正如同党爱国对学生们说的，对于机械而言，强大而持续的动力是非常重要的，它决定了机械到底能够取代多少宝贵的人力资源。
而另一个影响机械性能的重要因素不是设计，而是材料。材料性能制约着机械的发展，而机械设计这方面反而是次要的了。
在春秋战国时期，就不乏公输班和墨翟这样的能工巧匠，能够设计出令后世的工程师们也叹为观止的机械来。何况就算不是鲁班和墨子这样宗师级水平的匠人，在长期的实践作业中也有可能改进某种机械的某一个方面。
哪怕这种改变只是极其微小的，但就是这样许许多多个可能一辈子没有什么流芳千古的，深刻地影响了整个世界的发明创造的“技术人员”的努力，才令某位天才的某个重大发明一点一滴地提高效率、减少故障、减低成本，最后达到这个发明的极致。
党爱国在影响机械的三个方向上，最主抓的是动力机械研究，其次是材料研究，再次才是机械原理及设计研究。这倒不是根据影响机械的几个要素的重要性排列的，而是根据三国时期的生产需求和科技现状排列的。
其实对于这时的机械而言，制约其发展的最大因素是材料，而研究材料学就必须要先研究化学。
但是，此时的化学只能算是出现了一个雏形而已，其理论研究压根就是道士们炼丹合药的副产品。就算在现代化学的诞生地——欧洲，那些炼金术士们进行研究的动机，也只不过是想炼制出那个传说中能将普通金属转化成黄金的“贤者之石”罢了。还有另一部分不以此为目的的炼金术士，则是和中国的道士一样想要炼制出传说中的不死之药。
而这一时期真正有用的化学，却是并没有形成系统的研究理论的应用化学。人们制造各种物品时，不可避免地会与化学打交道。比如冶金、制陶、玻璃、造纸、印染等行业，其中的矿石、陶土、石英砂、纸浆、染料等原材料，最终要生产出成品来就必须得用到化学。
只是党爱国对化学的研究方法并不是十分清楚，他所能做的也只有将自己能够记得的化学知识，以及空白的位置远比填上的位置多得多的元素周期表给默写出来而已。除此之外就是将自己见过的各种化学实验器械给设计出来，以便让那些“研究人员”——多半是道士，能够更精确更安全地进行化学研究。
正因为知道自己所能做的有限，所以党爱国整理完了自己记忆中的化学知识之后，就招来了一批将他奉为天人的丹鼎派道士，从事具体的理论研究工作。党爱国只要没事给他们上上化学课，指导一下研究课题，划拨资金支持研究，最后再审核一下研究成果就足够了，其它的就算他干着急也没有用。
而机械原理和设计的研究就简单了。正因为这两门学科很有“群众基础”，所以党爱国要做的就是把他知道的那点物理、力学、机械知识以及他见过的某些机械的设计理念讲出来，让工匠们自己研究就行了。
而且党爱国的这些知识并不是孤立的，它们与各种古代科学著作是能够对应上的。关于机械原理和设计方面，鲁班和墨子都分别留下了各自的传承——那可都是货真价实的古代物理学和机械学专业知识。另外像数学、天文学、农业科学等，在东汉末年之前也都已经产生了不少理论著作——虽然其中天文学的研究中，有一个很重要的目的是占卜吉凶。
因此党爱国在教了他们现代知识之后，也安排了其中精研过古代科学专著的人，对古代科学知识进行了符合党爱国所教授的现代知识描述方式的“翻译”。如果有必要，党爱国还会亲自上阵翻译。只是这些古代科技文献太杂，他的古文造诣又不高，所以他一般都只负责最后的译文审核，改正或去除其中的某些错误理论。
这项翻译工作不只限于机械方面，而是涉及到所有古代科学著作的庞大工程。党爱国对此很看重，亲自担纲监督。毕竟他头脑中记住的东西有限，很多时候都只有一个孤立的结论而已。只有将古代科学著作整理翻译出来，各个学科的研究的理论体系才算搭建了起来。
在机械设计方面，党爱国另外能够做的就是建立“标准化”的体系，让机械的设计和制造更加规范。并对“专利”进行保护，以此来鼓励工匠们进行发明创造。其它的就暂时没有什么需要他的地方了，只要让这些工匠们自己进行理论研究和更新就可以了。
不过动力机械的研究，这是党爱国重点主抓的项目。毕竟工业革命的初期又可以被称为“蒸汽机时代”，接下来则是“内燃机时代”和“电动机时代”。机器之所以能够代替人力和畜力，就是因为动力机械的进步，让人类可以通过消耗某种燃料来获得更加强大的动力。
而党爱国所建立的动力机械研究所，就在缑氏的造纸工厂附近的河边。毕竟现在有必要大量使用机械的，也只有造纸工厂了。他以后预定建立的印刷工厂，大概也是需要机械的大户。党爱国现在最看重的就是普及知识，那么就需要大量的书籍，因此造纸厂和印刷厂不管有多少都不会嫌多。
中央大学校外教学团参观完了造纸工厂之后，党爱国紧接着就带学生参观了动力机械研究所。
在这里，学生们首先看到了还没有在造纸工厂使用的蒸汽机。不过这个简陋的蒸汽机只是一个带有活塞的锅炉罢了，活塞的另一头通过连杆和一个好像在古老的蒸汽火车上才会使用的大轮子连在一起。
蒸汽机的工作原理党爱国早已经讲过了，此时看到了实物，跟在他身边的刘辩指着“咕噜咕噜”地旋转着的轮子直接问道：“校长既然已经造出了蒸汽机，为何不用在造纸工坊的机器上？我看蒸汽机比水车可快多了，也不需要人去费力蹬轮子。”
“蒸汽机的确比水车更好用，只不过现在的蒸汽机设计得还不太好，漏气漏得太快了。如果想让蒸汽机一直运转，就要一直往里面加水和燃料，使用起来耗费的能源太多。能源消耗也算是一种成本，如果这种成本过于高昂，使得最后的收益比使用水力和人力还少，那么用蒸汽机反而更不划算。
另外一点就是蒸汽机锅炉的制造材料还不太过关，这使得我们即使有办法让蒸汽机少漏气也不敢那样设计。因为漏气少了锅炉内部的气压就更高了，气压太高锅炉就有可能爆炸。你们在锅炉旁看到的这个大盘子就是气压计，上面的指针代表着锅炉内的压力。这个气压计的设计很简陋，只能大概看出气压高低，不过也能凑合着用。
现在唯一使用了蒸汽机的地方，就是荥阳的河一工坊——我们接下来也会参观那里。在河一工坊中新建的锻造厂里，有需要用蒸汽机来举起巨大锻锤的蒸汽锻造机。而且河一工坊中还有新建的炼焦厂，所以蒸汽机锅炉可以获得大量被筛选下来，不适合炼焦用的煤作为燃料。”
党爱国回答完了刘辩的话之后，又带着他们看了浸在河中的涡轮机，并对照着一个放在岸上的涡轮机给学生们讲解了一下螺旋桨在涡轮机中的应用。
和蒸汽机一样，涡轮机的问题也在于材料。一个是材料的耐腐蚀性不强，另一个就是材料强度不过，叶片很容易折断。由此可以看出来材料对机械的影响，但这种问题看出来了也没用，研究新材料也只能按部就班地来。如果运气好，说不定明天就能研究出来；如果运气不好，等上一百年也不是不可能的。
看过了涡轮机之后，党爱国带着学生们来到了研究所内的设计成果展览馆中，里面有包括风车、水车的微缩比例模型在内的各种动力机械。这个展览馆并不是为了开发给游客参观而建立的，而是为了让研究人员们能够通过观察实物来了解某些经典的设计才建立的。
在展览馆里，党爱国给学生们看了概念型的内燃机。不过说是内燃机，实际上更像是一个带活塞的厚铁锅。需要用人力风箱往里面送风不说，烧的还是菜油。油的方面党爱国倒是很容易解决，只要有原油，他起码可以用实验室设备简单分馏出几种油来，不过没有必要在这里烧掉就是了。
他虽然不是很清楚内燃机的具体构造，但有了原理也可以让工匠们自己设计，不至于搞出这样掉价的概念机械来，但是那同样没有什么必要。
关键的问题还是出在高压气缸的材料上。内燃机的燃油和气体混合燃烧的过程可以相当于爆炸，而且又不像火药武器一样有宣泄口，还要推动活塞，因此现在的制造材料根本不过关。而且在金属加工技术上，当前的加工能力也还没办法批量生产内燃机。
因为这种种的限制，所以党爱国暂时也只能浪费点菜油烧烧锅，在口头上给学生们说明一下内燃机的工作原理了。作为党爱国的钢铁工厂和冶金材料研究所的河一工坊，正在按照他所教授的化学理论，加紧研究质量更好的材料。等什么时候强度更高的钢铁生产出了，他就算让铁匠手工打造，也一定要想办法做出个像样的内燃机模型-);58xs8.com