19世紀的風帆戰艦

最後的風帆艦隊 核動力愛胖達 2016-09-14 10:15:14

19世紀的風帆戰艦

前文（http://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404019190863399846）胖達回憶起了19世紀初，開始日益大型化的風帆戰列艦，一等戰列艦都是120炮，軍備競賽不會停下來，有120炮那麼後來就會有130、140炮戰艦，這些巍峨的海上堡壘。。。等等~

胖達我接觸帆船之前，只知道黑珍珠號啦、飛翔的荷蘭人號啦。。。19世紀的戰艦，似乎就是從1860年的勇士號鐵甲艦，到了80、90年代的定遠、鎮遠鐵甲艦，下一步1905年的日俄前無畏艦，同時就進入了大艦巨炮多炮塔神殿般的「戰列艦」時代。說起19世紀的風帆戰艦，總有一種時代的倒錯感，19世紀？那可是蒸汽工業化的時代，巨大的蒸汽機械、沉重的大炮周圍裝滿各種意義不明的零件、齒輪。。。

某種克虜伯野戰炮裝在炮口迴旋炮座（Muzzle Pivoting Mount）上，這種蒸汽朋克的視覺衝擊是胖達品味19世紀時的主要精神背景。

然而從1815年拿破崙戰敗到1860年勇士號鐵甲艦下水的半個世紀里，當時歐美大大小小保有海軍的國家，以英國為首，都仍然以風帆戰列艦作為國家海權的支柱。

19世紀中葉的俄國黑海艦隊，右下角觀艦的是當時沙皇亞歷山大（多少世記不住）。

這是因為技術的進步都是漸進的，直到許多相關技術成熟、湊在一起促成一種劃時代式的新產品誕生，比如1860年代英法大造鐵甲艦。其實這「劃時代」只是我們後人站在歷史的末端回望產生的錯覺，任何技術都是漸進的。實際上初代鐵甲艦更像她們的前輩風帆戰艦，如下圖，1860年代的「第一代鐵甲艦」，皇家橡樹號，就是風帆戰列艦改裝而來的。當時英國全鑄鐵打造的鐵甲艦也仍然是模擬風帆戰艦的形態，直到60年代末才在裝甲炮塔這一全新艦載武器搭載方式的促動下開始嘗試截然不同的設計。

對於鐵甲艦來說，她們需要1）初步可靠的鑄鐵製備、加工技術來建造船體和裝甲；2）初步可靠的蒸汽-螺旋槳推進系統，保證事故率和煤耗不高得令人咋舌；3）大炮鍛造技術，建造越來越大的巨炮與戰艦的厚重裝甲相對抗。這三者在19世紀60年代才逐漸走向初步成熟，但作為國之重器的戰艦，不能拿來作為試驗品，所以直到19世紀50年代後期，人們才開始嚴肅地考慮鐵甲艦的問題。於是直到1860年，海軍主力艦還完全是風帆戰列艦，但她們在這半個世紀里，乘工業革命的順風，在已有的、成熟的帆船總體設計框架之內，向更加大型化的極端發展，挑戰人類木構艦船的結構極限——英法兩國在和平狀態下依然繼續著軍備競賽。

1862年，法蘭西巨艦巴黎城號在演習中。可見這是一艘炮門有140多個，帶蒸汽輔助動力的風帆戰列艦，實際搭載的舷側火炮恐怕有130多門，火炮可能都是統一口徑、炮管倍徑不一的36磅加農炮，其中搭配布置少量佩克桑海軍加農炮——俄國黑海艦隊用這種武器發射的爆破彈將土耳其小戰艦轟殺至渣。這種巨艦的火力，即一次齊射發射的彈丸總重量，至少是1805年英國勝利號的2倍以上，還能在風勢不濟的時候依靠蒸汽機動，更是如虎添翼。這種主力艦就是1815~1860年間英法兩國海軍戰艦的典型代表。同時圖中主力艦左舷，還有一艘鐵甲護衛艦（Armored Corvette）——法國實際上在1848年拿破崙III上台後才逐漸大規模工業化，1860年剛剛工業化的法國和英國工業實力差距很明顯，此時法國小型鐵甲艦和木製帆船改裝木體鐵甲艦佔了大多數。所以在英吉利海峽兩岸，從1815年直到1860年後鐵甲艦時代的最初幾年裡，風帆戰列艦一直擔負主力艦的角色。

上圖，1853年沙俄黑海艦隊用發射爆破彈的佩克桑加農炮對奧斯曼艦隊取得壓倒性勝利。

下面胖達開始追尋1815年法國戰敗以來英法美三國在鐵甲艦到來之前的半個世紀里，書寫的風帆戰艦最後榮光。

今天首先看看，19世紀初以來，更加科學高效的船體比例。

19世紀，科學的世紀、工業技術的世紀。在造船領域，逐漸形成經驗導向的科學設計。

當拿破崙戰爭結束、英法結束了17世紀末以來「第二次」百年爭霸後，首先面臨的問題就是過剩的戰力必須裁汰，以更加高效地方式應對和平時期戰略戰術要求。用於決戰的主力艦要精簡併大型化，隔著英吉利海峽的雙方努力挑戰技術極限，建造經費允許的最大戰列艦來確保威懾；用於殖民地警察和遠地低烈度衝突的駐外巡洋艦也需要更大才能維持火力、自持力兩方面不輸給對手的類似力量；當然還要考慮正在蓬勃發展的美國對自己的潛在挑戰。這幅新形勢下的海軍發展前景圖中，首當其衝是裁汰舊軍。如下圖，英國大師透納（Turner）筆下壯士遲暮的74炮戰列艦，一種秋風寶劍孤臣淚、「船生」馬上就要走到終點的不甘與悲涼感。

上圖，1830年代，代表新時代的明輪港務拖船牽著老舊的18世紀74炮戰列艦走向拆船廠。

但是和平年代愈發錙銖必較的英國議會是必須物盡其用的，前文（http://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404019190863399846）已經介紹了18世紀90年代，將廢舊64炮戰列艦削甲板改造成重型巡航艦的事情。現在這命運輪到了拿破崙戰爭中多達200艘的74炮戰列艦的身上，一朝為國效死，經歷風波渾身磨損不敷使用的大部分就以上圖的方式逐漸退役，少數尚新的戰艦則用於削甲板改造，變成統一搭載康格里夫24磅火炮的重型巡航艦。

這種改造一直是英國人從16世紀以來一貫採用的縮減成本手段，其中的經驗規律，也大體被一般船廠技術人員總結、掌握：

1） 削甲板後的戰艦吃水減少、下層炮門離水面更高，可以在風浪更高的海況下使用；

2） 這樣的戰艦桅杆必須加高，否則戰艦搖晃更加劇烈、迅速，輕者令乘員不適，重者折斷桅杆，這是前文(http://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404014147837805290&mod=zwenzhang)提過的船舶「初穩性」決定的。胖達不是物理學科普，不愛列公式，等今後專門批講風帆戰艦史上的慘痛翻船事件時候再來形象地解釋這個基本原理。這個原理19世紀上半葉的船廠工程人員大體了解。

於是，經過削甲板改裝的戰艦航速更高：首先是因為桅杆更高，帆面積更大、推力就更大；而且越是高處遠離海面的氣流越規則，不受海面波浪不規則形態的干擾；並且高處風速更快，而風速造成的推力隨著風速平方迅速增加，只隨帆面積、空氣密度線性增加，這樣高處風速快，雖然空氣密度稍低，但是「呼吸高層的空氣」，推力顯著增加。其次是因為戰艦吃水淺、阻力小；風帆戰艦依靠風力只能達到最高十一二節的航速，絕大多數情況下只有1~3節的可憐航速；這種航速下，對於長度最長只有50、60米，但有十幾米寬的風帆戰艦而言，主要阻力是船殼表面和水體的摩擦力，吃水淺沾水的濕面積就小，阻力小。

風帆戰艦航速高就是舵效力的提高。今天的動力船舶在靜水裡、航速為零的時候，也可以操舵，因為螺旋槳自動製造局部水流吹拂舵葉讓它發揮作用。帆船就不行了，必須有天然的水流流經舵葉讓它發揮作用。船舶的舵就是飛機的機翼，通過流經舵葉左右側水流的流速差別產生側推力。於是航速更快的帆船舵更聽話，只要稍稍偏轉就能產生調頭要的舵力；同時偏角小的舵製造的尾部渦流小，打舵造成的阻力就小，打舵時帆船航速降低得也少。

於是人們意識到，甲板層數越少、越「扁」的戰艦，就像大型巡航艦一樣，1）底艙大、裝載後勤物資多、自持力強；2）炮門距離水面高，在滿載時仍然可以達到一米九以上，大風大浪中放心使用；3）快速性和操縱性比過去多層甲板累贅之下的戰列艦有令人耳目一新的提升。但是甲板層數越少，火炮數量也越少，就只能通過加長船體稍稍彌補，於是19世紀初開始，戰艦越造越長，戰艦足夠長、足夠寬大，即使是三層甲板的戰艦，在比例上也就更接近性能優秀的大型巡航艦。

但是過長的木製結構會遇到什麼問題？當時人們怎樣克服呢？且看下三回：19世紀初造船工程技術的新發展。

上圖，18世紀末、19世紀初一艘「科幻戰艦」，就像今天美國朱諾沃爾特一樣。纖瘦的高速艦體，每側16個主炮炮門，堪比120炮一級戰列艦。低矮到幾乎沒有的艏艉樓，最大限度降低艏艉樓對側風時操縱性能的干擾。這個形態的船在整個名錄里也沒查到，雖然圖注註明是1795年的48炮巡航艦模型。整個裝飾風格確實是18世紀末沒有經歷戰時改裝時的模樣，但是船體造型太先進了，有可能是當時的「概念」設計。這種形態就指向未來最合理的船體比例。