铁甲时代的开端：装甲与蒸汽动力加上三桅帆船的组合|战列舰|水线|舰船|舷侧|螺旋桨|高清图片

我们将继续通过一些极具代表性的舰艇来回顾世界装甲舰队的形成史。例如，我们之前已经探讨过英国“勇士号”（Warrior）的建造过程。

今天，让我们更深入地了解一下这艘名舰。另外，请做好在文中看到英寸、英尺、码等单位的准备，毕竟我们要聊的是英国海军……科技进步似乎总在走一条盘山路，弯弯绕绕总是在一条线上反复，并没有遇到所谓的科技大爆炸。从一个点直接跃升到下一科技点。

似乎所有发明都是承接在前人发明之上，一次次改进又一次次尝试。逐步达到当时科技巅峰。从风帆到蒸汽驱动，一定是科技上的大幅跨越。然后，又为原始的木制舰体增加铁甲防护，混合式装甲又一次将防护提高到顶点。这种科技组合足以压制之前所有老式木制风帆战舰。

在上一篇文章中，我们审视了该舰的外观和性能参数，并将重点放在了它的舰炮火力上。然而，不应忘记它终究是一艘“装甲舰”（Ironclad），因此，现在我们将目光转向它的装甲防御。

在构思这艘新舰时，英国造船工程师们采取了极其“严谨”的方法。在设计和建造期间，为了寻找最适合这艘护卫舰的装甲系统，他们进行了大量的准备工作。在专门成立的委员会提议下，他们在希伯尼内斯（Shoeburyness）针对装甲靶板进行了多次试验射击。根据这些实验结果，专家们对装甲的制造工艺、最有利的厚度、紧固方式以及其他重要细节提出了建议。其中一些实验对项目技术条件的制定产生了重大影响，让我们来详细了解一下。

这些试验中包括对装甲炮台舰“信任号”（Trausti）进行的实验性射击。这艘已退役的船只（顺便提一下，它是世界上第一艘安装装甲炮塔的船！——注：指考珀·科尔斯的实验炮塔）被改装用于实验。英国海军装备的以及尚在制造中的各种口径火炮都对其进行了轰击，其中就包括由曼彻斯特惠特沃斯（Whitworth）工厂生产的 90 磅炮。

“勇士号”局部剖面图

顺便提一下，在进行此类试射实验时，“遭殃”的不仅仅是“信赖号”（Trusty）浮动炮台。1858 年间，工程师们在一系列实验中对安装在“阿尔弗雷德号”（Alfred）船舷上的铁甲板进行了实弹轰击。与此同时，他们还对“埃里伯斯号”（Erebus）和“流星号”（Meteor）据说是两舰的舷侧火炮，进行了火力测试，这些实验共同证明了在装甲下垫入厚橡木衬层的重要性。有趣的是，“流星号”的木制船体表现出的抗打击能力远优于“埃里伯斯号”的铁制船体，后者在炮击震动下甚至出现了肋骨位移的现象。

根据这些射击结果，英国海军部得出结论：在理想条件下，击穿 4 英寸（100 毫米）厚的装甲始终是可能的，但如果是 5 英寸装甲配上 20 英寸厚的木衬层，就不必再担心被摧毁了（这就是所谓的“多一英寸见真章”）。基于这一决定，设计者认为在该装甲舰上安装由低碳锻铁制成的 **4.5 英寸（约 114 毫米）**厚装甲已足够。侧舷装甲构成了一个装甲堡垒（核心舱），其中为 26 门火炮开设了炮门，而船体首尾两端则保持无防护状态。

备注：作为对比，法国的“光荣号”（La Gloire）安装了厚度为 120 毫米的锻铁装甲（主装甲带），其上部装甲带厚度则为 110 毫米。

法国装甲舰“光荣号”（La Gloire）

与此同时，研究人员还进行了多项实验，以确定装甲背后衬层的必要性及其最佳厚度。在这一问题上，他们同样选择了“实物实验”的方法。为此，他们选中了一艘名为“赛恩斯号”（Sinus，读起来很像正弦函数）的老旧船只，并在其木制舷侧直接挂载了 4 英寸和 6 英寸厚的装甲板，但没有加装任何衬层或金属加固结构。

实验使用了 68 磅实心弹进行近距离射击。虽然装甲板成功抵御了炮弹的贯穿，但舱内的检查结果却令人沮丧。虽然炮弹未能击穿装甲，对内部结构的直接破坏较小，但装甲板在承受撞击时产生的剧烈震动对木制框架结构却是致命的。木质构件发生开裂和折断，螺栓被震脱，木制肘板在装甲板的强力震颤下支离破碎。

实验结果表明，该船遭受的损伤只有进入干船坞才可能修复。报告指出，在实战条件下，这种结构的战舰无疑会沉没。因此，能够缓冲炮弹撞击震动的“衬层”成为了设计中的必需品。如果缺乏衬层，则必须采取额外的舷侧加强措施。最终，“勇士号”的衬层厚度达到了 457 毫米（18 英寸），作为对比，“光荣号”的衬层厚度则高达 660 毫米。

备注：根据奥斯卡·帕克斯（Oscar Parkes）的记载，当时还尝试过使用厚橡胶层和压缩棉花作为替代衬层的实验。但这些方案最终被证实毫无用处。

根据奥斯卡·帕克斯（O. Parkes）绘制的“勇士号”装甲分布图

与此同时，委员会指出，在制造装甲时，相比于普通的锻铁，更倾向于使用退火废铁（annealed scrap iron）——尽管这种材料的制造工艺极其复杂且耗时巨大——以及轧制铁（rolled iron）。

备注： 18 间（即“勇士号”开工之后），研究人员在“无畏号”（Undaunted）上对不同类型的装甲板进行了试验。结果表明，轧制铁板的性能远优于钢板；同时还发现，叠层装甲（由多层薄板组成）的效果不如整体实心装甲。

有趣的是，试验并未就此止步。在此后的时间里，为了确定最有利的舷侧倾角以及装甲挂载方式，又进行了大量实验。例如，最初建议使用的螺钉固定法被证明并不可行：即使炮弹未能击穿装甲，剧烈的撞击震动也会直接崩断螺钉，导致整块甲板脱落！此外，还针对多层复合装甲进行了对比测试。

装甲舰舷侧结构

基于上述实验结果，英国海军部决定在第一批装甲舰上仅对船体中部（水线处及炮廓部分）进行重点防护。最终，“勇士号”的装甲带长度定为 64.9 米（213 英尺）。装甲板向下延伸至水线下 1.52 米，向上则直达上甲板横梁（水线以上的装甲带高度为 4.88 米）。在装甲侧舷的两端，安装了同样厚度（114 毫米）的首尾横向装甲隔壁（Traverses），其高度同样延伸至上甲板。

船首和船尾部分则完全没有装甲保护，这使得舵机和螺旋桨也处于暴露状态。为了部分弥补这一缺陷，工程师在水线下安装了水密平台（甲板）。当水密平台以上的侧舷被击穿时，这些平台能限制海水进入速度，从而保持船体两端的浮力。

舷侧构造（示意图）

装甲带的装甲板（每块长 4.65 米，宽 1 米，重 4 吨）横向铺设在双层柚木衬层上。内层衬层厚度为 12 英寸，木梁水平固定在铁质船体上；外层衬层厚度为 6 英寸，木梁则改为垂直铺设。装甲板固定在衬层之上，通过长度为 810 毫米的锥形螺栓穿透两层衬层与船体（装甲下方的船壳板厚度为 14.3 毫米）相连。螺栓头平齐地埋入装甲板中，在船体内部则通过螺母拧紧。横向装甲隔壁的甲板也采用同样的固定方式，但衬层使用的是英国橡木，这种木材比柚木更容易因潮湿而腐烂。

装甲板在水平方向的接缝采用**“企口销”（Tongue and groove）**方式连接，即在甲板下边缘加工出凸隼（销）。但随后人们发现，这种连接方式并不能提供足够的强度，因为当炮弹击中接缝时，会导致装甲板在距离接缝 150-200 毫米处发生开裂。因此，在后续建造的装甲舰上放弃了这种连接设计。

为了增强炮门区域的舷侧强度，在炮门上方和下方通过纵向加强筋对船体进行了加固。在这些加强筋下方，铁质船壳由两层 1/2 英寸厚的铁板加厚。这些加强筋通过两根角铁固定在船体上。在炮门区域，装甲的总厚度达到了 7 英寸。后来，这种结构被爱德华·里德（Edward Reed）在其设计的装甲舰上进一步发扬光大。“勇士号”的装甲总重约为 1000 吨，衬层总重则达到了 375 吨！

在上甲板上

早在那个时代，英国人就已经考虑到了甲板的防护——炮甲板和上甲板均在横梁上铺设了厚度为 15.7 毫米的铁板，铁板之上再覆以木制铺板。

“勇士号”上最后的装甲元件是位于上甲板舰艉方向的舰长室（即后来的司令塔/战斗围壳）。它呈椭圆形，尺寸为 4.5 米乘 2.7 米。该舱室同样包覆了 **4.5 英寸（114 毫米）**厚的装甲，并垫有 **12 英寸（305 毫米）**厚的柚木衬层，衬层底部固定在甲板横梁上。然而，这个旨在保护指挥官的“铁碉堡”实际上并没能获得青睐。指挥官根本无法在其中指挥战斗，原因非常简单——“司令塔”内没有安装任何传达指令的手段（如传声筒等）。因此，这个房间一直处于闲置状态。

在本次综述的最后，简要介绍一下这艘英国装甲舰的动力装置。“勇士号”护卫舰安装了由格林诺克的“约翰·彭父子联合公司”（John Penn & Sons）生产的卧式槽筒式蒸汽机（Trunk steam engine），并采用了喷射冷却技术。

正如奥斯卡·帕克斯（Oscar Parkes）所写：

“彭氏公司生产的槽筒式蒸汽机是当时最优秀的舰用发动机，而安装在‘勇士号’上的那两台（指示功率超过 5000 马力）在很长一段时间内，都是专门为军舰设计的功率最强大的发动机。”

“勇士号”中截面图——蒸汽机结构图

该蒸汽机（额定功率 1205 马力）拥有两个气缸，其轴线位于水线以下 2.13 米处。这些气缸在当时被认为是世界上为舰船建造的最大气缸（直径达 3.76 米，另有资料记载为 2.845 米），在人类制造的所有气缸中也位居第二。该动力装置实现了对转动轴的直接传动（这是槽筒式蒸汽机的显著特征）。

舰上共安装了 10 台箱式锅炉（每台拥有 4 个炉膛），分布在发动机前后的两个锅炉舱内（每舱 5 台）。总加热面积达 1849.33 平方米，工作压力为 1.55 公斤/平方厘米。

在 19 世纪 70 年代初对该护卫舰进行大修期间，锅炉被更换为更高效的型号：加热面积增加到 2209.14 平方米，蒸汽工作压力也提升至 1.75 公斤/平方厘米。

锅炉舱

这艘装甲舰配备了一只格里菲斯系统（Griffith's system）双叶螺旋桨（根据帕克斯的记录，重 10 吨；另有资料称重 26 吨）。螺旋桨由炮铜制成，直径达 7.5 米。当舰船处于风帆航行状态时，可以通过上方设计的专用井将螺旋桨提升至甲板上。有趣的是，这个螺旋桨被认为是世界上最大的可提升式螺旋桨（提升它需要动用约 600 人的力量，几乎是全舰所有官兵）。

后来在大修期间，这个提升井被取消了，双叶螺旋桨也被更换为新型号并永久固定在轴上（考虑到手动提升它所需的巨大工作量，这一改动并不令人意外）。除主发动机外，舰上还配备了一台 40 马力的小型蒸汽机，用于驱动水泵、通风扇和起锚（但直到该舰服役 12 年后，才真正配备了蒸汽起锚机！）。

装甲舰的发动机

在预热状态下，发动机从“停止”到达到全速运转（螺旋桨同步）仅需 11 秒，而从全速到停止则需 31 秒。从全速前进切换到全速倒车的完整调头操作需要 49 秒。然而，该舰在操纵性方面存在明显问题。

锅炉舱内的炉膛

“勇士号”采用的是传统的直板舵，其水下部分面积为 12.08 平方米。在获得转向性能测试结果后，该面积后来增加到了 16.72 平方米。但其舵机传动装置非常糟糕，舵角最大不超过 18-25 度；而为了将舵叶转动到这一角度，必须在舵柄和舵轮之间安装大量的滑轮组。这项操作竟然需要多达 40 人同时协力！

装甲舰的舵轮

正如奥斯卡·帕克斯（Oscar Parkes）所写：

“有一次，‘黑王子号’（勇士级二号舰）在舵角偏离中线 30 度的情况下进行旋回试验。将舵叶转到该位置花费了 1.5 分钟，而完成一次完整的圆周旋回耗时 8.5 分钟。当时，舵轮及辅助杠杆上足足挤满了 40 个人。” 在这种舵机效率下，想要“在硬币大小的地方转身”是不可能的。

后来的实测数据显示，在风帆与蒸汽动力同时开启时，平均航速约为 16 节，最高可达 17.25 节（根据帕克斯的记载，“勇士号”在测速公里的纯蒸汽航速为 14.3 节）。总的来说，从运行经验来看，这艘装甲舰的机械设备赢得了良好的口碑。它们制造精良，维护可靠。考克兰舰长在他关于该舰首次前往直布罗陀航行的报告中提到，从里斯本出发后，他曾连续近 24 小时保持 13-14 节的航速，“发动机未发生任何故障”。后来，“勇士号”在海峡舰队服役期间参与了多次对比测试，并反复证实了这一航速水平。

此外，不应忘记蒸汽驱动的“勇士号”需要消耗煤炭，其设计储煤量为 800-850 吨，几乎达到了整个动力系统重量（1720 吨）的一半。根据计算，这些燃料足以支撑全速航行 1170 海里（耗时 83 小时），以 12.5 节航速航行 1420 海里（114 小时），或以 11 节航速航行 2100 海里（191 小时）。当然，舰上还保留了风帆系统，我们同样不会忽视它们。

锅炉舱区域船体剖面图

1864 年，在经过三年的航行后，“勇士号”装甲舰卸下武装进坞进行了一系列改装。具体包括：更换了炮甲板，将螺旋桨改为不可提升的固定式，在装甲上开凿了排水孔，并在甲板下的船员舱增加了舷窗。最初还计划为舵机和螺旋桨加装装甲防护，但在 1867 年初，由于收到紧急整备武装的命令，这些额外的防护工作并未能如期完成。1868 年 4 月，在斯托克湾（Stokes Bay）进行的六次新航速测试中，“勇士号”在指示功率 5270 马力下跑出了 14.079 节的成绩；随后在公海进行的 6 小时续航测试中，在 5092 马力下达到了 13.936 节。此时，该舰的排水量为 9200 吨。

装甲舰“勇士号”

稍早前的 1867 年，该舰换装了面积更大的新型舵叶并进行了测试。但结果仅比之前略好一点，从海军上将沃登（Admiral Warden）关于此类实验的报告摘要中可见一斑（见下表）。

“勇士号”新型舵叶旋回性能数据表

众所周知，每当“新技术”出现时，人们很少会立即且彻底地放弃“古老的传统”，通常会选择折中方案。第一批装甲舰的情况正是如此——尽管拥有蒸汽机和螺旋桨，设计师们依然高度关注风帆配置和航海性能。“勇士号”的风帆属具规格相当于一艘 80 门炮的木制战列舰（下水后最初按三桅帆船规格索具布置），但采用了缩短的船首斜桅，并加大了前桅与主桅之间的距离，以便容纳高耸的烟囱（高度 7.6 米，直径 2.4 米）。

风帆航行状态下的“勇士号”（绘画）

其基本帆面积为 2879 平方米，挂上翼帆（Stunsails）后可达 4497 平方米。桅杆和横桁均为木制（这是唯一一批保留木制桅杆和桅楼的装甲舰）。静索采用钢丝绳。前桅高度（从水线至桅顶）为 57.45 米，主桅 58.45 米，后桅 47.17 米。

参考信息： 根据奥斯卡·帕克斯的记载，“勇士号”在全帆装状态下（包括翼帆）的最高航速记录为 13 节，这一记录仅被“皇家橡树号”打破过，而“皇家阿尔弗雷德号”和“君主号”则追平了这一记录。

有趣的是，在设计阶段，有人认为对于如此修长的船体，三根桅杆可能不够，甚至考虑过四桅或五桅方案，但最终定为三桅。值得注意的是，风帆属具不仅带来了“美感与轻盈”，更带来了沉重的负担：桅杆及配件重 112.3 吨，索具重 58 吨，帆布（含备用帆）重 15.3 吨。总计 185.3 吨的上层重量，确实是一个不容忽视的负荷！

“勇士号”的装甲构件

尽管拥有巨大的尺寸和排水量，根据英国海军当时的分类，“勇士号”仍被划分为护卫舰（Frigate），按编制配备 660 名船员。但私下里，考虑到其排水量、火力和装甲，它被认为足以对抗六艘一等木制战列舰（后者的单舰员额通常为 850-900 人甚至更多）。因此，考虑到“勇士号”的体积几乎是普通军舰的两倍，660 人的员额显得捉襟见肘（回想一下，仅提升螺旋桨就需要 600 人）。这种情况在恶劣天气下尤为突出：即使是极其简单的工作（如收放风帆）也必须动员全舰人员，而在普通战列舰上仅需一个值班班组即可完成。这导致了船员的不满，官兵们一度不愿在这一舰级上服役。直到一段时间后，“勇士号”的编制才增加到 705 人。这种编制滞后于技术进步的情况，在当时其他英国装甲舰上也曾反复出现。

停泊在朴茨茅斯的“勇士号”装甲舰

总结： 总体而言，“勇士号”被证明是一艘相当成功且具备良好适航性的装甲舰。与法国的“光荣号”级（Gloire）相比，它要先进得多。最重要的是，它对英国造船工程师起到了举足轻重的作用。通过对该舰的测试，人们意识到：旧有的针对木制战列舰的战术技术要求已不再适用于装甲舰。新式战舰需要全新的技术支撑以及全新的作战学说。这一点已成为许多人的共识。

关于英国木制战列舰时代的最后捍卫者之一，奥斯卡·帕克斯（Oscar Parkes）曾这样评价：

“……当委员会最终选择了首席造船师提出的替代方案——即建造一艘铁质船壳战舰时，霍华德·道格拉斯（Howard Douglas）被迫承认，他在与航海事业激进变革的长年斗争中遭到了失败。这位为加强 19 世纪舰队实力倾注了毕生心血的老将军，在 83 岁时输掉了他的最后一局。他在 1861 年去世前感慨道：‘我所说的关于装甲舰的一切都是正确的……但直到现在，人们对火炮潜藏的威力依旧知之甚少！’”