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以现有的技术进行实用化。
齿轮组不单是传动机构，同时也是一种很好的省力机构。大齿轮带动小齿轮可以提高目标物的转速，人力水泵就是这种应用。而反过来，小齿轮带动大齿轮则可以产生杠杆效果，从而达到省力的目的。
事实上人们在很早以前就已经发现这些现象，只是因为技术原因无法大量应用，而主要的技术问题就是轴和轮的摩擦力问题。在轴承出现以前，轴轮之间的摩擦力很大，特别是在承重的时候摩擦力甚至会增大到完全抵消机构的省力效果的程度。使得这个时代的省力器械还主要以杠杆的形式存在。但是杠杆对空间的要求比较大，限制了省力器械的发展。
在一起研究的时候，传教士们再次惊讶地发现，那些如中小学生般的孩子居然懂得很多力学方面原理与计算，有些甚至连他们都没有听过。在知道这些都是赵永泰教授的之后，更使得他们对赵永泰的崇敬如滔滔江水连绵不绝。不少传教士开始请教赵永泰问题，结果无意中发现赵永泰不但数学、物理很厉害，连化学也很厉害。他们开始相信那些工匠们的传言，赵永泰是上帝派来的使者，要不然一个十四岁的孩子如何能够懂得如此之多，如此深奥的知识。要问主为什么会将使者降生到这个东方的国度，可能是主看到大家在这里宣扬主的福音太困难，所以派了这位使者来帮助大家，要不然他为什么会为教会修建大教堂？他们来了东方这么久，都知道这些东方人是不太愿意信仰上帝的，更不可能为上帝修建一座大教堂。于是，教士们看赵永泰的眼神更加恭敬，还多了些亲切。搞得赵永泰心里一阵发毛：难道这些教会人员都有那种情结？
对新式吊装工具，赵永泰不但提出了省力要求，还提出了包括转向在内的一些其他要求，其实也就是参照后世他见过的那种塔吊提的要求。塔吊无疑是一种很好的吊装器械，它可以满足各种吊装转运的工作需要，被广泛应用于码头、货站、建筑等行业。
因为动力的局限，塔吊的动力装置还是选择了转盘。转盘由连接在轴上的成十字的转杆推动，这里就是杠杆的应用。转杆可由人力或畜力带动。轴的下部连接一个小型齿轮，由小型齿轮带动与其耦合的大型齿轮，大型齿轮的中轴作为绞盘用于收放钢绳。这里就是齿轮杠杆的应用。但就这个转盘就比以前所用的老式绞盘省力很多。
钢绳是铁器厂应赵永泰要求开发的，用于满足以后船厂吊装大型部件需求的绳索。不过在制成后，铁器厂就按照赵永泰一直强调的通用化与标准化，按照不同承重力派生出了各种不同绳径的钢绳，以满足吊挂不同重量物件的需求。
而塔身和塔臂，按照赵永泰的提议，大量采用了三角形支撑。这样，在保证了塔体的坚固度的同时又减轻了塔体的自重，还减少了钢铁的使用量，同时塔体内的空间还可以方便安装滑轮组。这种结构的使用使得大型塔吊的建造得以实现。
塔身和塔臂上安装了多个滑轮组，或者称为一个很复杂的滑轮组。因为动力的局限性，使得研究组不得不首先考虑机构的省力性，为了省力，机构再复杂也在所不惜。
为了让塔吊能够转动，又为它配了两个单独的转盘。使用的时候，两个转盘相对于塔吊成90度安装在塔吊旁，以钢绳与塔身平衡尾相连，收放钢绳以控制塔身的转动。
平衡尾就是与塔臂对称的负重结构，使用时，里边装载重物，以平衡塔臂方向产生的倾斜力。
在八月中，塔吊终于研制成功了，可以说它代表了这个时代最先进的省力机构技术。这种结构的小型塔吊只需要四个人转动轮盘，就可以很容易地将上千斤的重物吊起来。而大型的吊具理论上甚至可以将上万斤的重物吊起来，为大型海船的建造提供了良好的基础。
同时塔吊的应用，大大提高了合兴泰总行大楼和船厂码头的建设速度。大量的小型吊具还被广泛应用于各个货场和仓库的转运中。
在这次的合作中，一二期生都在传教士们那里学到了大量的力学实际应用方法。使得他们在以后的工作中，能更灵活地运用所学到的知识。
在九月，兵工厂的炮座的研制工作就取得了巨大进展。赵永泰所要求的舰用基座基本结构已经确定，开始生产正式的样品，以供试验。因为舰用基座对重量的要求很宽松，所以有较大的空间结构可以使用，研究组就决定首先完成舰用基座的研制。陆用的其实基本结构差不多，只是对重量要求较高，以方便输运。
舰用炮座分为上部的制退复位基座和下部的底座。
底座也分上下两部分，下部与船体固定。上部以粗轴相连，摇动左右两边的螺杆可使上部旋转，以控制炮口左右射角。
制退复位基座下部有齿轮与底座齿形槽相连，战时以手柄摇动齿轮可将炮口前移或后退。基座上部内是缓冲槽，里边是并排的四组弹簧，后部四个是高弹力弹簧，前部四个是低弹力弹簧，前后弹簧共轴。
炮身以横轴架在炮架上，炮架下端以滚轮滑动卡槽分别卡在缓冲槽内的四根轴上，以防止炮身横移，弹簧接在卡槽上。发炮时，炮身后移压缩后部弹簧，拉伸前部弹簧，部分后坐力转变为弹簧的弹力；而后，弹力释放，炮身前移复位，前部低弹力弹簧还可以降低卡槽与基座前部的碰撞力。
这样就形成了一个缓冲加复位的机构，使得炮手不用每次发炮后都再重新固定炮位，减短了准备时间。
炮架前部内有横向和垂直两根螺纹杆，以齿轮组相连。横向螺纹杆外部有摇杆，以控制炮口高低射角。采用这个炮座的火炮在控制上已经基本上和现代的火炮相同了。
赵永泰对这个炮座非常满意，一顿大量的精神加物质奖励之后，希望研究组再接再砺，完成陆用炮座以及降低炮座的重量。
其实只要把这个炮座的制退复位基座稍加改变就可以直接用在炮车上了，赵永泰最希望他们做的还是降低炮座的重量。这就叫人心不足蛇吞象，没有的时候只想有，有了就想要更好的。其实采用这种炮座的火炮的先进程度已经远超西方200年以上了。
七月，西班牙军队在台湾西北海岸的沪尾（今淡水）构筑淡水城（西班牙称为圣多明哥城）。
七月二十日，蓟门驻军因欠饷三月发生骚乱。
七月二十五日，宁远驻军因欠饷四月发生兵变。
九月，皇太极联合归附的蒙古诸部组成联军征讨林丹汗的察哈尔部。
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第一卷 潜龙在渊 第三十章 航海是个系统工程
在炮座取得实质进展后，赵永泰开始催促玻璃坊的望远镜研究组。在这个时代，战斗还是发生在眼睛能看到的距离，那么谁先发现对方，谁就有更多的时间进行战前准备。特别是在海战上，这种优势更加明显。要知道，在现在这个时代，单是把火炮准备好就需要不少的时间。当然，赵永泰有了新式炮座后，这个时间能减短很多。但能现发现敌人总是好的。
而且赵永泰还希望能够为火炮加装简单的光学瞄准具，这样就能够发挥自己前装炮射程远的优势。此时的西方战舰主炮多为后装炮，装填速度快，与其近战明显对己方不利。能够在较远距离重创敌舰是赵永泰的海战理念，其实也就是近现代海战的理念。
其实简单的望远镜研究组已经制成了，就是那种简单的单筒望远镜。而且根据赵永泰的要求，研究组还在上面标出了距离刻度。前端物镜可以旋动，以调节目标物体影像的清晰度，而此时物镜镜盖尾端所在的刻度即是目标与自己的距离。这个用几何光学就可以算出来，很容易实现。这个单筒望远镜就已经比现在西方所使用的高级了很多。
赵永泰所要的双筒望远镜，研究组现在正在解决两个物镜同时伸缩以及两筒间的距离调节问题。说实话，以赵永泰所教授的几何光学来研制简单的光学系统还是不算难的。此时西方的几何光学处在摸索阶段，还没有形成完整的系统知识。再加上教会的打压，想要赶上来还需要不短的时间。
赵永泰甚至在考虑等这个研究组完成了望远镜的研制，是不是就开始显微镜的研制。而显微镜是微生物学的大门，让他现在还有点儿犹豫。不过想想，显微镜早晚都要出现，为什么就不能让它在中国出现呢。而且微生物学最早还是医学方面的研究，为医学的大发展提供了基础。那些什么病毒、生化危机的还是让以后的人去烦恼吧。这么想着，赵永泰也就放下了那一点儿犹豫。当然，这都要等他们现在的工作完成之后了。
赵永泰现在直接拿了几个单筒的样品去兵工厂，想让炮座研究组安装在底座上进行调校试验。不过到了才发现物镜上没有细十字线作准星，拿什么瞄准。
玻璃的特性使得现在的水性和油性染料都无法在上面留下长久的印记，而物镜上的十字准星是需要近乎永久的保留的，这就需要一种新的染料。其实这个问题在之前制出玻璃后，赵永泰想制作烧杯、试管等玻璃器皿时就已经发现了，不过当时一时没有解决的办法，赵永泰也不急，也就暂时放下了。
现在又遇到这个问题，搞得赵永泰很是郁闷：早知道当初解决了就好了。为此，他专门找到了商行的染坊匠师，希望他们能够帮忙解决。这事儿他自己是没办法了，后世用的都是成品，谁会去问烧杯上的刻度是用什么材料。而且就算知道多数也没用，后世很多都是用的化工合成材料，现在根本没办法弄出来。这次赵永泰只能期望这些染坊的匠师们也和其他坊的匠师一样能够想办法帮他解决了。
匠师们一时半会儿也没有办法，赵永泰给他们留下了这个研究项目就离开等消息了，反正他在这里没什么用。
在等待的时候，赵永泰又想起来两样航海中的重要东西——罗盘与六分仪。罗盘现在已经应用得比较普遍了，但刻度太大，使用时在方向的指引上不够精确。而且此时中国的罗盘普遍都没有遮盖，使得使用时也容易受到外界影响。
现在既然已经有了玻璃，那形成封闭环境就很简单了。为了读数更精确，赵永泰特地制作了一个50厘米直径的罗盘。每一度还分了十格，被赵永泰命名为分。
六分仪原理不清楚，赵永泰就直接把这个问题扔给了刚完成双筒望远镜研制的研究组，并邀请了传教士们加入。这个比较急，显微镜后面再说吧。
实际上，赵永泰发现现在航海用的东西还真多，作为帆船，风力和风向无疑是最主要的影响因素。不过风向标和风速器倒是不难制作。这个他找到了铁器厂的学生和工匠，将原理告诉了他们，让他们成立研究组来完成。
实际上，在完成了时钟的研制后，这个东西对精工坊来说还真没什么难度。风向标简单，用个薄木板以轴与刻度盘相连就好了，轴上套一个小型轴承，以增加木板转向的灵活性。为了配合赵永泰的大罗盘，风向标的刻度盘与罗盘的完全相同。
风速器的测速部分赵永泰直接用了后世的三叶轮式，也就是轴上连三个圆形的薄木板。木板的同一面包上一个半球形的光滑壳。这样风吹动木板时，三个木板就会以同一个方向绕轴转动，风速越高转得越快。轴的下端耦合一个齿轮组，齿轮组带