致远巡洋舰设计方案溯源5.doc

1、“致远”巡洋舰设计方案溯源中法战争之后中国加强海防的措施，最显眼的莫过于从英、德两国购进的四艘巡洋舰。围绕着这四艘巡洋舰的设计方案，产生了一次在北洋海军史上比较重要的技术辩论。而通过这次辩论，使国内对世界海军技术的发展有了一个相对深入的了解。对许多直接掌握中国海军发展的高级官员来说，不啻是一次海军技术知识的普及。中国政府最初发出的指令是比较简单的, 仅是“奉廿四电旨，着照济远式快船定购四只，备台、澎用，即电商英、德出使大臣妥办。 ” 李鸿章提出的性能要求同样也比较简单， “李相来函只重数层：炮不可小于八九寸口径，甲不可薄于十二寸，如用钢面甲不可薄于十寸。速率不可少于十五海里，吃水不可深于十八尺

2、。 ”仅是立足于北洋海军可预见的勤务要求和国内现有港口设施的状况。出于对比英、德两国造船水平的目的，这次决定分别在这两个国家各订购两艘。驻英公使曾纪泽随即与英国各大船厂展开接触，探讨订购军舰事宜，最后决定属意阿姆斯特朗公司。其中的原因，按他自己讲述， “购造快船一案，英前海部察船官李德（即里德）考验船图工赀极贵。七八月间彭讷毕即来电，所称巴那贝者（即巴纳贝，他与里德对英国海军军舰设计的贡献，见笔者旧文中央装甲堡军舰 ）犹在海部察船官之任，遵英国议院新例亦不能为我察船。纪泽熟思，惟与阿姆士庄订议造船，则其匠师槐特（即怀特）可以为我考察。槐特新授海部察船官，未到任之前犹在该厂，与之商议，即与请英海

3、部考订无异。初时虑及阿姆士庄生意极旺，恐将索价过昂。适纪泽所派随员谢先任、王世绶前赴英国各海口船厂咨访船式者恰到纽卡塞尔，因嘱其将中国购船之事试商程式价值，既欲集思广益，亦欲故另阿厂闻之，庶该厂恐贸易为他人所夺，估价稍为公平。旋据谢、王二员禀称：造船之法必须会集而成，各厂商匠皆公举伦敦之穆次雷及纽卡塞尔之花沙二处，但该二厂专制火炉机器，其造船壳及炮则推阿姆士庄为最良云云 。纪泽遂决意向该厂订制矣。 ”虽然中方要求是“着照济远式快船定购” ，即依然是防护巡洋舰。但在此期间，为了解决“济远”存在的一系列问题，德国伏尔铿船厂已经将新巡洋舰的设计方案更改为配备水线装甲的样式。按曾纪泽的记述， “因与竹

4、筠往复函商，屡接渠信，云先后于伏尔锵厂商改济远之未善处，如煤柜小、机舱逼窄等弊，并拟将船中腰改用水线立甲之式，又将穹甲升高，平甲以下之舱拓深，及船内一切布置，共改十数处，电请中堂酌断，均奉复电允其照改。 ” 随后，曾纪泽将“译出之原合同及竹筠所议更改之处交阿厂总办诺布尔及匠师槐特领去。领取之时，槐特言须细加阅视，乃具说帖；诺布尔则言：有一大端可望图而知者，掩口之圆炮台，徒致上重，全无益处。此层炮台断不能防开花子，开花子入内掩口则力更凶，炮台中之人必致全数糜碎，是不惟无益，且有害也。不如化掩口之炮台为遮人之挡板，以护放炮之人，将炮台所用之铁添于船甲，则上重之弊既改，而炮台内之人又不至因掩口而更受

5、危险云云旋准诺布而槐特送来英文说帖二分，一论济远之弊，一从新船之式。而所论济远受炮，则穹甲虽无伤而全船可沉，以其穹甲低于水线故也。掩口炮台，炮子能入而不能出，伤人必多，说帖中亦及之。又论船底太轻，较他船为易覆云云。观所贬济远层层，均有关系。 ”这实际上是对“济远”的露炮塔、封闭式炮罩、装甲甲板到舰体稳性的全面否定。而怀特向曾纪泽推荐的方案，是基于目前已经在阿姆斯特朗公司船台上建造的一艘防护巡洋舰，生产编号 482。阿姆斯特朗公司建造的 482 号军舰，即后来的意大利海军“道加里”巡洋舰。意大利海军“道加里”巡洋舰1885 年 2 月 13 日，情人节前一天，阿姆斯特朗公司动工建造了一艘防护巡洋

6、舰。这艘巡洋舰暂时还没有一个买主。阿姆斯特朗公司考虑到，造一艘巡洋舰要两、三年，而当时的国际形势，按今天的说法就是“热点地区局势动荡” ，在欧洲的巴尔干半岛、南美洲和远东，都有爆发局部战争的可能，所以买主总是会有的。这种小型巡洋舰，正是这些既好斗但手头又不宽裕的“广大群众”最“喜闻乐见”的选择。而如果等买主有需求的时候再动工，肯定赶不上需要。该舰的设计师是威廉. 怀特，当他为日本设计“浪速”级时，仍然遵循他的前任伦道尔自“埃斯梅拉达”以来所因循的阿姆斯特朗防护巡洋舰样式：平甲板、艏艉各设一门大口径火炮，两舷各布置 3 门副炮，笔直的烟囱和桅杆，使整艘军舰呈艏艉对称的外形。但从这艘阿姆斯特朗防护

7、巡洋舰开始，他决定对上述样式进行一些改变：首先，借鉴其他一些军舰设计上的成功经验，采用艏艉楼船型。好处在于：一可以提高舰艏干舷改善适航性，二可以增加舰内空间。尽管限于怀特没有把艏艉楼设计得很长很高，使这两方面的实际改善效果还不是很明显。其次，烟囱和桅杆呈稍微后倾状使军舰有一种快速向前的外观。该舰正常排水量 2050 吨，舰长 76.1米，宽 11.3 米，吃水 4.5 米，配备一个类似当时鱼雷艇所采用的龟背状舰艏甲板。装甲甲板倾斜部分厚度 2 英寸，顶部平坦部分 1 英寸。司令塔装甲厚度 2 英寸。怀特选择采用 6 门 152 毫米火炮，安装在两舷侧从前到后的各 3 个舷台上，火炮防盾厚度 4

8、.5 英寸。怀特之所以没有选择更大口径的火炮，第一是考虑到该舰的舰体大小问题（如果舰体太大，那些小国都买不起） 。由于火炮大小适中，使该舰的稳性对比阿姆斯特朗公司之前建造的全部 7 艘安装 200 毫米以上口径火炮的巡洋舰（“超勇” 、 “扬威” 、 “筑紫” 、 “埃斯梅拉达” 、 “乔万尼.鲍桑” 、 “浪速” 、 “高千穗” ）都要好。也是从这艘军舰开始，阿姆斯特朗公司再也没有在其生产的巡洋舰上安装超过210 毫米口径的大炮。其次，那些热点地区小国家的海军一般很少配备铁甲舰，他们配备的都是小型巡洋舰或者由商船改装而来的军舰，因此用 152 毫米口径火炮去对付它们足够了。1887 年的“道

9、加里”巡洋舰在动力方面，阿姆斯特朗公司首次选择了采用三胀往复蒸汽机，这也是世界上首次在军舰上安装这种新型蒸汽机。但由于当时的立式蒸汽机高度较大，无法在装甲甲板下安装，所以只好采用卧式设计，由此占用水平方向空间较大，而且卧式蒸汽机产生的振动大于立式蒸汽机。两个轮机舱每个长 7.9 米。该蒸汽机由霍索恩公司（R & W Hawthorn）生产，3 个气缸直径分别为 812.8 毫米、1143 毫米和 1854.2 毫米。行程均为 838.2 毫米。而采用的 4 台双头圆筒锅炉体积也不小，两个锅炉舱每个长 10.36 米。全舰的动力舱段部分总长 36.57 米，占舰体长度的一半。载煤量正常 200

10、吨，最大 480 吨。同时该舰是第一艘安装查尔斯.帕森斯（Charles Parsons）设计的直流发电机的军舰，该型发电机电压 80 伏特，电流 125 安培，而且体积紧凑，节约空间。3 台这样的发电机为全舰 150 盏电灯和 2 座探照灯提供电源。希腊政府在 1885 年 12 月曾经对这艘在建军舰提出购买的意向，并打算命名为“萨拉米尼亚” （Salaminea） ，但随后放弃。 1886 年 7 月土耳其政府也有意购买，但最终也没有成交。该舰在 1886 年 5 月完工后，一直闲置在船厂里。但这也让船厂有机会多次进行试航，并更换不同的螺旋桨以检测可以达到的最高航速。原来在设计时估计正常输

11、出功率 5000 马力，航速 17.75节，强压通风工况下输出功率 7500 马力，航速 19.5 节。最后实际达到正常输出功率 5012 马力，航速 17.7 节，强压通风工况下输出功率 7179 马力，航速 19.66 节。1887 年 1 月，该舰被意大利政府买去，命名为“安吉洛.埃莫” （Angelo Emo） ，但随后更名“道加里” （Dogali ） ，以纪念1887 年击败厄立特里亚的地名。实际上，当接到中方的订货咨询之后，阿姆斯特朗公司很自然就想直接推荐这艘在船台上建造中、当时仍然无主的 482 号舰。但在中方的眼中，482 号舰总计 6 门 152 毫米火炮的火力过于贫弱。由

12、于日本在“新学派”思想影响下订购的巡洋舰“浪速”和“高千穗”各安装了2 门 260 英寸火炮，而“亩傍”甚至配备了 4 门 240 毫米火炮，为求在火力上不弱于日本巡洋舰，李鸿章早早对新巡洋舰定下“炮不可小于八九寸口径”的基调。如果连日本巡洋舰都不如，还能算什么好巡洋舰？！而且装甲甲板太薄，防护性堪忧。至于稳性问题，任凭你说得口干舌燥也是枉然。在那些在海军知识方面所知不多的中方大员心目中很自然会有这样的想法：“你是专家，要多发挥一下主观能动性，肯定会有办法的” 。日本从法国订购的防护巡洋舰“亩傍” ，在两舷前后舷台上各装 1 门 240 毫米火炮共 4 门。该舰在回国途中自新加坡出港后失踪。但

13、要直接对建造中的 482 号舰进行改动实在是牵涉甚广、困难重重，须知一门阿姆斯特朗公司生产的 152 毫米火炮的重量是 4.2 吨，但一门克虏伯 210 毫米火炮的重量却是 13 吨。因此，怀特只好重新提出一个新方案，在 482 号舰的基础上对火力进行了强化，由此开始了“致远”设计方案的演变过程：1，最初，怀特为满足中方的要求，将 482 号舰舰艏的 2 门 152 毫米火炮更换为 210 毫米火炮，保留舷侧和舰艉的 4 门 152 毫米火炮，即在“济远”的基础上“添增六寸径炮三尊” 。他承诺两侧舷台离水面高度可以达到十英尺，可避风浪。考虑如果将艏艉的火炮直接分别安装在原来舰艏艉的四个舷台上的

14、话（“亩傍”的 240 毫米主炮即采取这种安装形式） ，火炮射界不良而且两套并列的旋回机构太占地方，于是采用双联炮塔的安装形式，这样 2 门火炮都可以实现同舷侧射击，并且可以将 2 套火炮旋回机构合二为一，节省空间。这是第一个方案。也是阿姆斯特朗公司首次在其设计的军舰上采用双联装主炮方案。怀特提出的第一个设计方案，主要武备为 2 门 210 毫米火炮和 4 门 152 毫米火炮。2， 虽然从加强火力的角度看，怀特也承认在舰艉较“济远”增加一门 152 毫米火炮“更觉相宜” ，但基于稳性的考虑，他在提交第一个方案时同时提出，建议中方在舰艉依然维持一门 152 毫米火炮。 “照此式装之（指第一方案

15、）则于船之尺寸大小与价值无俱言异，则船边之炮运八寸径炮二尊、六寸径炮三尊为此种船之极坚固者” （这一句话明显是按典型的英语语序直接翻译过来，未按汉语语序作调整） ，这是第二个方案。基于稳性的考虑，怀特建议减少 1 门 152 毫米火炮，这是他提出的第二个方案。3，但中方在第二个方案的基础上提出一个反建议：鉴于日本两艘“浪速”级巡洋舰的主炮都大于 210 毫米，中方要求干脆将舰艉的 152 毫米火炮更换为 1 门 210 毫米火炮，以求在主炮数量上多 1 门的情况下实现单舰火力与日本巡洋舰持平。同时出于方便后勤维护的考虑，将舷侧的 2 门 152 毫米火炮更换为与其他北洋海军军舰相同的德国克虏伯

16、 150 毫米火炮。出于延揽生意的目的，怀特不得不接受了中方的这个要求，这是“致远”的最终火炮布局方案，就火力而言，明显强于“济远” 。落实下来的方案中， “致远”舰长 76.1 米，宽 11.3 米，吃水 4.6 米。这些数据与 482 号舰惊人地一致。但取消那个龟背状的舰艏甲板，同时排水量增大到 2310 吨。装甲甲板倾斜部分厚4 英寸，延伸至水线下 18 英寸，顶部厚 2 英寸，高出水线 1 英尺。从以上数据可见，装甲甲板厚度各处均比 482 号舰增加 1 倍。由于换装了 210 毫米火炮，炮塔的旋回机构和弹药提升机构都要占用更大的空间，而 482 号舰内部本来就显得拥挤，为改善这个情况

17、，怀特一方面在其基础上延长艏艉楼以增加舰内空间。另一方面，针对 482 号舰动力舱段长度太大的问题，基于中方只要求航速不小于 15 节，怀特选择了采用体积相对紧凑的 4 台海军锅炉，以减少动力组件所占据的空间、缩短动力舱段的总长度，由此烟囱也减少为一个。但蒸汽机的正常输出功率也缩减为 3300 马力，预计航速 16 节，强压通风工况下输出功率 5500 马力，预计航速 18 节，这些数据均比 482 号舰低。由于换装大口径火炮导致重量增加，怀特出于稳性考虑，被迫降低上甲板高度，导致最终“致远”的两侧舷台离水面高度实际只有六英尺。因此可以说， “发挥主观能动性”的结果，就是“致远”巡洋舰是在 4

18、82 号舰基础上削减动力、牺牲稳性以换取强化火力和防护的产物。按照怀特的说法，除以上几点外，这型巡洋舰相比“济远”还存在以下优点：1，装甲甲板的布置高度。其实最初阿姆斯特朗公司在设计巡洋舰时，也比德国人设计“济远”时大胆不到哪去。伦道尔设计的最早三型巡洋舰与“济远”一样：“扬威”那块 3/8英寸厚的穹形钢制甲板中央部分低于水线 1 英尺，两侧低于水线 2 英尺；号称防护巡洋舰开山鼻祖的“埃斯梅拉达” ，装甲甲板中央部分低于水线 1 英尺，两侧低于水线 5 英尺；连“乔万尼.鲍桑”也还是这样。直到为日本设计两艘“浪速”级，由于有了之前建造的几艘防护巡洋舰的经验和稳性数据作参考，继任的怀特才把装甲

19、甲板的位置提高到其顶部可以超出水线以上 1 英尺的高度。随后在 482 号舰之后的巡洋舰上，都遵循了这个新原则。装甲甲板安装位置较高的一个好处，是使其大部分在水线以上，即使舰壳破损进水也不能淹没整个装甲甲板，有助于舰体保持浮力。另外还在装甲甲板的上方和两舷设置煤舱，提供进一步的防护。同时由于装甲甲板安装位置较高，因此不必象“济远”的装甲甲板那样整个呈穹形而可以将中央部分改成水平，有助于提高下方舱室的空间利用率。意大利海军“乔万尼.鲍桑”巡洋舰，是伦道尔在阿姆斯特朗公司设计的最后一型军舰，装甲甲板依然低于水线。2，相对“济远”采用的平甲板船型，本方案采用艏艉楼船型，其优点在于可以加高干舷，在高海

20、况时减少舰艏上浪对主炮操作的干扰。此外，锚机等设备也可以布置在艏艉楼中， “车缆等事皆可在此为之而不至于阻碍放八寸径大炮” 。另根据 482 号舰内部空间狭小的缺陷，在其基础上将艏艉楼延长。艏艉楼舷墙上开有舷窗，水兵在艏楼居住，艉楼用于布置军官住舱。这样，预计舰员生活空间较“济远”及 482 号舰会有一定程度的改善。3，为了避免“济远”那种封闭式炮罩厚度在万一被炮弹击穿后，弹片在炮罩内飞溅对炮手造成二次杀伤效应的可能，采用后部开放的半封闭式的炮盾, 使炮弹击穿即飞过。前主炮的旋回与弹药自弹药舱的提升可以由液压机构完成。另外，弹头和发射药可装在钢质圆桶中（该钢质圆桶据称可防弹片和小口径枪弹） ，

21、在战斗前可事先提升至艏楼中，在战斗时便可迅速运送到炮塔内方便取用。但这也存在一旦被大口径炮弹击中后发生弹药殉爆的危险。英国海军崇尚“攻击至上”传统由此可见一斑。保存在维克斯公司（Vickers Ltd. Barrow-in-Furness，阿姆斯特朗公司因营业状况不佳在 1928 年与之合并）档案中的“致远”双联 210 毫米主炮图纸，可见炮塔下部还设有用于存放炮弹的格栅，由钢质圆桶装承的炮弹可存放于此，以便战斗中随时取用、提高射击速率。4，由于装甲甲板安装位置较高，舵机可以布置在装甲甲板下以便受到保护，同时可以将“济远”舰内各烟道、通风管道、弹药提升通道处的垂直防护装甲也可一并省去而统由装甲

22、甲板提供一定的保护（对“济远”舰内各处垂直防护装甲的评价见笔者另文“济远”巡洋舰设计方案溯源 ） 。5，除两舷侧之外，在装甲甲板上方也布置煤舱，因此载煤量大为增加。6，舰上储备鱼雷 12 发，这个与“济远”相同。但安装鱼雷发射管 4 个，比“济远”多2 个。具体布置方式为：除舰艏艉各一个外，另在舰体中部锅炉舱前设一处鱼雷发射舱，安装两个鱼雷发射管，其开口分别在两舷水线处。平时鱼雷与炮弹及发射药一起存放在装甲甲板下的弹药舱中。7，舰上还设有两盏照度达 25000 烛光的“电火查察灯”(即探照灯 )， “属不可不备者” ，用于夜间海面搜索。8，采用两台三胀往复蒸汽机，依然由霍索恩公司生产，并具备强

23、压通风能力。 “新船轮机拟备一三倍涨力式机器 。此种机器用煤极省，近来新造兵船皆用此种机器，敝厂乃首设此种机器于炮船中者。 ”但价格比“济远”安装的康邦蒸汽机要高。9，水密舱分隔要比“济远”多而且布置更合理。例如，两台蒸汽机分开布置在前后两个舱室里而不是象“济远”那样并列安装，驱动左侧螺旋桨的蒸汽机在前，驱动右侧螺旋桨的蒸汽机在后。最后确定的“致远”巡洋舰设计方案，主要武备为 3 门 210 毫米火炮和 2 门 150 毫米火炮。由于相对李鸿章对新巡洋舰所提之“数层者” ， “据英厂说帖所论，新船均有过之无不及者。纪泽遂决意用其新式定造。所谓新式者，即英国通行之快船也。 ”，由此“致远”的设计

24、方案基本确定，进入签定合同和动工建造的阶段。1885 年 10 月 20 日，第一艘巡洋舰（即“致远”）动工，编号 493；9 天后，第二艘巡洋舰（即“靖远” ）也动工了，编号 494。顺便说句题外话，除了中国订购的“致远”和“靖远” ，这 482 号舰还衍生出两个姐妹来。话说 1885 年怀特受老板阿姆斯特朗的委托，到西班牙去推销一型在英国海军“科林伍德”（HMS Collingwood）的基础上改进的战列舰，但对方却是希望订购一艘大型巡洋舰和两艘小型巡洋舰（分别对应英国海军的一级和三级巡洋舰） 。西班牙政府在大型巡洋舰上，选择了克里德本公司（Clydebank Firm of Thomso

25、n）的方案，这就是后来的“瑞那. 雷根特” （Reina Regente）巡洋舰，但两艘小型巡洋舰，则选择了阿姆斯特朗公司的方案。这是怀特在 482 号舰基础上针对西班牙的实际需要进一步缩小舰体，相应换装小一点的 120 毫米火炮和选用体积较小的单头锅炉并减少锅炉数量而来，但航速因此也有所下降，在强压通风工况下也仅能达到 15节左右。这两艘军舰后来分别被命名为“吕宋岛” （Isla De Luzon，生产编号 497）和“古巴岛”(Isla De Cuba，生产编号 498)，同时在 1886 年 2 月 25 日动工。但由于受到装甲甲板下方空间高度的限制，这两艘军舰依然是采用霍索恩公司生产的

26、卧式三胀往复蒸汽机，因此动力舱段占用空间太多的问题依然没有得到妥善解决，两个轮机舱长度各为 4.6 米，锅炉舱长度为 10.4 米。西班牙“吕宋岛”巡洋舰怀特在就任英国海军造舰总监后设计的第一型军舰-2800 吨级的防护巡洋舰“美狄亚”（HMS Medea） -其设计仍然可以溯源到 482 号舰，包括那个龟背状的舰艏甲板。为解决动力舱段太长挤占舰内空间的问题，他这次改用了立式蒸汽机。但英国海军对这型安装 6 门 152 毫米火炮的巡洋舰的评价是：锅炉舱太拥挤，舰体中部火炮舷台离水面太低，实际航速只有 19 节，未能达到设计预期值。我们不妨对比一下 482 号舰和从它衍生出来的的几艘巡洋舰，在防护和火力方面， “致远”最为突出（甚至强于后来英国海军的“美狄亚” ，其装甲甲板厚度为中央部分 1 英寸，倾斜部分2 英寸） ，载煤量也是最大，并且装备了在这个吨位级别的巡洋舰上很罕见的双联 210 毫米炮塔。但困于舰体的大小和采用卧式蒸汽机，在增强火力的前提下，考虑到降低重心以保证稳性，使上甲板和艏艉楼实际都不能太高，于是解决空间拥挤问题的唯一途径就是必须削弱动力组件，这又导致了航速降低。因此，从一个侧面也证明了，寄希望于在一个较小的舰体上仅仅采取什么艏艉楼船型、压缩动力舱段长度等手法去实现一个在火力和防护方面都表现优秀、而在稳性和航速方面表现都不太差的方案是多么的困难。