这次过年中没有鞭炮，也没有压岁钱。小理但姬妃和归苓、归豹的热情还是让姜海涛感到很高兴。高压锅在宫里几个厨子的摆弄下，已经能炖出很多种鲜美的肉食，再加上竹蜻蜓、羽绒被，让归豹、归苓和姬妃过上了一个非常与众不同的新年。姜海涛陪着归豹畅饮。这春秋时代的酒虽然只像米酒，远不像白酒那样闻起来就厉害，但架不住量多，姜海涛也喝得有点微醉了。朦胧中，他似乎感觉到有个主意被酒顶到了脑海海面，随波荡漾，可就是不出来。

当他一觉醒来时，才发现自己已经被送回房间。洗漱完毕后来到工场，轸老头他们也都喜气洋洋。问过之后才知道，昨天归豹派人给他们送来了很多赏赐。轸老头还悄悄提醒姜海涛，归豹派的人还专门询问了一下抽水机的进展。

“嗯，也该轮到它了。”姜海涛顺便鼓励大家几句，分派一些人继续测试和制造鼓风机，然后就带着大部分工匠开始研制抽水机。

像轮船那样，用螺旋桨往一个管道里压水，应该能起到抽水机那样的效果。但是这和“抽”字的意思有点不太一样。在姜海涛的记忆中，利用真空、气筒等方式，恐怕才合适称为“抽”。于是他告诉工匠们，自己现在研究的应该叫“压水机”，因为它能把水挤压向一个方向。

他首先让工匠们造一个没有底的木桶，长1米，直径40厘米。根据他的估计，对付水的螺旋桨多半不能有对付空气的那么大，否则压力太大，叶片容易断裂。所以还是从小螺旋桨开始。桨毂本打算采用和鼓风机一样的，直径20厘米，厚10厘米。但是随后设计叶片时，姜海涛发现这个桨毂太大了。叶片外径只有20厘米，桨毂半径10厘米后，叶片就只剩下10厘米。整个螺旋桨看起来，中间很大一部分不能流水。于是他把桨毂的直径缩小到10厘米。这也提醒姜海涛，在强度允许的情况下，应该尽量缩小一下鼓风机的桨毂。

叶片形状，姜海涛根据记忆觉得扇形应该比条形更合适，于是让工匠们锯木板制造。厚度1厘米应该问题不大，因为压水机的转速应该不会像鼓风机那样高，后者一般都超过了600转/分钟。而且为了对付水，叶片不能薄了。为了减小阻力，他还根据记忆中的所谓机翼、流线型、水滴形等概念，对叶片的前后进行了一点修整：前面磨成半圆形，后面削薄了一点。

但是用木板造叶片有一个缺点，那就是没办法造扭了。姜海涛的印象中，船用螺旋桨的叶片都是很扭曲的，而且有的船好像只有三片桨叶。他不知道自己现在设计的这种平平的扇形叶片，会不会有什么问题，只能先试一试。

螺旋桨被穿在木桶中间的一对轴承上。木桶的一侧有个大支架，固定着一个大飞轮，通过丝绳带动螺旋桨旋转。为了减少传动系统对螺旋桨的影响，以及阻力，姜海涛特意用丝绳来传动。

安装完成的这台大个头压水机被搬出工场，来到宫城里的一个小水塘边。为了实验，一段水岸已经被事先夯土加固了，还修了一个木架子。压水机被贴着木架固定好，包着螺旋桨的木桶在水下，飞轮留在水面上。工匠们还特意在风速仪的基础上造了一个测量水速的仪器。其实变化不大，只是把原先支在铜轴上方的那四个旋转竹片，移到了铜轴下端，而且把铜轴加长，这样可以伸到水下。水速仪的飞轮也被缩小了，因为姜海涛估计水的流速不会有风速那么快。

这些工作花费了他们在新一年的头三天。1月4日的试验，归豹和养敖也来看了，可是他们觉得这东西根本不像抽水机。

姜海涛告诉他们：这螺旋桨也可以用来代替长长的木桨，推动木船前进，而且效率更高。看着木桶后面涌动的水流，归豹觉得这玩意似乎真能干这个，于是问姜海涛什么时间能把这东西放到一条船上试一试。姜海涛说自己得先在这里测量一下喷出的水的流速，看看有没有问题，多大尺寸的螺旋桨合适，然后才能装到船上。根据以往造弩、抛石车、鼓风机的经验，第一台设备多半会出现意想不到的问题，除非是特别简单的结构。

问题也确实来得很快。

首先，木桶出口处水的流速为0.31米/秒，算下来流量接近39公斤/秒，所以这台螺旋桨的有效功率大概是1.874瓦。这马上让姜海涛感觉到非常低。井他们通过鼓风机的试验已经总结出，一个人如果不怎么劳累地用手臂转动飞轮，提供的功率在40瓦左右。如果只需要短时间地转动，比如半小时，一个普通人可以发出150瓦左右的功率。每次试验中，他们都让转动飞轮的试验者尽量控制好力和转速，按照40瓦的功率提供动力。

现在螺旋桨的有效功率除以输入功率，1.874÷40，效率居然连5%都不到！

再一询问鼓风机的试验情况，发现它们的效率居然也很低！出风口的风速在每秒3到4米之间，这样算下来空气的动能也就在2.12到5瓦之间，效率只有5%～12.5%。

而且第一台用于冶炼炉的条形叶片鼓风机，也并没有预计的那样好用，一开始还不如原来的橐。它在工场里吹风时，表现还很不错，风呼呼地往外吹。可是搬到冶炼炉那里后，火力不见大。仔细一观察，工匠们发现风扇虽然转得还是那么呼呼作响，可空气似乎并没有往里流多少。原先一些对螺旋桨式鼓风机持怀疑态度的人，包括轸老头，立刻再次指出：这样一个后面敞口的东西，空气肯定会从敞开的地方漏出来。可是这台鼓风机是他们鼓动姜海涛先造出来用的，因此大家有点不好意思告诉姜海涛，就马上开始想办法，打算自行解决后再去汇报。

他们首先把叶片从4片增加为8片，而且适当加宽了叶片的顶端，把整个扇面都盖了起来。这一改进起到了一些效果，空气可以被吹进炼炉了。但效果还是比橐差一些，转动时需要的人力也从一人增加到了俩人，已经达到橐的一半。随后他们又根据鼓风机试验中，扭转的竹皮叶片比长条形木叶片效率高很多的情况，换成了四个竹皮叶片。这时，鼓风机的效果终于和橐看起来差不多了。后来他们又根据试验结果，把直径1米的风扇换成了直径40厘米的，加快了转速，鼓风机的效果要比橐好一些了。

听到轸老头小心地汇报完这一情况后，姜海涛没有生气。虽然工匠们隐瞒试用结果，让他无法及时发现问题，但这件事也从表明那些工匠们有主动性，这可以让他在今后更省心。于是姜海涛表扬了对方几句，说他们想出的各种解决方法很不错。

归豹在一旁听到这些情况后，忍不住问姜海涛：“你不是说那东西用来鼓风，要比橐好用得多吗？那天看你用风扇吹羽毛，也确实不错呀，怎么一到炼炉旁就有问题了？是不是太热了？”姜海涛笑了：“应该不是太热的问题，而是阻力，嗯……压力的问题。我吹羽毛的时候，风扇前面是敞开的大口，没有遮挡，所以空气很容易流过去。往冶炼炉里吹得时候，出口变小了，空气要流得更快，结果小出口那里需要很大的压力。这时候，风扇前面的气压就需要更高一些，所以更容易有风漏回来。”

后面的话，姜海涛不好意思说出来了。因为现在出现的这些问题表明，他先前只考虑了空气被风扇吹动后的速度、动能增加，没有考虑空气压力，或者说风的压力。如果一台鼓风机不能产生足够的压力，那就算吹出的风再大也没用。现在用螺旋桨压水，恐怕也会面临这样的问题。

幸好归豹不懂这些道理，只是简单地追问道：“那你这鼓风机能比橐好很多吗？”“当然能。现在这鼓风机比橐好得不多，一部分原因是叶片的形状还不是最好的。如果能用铜片造，再让叶片转得更快些，就肯定能比橐好得多。”姜海涛虽然不知道电风扇那样的弧形叶片究竟能比平板叶片好多少，但后世众多的例子足以让他确信：用铜代替竹、皮能提高性能。

“啊！那得多贵呀！不行不行。”这个提议立刻遭到了归豹的否决：“既然现在那个鼓风机已经比橐好一些了，就可以了。我看不需要更厉害的鼓风机。”姜海涛虽然预料到了这种情况，但没想到归豹否定得如此坚决。自己一时也没有特别迫切的理由，来说明需要更厉害的鼓风机，因此姜海涛决定在对风扇进行更多试验后再讨论这个问题。

归豹的眼光又回到面前的螺旋桨上：“这个螺旋桨呢，怎么样？能抽水吗？或者代替木桨？”

不到5%的效率，用来压水恐怕是没戏了，还不如直接用水桶提。而且最大问题是，这压水机肯定会和鼓风机一样，有类似风压的问题：出水压力不够，水上升不了多少高度。姜海涛的大脑里稍微想一想就能知道，这一米高的水柱，压力就已经不小了，多半会把水从螺旋桨叶片的空隙中压回来。把出水口缩小，也许能让水往高处流一些，但能流多高？他现在心里根本没底。可以造一个比较完整的压水机试一下，有水管、水箱，正儿八经地把水从低处送到高处。但这试验最好背着归豹他们，尽量避免出糗。

用螺旋桨代替木桨，现在看起来也可能会有问题。不过木桨的效率能有多少，还有这船推进时的动力、阻力是些什么原理，姜海涛可毫无概念。于是他告诉归豹：“公子，看来这个螺旋桨还需要改进一些才能抽水。至于代替木桨，我准备找一条木船试一试。”

没想到归豹很热心，立刻就让人去抬一艘小木船过来，要马上看一看这螺旋桨怎么让船往前走。姜海涛赶紧以安装螺旋桨需要时间为由，把试验推到了明天。养敖大概也看出来这次试验不够理想，于是说天色已晚，建议归豹回去休息。他还建议明天的船上试验，挪到宫城里一个湖泊中进行，水面要比这个小水塘大得多。这座宫城虽然不算大，但在很多诸侯国的宫城里都有一条小河流经过，也有几个水塘、湖泊，以作为水源。

归豹走后，姜海涛立刻着手对木桶进行改动，给它加了一个桶底，然后在桶边朝上的位置开了一个小洞，插上一根竹管。他从直觉上认为这个竹管越细，才越容易把水压到高处，因此竹管的内径只有4厘米。竹管长1米多，伸出水面的部分正好1米。随后进行的压水试验证明了姜海涛的担心。水根本不从水管里出来！

他只好逐次截短竹管，逐次试验。直到高度只剩下0.6米时，水才开始慢慢流出，而且一分钟下来只有8公斤。同样一个人用水桶提水，每分钟至少能把100多公斤水提到1米高的地方。这第一台所谓的压水机，效率不到人力的二十分之一！

姜海涛用这些水增加的势能，除以飞轮那输入的功率，结果只有2%。他继续把竹管截短，水量倒是能明显增加，效率也逐渐增加，最后在提升高度降到0.3米时，水甚至能从竹管里小小地喷上来。随后姜海涛换上更粗一些的竹管，结果出水量更高一些，效率也高一点，但能够出水的高度就更低。比如当竹管粗到20厘米时，提升高度无法超过10厘米，这简直就跟没提差不多。

到天黑时，姜海涛已经完全确定：自己“发明”的这第一台压水机，完全没有实用价值。即使按照最高效率的情况，每0.1米高度安排一台压水机，一共10台，逐级提升，他也不过是在一分钟里把100公斤水送到1米高的地方，和一个人自个用水桶提水的效果一样。

晚上，姜海涛仔细查看了风扇的试验记录。

出风口的风速在每秒3到4米之间，这样算下来空气的动能也就在2.12到5瓦之间。虽然风扇的效率很低，最高只有12.5%，但是井他们还是发现了一些规律。比如叶片角度对效率的影响比较大，也比较简单。效率最高的叶片，基本都在32度左右，可以达到10%以上。8度的叶片几乎无效，转得飞快也没多少风。16度的叶片效率很低，不到5%。叶片角度超过48度，效率也很低了，不到4%。

相比而言，叶片直径、转速和功率的关系似乎更大。比如40度和24度的叶片，在同样一个人摇动下，效率差不多，但40度的叶片转起来费力，转得慢一点，每分钟11转，24度的叶片就可以达到13转。如果把转速提高，送出的风可以更多更快。这时候40度的叶片就似乎更合适了，因为它有更大的提速余地。叶片转速达到每秒20转时，摇动的飞轮就要达到2转/秒，已经很快了，再想提高时人的胳膊就开始跟不上，使不上劲。姜海涛看着这一结果时，意识到这时需要改变传动比，就像汽车换档。增大飞轮，或者加一级飞轮，应该能大大提高送风量。不过这也意味着要用更多的人转动飞轮。姜海涛心想，自己以后可以尝试用牛马带动飞轮，通过两级甚至多级传动，让风扇高速旋转，这样没准能提高效率，还有风压。

另外根据轸老头他们改造冶炼炉那台鼓风机的经历，叶片数量似乎也有些关系。姜海涛这时想起了厨房、厕所，还有公共澡堂里用的排气扇。那玩意好像就有不少叶片，比电风扇多。还有老爸厂房里，墙上有一个大大的排风扇，一圈有十几个叶片，基本是条形的。它们为什么又和电风扇的不一样呢？看来后世的风扇里，学问还挺多的。可惜姜海涛除了动能提高、叶片与风的角度这些简单知识，实在不知道该用什么理论去分析、设计这些叶片，只好把这些记忆写下来，交给井他们今后慢慢试验。

带着对鼓风机的失望、压水机的失败，姜海涛度过了难眠的一夜。

第二天一早，姜海涛很早就带人来到湖泊旁。这里有一些小船，是给归豹他们游玩的。养敖已经交待过守卫这里的甲士，因此姜海涛马上就指挥工匠们把螺旋桨固定到船尾。为了尽量提高效率，他让人把包围螺旋桨的木桶拆掉。反正这里不需要测量水流的速度，关键的是船能达到什么速度。小船大约有5米长，宽约1米。有几个工匠则利用三角法对湖泊的长度进行了测量，以便后面计算船的航速。

归豹来之前，姜海涛就完成了一次对比试验，结果正如他担心的那样：螺旋桨推进器的效果不如木桨。一名工匠平稳转动飞轮后，小木船从湖泊的一岸驶到另一岸，计时计算后得到0.51米/秒的航速。随后他换用两支木桨划回来，结果航速有0.7米/秒。

结果刚算出来，归豹和养敖就来了。听了对比结果，他们俩还没说什么，养锜就开口道：“我就觉得你这个叫什么‘螺旋桨’的东西，怎么能比桨好用呢。嗯，还有。这条船可以用四个人划桨，跑得飞快。你能让四个人转那个螺旋桨吗？”

这确实也是一个问题。飞轮现在只能由一人转动，加快转速可以提高航速，但就算他全力去转，也不如四个人产生的功率大。姜海涛凭直觉判断，就算可以增加一人转动飞轮，恐怕也无法把航速提高很多。虽然这样，他还是继续试了试，让一名强壮的甲士全力转动飞轮。结果船的航速确实没有快多少，而且发生了另外一件让姜海涛更沮丧的事情：螺旋桨叶片断了！

现在，姜海涛打算引以为傲的“伟大发明”，螺旋桨，可以说是惨败。

首先，在原本寄予厚望的农业灌溉，螺旋桨用来提水的尝试可以说彻底失败，似乎是一条走不通的路。难道非得有强劲的汽油发动机、电动机，钢铁制造的螺旋桨，才能造出抽水机吗？

船舶推进上，用青铜造螺旋桨应该能避免叶片断裂的问题。但比木桨还低的效果让姜海涛很难理解。难道是螺旋桨转得还不够快？它和水泵一样都需要发动机才行？

缺乏足够的动力，似乎是一个比较好的解释。因为在鼓风机上，螺旋桨的表现就好一些，虽然效率低，但总算是比现在春秋人用的橐强一些。吹风和吹水比起来，需要的功率明显得小很多。比如电风扇后面的电机，明摆着要比农田里浇水用的电机小多了，和船上的发动机更是没法比。

怎么办？放弃螺旋桨吗？

姜海涛有点不甘心，因为他觉得动力不足虽然是一方面因素，但叶片的形状不理想，以及叶片角度、转速、功率等之间的关系不够协调，恐怕也是影响螺旋桨效率的很大一个因素。还有传动，自己如果能提高传动比，把螺旋桨的转速大大提高，同时又解决偏心振动问题，应该能提高螺旋桨的效率。

可是这需要一个长时间的试验过程，还得有足够的青铜材料。目前该如何尽快解决最重要的灌溉问题呢？

姜海涛有点沮丧，但还没有完全垂头丧气，因为他在技术上还有一步退路，那就是——真空。

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