,咱们现在有了一套方法——一套从设计参数预估性能的方法。不再是蒙着做,炸了都不知道为啥炸。”
他把那张填满的表格小心地揭下来,贴在“矢”计划牛皮纸的“稳定飞行研究”分支下。
“接下来,咱们的任务就是验证和修正。”林凡数着步骤,“第一,做静态试车,实测推力曲线,修正推力公式;第二,做风洞模拟——别瞪眼,不是真风洞,咱们用烟流和吊线法看气流;第三,实测不同形状的阻力……”
他说话时,手已经在草纸上画起了静态试车台的草图:一个固定火箭发动机的架子,后面连着弹簧秤或配重滑车,测量推力随时间的变化。
理论从纸上走下来,开始拥抱粗糙的木板、生锈的铁件、手磨的零件。
小石头看着那张复杂的推力估算公式,忽然问:“师父,这些弯弯绕绕的……您以前学过?”
林凡的手顿了顿。
他想起另一个时空的大学课堂,教授在黑板上写下齐奥尔科夫斯基火箭方程;想起图书馆里那些精装的航空航天教材;想起电脑屏幕上流体力学