第18節製造後堂速射炮和半自動步槍、輕機槍
成婚後，劉碩帶著陳二小姐和元香、小玲兩個丫鬟來到了長樂居住，因為劉府家丁少，陳世傑做主，將原來劉碩結婚時幫忙的家丁留了下來，其中包括管家陳全，又送了幾名年輕的家丁給劉碩，馬猴、趙六也在其中。
巡撫朱一馮在看到了劉碩護廠軍戰鬥力後，讓劉碩為心腹歐陽瑞曾新招募的2千浙兵裝備新式火器。歐陽瑞曾等明軍高級軍官，也來到了長樂，甘願放下身份，開始了接受教導大隊的軍事訓練，在軍校接受軍事理論類的知識，劉碩還開始循序漸進的給各位軍官介紹新的科學和思想，這個過程雖然緩慢，總比沒有開始強。
劉碩閑下來，已經是年後了。劉碩又進行了研製，開始令木器研究室的人員製造仿照後世的後堂線膛速射火炮，仿照SKS半自動步槍，將仿AK47的樣式的自動步槍經過改造，變成了輕機槍。劉碩將新設計的火炮命名為二七野炮，炮彈被叫做二七野炮彈。半自動步槍還是叫做二七半，輕機槍叫做二七輕。二七半和二七輕統一使用7.62MM的步槍26彈。
為了使大家有個概念，下麵對劉碩製造的二七野炮及炮彈、二七半和二七輕分別作個介紹。
二七野炮由炮身和炮架兩大部分組成。炮身包括身管、炮尾、炮閂等。身管用來賦予彈丸初速和飛行方向，二七野炮管長口徑75毫米，長2米，炮管管壁由炮口到炮尾逐漸加粗；炮尾用來裝填炮彈；炮閂用以關閉炮膛，擊發炮彈。炮閂的閉鎖方式是橫楔式閉鎖。炮架由反後坐裝置、方向機、高低機、瞄準裝置、大架和運動體等組成。反後坐裝置用以保證火炮發射炮彈後的複位；方向機和高低機用來操縱炮身變換方向和高低，借以確定炮管的方向和角度，保證炮彈向目標飛行；瞄準裝置由瞄準具和瞄準鏡組成，用以裝定火炮射擊數據，實施瞄準射擊，瞄準具其實就是一個有刻度的木杆，瞄準鏡是瞄準在木杆的刻度上麵，通過方向機和高低機的操作達到瞄準的目的；大架和運動體用於射擊時支撐火炮，行軍時作為炮車，因為沒有橡膠，劉碩將車輪設計成了鐵製，中間鐵製的輻條連接。
火炮的發射過程可以分為以下幾個階段：
1、點火：撞擊比較敏感的底火yao或其他方式如點火孔、藥撚等來引燃發射藥，使身管賦予彈丸一個身管軸線方向的初始射向。
2、發射藥燃燒階段：發射藥點燃後，產生高溫高壓的火yao燃氣，在發射藥產生的推力沒有推動彈丸之前，是在一個定容的藥室內進行，如炮彈殼內或炮膛內。隨著火yao的燃燒，壓力迅速升大。這個過程隻有幾毫秒到十幾毫秒，最高溫度達3千度，
3、彈丸的加速運動階段：在燃氣壓力達到可以推動彈丸的時候，彈丸被燃氣推向管口做加速運動，同時燃氣壓力作用於身管。下圖示意了彈丸加速運動過程中的膛內壓力曲線。通過合理的設計發射藥的形狀和尺寸、炮膛的結構尺寸、彈丸等來控製膛內壓力的變化規律，從而控製彈丸的運動規律。
4、火yao燃氣後效作用階段：彈丸在飛出管口後，高溫高壓的火yao燃氣高速從管口噴出，從管口噴出的燃氣，在膛口外急劇膨脹，甚至在有了大量的氧氣後沒有充分燃燒的一氧化碳等氣體產生二次燃燒和爆燃，傷害大炮和我方人員。火yao燃氣這時一方麵繼續對彈丸產生作用，另一方麵對身管產生作用，可以通過控製噴出的氣體的流動方向和流量來控製其作用效果，例如炮口的止退器就是使高速的燃氣向後噴出，從而可以實現減小後坐力。不過劉碩的二七野炮口徑小，可以不用考慮炮口的止退器。
圖：膛內壓力變化規律
在火炮點火發射後，在燃氣壓力推動彈丸向管口方向加速運動的同時，根據作用和反作用原理，燃氣壓力對身管有向管口反方向的作用，燃氣作用在身管上沿軸線與管口反方向的作用力的合力為炮膛合力。炮膛合力做種通過發射裝置的炮架傳到地麵上，稱炮身作用於炮架的力為後坐力。發射時，膛內燃氣壓力很大，就二七野炮來說，能達近近200MPa，（後麵出的炮可能達700MPa以下），因此後坐力非常大，如果身管與炮架剛性連接，可能會損毀炮架或身管，或者炮架在發射後移動很大的位置，再次發射時需要將炮架複位，浪費很大的時間和體力，後世拿破侖在滑鐵盧之戰時，據說就是炮兵在複位炮架浪費了體力，後來沒有力氣裝填炮彈才無法開炮也是失利的一個重要原因，所以劉碩設計了反後坐力裝置。反後坐力裝置讓身管沿軸線方向向後運動，這就是後坐。這樣，炮膛合力分成了兩部分，一個是後坐運動的慣性力，另一部分才是通過緩衝裝置作用與炮架的後坐力。由於後坐運動，作用於炮艦的後坐力比炮膛合力小了很多，約為十幾分之一到四十分之一，從而保證了設計的靜止性和穩定性，在保證炮架的剛度和強度的情況下，盡可能的減輕炮架的重量，減小炮架的結構尺寸。
雖然後世的先進火炮的反後坐裝置是駐退機和複進機是分開的，但是在19世紀末20世紀初一直到二次世界大戰中使用的大部分小型火炮，都是駐退機和複進機合為一體，叫做駐退複進機。劉碩也采用了這種方法，將駐退和複進一起完成
駐退複進機的工作條件是十分惡劣的，每一次審計循環的工作時間短暫，後坐時間大約為0.1~0.5秒，複進運動的時間約為1－3秒，作用力、氣體力等變化劇烈，並且整個過程因為壓縮氣體做功，會產生大量的熱，使氣缸溫度不斷升高。這樣，駐退複進機設計時遇到了麻煩，劉碩製造的彈簧因性能和質量問題，而且氣缸在製造時也無法達到完全閉氣，所以複進機為氣缸加彈簧的方式，同時利用它們為身管複位進行能量的儲存。[[[CP|W:250|H:190|A:L|U:http://file1.qidian.com/chapters/20103/10/1488938634038561155132500298611.jpg]]]圖：駐退複進機、身管、導軌
駐退複進機的氣缸為3層筒套，在內筒中封閉了植物油，使用油來封閉氣體，油還起到了潤滑的作用。缸的封閉端即工作腔放置了彈簧，底部有孔連到中筒，中筒在另外一端有孔連到外筒，內筒、中筒中加灌植物油，外筒一半是油，另外一半為高壓空氣。當身管後坐時，帶動缸套一起運動，活塞壓縮推動油流動開始壓縮氣體，儲存能量。複位時，被壓縮的高壓空氣反彈，和彈簧共同推動活塞進行複位動作。駐退複進機在駐退後，儲存的能量很大，內筒和中筒的孔做成了由3個小孔組成，其中有1個小孔為單向孔，這樣在複位時液體的回流速度變慢，控製了複位動作的速度，增加複位動作的穩定性。駐退複進機的氣缸為3層筒套的結構，使駐退複進機缸套隨身管做傾斜運動時，空氣不或泄露。密封由皮墊協助，皮墊是用鞣製好的上等牛皮製成，主要用缸套、活塞的連杆密封等。駐退複進機的缸套和身管一起用鐵環固定在上導軌上。
彈簧為矩形斷麵的圓柱螺旋彈簧，矩形斷麵，這種設計不但能提供較大的抗力，而且彈簧在達到最大壓縮時，不損壞彈簧。
身管最後是炮尾，27野炮采用橫楔式炮閂封口炮尾，當火炮發射時，高壓力的火yao燃氣會使黃銅製成的炮彈殼產生彈性變形，封閉炮膛，達到緊塞的目的。發射後打開炮閂，彈性變形已經炮筒由於重力的原因，會滑落出來，就可以進行下次的裝填。如果炮彈殼沒有滑落，可以人工用拉殼鉤將炮彈殼拉出來。
圖：橫楔式炮閂封口炮尾
身管下麵連接的是導軌，導軌由上下導軌組成，用來引導身管後坐軌跡。導軌和身管的軸線是平行的。導軌兩端是炮耳，連接在蝸杆式高低機上。高低機由高低齒輪、動力變向蝸輪、搖杆、連杆、高低密位表尺組成。
高低機下麵是蝸杆式方向機，由方向齒輪、動力變向蝸輪、搖杆、連杆、周密位表尺組成。方向機安裝在車軸上，並且有調節兩個炮耳水平的水平機。車輪為鐵製，輪子上墊了一層厚牛皮減震。
炮車的大架為可分開式雙腿大架，腿末端有駐鋤和牽引環。27野炮由4匹馬拉的牽引車牽引，牽引車上裝載著炮彈和乘坐炮兵。牽引車的車輪麵上同樣也包裹了牛皮，用來減震，而且車廂沒有直接安裝在車軸上，而是安裝在由多層鋼板製成的減震器上，降低車廂的顛簸，使運輸炮彈更安全。
二七野炮炮身的製造工藝相對80迫擊炮來說，複雜多了，要不是已經有了製造迫擊炮的經驗，劉碩是絕對不敢直接上馬27野炮的。野炮的大部分部件采用鑄造然後再打磨修正來加工，個別采用鍛壓和車切加工。炮架的各個部分的部件相對身管而言比較簡單，就不再詳細說了。身管是大炮的最主要的部件，下麵將身管的製造工藝說一下。
身管還是采用鑄造方式，按目前軍工廠的能力，是沒有辦法實現鍛造如此大型炮管的，鑄造方式采用鐵模鑄造。炮膛的峰值壓力主要集後部，所以劉碩將後麵的1.2米做成加厚的，並且用寬鐵環固定駐退複進機和身管的時候也起到了加固身管的作用，防止炸膛。
身管在鑄造完成後，剛鑄造出來的身管前後端同樣粗細。和迫擊炮一樣，先用鏜床將內堂鏜光滑，然後將用同樣工藝製造的一個內徑比身管稍微細的套筒加熱到600－700度，將套筒套在身管的後端。這種套筒身管的總的效果是，身管內腔表層存在的壓力使這種身管比用相同厚度的單個金屬管做成的身管能承受更大的射擊應力，這就是套筒身管好處。
接下來就是身管的自緊。在炮彈發射後沒有出炮口之前，共有五種不同類型的應力作用在身管上。它們是梁應力、徑向應力、圓周應力、縱向應力和扭轉應力。梁應力是身管自身的重量和長度作用在身管上而引起的一種撓曲應力。因此，身管必須具有足夠大的剛度以防止自重引起的彎曲。發射時，發射藥氣體在膛內向身管壁施加一個向外的徑向應力，。發射藥氣體還產生一個圓周應力，圓周應力沿切向作用在炮膛圓周的任何一點上。當彈丸在膛內運動時，它還產生另外兩種應力：其一是縱向應力，其二是扭轉應力。縱向應力是由彈帶在膛內的向前運動和彈帶前後的壓力差引起的。縱向應力的作用是縱向拉長身管，但是這種應力的作用範圍很小，隻限於局部且隨彈丸向前移動。與彈丸的膛內運動有關的第二種應力是扭轉應力。扭轉應力是由於彈丸在膛內運動時扭轉而引起的。扭轉應力產生扭轉作用，其方向與膛線纏度方向相反。