鐵甲時代的開端：裝甲與蒸汽動力加上三桅帆船的組合

我們將繼續通過一些極具代表性的艦艇來回顧世界裝甲艦隊的形成史。例如，我們之前已經探討過英國“勇士號”（Warrior）的建造過程。

今天，讓我們更深入地了解一下這艘名艦。另外，請做好在文中看到英寸、英尺、碼等單位的準備，畢竟我們要聊的是英國海軍……科技進步似乎總在走一條盤山路，彎彎繞繞總是在一條線上反復，并沒有遇到所謂的科技大爆炸。從一個點直接躍升到下一科技點。

似乎所有發明都是承接在前人發明之上，一次次改進又一次次嘗試。逐步達到當時科技巔峰。從風帆到蒸汽驅動，一定是科技上的大幅跨越。然后，又為原始的木制艦體增加鐵甲防護，混合式裝甲又一次將防護提高到頂點。這種科技組合足以壓制之前所有老式木制風帆戰艦。

在上一篇文章中，我們審視了該艦的外觀和性能參數，并將重點放在了它的艦炮火力上。然而，不應忘記它終究是一艘“裝甲艦”（Ironclad），因此，現在我們將目光轉向它的裝甲防御。

在構思這艘新艦時，英國造船工程師們采取了極其“嚴謹”的方法。在設計和建造期間，為了尋找最適合這艘護衛艦的裝甲系統，他們進行了大量的準備工作。在專門成立的委員會提議下，他們在希伯尼內斯（Shoeburyness）針對裝甲靶板進行了多次試驗射擊。根據這些實驗結果，專家們對裝甲的制造工藝、最有利的厚度、緊固方式以及其他重要細節提出了建議。其中一些實驗對項目技術條件的制定產生了重大影響，讓我們來詳細了解一下。

這些試驗中包括對裝甲炮臺艦“信任號”（Trausti）進行的實驗性射擊。這艘已退役的船只（順便提一下，它是世界上第一艘安裝裝甲炮塔的船！——注：指考珀·科爾斯的實驗炮塔）被改裝用于實驗。英國海軍裝備的以及尚在制造中的各種口徑火炮都對其進行了轟擊，其中就包括由曼徹斯特惠特沃斯（Whitworth）工廠生產的 90 磅炮。

“勇士號”局部剖面圖

順便提一下，在進行此類試射實驗時，“遭殃”的不僅僅是“信賴號”（Trusty）浮動炮臺。1858 年間，工程師們在一系列實驗中對安裝在“阿爾弗雷德號”（Alfred）船舷上的鐵甲板進行了實彈轟擊。與此同時，他們還對“埃里伯斯號”（Erebus）和“流星號”（Meteor）據說是兩艦的舷側火炮，進行了火力測試，這些實驗共同證明了在裝甲下墊入厚橡木襯層的重要性。有趣的是，“流星號”的木制船體表現出的抗打擊能力遠優于“埃里伯斯號”的鐵制船體，后者在炮擊震動下甚至出現了肋骨位移的現象。

根據這些射擊結果，英國海軍部得出結論：在理想條件下，擊穿 4 英寸（100 毫米）厚的裝甲始終是可能的，但如果是 5 英寸裝甲配上 20 英寸厚的木襯層，就不必再擔心被摧毀了（這就是所謂的“多一英寸見真章”）。基于這一決定，設計者認為在該裝甲艦上安裝由低碳鍛鐵制成的 **4.5 英寸（約 114 毫米）**厚裝甲已足夠。側舷裝甲構成了一個裝甲堡壘（核心艙），其中為 26 門火炮開設了炮門，而船體首尾兩端則保持無防護狀態。

備注： 作為對比，法國的“光榮號”（La Gloire）安裝了厚度為 120 毫米的鍛鐵裝甲（主裝甲帶），其上部裝甲帶厚度則為 110 毫米。

法國裝甲艦“光榮號”（La Gloire）

與此同時，研究人員還進行了多項實驗，以確定裝甲背后襯層的必要性及其最佳厚度。在這一問題上，他們同樣選擇了“實物實驗”的方法。為此，他們選中了一艘名為“賽恩斯號”（Sinus，讀起來很像正弦函數）的老舊船只，并在其木制舷側直接掛載了 4 英寸和 6 英寸厚的裝甲板，但沒有加裝任何襯層或金屬加固結構。

實驗使用了 68 磅實心彈進行近距離射擊。雖然裝甲板成功抵御了炮彈的貫穿，但艙內的檢查結果卻令人沮喪。雖然炮彈未能擊穿裝甲，對內部結構的直接破壞較小，但裝甲板在承受撞擊時產生的劇烈震動對木制框架結構卻是致命的。木質構件發生開裂和折斷，螺栓被震脫，木制肘板在裝甲板的強力震顫下支離破碎。

實驗結果表明，該船遭受的損傷只有進入干船塢才可能修復。報告指出，在實戰條件下，這種結構的戰艦無疑會沉沒。因此，能夠緩沖炮彈撞擊震動的“襯層”成為了設計中的必需品。如果缺乏襯層，則必須采取額外的舷側加強措施。最終，“勇士號”的襯層厚度達到了 457 毫米（18 英寸），作為對比，“光榮號”的襯層厚度則高達 660 毫米。

備注： 根據奧斯卡·帕克斯（Oscar Parkes）的記載，當時還嘗試過使用厚橡膠層和壓縮棉花作為替代襯層的實驗。但這些方案最終被證實毫無用處。

根據奧斯卡·帕克斯（O. Parkes）繪制的“勇士號”裝甲分布圖

與此同時，委員會指出，在制造裝甲時，相比于普通的鍛鐵，更傾向于使用退火廢鐵（annealed scrap iron）——盡管這種材料的制造工藝極其復雜且耗時巨大——以及軋制鐵（rolled iron）。

備注： 18 間（即“勇士號”開工之后），研究人員在“無畏號”（Undaunted）上對不同類型的裝甲板進行了試驗。結果表明，軋制鐵板的性能遠優于鋼板；同時還發現，疊層裝甲（由多層薄板組成）的效果不如整體實心裝甲。

有趣的是，試驗并未就此止步。在此后的時間里，為了確定最有利的舷側傾角以及裝甲掛載方式，又進行了大量實驗。例如，最初建議使用的螺釘固定法被證明并不可行：即使炮彈未能擊穿裝甲，劇烈的撞擊震動也會直接崩斷螺釘，導致整塊甲板脫落！此外，還針對多層復合裝甲進行了對比測試。

裝甲艦舷側結構

基于上述實驗結果，英國海軍部決定在第一批裝甲艦上僅對船體中部（水線處及炮廓部分）進行重點防護。最終，“勇士號”的裝甲帶長度定為 64.9 米（213 英尺）。裝甲板向下延伸至水線下 1.52 米，向上則直達上甲板橫梁（水線以上的裝甲帶高度為 4.88 米）。在裝甲側舷的兩端，安裝了同樣厚度（114 毫米）的首尾橫向裝甲隔壁（Traverses），其高度同樣延伸至上甲板。

船首和船尾部分則完全沒有裝甲保護，這使得舵機和螺旋槳也處于暴露狀態。為了部分彌補這一缺陷，工程師在水線下安裝了水密平臺（甲板）。當水密平臺以上的側舷被擊穿時，這些平臺能限制海水進入速度，從而保持船體兩端的浮力。

舷側構造（示意圖）

裝甲帶的裝甲板（每塊長 4.65 米，寬 1 米，重 4 噸）橫向鋪設在雙層柚木襯層上。內層襯層厚度為 12 英寸，木梁水平固定在鐵質船體上；外層襯層厚度為 6 英寸，木梁則改為垂直鋪設。裝甲板固定在襯層之上，通過長度為 810 毫米的錐形螺栓穿透兩層襯層與船體（裝甲下方的船殼板厚度為 14.3 毫米）相連。螺栓頭平齊地埋入裝甲板中，在船體內部則通過螺母擰緊。橫向裝甲隔壁的甲板也采用同樣的固定方式，但襯層使用的是英國橡木，這種木材比柚木更容易因潮濕而腐爛。

裝甲板在水平方向的接縫采用**“企口銷”（Tongue and groove）**方式連接，即在甲板下邊緣加工出凸隼（銷）。但隨后人們發現，這種連接方式并不能提供足夠的強度，因為當炮彈擊中接縫時，會導致裝甲板在距離接縫 150-200 毫米處發生開裂。因此，在后續建造的裝甲艦上放棄了這種連接設計。

為了增強炮門區域的舷側強度，在炮門上方和下方通過縱向加強筋對船體進行了加固。在這些加強筋下方，鐵質船殼由兩層 1/2 英寸厚的鐵板加厚。這些加強筋通過兩根角鐵固定在船體上。在炮門區域，裝甲的總厚度達到了 7 英寸。后來，這種結構被愛德華·里德（Edward Reed）在其設計的裝甲艦上進一步發揚光大。“勇士號”的裝甲總重約為 1000 噸，襯層總重則達到了 375 噸！

在上甲板上

早在那個時代，英國人就已經考慮到了甲板的防護——炮甲板和上甲板均在橫梁上鋪設了厚度為 15.7 毫米的鐵板，鐵板之上再覆以木制鋪板。

“勇士號”上最后的裝甲元件是位于上甲板艦艉方向的艦長室（即后來的司令塔/戰斗圍殼）。它呈橢圓形，尺寸為 4.5 米乘 2.7 米。該艙室同樣包覆了 **4.5 英寸（114 毫米）**厚的裝甲，并墊有 **12 英寸（305 毫米）**厚的柚木襯層，襯層底部固定在甲板橫梁上。然而，這個旨在保護指揮官的“鐵碉堡”實際上并沒能獲得青睞。指揮官根本無法在其中指揮戰斗，原因非常簡單——“司令塔”內沒有安裝任何傳達指令的手段（如傳聲筒等）。因此，這個房間一直處于閑置狀態。

在本次綜述的最后，簡要介紹一下這艘英國裝甲艦的動力裝置。“勇士號”護衛艦安裝了由格林諾克的“約翰·彭父子聯合公司”（John Penn & Sons）生產的臥式槽筒式蒸汽機（Trunk steam engine），并采用了噴射冷卻技術。

正如奧斯卡·帕克斯（Oscar Parkes）所寫：

“彭氏公司生產的槽筒式蒸汽機是當時最優秀的艦用發動機，而安裝在‘勇士號’上的那兩臺（指示功率超過 5000 馬力）在很長一段時間內，都是專門為軍艦設計的功率最強大的發動機。”

“勇士號”中截面圖——蒸汽機結構圖

該蒸汽機（額定功率 1205 馬力）擁有兩個氣缸，其軸線位于水線以下 2.13 米處。這些氣缸在當時被認為是世界上為艦船建造的最大氣缸（直徑達 3.76 米，另有資料記載為 2.845 米），在人類制造的所有氣缸中也位居第二。該動力裝置實現了對轉動軸的直接傳動（這是槽筒式蒸汽機的顯著特征）。

艦上共安裝了 10 臺箱式鍋爐（每臺擁有 4 個爐膛），分布在發動機前后的兩個鍋爐艙內（每艙 5 臺）。總加熱面積達 1849.33 平方米，工作壓力為 1.55 公斤/平方厘米。

在 19 世紀 70 年代初對該護衛艦進行大修期間，鍋爐被更換為更高效的型號：加熱面積增加到 2209.14 平方米，蒸汽工作壓力也提升至 1.75 公斤/平方厘米。

鍋爐艙

這艘裝甲艦配備了一只格里菲斯系統（Griffith's system）雙葉螺旋槳（根據帕克斯的記錄，重 10 噸；另有資料稱重 26 噸）。螺旋槳由炮銅制成，直徑達 7.5 米。當艦船處于風帆航行狀態時，可以通過上方設計的專用井將螺旋槳提升至甲板上。有趣的是，這個螺旋槳被認為是世界上最大的可提升式螺旋槳（提升它需要動用約 600 人的力量，幾乎是全艦所有官兵）。

后來在大修期間，這個提升井被取消了，雙葉螺旋槳也被更換為新型號并永久固定在軸上（考慮到手動提升它所需的巨大工作量，這一改動并不令人意外）。除主發動機外，艦上還配備了一臺 40 馬力的小型蒸汽機，用于驅動水泵、通風扇和起錨（但直到該艦服役 12 年后，才真正配備了蒸汽起錨機！）。

裝甲艦的發動機

在預熱狀態下，發動機從“停止”到達到全速運轉（螺旋槳同步）僅需 11 秒，而從全速到停止則需 31 秒。從全速前進切換到全速倒車的完整調頭操作需要 49 秒。然而，該艦在操縱性方面存在明顯問題。

鍋爐艙內的爐膛

“勇士號”采用的是傳統的直板舵，其水下部分面積為 12.08 平方米。在獲得轉向性能測試結果后，該面積后來增加到了 16.72 平方米。但其舵機傳動裝置非常糟糕，舵角最大不超過 18-25 度；而為了將舵葉轉動到這一角度，必須在舵柄和舵輪之間安裝大量的滑輪組。這項操作竟然需要多達 40 人同時協力！

裝甲艦的舵輪

正如奧斯卡·帕克斯（Oscar Parkes）所寫：

“有一次，‘黑王子號’（勇士級二號艦）在舵角偏離中線 30 度的情況下進行旋回試驗。將舵葉轉到該位置花費了 1.5 分鐘，而完成一次完整的圓周旋回耗時 8.5 分鐘。當時，舵輪及輔助杠桿上足足擠滿了 40 個人。” 在這種舵機效率下，想要“在硬幣大小的地方轉身”是不可能的。

后來的實測數據顯示，在風帆與蒸汽動力同時開啟時，平均航速約為 16 節，最高可達 17.25 節（根據帕克斯的記載，“勇士號”在測速公里的純蒸汽航速為 14.3 節）。總的來說，從運行經驗來看，這艘裝甲艦的機械設備贏得了良好的口碑。它們制造精良，維護可靠。考克蘭艦長在他關于該艦首次前往直布羅陀航行的報告中提到，從里斯本出發后，他曾連續近 24 小時保持 13-14 節的航速，“發動機未發生任何故障”。后來，“勇士號”在海峽艦隊服役期間參與了多次對比測試，并反復證實了這一航速水平。

此外，不應忘記蒸汽驅動的“勇士號”需要消耗煤炭，其設計儲煤量為 800-850 噸，幾乎達到了整個動力系統重量（1720 噸）的一半。根據計算，這些燃料足以支撐全速航行 1170 海里（耗時 83 小時），以 12.5 節航速航行 1420 海里（114 小時），或以 11 節航速航行 2100 海里（191 小時）。當然，艦上還保留了風帆系統，我們同樣不會忽視它們。

鍋爐艙區域船體剖面圖

1864 年，在經過三年的航行后，“勇士號”裝甲艦卸下武裝進塢進行了一系列改裝。具體包括：更換了炮甲板，將螺旋槳改為不可提升的固定式，在裝甲上開鑿了排水孔，并在甲板下的船員艙增加了舷窗。最初還計劃為舵機和螺旋槳加裝裝甲防護，但在 1867 年初，由于收到緊急整備武裝的命令，這些額外的防護工作并未能如期完成。1868 年 4 月，在斯托克灣（Stokes Bay）進行的六次新航速測試中，“勇士號”在指示功率 5270 馬力下跑出了 14.079 節的成績；隨后在公海進行的 6 小時續航測試中，在 5092 馬力下達到了 13.936 節。此時，該艦的排水量為 9200 噸。

裝甲艦“勇士號”

稍早前的 1867 年，該艦換裝了面積更大的新型舵葉并進行了測試。但結果僅比之前略好一點，從海軍上將沃登（Admiral Warden）關于此類實驗的報告摘要中可見一斑（見下表）。

“勇士號”新型舵葉旋回性能數據表

眾所周知，每當“新技術”出現時，人們很少會立即且徹底地放棄“古老的傳統”，通常會選擇折中方案。第一批裝甲艦的情況正是如此——盡管擁有蒸汽機和螺旋槳，設計師們依然高度關注風帆配置和航海性能。“勇士號”的風帆屬具規格相當于一艘 80 門炮的木制戰列艦（下水后最初按三桅帆船規格索具布置），但采用了縮短的船首斜桅，并加大了前桅與主桅之間的距離，以便容納高聳的煙囪（高度 7.6 米，直徑 2.4 米）。

風帆航行狀態下的“勇士號”（繪畫）

其基本帆面積為 2879 平方米，掛上翼帆（Stunsails）后可達 4497 平方米。桅桿和橫桁均為木制（這是唯一一批保留木制桅桿和桅樓的裝甲艦）。靜索采用鋼絲繩。前桅高度（從水線至桅頂）為 57.45 米，主桅 58.45 米，后桅 47.17 米。

參考信息： 根據奧斯卡·帕克斯的記載，“勇士號”在全帆裝狀態下（包括翼帆）的最高航速記錄為 13 節，這一記錄僅被“皇家橡樹號”打破過，而“皇家阿爾弗雷德號”和“君主號”則追平了這一記錄。

有趣的是，在設計階段，有人認為對于如此修長的船體，三根桅桿可能不夠，甚至考慮過四桅或五桅方案，但最終定為三桅。值得注意的是，風帆屬具不僅帶來了“美感與輕盈”，更帶來了沉重的負擔：桅桿及配件重 112.3 噸，索具重 58 噸，帆布（含備用帆）重 15.3 噸。總計 185.3 噸的上層重量，確實是一個不容忽視的負荷！

“勇士號”的裝甲構件

盡管擁有巨大的尺寸和排水量，根據英國海軍當時的分類，“勇士號”仍被劃分為護衛艦（Frigate），按編制配備 660 名船員。但私下里，考慮到其排水量、火力和裝甲，它被認為足以對抗六艘一等木制戰列艦（后者的單艦員額通常為 850-900 人甚至更多）。因此，考慮到“勇士號”的體積幾乎是普通軍艦的兩倍，660 人的員額顯得捉襟見肘（回想一下，僅提升螺旋槳就需要 600 人）。這種情況在惡劣天氣下尤為突出：即使是極其簡單的工作（如收放風帆）也必須動員全艦人員，而在普通戰列艦上僅需一個值班班組即可完成。這導致了船員的不滿，官兵們一度不愿在這一艦級上服役。直到一段時間后，“勇士號”的編制才增加到 705 人。這種編制滯后于技術進步的情況，在當時其他英國裝甲艦上也曾反復出現。

停泊在樸茨茅斯的“勇士號”裝甲艦

總結： 總體而言，“勇士號”被證明是一艘相當成功且具備良好適航性的裝甲艦。與法國的“光榮號”級（Gloire）相比，它要先進得多。最重要的是，它對英國造船工程師起到了舉足輕重的作用。通過對該艦的測試，人們意識到：舊有的針對木制戰列艦的戰術技術要求已不再適用于裝甲艦。新式戰艦需要全新的技術支撐以及全新的作戰學說。這一點已成為許多人的共識。

關于英國木制戰列艦時代的最后捍衛者之一，奧斯卡·帕克斯（Oscar Parkes）曾這樣評價：

“……當委員會最終選擇了首席造船師提出的替代方案——即建造一艘鐵質船殼戰艦時，霍華德·道格拉斯（Howard Douglas）被迫承認，他在與航海事業激進變革的長年斗爭中遭到了失敗。這位為加強 19 世紀艦隊實力傾注了畢生心血的老將軍，在 83 歲時輸掉了他的最后一局。他在 1861 年去世前感慨道：‘我所說的關于裝甲艦的一切都是正確的……但直到現在，人們對火炮潛藏的威力依舊知之甚少！’”

布拉西年鑒中的“勇士”號鐵甲艦

木制戰艦已經失去了它們的戰斗價值，因此海軍部立即放棄了繼續建造此類艦船。鐵制艦船的時代到來了，鐵甲艦的時代到來了。