铁甲舰

lgqm

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猫头鹰快艇


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临高小同人 铁甲舰 （全）
临高小同人 铁甲舰



状态

未完结，待转正。
开 始  时 间:2012-4-4
最后更新时间:2012-4-28


正文

铁甲舰


“怎么这么山寨啊？” 文德嗣看着眼前的一份设计图，心里忍不住腹诽了一下。
随着和荷兰人逐渐交恶，制造铁甲舰的呼声在临高越来越大。穿越集团里历史爱好者和各种资料都不缺，从英弗莱息白到君权到无畏级各种历史名舰都被提出讨论。但钟子衡成功地在听证会上让执委会打消了仿造名舰并作少量修改的想法。
“诸位，仿造这些历史名舰根本是错误的想法。首先，无论是哪一款名舰，其假想敌都是同一时代的船，火力装甲和速度都是按此配备。如果我们要造君权级或者无畏级，难道要造出重装甲去对付前纳尔逊时代的海军炮？又打算用300多毫米的主炮去对付谁？其次，即使仿造，我们的很多设备都可以比历史上造的更好更轻，可以装更多的东西，布置做更大的改变——改动大了之后，所有的配载，重心，结构，运动性能都要重新计算，这已经是在设计全新的船了，那为什么不干脆设计一条新的？第三，历史上这些船的设计大多是在摸索，而别忘了我们拥有全新的先进的理念！用正确方法设计出来的船完全可以远远超过古代的那些名舰！…………”
最后在他的激情演说之下，执委会同意按照“先进的理念，现实的工艺”的原则，先搞出一个初步方案来供参考。
钟子衡在旧时空倒是一个正规科班出身的船舶设计师，按照他自吹自擂的说法，船舶的方案设计主要就是总体结构轮机三大类，而他同时熟悉了总体和结构两个专业，并且有过无计算机辅助的纯纸面设计计算经验——这点让执委会很心动。东门吹雨曾经不无遗憾地问过：“你怎么不拐一个学轮机的一起来穿越？”被钟子衡白了一眼：“拐一个学柴油机的来蒸汽机时代？还不如直接找展无涯讨论呢。”
但钟子衡的要求“十个学过微积分的土著，十个精通绘图的土著，五个学机械的元老，参加设计”则被毫不犹豫地打了回票。目前临高的教学体系里并无系统的微积分教学。虽然个别元老的徒弟有天分好的跟着师傅学习了一部分高等数学，但这些土著都是元老的亲传弟子，企划院不能直接调动，何况目前执委会只需要一份可行性的方案设计，并不需要太细节的内容，也不能在这上面浪费太多人力资源。
陈海阳倒是对此颇感兴趣，作为新型战舰的使用者，他提出的初步目标是：能防御十八磅炮的近距离轰击，拥有尽量强的火力，排水量4000~5000吨，航速16节以上，能适应南海和东海，以及珠江流域的作战……
于是最后摆在执委会面前的，就是一份看起来山寨无比的东西：水线长100米，型宽22米，吃水3米，排水量4800吨——钟子衡强调，虽然方形系数作为军舰大了一点，但“只要型线设计合理，这个速度上兴波阻力不会特别大，因此航速对方形系数不是特别敏感。”，装甲倒是不厚，旋转炮塔和水线附近最厚处25毫米，设计航速15节，让大家一头黑线的问题在于……居然沿中线在首尾各布置了3个3联装的小炮塔，两边舷侧也同样各布置了3个旋转炮塔，以至于大部分执委联想到的不是一艘正常的军舰，而是旧时空某些街机关底的BOSS……当然，这个时代的木质帆船并不需要大口径的巨炮就足够造成致命的伤害，观瞄系统也并不足以支持太远距离的精确射击，不太大的舰炮足以应付，用增加数量的方式加强火力也就在情理之中，只是……
“这还真是多铆蒸刚啊。”马千嘱感叹道。
仔细研究了设计图，从某种程度上来说，也算是充分展示了注重实用和立足现实的精神——当然换另一个角度来看，也可以说是充分集成了朋克精神。船首水线以下加上了旧时空的工程船常用的艏侧推装置，可能是为了在珠江航道里方便机动。吃水较浅，适应海南岛附近的作战区域。干舷较高——在铁甲舰发展初期，流行的是低干舷设置，认为这样可以减少被攻击的面积。但后来的实践表明，过低的干舷严重影响了战舰的航行性能，后来的主流战舰就很少采用极低干舷的设计了。
相比前19世纪中期的铁甲舰前辈们，电报室和预留的雷达空间算是比较新的东西，甲板室被设计的像个龟壳——在旧时代的铁甲舰上，针对同时期火炮的装甲因为重量限制，主要被用来保护水线，炮塔，锅炉等“重要”部位。但立足于防御十七世纪的火炮的装甲，则可以做到全方位保护。船的中部偏后则很诡异地设立了吊杆和一个中等大小疑似货仓的空间——要知道在旧时空的运输船上，吊杆也已经是几乎要淘汰的东西，也就是丰城轮这种老古董上还保留着。
“我说，难道你们还打算用铁甲舰去当海盗船打劫吗？”马千嘱问道。
“不，这个主要作用是装煤的，在我们建立起足够广泛的正规补给港口之前，最好能利用现有的港口补充燃煤和其他补给，有了这个吊杆，只需要码头上有足够的物资，不需要特别的设备，就可以自己吊运到船上。”
“这个煤堆被炮弹击中会不会有危险？”角落里有人问。
“一般不会，实际上在旧时空，煤堆经常被设计作为保护锅炉的缓冲，那可是用来防御后膛的榴弹炮。”
“根据这个方案作出详细的设计需要多久？”
“如果顺利的话，几个月吧，假如执委会需要利用这个机会培养相关人才，也不会超过半年。但这份方案里面锅炉炮塔的重量等参数都是机械部门初步预估的，需要他们做进一步评估，假如和初估的相差过大——无论是偏大还是偏小——差距过大都可能导致一些设计需要重新计算，严重的话需要做大改，那样时间就可能会拖很长了。”
真正开始设计之后，钟子衡发现自己碰到的麻烦比想象的还要多。
他虽然吹嘘自己曾经不借助计算机设计过船舶，但那是指的没有借助计算机的专业设计软件。但事实上，多点连接成曲线这种活儿他还是交给AUTO CAD之类的软件来的——现在临高的数据中心里当然保留有AUTO CAD和其他软件，但执委会有意完全不借助旧时空带来的设备，用临高本地的生产能力来完成这条船，钟子衡自己也支持这种观点，但手绘曲线，还是连塑料曲线板都没有的条件下手绘曲线，画出来的就有点惨不忍睹了，工业部门虽然按照他的要求送来了弹性木材制成的样条和压铁，但钟子衡对如何使用这些工具还是显得很笨拙——甚至不如他的土著学徒。
“想当年，我们做大作业的时候，是把标准图和一堆白纸摞在一起，用大头针戳出关键点，然后把针孔连接起来的。”在示范农庄的咖啡馆里，钟子衡对林深河如是抱怨。
林深河是被抓来估算火炮系统的重量重心的，他对炮本身很熟悉，但要是加上炮塔系统和炮弹输送系统就是两回事了，火炮的后座力也需要试验测定，加上林深河有自己的本职工作，也弄得他焦头烂额。但又不能不小心行事——重量重心在计算良好的时候根本没人会注意，但如果计算不好，在旧时空首航后直接翻沉，当了几百年笑柄的瓦萨号就是榜样了——理论上本时空的瓦萨号也沉没好几年了，不过穿越众并没有特意去打探这艘后世被制成博物馆的著名战舰的消息。
关于稳性，钟子衡本人反倒比林深河更有信心，船舶的初稳性高除了和重心高度，浮心高度有关之外，和水线面对中轴距离的高次方积分也相关，而本船型宽22米，比后世4200吨排水量的吉野号足足宽了一半，横倾的稳性是可以充分保证的。不过，初稳性高度也不是越高越好，过高的初稳性高度固然可以保证横倾时的安全性，但也可能使得横摇的频率进入一个让乘员感到不适的区间，因此需要随着设计的深入进行一定的调整。
稳性方面最大的变数在于执委会提出的改进意见：要求设立可以利用风能，悬挂风帆的桅杆。对此钟子衡其实很不以为然：要充分利用风能，就经常要选择之字形航线，这种混合动力能省下多少燃煤实在不好确认。但被执委会以“缺煤时候可以有一定的航行能力”为理由确定了下来。好在有电机的支持，这种风帆使用起来会比当初的蒸汽-风帆混合动力方便灵活得多。
只是要计算挂帆时遇到大风的安全性又成了一个难题。现代船舶规范里并没有对台风中风帆表现的经验——本时空也没有类似的船只可以参考。最后钟子衡想了一个滑头的方法把这个问题规避过去了：采用计算过强度的索具操纵风帆，当风帆受力超过一定程度时候索具会承受不了而断开，自动落帆，避免了超级强风吹翻船或者吹断桅杆的可能。
怎么样可以让一条船尽量跑的快？
在大部分元老看来，只要配备足够大功率的主机，速度自然就有了。
其中资深一点的军迷，会知道要足够优秀的船体流线——或者应高叫型线，大功率的主机，如果可能的话，还要配一些球鼻艏之类的结构。
如果是机械组的军迷，可能还会知道从船的阻力性能，到主机转速，螺旋桨的设计，都要互相配合，当船-机-桨配合到比较好的程度的时候，一条船才能真正发挥出自己的速度。
然而这些对钟子衡还是远远不够的，他需要做的是把这些概念性的东西具体量化，并且在工程上把它实践出来。
作为一个民用船设计人员，其实钟子衡更加偏好单机单桨。在他看来，单机单桨有很多好处：伴流大，螺旋桨效率较高，机舱便于布置。可惜展无涯很明确地告诉他，现在临高的蒸汽机还做不到在单机达到他需要的航速，在并机上也存在技术困难。比较可行的还是双机双桨模式——对此钟子衡倒也不陌生，不过这样的话，推进效率难免牺牲一点了。
和执委会甚至机械组里那些爱好者设想的不同，船舶阻力并不是一个简单的类似摩擦力的东西。它是摩擦阻力，兴波阻力，粘压阻力，还有破波阻力和附加阻力一系列各种阻碍船体前进的力的总和，每种阻力都有自己独特的特性和作用方式。即使钟子衡在上一个五年计划中提议建设的，但目前还停在图纸上的那个拖曳水池建设成功，也远不是拿一个船舶模型简单拖一次就能得出结论的。比如对这条铁甲舰的船型来说，占主要成分的摩擦阻力和无量纲雷诺数相关，兴波阻力和粘压阻力则和无量纲傅汝德数相关——钟子衡曾经想以这些无量纲数的命名权作为诱饵来引诱更多元老帮忙，可惜大家对用自己的大名命名这种不起眼的系数数兴趣缺缺，他也不可能全都命名为钟子衡系数1，钟子衡系数2……，因此目前只能用简单的英文字母代替了。
好在虽然没有拖曳水池，旧时空还是留下了大量的船舶阻力计算方法。虽然大图书馆的人还没逆天到能在穿越前偷出瓦赫宁根之类著名水池的全套试验数据，但即使那些整理出来的回归图谱或者公式也已经远远超过19世纪到20世纪初建造铁甲舰的前辈所能依据的条件了。
当然，虽然各种计算阻力的方法五花八门，可实际能选取的也并不太多，钟子衡没做太多犹豫就选定了泰勒法进行阻力估算，这个来源于系列军舰模型的阻力图谱在1954年盖脱勒重新整理后成为一个使用相当广泛的方法。不仅适用于军舰，也同样适用于双桨民船。当然，采用泰勒法的主要原因还是因为本船的尺度比实在有点特殊——宽度/吃水达到了惊人的7.3，而不是较为常见的2~4，使得钟子衡对陶德法，爱亚法的准确度都没什么信心，更别说基于单桨船的兰泼凯勒法。而泰勒法，虽然本身计算的型宽/吃水比也仅仅到3.75为止，但经过基尔斯法修正之后，对于所有型宽/吃水比小于12的船都可以计算。对钟子衡来说，这个精度倒也足够了。
螺旋桨设计也是影响航速的一个重要方面。钟子衡对以前工业部采用的随便找一个类似船的螺旋桨挂上去的做法嗤之以鼻。螺旋桨必须要与主机，船型配合。就算同样的主机同样的船型，加一个齿轮箱改变一下转速，螺旋桨也必须要改变了。
不合理的螺旋桨，要么是收到功率不足，要么发出推力不足。或者虽然可以充分配合船体与主机，但是空泡性能恶劣。
在螺旋桨转速达到一定程度的时候，桨叶背面的水流压强会降低到低于汽化点，从而汽化为水蒸气。这些水蒸气会形成空泡随即破裂，不仅有可能降低螺旋桨的效率，而且会造成震动和叶面剥蚀损伤。这一现象本来直到19世纪末页才被发现，之前的船舶并没有明显的空泡现象发生。旧时空民船降低空泡的手段之一是加大螺旋桨面积，降低螺旋桨转速来规避空泡现象。但本船的吃水较浅，临高本地生产的龙门铣床也不太能加工太过巨大的螺旋桨，因此本船虽然主机船速都只相当于19世纪中期的水平，但也不能不认真对待可能发生的空泡现象了。
“要是那个拖曳船池建成的话……”钟子衡发着毫无意义的牢骚，一边研究着各种螺旋桨图谱。本来，最理想的方法是把螺旋桨也放在水池里测试敞水曲线之类的数据。但现在，只能依赖旧时空前辈留下的图谱了。
其实图谱设计也不错，太过先进的螺旋桨不仅在加工上必须依赖数控的五轴联动加工中心，而且在设计上也不是流体力学只学成半调子的钟子衡能搞定的。而用图谱系列桨来设计，无论是荷兰的楚思德B系列螺旋桨，还是日本的AU系列及改进型MAU系列螺旋桨，甚至英国的高恩系列桨，都不需要数控机床进行加工——实际上这些图谱大多诞生于20世纪中期或者更早，如果按当时的做法，不仅不需要数控机床，而且根本不需要机床进行加工，直接铸造后就可以使用。但钟子衡对临高的铸造工能否手工制造出式样均一的木模深表怀疑，为了避免几片叶片形状不一，决定还是采用方便机加工的木模，用统一的工艺来保证叶面形状的统一。
在图谱选择上，高恩系列首先被踢出考虑，虽然高恩系列适用于军舰，但其实本船从速度和船型来说，更接近旧时空的民船——B系列和AU，MAU系列的选择中，最终还是确定了使用日本的AU系列，这倒不是为了讨好海军那群联合舰队爱好者，而是从很实际的思路出发：三系列的基本性能差距不大，而AU系列和MAU系列使用的是公制单位，使用更方便也更适合教育土著学徒。至于采用AU系列而不是性能改进了的MAU系列，则是出于空泡性能的考虑——AU系列的空泡裕度过大，本身是缺点。但钟子衡认为本船船型特殊导致空泡风险较大，还是用AU系列更加安全一些。
在旧时空，大多数民船的建造里，船体结构都是方案里不太受重视，但具体设计里被盯的很紧的一个环节。
因为船舶结构设计的好坏，直接影响到船体的重量。船总排水量不变的话，设计的重了，载货量就小了。
钟子衡在旧时空里就是做民船的，但军船道理也一样，就那么几大块重量，船体结构，火炮，装甲，轮机组，燃料弹药，占据了整船90%以上的重量。如果把装甲火炮燃料弹药都看做货物重量，其实原理倒也和民船差不多。
要命的具体细节上就差别大了，钟子衡在旧时空学的一套，骨架形式，框架结构，肘板形状……全是基于焊接体系的，而临高目前的技术不仅建立在铆接体系上，而且连标准的型材库都没有！
穿越众里军迷甚多，对铆接时期的军舰谈起来也是一套一套的，偏偏具体到结构细节这等细务就关心的不多了。即使找到些零碎的详细结构图纸，也是一没有思路二没有方法的，参考意义极为有限。何况临高的冶金技术和旧时空的铆接时代也不完全相同。
还是得从头来过啊。从内心里说，钟子衡不太看得起旧时空那些经典铁甲舰的结构设计：船体重量不包括装甲往往占到了35%甚至更多重量——而钟子衡自己做的运输船结构重量很少超过整船的的10%。虽然临高的钢铁体系未必能复制旧时空的高强度钢强度，但毕竟高强度钢在运输船里经过若干年的跃进式普及，进而造成无数屈曲变形之后，到他参加工作时，也已经被规范限制到了一个不太大的比例之内。钟子衡自己估摸着，还是有信心把结构重量降低到20%左右的。为了保险起见，钟子衡还特意重新核对了干舷，储备浮力，以及更大吃水下的稳性等，确认了即使结构重量超标一些，整船的裕度也在可以容忍之内，只要略加吃水，不必重新设计。
然后就是纯粹苦力的公关了。在旧时空船长100米是个分水岭，很多船级社要求超过100米的必须计算纵向强度——也就是除了抵抗舷侧水压力之外，还要把船体当做一根梁来校核变形和纵向重量/波浪分布不均匀产生的弯曲应力。
常规船做到这个长度，往往偏好采用纵骨架式，用大量纵向型材来维持船体梁的抗弯能力。但是……那是建立在焊接很方便的前提上的。钟子衡一想到无数根打满了铆钉的纵骨就头皮发麻。因此他忍痛采用了横骨架，并用加大纵向强构件尺寸的方法来弥补纵向强度的不足。为了减少铆接工作量，又拉大了横骨架的间距——代价就是必须相应增加板厚来弥补骨架间距的增加。
另一个增加重量的因素来自文总，经过文总的强烈要求，原先方案里额外的煤仓被进一步扩大，除了装载一千吨煤之外，也可以用来搭载四艘100吨的小艇，小艇上有简单的自卫火力，可以冲滩，还各可以搭载两个全副武装的海兵排。虽然有人腹诽舰队决战用不着这个，登陆作战完全可以另带登陆舰队，鉴于文总的威望这个要求还是被付诸实施了，代价就是更大的开口和附近加强更厚的钢板——这种开口和突变向来是结构加强的重点。
在这么朋克的结构形式下，所有带去的船舶结构类设计公式几乎都成了废纸，必须老老实实按结构力学原理来计算——从普通薄板理论，板条梁理论，单跨梁理论开始推导，而且没法假手于人，学徒暂时还不具备这种计算能力，钟子衡估摸着整个穿越集团里也只有一个半人能干这活——钟子衡自己是一个，加上半个是李潇侣，后者正在建筑工地上杀的七进七出，来友情帮忙这种事想也不要去想。
这种计算倒不算什么不可逾越的技术障碍，但着实花费时间，经过一个多月的昏天黑日计算和统计，钟子衡得到一个坏消息和一个好消息：坏消息是船体结构果然不幸地超过了预期的960吨，达到了1150吨之多——好消息是，按照之前的估算，这个裕度仍然在可以接受之内。
为了保证第一条船的结构安全，即使高呼“立足临高技术水准”的钟子衡，终于也忍不住在最后偷偷用自己电脑里的有限元软件建模计算确认了一下。结果表明之前的手工计算是可以接受的，但他想了想，还是决定不公布偷用计算机这种事情了……。
下水的那天很多元老很失望。
按照他们的构想，一艘巍巍巨舰的船头站着一位风度优雅的女士，用酒瓶砸开一个机关，然后在无数的彩带映衬下，大船缓缓地从船台滑下水面……震天的锣鼓和欢呼预示着穿越集团走上了蓝水海军的第一步，神马的。甚至在铺设龙骨之前，这位女士应该是李梅还是杜雯还是慕敏，李潇侣……就引起过一番不算大的讨论
可惜铁甲舰不是在船台上而是在船坞里建造的。下水那天只是由文总发布了一番简单的讲话，然后打开水闸，就结束了。看热闹的元老被告知如果有耐心可以等水面涨起来之后铁甲舰浮起来，但按进水速度计算至少要15~20小时，那时候已经半夜了。
所以大部分人只能看着一艘维多利亚涂装的船静静呆在船坞里，和临建成之前几天也没太大不同。
这条船的维多利亚涂装也引起过争议，按照旧帝国海军迷的要求，最好是浅灰色涂装——奈何临高的工业部门只能生产出一种黑色油脂一样的液体作为水线以下的涂料，海军灰的爱好者只能等待科技书攀登了。
这种涂料据试验，防止海洋生物附着效果还不错——当然不能和后世的船底漆相比——防腐的效果就很一般。对此钟子衡倒也不在乎，在他计划里，防腐主要不靠油漆，而靠船壳上外贴的几十块锌。这是利用的化学原电池原理，锌-铁连接起来浸泡在海水中时，锌总是比铁更容易失去电子，因此总是锌会比铁优先腐蚀，只要及时更换锌块，钢铁的船体就能得到很好的保护。这种方法在现代船舶中也依然有应用。
之前万众瞩目的螺旋桨轴承也采用了现代技术制造的巴氏合金，这种合金在旧时空由美国人巴比特发明，配方很多，大体是锑，铜，镉，锡、铅之类不同配比，熔点只有200多度，临高完全可以自产。虽然怀旧党依然对传说中铁力木的加水自润滑性能心向往之并且依然进行着“铁力木是不是铁梨木”之类的争论，但在钟子衡看来，这种怀旧纯属无聊——能用现代科学和临高技术解决的，为什么要复原旧的？
看着水不断通过闸门，钟子衡也开始胡思乱想：对于科技发展而言，穿越集团算不算给文明进行了一次SAVE/LOAD？避免之前文明的岔路，直接调整到正确的方向走下去……
真正在船坞旁看到半夜的元老只有林深河，肖白朗和钟子衡三人——好吧再加一个文总，不过文总是中途溜号，傍晚才又跑回来的。
“这下算是大功告成了吧？”文总感慨一下，眼前几个人这一年为这船忙的都瘦了一圈——钟子衡除外，他在办公室里计算工作太多，反而虚胖了。
“哪里告成了，之后还要码头舾装，海试，火炮试验，训练……要形成战斗力，恐怕还得小半年吧。”钟子衡摇摇头，“到那个时候……”
“到那个时候……”