19世紀80年代,歐洲戰艦鋼結構裝甲防彈大測試

著:大衛·K.布朗(David K. Brown)
譯:李昊

要達到同樣的結構強度,鋼結構的重量可以比熟鐵輕得多。船體和蒸汽機械如果用鋼來建造,就可以節省下來一大塊重量配額,而且等到平爐鍊鋼法(open-hearth)普及之後,鋼就比熟鐵更加可靠了。鋼這種鐵- 碳合金的成分配比可以在很大的範圍內調節,從而產生各種各樣性能不同的鋼材,分別適應裝甲和炮彈的需要。在船體、裝甲、蒸汽機械、火炮和炮彈等應用領域中。

1876 年拉斯佩齊亞裝甲防彈測試和鋼裝甲

1876 年拉斯佩齊亞裝甲防彈測試和鋼裝甲

到19 世紀70 年代中期,法國的克勒索(Creusot)制鋼集團已經能用平爐鍊鋼法制作厚度很大的鋼裝甲了。該廠可以澆鑄出重達110 噸的單塊鋼坯,還有一臺用來鍛鍊鋼坯的100 噸水壓機。這種鋼裝甲和熟鐵裝甲哪一個的防彈能力更強呢?1876 年10 月,義大利不知道該給「杜伊里奧」(Duilo)級鐵甲艦安裝鋼裝甲還是熟鐵裝甲,就在拉斯佩齊亞(La Spezia)的一個靶場對這兩種裝甲製成的一系列靶子進行了實彈射擊測試。那個年代根本沒有所謂的「保密法案」,各國的測試都有許多別國觀察員在場,還會在報紙上報道,真是一個幸福的時代。接受實彈轟擊的靶子是:

英國謝菲爾德的凱莫爾(Cammell,或譯為卡默爾)制鐵公司生產的22 英寸厚熟鐵裝甲板;

法國馬賽的馬雷爾(Marrel)制鐵公司生產的22 英寸厚熟鐵裝甲板;

來自上述兩個廠家的12 英寸+10 英寸「三明治夾心」式裝甲板;

22 英寸的法國克勒索鋼裝甲板。

這些裝甲靶先後遭受了10英寸炮、11 英寸炮的轟擊,最後則直接用「杜伊里奧」級計劃安裝的阿姆斯特100噸17.7 英寸炮打了靶,使用的炮彈都是帕裡瑟淬冷熟鐵彈。根據這次測試的結果,義大利海軍決定給「杜伊里奧」級安裝鋼裝甲,儘管反覆炮轟之後,那座鋼裝甲靶上的鋼板都變形脫落了,但是炮彈打在鋼板上也變形破碎了,一枚也沒有擊穿鋼板的木製背襯,而所有熟鐵裝甲靶整個被擊穿了。而單塊厚熟鐵板的防彈效果要優於夾心式設計。英國凱莫爾和法國馬雷爾廠生產的熟鐵裝甲板,性能差別不大,馬雷爾廠的硬度似乎高一些,更容易讓彈頭擊中它的時候變形破碎,但它自身也更脆、更容易開裂。

英國海軍的鋼面複合裝甲,約從1880 年到1890 年

差不多跟拉斯佩齊亞測試同一時期,英國謝菲爾德的兩家鋼鐵廠分別研製出了鋼面複合裝甲(Compound armour),這兩家分別是約翰·布朗廠和凱莫爾廠,兩家負責這個項目的技術帶頭人分別是J. D. 埃利斯和A. 威爾遜。這種裝甲板的前臉是硬度非常高的鋼板,鋼板被整個焊在一塊強度很高的熟鐵背襯板上,這樣一來,高硬度的前臉可以讓擊中它的炮彈瞬間破碎變形,而強度很高的熟鐵背板又可以給鋼板有效的支撐,不讓它像那些早期鋼裝甲一樣發生大範圍開裂,此外,這種韌性不錯的熟鐵背板還可以把任何穿透了鋼前臉的炮彈破片攔截下來。

這兩位謝菲爾德發明者製備鋼面複合裝甲的具體工藝不同。兩個技術路線中使用的熟鐵背板都採用一般工藝來製作,然後都要先加熱到紅熱狀態。接下來,布朗廠的埃利斯把一塊熟鐵背板和一張同樣大小的硬鋼板間隔一段很小的距離平行夾固,然後往它們之間倒入熔融的鋼水。鋼水會把兩側鋼板和熟鐵板的表面熔化掉,當鋼水完全冷卻下來後,它就把鋼板和熟鐵背板整體焊接到了一塊,而且形成了一種從硬鋼到軟鋼再到熟鐵的強度和硬度漸變。威爾遜不使用鋼板,而是直接把熔融鋼水倒在一塊熟鐵背板上面。兩種方法制備出來的裝甲粗坯都大約是最終成品厚度的兩倍,還需要透過輥軋機來加工到最終厚度。成品裝甲板三分之一的厚度都是鋼。剛開始製作出來的鋼面複合裝甲,鋼和熟鐵這兩種材料焊接得不是特別可靠,裝甲板前臉容易剝落,不過很快就解決了這個技術問題。用淬冷鑄鐵彈進行的防彈測試表明,鋼面複合裝甲的防彈能力要比同樣厚度的均質熟鐵板強50%,我們稱鋼面複合裝甲的「防彈品質因數」(figure of merit)為1.5。但如果使用鍛鋼彈來測試,其防彈能力就顯得差一些,防彈品質因數只能達到1.25。最先採用這種裝甲的英國戰艦是「不屈」號, 使用在炮塔圍壁裝甲上。很快,1885 年10 月竣工的「巨像」號(Colossus)不僅在炮塔上用了,在水線裝甲帶上也用了。1884 年2 月完工的「里亞切羅」號(Riachuelo),是英國薩姆達兄弟公司為巴西建造的鐵甲艦,是第一艘安裝了鋼面複合裝甲做的水線裝甲帶的戰艦。

整個19 世紀80 年代,英國的鋼面複合裝甲和法德的鋼裝甲都在不斷改良, 一種裝甲暫時獲得一點微弱的優勢,又很快被另一種超越。所以這段時期內到底是英國優於法德,還是法德優於英國,很難下結論。1880 年,法國在勒加夫爾(le Gâvre)靶場進行了一場裝甲防彈測試,既使用了英國的鋼面複合裝甲,也使用了德國施奈德(Scheinder)和法國特雷諾爾(TerreNoire)的全鋼裝甲。測試的結果說明這時候的鋼面複合裝甲佔有一些優勢,於是法國海軍決定在新戰艦上採用鋼面複合裝甲,但克勒索集團拒絕引進英國的鋼面複合裝甲生產工藝,繼續堅持研發全鋼裝甲。

1882 年,義大利海軍又在拉斯佩齊亞靶場進行了一次測試,這次是為了決定新造鐵甲艦「義大利」號的露炮臺裝甲應當採用什麼材質。靶場上將英國凱莫爾和布朗兩家的鋼面複合裝甲與法國克勒索的鋼裝甲進行了比較。所有裝甲靶都是19 英寸厚的裝甲板背襯20 英寸厚木料。用17.7 英寸的100 噸炮對每個靶子進行兩次射擊,使用的炮彈是格雷戈里尼(Gregorini)淬冷鑄鐵實心彈(Projectile)。結果鋼面複合裝甲直接被轟碎了,但鋼裝甲幾乎沒受到破壞。然後用鍛鋼彈轟擊了鋼裝甲,發現殺傷力比淬冷鑄鐵彈強。

英國人認為這次測試中固定鋼面複合裝甲用的釘子大大少於全鋼裝甲,這很可能是實驗結果出現巨大反差的原因。於是義大利人在1884 年再次進行了測試,這回是為了給「義大利」級的二號艦「勒班陀」號(Lepanto)選擇裝甲。這次測試使用的還是原來三家英法鋼鐵廠提供的19 英寸裝甲板,但固定用的釘子都只用了20 枚。義大利人本來計劃著朝每個靶子的中心用100 噸炮開一炮, 然後朝每個靶子的一角用10 英寸炮開一炮,結果只有法國克勒索鋼裝甲能夠挺過來。英國鋼面複合裝甲雖然承受住了100 噸炮的轟擊,但是受損嚴重,在接下來遭受了10 英寸炮兩次轟擊之後,鋼面和背板剝離了,整個變形脫落。挨完了100 噸炮攻擊的法國克勒索鋼裝甲,它的四角依然能夠讓打在上面的10 英寸炮彈變形破碎掉。三個裝甲靶都抵擋不住100 噸炮的轟擊,裝甲板和背後的木製背襯全都被擊穿了,但是炮彈在擊穿整個結構後,也變形破碎成很多片。

1884年,丹麥又在哥本哈根附近的阿邁厄島(Amager)靶場進行了一次測試。比較了法國克勒索的全鋼裝甲和許多廠家的鋼面複合裝甲。據說測試結果沒有什麼結論價值,最後丹麥人選擇了凱莫爾的產品,可能是因為報價比較低。

1886年,含鉻鍛鋼炮彈(Forge Chrome Steel Shot)的廣泛應用讓裝甲和炮彈的「力量對比」又出現了新的變化,這種新式炮彈是由法國奧策爾廠(Holtzer)最先發展出來的。1888 年,海軍部又在樸次茅斯對凱莫爾廠提供的兩塊裝甲板進行了比較測試:3 月份打了一張鋼面複合裝甲,5 月份轟了一張全鋼裝甲。兩塊裝甲板都只有10.5 英寸厚,轟擊目標用的都是一門6 英寸炮,既使用了100 磅重的奧策爾鍛鋼彈,也使用了帕裡瑟彈,炮彈出膛初速都是每秒鐘1976 英尺。凱莫爾的技術帶頭人威爾遜宣稱他們廠研製的全鋼裝甲板比法國克勒索廠的任何同類產品都要好,因為這次測試顯示,凱莫爾的全鋼裝甲怎樣反覆轟擊都不會碎裂。可是當時沒有把英法兩國的全鋼裝甲產品放到一起同臺競技過。據說,1888 年5 月的這次測試是世界上首次出現既阻止鍛鋼炮彈擊穿整個裝甲靶,裝甲板又沒有破裂。巴納比留下來的照片存檔卻似乎說明,鋼面複合裝甲比英制鋼裝甲防彈性能更好一些。巴納比的文章中還提到,如果炮彈不是剛好跟裝甲表面呈90°擊中的話,那麼複合裝甲相對於鋼裝甲的優勢還更明顯一些。

特萊西德爾(Tressider)上校的發明專利讓鋼面複合裝甲的性能進一步提高,他用冷水對裝甲的前臉進行淬冷處理。很多人說英國堅持使用鋼面複合裝甲是因為英國制鋼工業水平落後於法國,生產不出質量上乘的鋼裝甲,另外就是英國人習慣性地保守。其實從現在來看,19 世紀80 年代後期以前,法德的鋼裝甲和英國的鋼面複合裝甲不存在明顯的性能差異,鋼裝甲的性能是在19 世紀80 年代最後幾年裡迅速提高起來的。1890 年的時候,美國在安納波利斯(Annapolis)海軍學院的靶場比較了各種10 英寸厚裝甲板的防彈能力,包括法國克勒索廠的鎳合金鋼和軟鋼裝甲,以及凱莫爾廠的鋼面複合裝甲。朝每個裝甲靶都打了4 發6 英寸直徑的奧策爾含鉻鍛鋼彈以及1發8 英寸的弗思鋼彈(Firth Steel Shot)。結果所有鋼彈都無法擊穿克勒索鋼裝甲,而每發鋼彈都擊穿了鋼面複合裝甲。炮彈在鎳鋼中的穿深比在軟鋼中要深一些,但是鎳鋼不容易像軟鋼那樣開裂。1890 年晚些時候,沙俄在奧查(Ochta)舉行了類似的測試,結果也差不多。

本文節選自《英國皇家海軍戰艦設計發展史.卷2》

內容簡介
本書介紹了1860—1905年英國戰艦設計的發展,以200多張插圖展示戰艦外形的變化,以數十張表格反映戰艦性能的提升,涵蓋主力艦、巡洋艦、驅逐艦、魚雷炮艇等艦種,以主力艦的設計思路演變為主線索,輔以弗勞德水池試驗、實船打靶測試、實戰研究等內容,重點講述了技術發展對造船材料、船型、火炮、防禦、船體穩定性、動力機械等方面的影響,以及這些方面的變革對戰艦總體設計的影響。回溯了英國戰艦設計在這45年間經歷的挑戰、變革與新生;還原了從鐵甲艦到前無畏艦的艱難突破過程。

「英國皇家海軍戰艦設計發展史」共五卷,濃縮了英國近現代海軍近二百年間圍繞「英國稱霸世界需要什麼樣的戰艦」這一主題做出的所有探索及努力,詳細講述了英國海軍從傳統木製風帆戰艦,到蒸汽輔助風帆戰艦、鐵甲艦,再到前無畏艦和無畏艦,*到由航空母艦、潛艇、現代導彈戰艦構成的海空立體現代海軍的發展歷程,為我們呈現出了一幅跨越百年的時空畫卷。每卷書中都有大量館藏圖片、模型特寫、資料圖表和設計圖紙,對研究艦船設計與發展很有助益,對歐美海洋軍事文化及戰艦設計影響深遠。