面多加水——浅析沙恩霍斯特级战列舰的设计

弗林

2022/4/21

导言

         历史上的战舰设计，不乏成功的、划时代的案例，当然也有不少糟糕的、失败的结果。德国的二战大型战舰经常被认为是失败的典型，具备相对巨大的吨位却没有装备相称的火炮和充足的装甲防御，以至于经常被后来的海军爱好者当成笑话。沙恩霍斯特级战列舰是德国在一战后建造的第一级至少从吨位上看正式作为战列舰的战舰，这一级战舰也被认为存在一堆毛病，其性能缺陷简直涵盖了所有方面——干舷低导致适航性差、相比吨位贫弱的283毫米主炮、故障频发的动力系统、不如“袖珍战舰”的续航力、“天窗”漏风的装甲….如此多的问题反而更能引发人的好奇心：这级战舰的设计是怎么搞的这么多毛病的？在本文中，我将通过介绍沙恩霍斯特级战列舰的设计历程并简单评析其各项性能，来推断这级战舰存在诸多缺陷的原因。

设计历程

         沙恩霍斯特级原作为三艘德意志级装甲舰的后继改进型设计，但最终建成时已经远远超出了德意志级的排水量。在沙恩霍斯特级的方案演变中，政治因素具有极大的影响，而反复不定的修改或许也直接导致了这级战舰的诸多弊病。

         由于沙恩霍斯特级的设计在很大程度上源于德意志级装甲舰，有必要提及德意志级的设计建造。顺带一提，沙恩霍斯特级（以及俾斯麦级）与一战时期的马肯森级战列巡洋舰在设计上并没有直接关联或者参照，而是基本上对袖珍战舰的放大。

         作为一战的战败国，德国受到了协约国的严厉制裁，加上在斯卡帕湾对大量主力舰自沉的行为导致更进一步的惩罚，战后德国海军的规模已经大大缩水，并且其发展受到凡尔赛条约的严格限制。德国海军进行重建的基础，只有8艘老旧的前无畏舰作为主力，而根据凡尔赛条约，新造替代舰的标准排水量不得超过10,000吨，且仅当被替代舰的舰龄超过20年时才允许开工建造。不仅如此，德国的新舰设计建造还受到协约国的监督。显然，德国已无可能重建提尔皮茨时代的大舰队与其他列强争夺霸权；协约国希望德国海军只能建造用于岸防的“小型战列舰”。

         在这样的背景下，德国耗费心思设计建造了独特的德意志级装甲舰，这些战舰在排水量上相当于条约型重巡洋舰，但装备了6门28厘米炮，同时采用柴油机动力而获得了惊人的20节10,000海里的巨大续航力。基于一战的经验，这种战舰明显是特别用于打击敌方海上交通线的，28节的最大航速能避免与当时的大部分航速只有21节的战列舰交战，而28厘米主炮能压制搭载20厘米主炮的重巡洋舰。这种可谓投机取巧的设计尤其引起了法国海军的注意。按照海军中将汉斯·曾克尔（Hans Zenker）的设想，德国海军需要破坏法国和波兰的海上交通线，并阻止法国军队在德国海岸登陆[F]。袖珍战舰巨大的续航力使其能执行长时间的破交任务，28厘米炮足以压制护航的巡洋舰，而遭遇慢速战列舰时也可以利用5节以上的航速差距撤退。光是一战时期那几艘吨位偏小、火炮口径较小的德国巡洋舰进行的破交战就已经让英国海军大为头疼，而这种新型的特别用于破交战的战舰毫无疑问对当时德国海军的主要假想敌——法国——形成了严峻挑战。

         第一艘装甲舰于1929年开始建造，于1933年服役，之后两艘分别于31、32年开建，于34、36年服役。德国海军期望总共建造6艘新型主力舰。在斯佩伯爵号开始建造之后，德国开始考虑第四和第五艘装甲舰的设计和建造（即D、E号装甲舰）。这两艘新装甲舰将具有更大的吨位，最初的方案设定排水量为18,000吨[1]，尽管这已经明显超出了凡尔赛条约的规定。按照雷德尔的建议，最初的方案增加了一座主炮塔，但是在给定排水量下若要搭载3座三联装28厘米炮则不能充分保证装甲防御，所以在D3方案中恢复为两座主炮塔。

         在D号装甲舰的设计定型过程中，法国敦刻尔克级战列舰的建造对其有巨大影响。敦刻尔克级战列舰是法国对德国建造装甲舰刻意做出的回应，这级战舰具备两座前置的33厘米四联装炮塔，装甲防护按照应对28厘米炮设计，航速达到29.5节。于是，在1933年的会议中，德国海军要求D号装甲舰应具有28节的持续航速和足够应对33厘米炮的装甲带[2]。根据估计，厚达320毫米的装甲带可以防御从18,000米外来袭的33厘米穿甲弹，而如果无法实现这样的厚度，那么防御指标可以降低为应对33厘米高爆弹与203毫米穿甲弹，由此给出的装甲带厚度为220毫米[B]。与此同时，考虑到新兴的航空力量对战舰的威胁，会议认为至少需要在核心区范围提供50毫米厚的露天甲板装甲。在主炮口径方面，鉴于敦刻尔克级装备了33厘米炮，或许应当在新装甲舰上考虑更大口径的火炮，所以提出了搭载33厘米炮的方案；敦刻尔克级采用了四联装炮塔，比起三联装炮塔能进一步集中布置以节省装甲重量，但是一方面炮塔损毁会损失更多火力，另一方面要重新设计四联装炮塔的结构需要投入额外的时间和资源，所以尽管在方案验证阶段存在四联装炮塔的提案，采用四联装炮塔的可行性不高。

         于是，对于D号装甲舰的设计，准备了3个草案：D2方案排水量18,000吨，搭载3座28厘米三联装炮塔；D3a方案搭载2座33厘米三联装炮塔，D3b排水量20,200吨，搭载2座28厘米三联装炮塔。海军偏向于搭载33厘米炮的方案，认为有必要能持平敦刻尔克级战列舰。雷德尔进一步要求对以下方案进行评估：D4a搭载4座33厘米双联装炮、D4b搭载3座33厘米三联装炮，D4c搭载2座33厘米四联装炮；三个方案的排水量均为26,500吨[B]。如果排水量不足以装备33厘米炮，那么可以考虑30.5厘米炮。然而，或许是出于政治上的考虑，他又将方案要求改为装备28厘米炮，排水量22,000吨，即D5方案。

         雷德尔希望能在德意志级装甲舰的基础上再加一座主炮塔并显著提升装甲防御，然而希特勒只允许新装甲舰在装甲防御上得到强化，否决了增加主炮塔的提议。对于D号装甲舰给出了标准排水量19,000吨的限制，这不足以装备3座28厘米三联装炮。最终D号装甲舰的设计方案在1933年6月的会议中得到基本确定（D5b），新装甲舰将装备2座28厘米三联装炮，装甲防护以26,500吨的系列方案为基准。

列表：D号装甲舰的性能参数[3]

设计排水量约23,000吨，标准排水量约19,700公吨（19,400长吨）

全长209.70米，水线长207米，宽25.6米，吃水7.71米，型深12.7米

动力系统：蒸汽轮机-电传，双轴；功率70,000马力，最大航速26节

兵装：6门28厘米炮，8门15厘米炮，10门10.5厘米炮，8门3.7厘米炮，2基四联装鱼雷

装甲：主装甲带220毫米，下甲板水平段80毫米穹段80毫米[4]，上甲板40毫米，主炮塔座圈220毫米，副炮塔座圈125毫米，艏装甲带60毫米，艉装甲带80毫米，防雷舱壁45毫米

         从性能上看，D号装甲舰相比德意志级仅仅在装甲防护上有明显强化，尽管排水量差不多是后者的两倍，D号装甲舰的主炮和航速都与德意志级相同。D号装甲舰对于15厘米副炮采用了炮塔，能更好地保护副炮火力和人员，相应也增加了重量。值得注意的是采用蒸汽轮机-电传的动力装置，这是因为当时缺乏足够的技术能力制造应用在吨位将近两倍于德意志级装甲舰的战舰上的柴油机；而采用电力传动可能是认为相比只采用汽轮机能具有更大的续航力。

         1934年2月14日，装甲舰D、E分别在威廉港和基尔开始建造。然而，雷德尔对新装甲舰的设计并不满意。新装甲舰的性能只在装甲上有明显提升，在火力、航速方面则基本没有变化，而排水量已经相当于德意志级的两倍。更重要的是，新装甲舰的性能显然不足以抗衡法国的敦刻尔克级战列舰。雷德尔希望再增加一座主炮塔以强化火力，而希特勒对此犹豫不决，担忧这种修改是否会导致英法等海军强国的激烈反应。最终希特勒还是于1934年7月5日同意了雷德尔的增加一座主炮塔的提议，这导致已经开工的D、E号装甲舰必须立即停止建造并需要重新设计。这种重新设计再建的情况是相当罕见的，很可能是受到了同年法国建造第二艘敦刻尔克级战列舰（斯特拉斯堡号）的影响。

         于是，设计工作又要推倒重来了。由于增加了一座主炮塔，同时进一步提高了防护标准要求防御33厘米穿甲弹，设计方案的排水量明显上涨。重新设计的新方案有两个，新方案1（Neuentwurf I）在装甲和动力的性能上要比新方案2更强。这两个方案的性能参数如下表所示。

列表：两个新方案的性能参数比较[5]

         在新方案的设计中，有关将主炮口径提升到33厘米的意见再次被提出。这显然是因为搭载28厘米炮将使得新装甲舰在面对敦刻尔克级的33厘米炮时缺乏相对优势的免疫区[6]。然而，如果采用33厘米炮，考虑到必要的研制周期，这两艘战舰的完工日期将被进一步推迟到1939年5月[B]。在动力装置方面，对于比原先更大的设计要采用柴油机显然更不可能了，并且在已经建成的不少战舰上也体现了柴油机的许多实际问题。尽管采用柴油机可以实现优秀的续航力，巨大的功率需求导致需要尽可能降低动力装置的重量，以确保足够的兵装和防御指标[B]。

         1934年7月22日，雷德尔决定将新方案1作为沙恩霍斯特级的基础设计[H]。由新方案1得到的D6设计方案可以说几乎没有变化。然而，在1935年3月，再一次提出了对主炮口径的讨论，一共有5个提及选项：9门30.5厘米炮、9门33厘米炮、6门38厘米炮、6门33厘米炮以及6门35厘米炮，其中9炮均为搭载三联装炮塔，6炮均为双联装[B]。显然，如果保持数量并增加主炮口径，那么战舰的排水量会继续上涨；如果换为更大口径的双联装主炮，同样也需要重新设计，这会进一步推迟完工日期。不仅如此，对设计的修改以及重新准备炮塔都会增加造价。希特勒担忧增加新舰的主炮口径会引起英国人的强烈反应，要求在沙恩霍斯特级上保持28厘米的主炮口径，但同时也要求研讨战时快速换装双联装38厘米炮的可行性[F]。

列表：对比不同口径火炮在70度入射角的穿深[7]

         D6方案并没有完全得到确定，没有决定所有兵装的配置，并且从图纸来看没有标注装甲厚度。最终，由D6完善得到的D7a方案被确定为沙恩霍斯特级的设计方案，由此进行详细建造图纸的绘制。在D7a方案上，10.5厘米高射炮被确定增加到7座双联装共14门，从图纸来看与D6的区别主要是将中间两座高射炮的位置从上甲板再抬高一层。1934年9月10日，型图绘制完成[H]。然而，在这之后，又对设计进行了修改，增加了4门单装15厘米炮[8]。当D、E号战列舰于1935年开始建造时，其装甲数据也与D7a方案存在许多差异。

列表：对比D7a方案与1935年沙恩霍斯特级开建状态的性能参数[9]

         D号战列舰（沙恩霍斯特）于1935年6月15日开始建造，于1936年10月3日下水，于1939年1月7日服役。E号战列舰（格奈森瑙）于1935年5月6日开始建造，于1936年12月8日下水，于1938年5月21日服役。尽管从设计到建造过程中这级战舰已经受到反反复复的修改，或许是命运注定要折腾个没完，沙恩霍斯特级在建成后又接受了改装。沙恩霍斯特号于1939年6月到8月期间进行重建，格奈森瑙号于1938年10月到12月期间进行改装[10]。这些改装包括将相对平直的舰艏修改为明显上翘外飘的大西洋式舰艏、增加烟囱帽以及对机库的扩大并配备新型弹射器（沙恩霍斯特）。对舰艏形状的修改是为了改善在试航中表现的上浪严重的问题，甚至有时候浪花能溅射到舰桥上[F]！即使是修改了舰艏，这两艘战舰仍然由于干舷低表现出适航性不足的问题。到1940年4月，两舰移除了后主炮塔上的弹射器。在1941年3月的柏林行动之后，根据海军上将吕特晏斯的建议，两艘沙恩霍斯特级战列舰各加装了两座三联装533毫米鱼雷发射管，相比使用炮击或者派遣人员爆破能更快速有效地击沉商船[D]。1942年2月底，由于英国轰炸机造成的严重损伤，格奈森瑙号不得不进行长期大修，于是计划在修理时对其换装38厘米主炮，同时延长舰艏。然而，在1943年早期，希特勒对德国海军在1942年12月31日糟糕的作战表现表示极度的愤怒，声称要拆解所有德国大型水面舰艇。结果是格奈森瑙号被中止修理工作并被弃置。1943年12月26日，沙恩霍斯特号被约克公爵号战列舰等英国战舰击沉。1945年3月27日，格奈森瑙号在哥腾哈芬（Gotenhafen）自沉。

列表：1943年状态沙恩霍斯特号战列舰的部分参数[11]

标准排水量：32,358公吨

最大排水量：39,643公吨

全长：235.40米

宽：30.00米

战时吃水：9.93米（38,713公吨）

型深：14.05米

列表：沙恩霍斯特号的重量分配[C]

舰体：8,316 (25.4%)

设备：1,837 (5.6%)

兵装（包括弹药）：5,401 (16.5%)

动力装置：2,909 (8.9%)

装甲：14,245 (43.6%)

标准排水量：32,708 (100%)

燃油：6,345

战时排水量：39,053公吨

舰体

         作为航速达到31节的高速舰，沙恩霍斯特级的舰体具有较大的长宽比和偏低的方形系数以优化流体阻力特性。沙恩霍斯特级具有球鼻艏，这可以减少兴波阻力。舰体为平甲板型，不同于德意志级在舰艉降低一层甲板。与德意志级相比，沙恩霍斯特级在舯部的截面填充率更大（0.96对比0.89）[13]。

         沙恩霍斯特级在约38,000吨排水量下具有2.5m的GM值。值得注意的是，在后来的俾斯麦级战列舰上，GM达到巨大的4m[14]。基于一战的经验，德国的战舰在水线上方的舰体结构相对更加厚重，期望强化战舰承受损伤的能力。在沙恩霍斯特级上，GM没有后来的俾斯麦级那样巨大的部分原因是舰宽较小[A]。

         沙恩霍斯特级的舰体被分为21个横向水密舱，计入舰底总共有7层甲板。双层底的高度为1.7m，偏高的双层底间距是为了强化应对水雷的水下防御[A]。双层底的密封空间作为液舱和油舱使用；由于满载状态的艏倾问题，沙恩霍斯特级不得不最先使用舰艏区域的燃油以尽快恢复纵向平衡。

         沙恩霍斯特级经常被认为干舷过低导致适航性不足，这主要是其满载排水量过大造成的。在满载状态下，沙恩霍斯特级的干舷仅仅略高于4m，干舷与舰体长度平方根的比例系数则只有0.45[16]！然而，相比之下英王乔治五世级由于采用了平直的舰艏形状，加上同样存在的超重问题，即使具有比沙恩霍斯特级更好的干舷高度，也依然存在适航性问题。值得注意的是，沙恩霍斯特级的舰体有非常多的舷窗，这与后续的俾斯麦级明显不同；由于低干舷导致舰体极易上浪，这些舷窗需要加强水密性处理。

         从埃姆登级轻巡洋舰开始，德国在军舰的建造上应用电焊以降低舰体重量。沙恩霍斯特级的舰体仅在防雷舱壁和下甲板的结构上采用铆接，其余结构均为焊接[A]。如此程度地应用电焊显然降低了舰体重量，但是由于技术上缺乏成熟，实战的损伤情况表明部分舱壁的接合部位在受到爆炸冲击时直接断开了。沙恩霍斯特级偏低的舰体重量占比有电焊的因素，同时也是因为其设计干舷偏低。

列表：沙恩霍斯特级新建状态的部分舰体参数[12]

长宽比：7.53

方形系数：0.57

水平面填充系数：0.66

舯部截面填充系数：0.96

列表：沙恩霍斯特级的稳性数值[C]

列表：对比部分战列舰的干舷数据[15]

动力系统

         沙恩霍斯特级采用传统的燃油锅炉-蒸汽轮机动力系统，由减速齿轮连接三个推进轴驱动。动力系统由12座瓦格纳型（Wagner-type）燃油锅炉提供蒸汽，每组共4座锅炉分别置于3个锅炉舱。每组轮机分高压、中压、低压轮机，三组轮机对应布置在三个汽轮机舱。3个锅炉舱分别位于第9、11和12个纵向水密舱段，主机舱位于第6和第8个纵向水密舱段，而第13个水密舱内布置了辅助锅炉（港口停泊时使用）。

         沙恩霍斯特级的锅炉有很高的蒸汽压力和温度，通常而言这有利于提高燃烧效率并提高动力系统的功率重量比。德国的新型高温高压锅炉在蒸汽参数上领先于所有其他国家，只有美国的锅炉能与其部分型号相近[18]。在驱逐舰上，锅炉的蒸汽压力甚至达到70个大气压！然而，或许是出于大型舰上的稳定性考虑，在后续的重巡洋舰和新造战列舰上，锅炉蒸汽压力相对有所降低。值得注意的是，沙恩霍斯特级的下甲板在锅炉舱段有明显的凸起，这影响了对炮弹的迎击角度，在下降坡段成为装甲防御的弱点。对此，一种说法是在设计阶段的疏忽导致预留的锅炉舱高度不足，不得不修改形状确保空间充足[A]。

         尽管提高蒸汽的温度能提高燃料的能量效率，并且沙恩霍斯特号的载油量达到相当大的6,108公吨（格奈森瑙号是5,360公吨），其续航表现明显低于德意志级的20节10,000海里，比起敦刻尔克级和北卡罗来纳级也明显不如。油耗偏高的原因是采用单级减速机导致轮机转速过低，从而影响了汽轮机的效率。相比之下，美国在新型战列舰上应用双级减速机，帮助实现了突出的续航性能。值得一提的是，两艘沙恩霍斯特级在公试时巡航轮机的表现非常不满意，于是取消了巡航轮机搭载。

列表：对比不同战舰的续航性能[19]

         尽管在德意志级采用了柴油机动力，并且在轻巡洋舰上采用了柴油机-蒸汽轮机的混合动力，德国海军在沙恩霍斯特级上采用了传统的蒸汽轮机动力。柴油机动力有利于实现优秀的续航性能，并且可以立刻启动并具有更加灵活的输出档位调节，而蒸汽轮机动力需要一定的启动时间；然而，在如此巨大且有较大功率需求的战舰上只能使用蒸汽轮机，当时的柴油机技术不足以确保在大型高速舰上的稳定实用。采用高温高压蒸汽的蒸汽轮机在之前已经被应用在远洋轮船上，也有作为汽轮发电机的几年使用经验[A]；然而，在沙恩霍斯特级上，汽轮机仍然表现出频繁的故障问题。动力系统的机械设计师缺乏采取足够的安全性检验，在战舰的服役中，只要受到震动传导到动力系统，所引发的过度轴向偏移、润滑剂失压等各种不稳定状况就会导致动力系统停止运转[B]。另外，工况极端的锅炉也存在可靠性问题，部分配件使用的材料不合格，导致锅炉的过热管频繁出现故障[21]。

         沙恩霍斯特级的三具三叶螺旋桨在纵轴上处于同一位置，而俾斯麦级两侧螺旋桨更加靠前。方向舵为两具横向布置的倾斜舵。沙恩霍斯特级的操纵性较差，在港口的调度总是需要拖船辅助，而在海试中操舵转向时不仅会损失一半的航速，还有达到13度的横倾[22]。

列表：沙恩霍斯特级的动力舱室尺寸[17]

列表：沙恩霍斯特级的部分锅炉参数[D]

蒸汽压力51.7kg/cm2

过热蒸汽温度480摄氏度

蒸汽产生量55公吨每小时

列表：沙恩霍斯特级的航速-功率-油耗-续航数据[20]

主炮

         与32,000吨的标准排水量相比，沙恩霍斯特级9门283毫米54.5倍径的主炮配置相当薄弱。这主要是政治上的考虑，尽管两舰有换装与俾斯麦级战列舰同型38厘米炮的计划，但随着战争爆发而不了了之。沙恩霍斯特级的三联装28厘米炮塔基于德意志级装甲舰的主炮塔发展而来，相比增加了火炮倍径、弹重和穿甲弹长度（L4.4对比L3.7），并减少了穿甲弹的装药系数，显然刻意强化了穿甲能力。

         德国海军在袖珍战舰和新型轻巡洋舰上采用了三联装主炮塔，这有利于节省核心区长度和布置空间，也利于减轻重量。在沙恩霍斯特级的设计阶段中，有考虑搭载四座双联装主炮的方案，同时也有或许是模仿法国敦刻尔克级搭载四联装主炮的提议，但最终还是沿用并加强了德意志级的28厘米三联装炮。然而，在之后的俾斯麦级战列舰还是采用了保守传统的四座双联装主炮，并且之后的战列舰设计都采用双联装主炮，这使得沙恩霍斯特级成为唯一采用三联装主炮前二后一布局的德国战列舰。

         沙恩霍斯特级的主炮配备三种炮弹：穿甲弹、半穿甲弹和高爆弹[24]。后两种具有更多的爆炸装药，可以造成更强的破片伤害。半穿甲弹用于应对诸如巡洋舰的轻甲目标，而高爆弹用于应对驱逐舰等无装甲舰艇或者对上层建筑造成损害[A]。尽管半穿甲弹和高爆弹都比穿甲弹略轻，具有稍高的炮口初速，这些炮弹的弹道特性都相似，简化了火控[A]。尽管比起一战战列巡洋舰的28厘米炮弹更重（302kg对比330kg），沙恩霍斯特级的28厘米炮弹仍然不算重弹范畴，而敦刻尔克级的33厘米炮弹明显具有弹重的优势。然而，敦刻尔克级的主炮穿甲弹装药偏大，更类似于半穿甲弹，加上沙恩霍斯特级比敦刻尔克号明显更强的侧舷防护，沙恩霍斯特级相对具有免疫区上的优势。尽管如此，受限于口径，要击穿英法老式战列舰的主装甲带还是乏力的，而相对低平的弹道也无法实现足够的水平穿深。

         沙恩霍斯特级的主炮具有引人注目的高射速。德国舰炮普遍采用药筒装填发射药，比起药包更加不容易殉爆，并且有利于实现更高的射速，但在大口径火炮上存在重量较大和机械复杂的不便。装填仰角为固定+2度，较快的俯仰速率（8°/s）支持了高射速。火炮的俯仰由电力驱动的液压设备实现，而旋转机械为电力驱动[D]。在火炮齐射时，三联装炮塔中间的火炮有射击延时以降低干扰减小散布界。

列表：对比二战时期不同战舰搭载的主炮数据[23]

列表：对比不同战舰主炮的穿深[25]

副炮

         沙恩霍斯特级的副炮为2门15厘米炮和14门10.5厘米炮，前者用于应对驱逐舰等小型水面目标，后者作为该舰的重型防空炮。15厘米火炮与德意志级装甲舰的对海副炮一致，并沿用到之后的俾斯麦级战列舰和未建成的计划舰上。沙恩霍斯特级的15厘米副炮采用了奇怪的单装与双联装混搭的布局，对此一些资料认为是舰宽不足所致，但从其设计方案的演变来看，直到D7a方案上都没有出现单装15厘米炮，应该是最后临时修改时才加上去的，而如果要附加双联装炮塔需要的结构改动较大，并且比单装炮更重。猜测是为了使对海副炮火力也达到德意志级的1.5倍而加装了单装15厘米炮。然而，单装炮和双联装炮塔的射速并不一致，这实际上导致无法协调运作，并且开放的单装炮位缺乏装甲防护，更容易受到损伤而失效。

         沙恩霍斯特级的15厘米炮弹同样有三种类型：穿甲弹、半穿甲弹和高爆弹，弹重均为45.3千克。另外，还配有照明弹。15厘米炮同样具有较高的炮口初速和低平的弹道以应对驱逐舰。

         10.5厘米双联装高射炮是德国二战大型战舰的标准重型防空炮。尽管英美方面的资料总称其为两用炮，表示具有作为对海武器而言良好的弹道特性，从设计考虑上德国海军并不认为这些火炮将作为对海用途。尽管这种防空炮具有很高的炮口初速，其炮位缺乏足够的回旋速率，不足以应对越来越快的新型飞机。沙恩霍斯特级的一座10.5厘米双联装炮位于中轴线上，而在后来更长更大的俾斯麦级上所有10.5厘米防空炮都在两侧布置。为了减少两种不同用途副炮的干扰，两种副炮分别位于不同层的甲板平台。

列表：沙恩霍斯特级的副炮参数[26]

列表：15厘米炮和10.5厘米炮的性能参数[27]

鱼雷

         在作为装甲舰设计的阶段，D、E号装甲舰有在舰艉配备与德意志级一致的两具四联装鱼雷，而在修改为战列舰时取消了鱼雷搭载；“柏林行动”之后，出于便于迅速击沉商船的考虑，两艘沙恩霍斯特级又在舯部两侧各加装了一具三联装533毫米鱼雷发射器，并在发射管附近设有备用鱼雷，每舰算上发射管内总共搭载14发鱼雷。然而，这些鱼雷缺乏装甲保护，即使是小口径炮弹的弹片都有可能诱爆鱼雷。另外，也没有安装对鱼雷的火控设备，并且这些鱼雷武器由防空人员负责操作[A]。

         沙恩霍斯特级加装的鱼雷发射器直接源于轻巡洋舰莱比锡号和纽伦堡号[C]。德国二战水面舰艇的533毫米鱼雷从性能数据上看算不上出色（但也不至于落伍）。出于在近距离击沉商船的用途，对鱼雷也就没有多高的性能要求了。

列表：对比不同国家的鱼雷性能[28]

航空舾装

         在服役中，沙恩霍斯特级的航空舾装经过改装。沙恩霍斯特号在1939年对机库延长了8米以增加一架侦察机容纳数，而格奈森瑙号相比较小的机库在1941年于布列斯特也进行了重建扩大[A]。值得注意的是，沙恩霍斯特号的机库顶部原先是可滑动的，之后取消了这一结构[D]，而格奈森瑙号的机库在侧面有巨大的开口。原先两舰在后部的主炮塔和后舰桥上各有一座弹射器，之后出于炮口暴风、操作性、降低炮塔回旋速率和火灾隐患的原因，两舰都移除了炮塔上的弹射器。当然，搭载航空舾装必然要携带易燃的航空轻质油，增加了战舰面对火灾的隐患。在北角海战中，沙恩霍斯特号的机库被击中，引发了严重的火灾[A]。

装甲防御

         沙恩霍斯特级的装甲重量足足占用了标准排水量的44%，而从设计演变来看也显然对装甲防御相当重视，从基于德意志级强化装甲防护，到进一步提升到战列舰水准，装甲防御性能的提升在方案的进化中比兵装和动力系统的修改更加突出。然而，沙恩霍斯特级的装甲防御存在明显的缺陷，这在北角海战中成为了沙恩霍斯特号受损减速并被追击的重要原因。

         在总体布局上，沙恩霍斯特级体现德国海军的“全面防护”理念，具备较厚的艏艉装甲带、内置防破片装甲带和露天甲板装甲等，而这些装甲通常在“重点防护”的单装甲盒设计中被舍弃以减轻重量强化核心区对穿甲弹的防护。沙恩霍斯特级具备德国战舰典型的穹甲结构，主装甲甲板位于下甲板，外侧向下倾斜与主装甲带下端衔接。这种垂直主装甲带结合穹甲以及“完全防护”的布局经常被认为是一战后德国海军装甲设计理念停滞落后的体现，特别是在袖珍战舰上采用的倾斜主装甲带没有被沿用。当然，德国海军工程师不是根本没有考虑的。由于穿甲弹性能的进一步提升，以及装甲材质的进步已经达到极限，德国海军认为需要结合侧舷装甲带和甲板才能实现足够的应对穿甲弹的防护[29]。至于水平防御，露天甲板的50毫米装甲用于应对一般的航空炸弹，并可以触发穿甲航弹的引信，而在到主装甲甲板之间的部分提供防破片装甲；由于在远距离上炮弹的命中率极低，在重量限制下牺牲了应对大口径炮弹的水平防御，主装甲甲板的厚度偏低。尽管从甲板装甲的累计厚度来看还不错，将装甲分为多层会比单层大厚度的布局降低应对穿甲弹的防御效果。

         320毫米主装甲带结合105毫米穹甲的防护体系，由于大厚度穹甲的增益，显著降低了侧舷装甲体系的被击穿距离，而在提供一定航向角时穹甲极易触发穿甲弹的跳弹，这也是不少爱好者认为的德国战列舰的防御亮点。另外，穹甲可以阻挡弹片，也能起到限制进水的作用。尽管穹甲具有这些优点，德国战列舰这种大倾角穹甲布局非常占用布置空间，并且由于降低了主装甲甲板的高度，相应增加了炮座装甲的高度，同时也缩小了装甲核心区的容积。在满载状态下，水线已经高出主装甲甲板0.55米[30]，这不利于控制受损进水范围。

         在沙恩霍斯特级的装甲体系中，最为明显的弱点便是35毫米上部装甲带的“天窗”。与50毫米露天甲板装甲相比，35毫米的匀质垂直装甲在应对穿甲弹上要薄弱不少。在后来的俾斯麦级战列舰上，上部装甲带增厚到145毫米。更加致命的是，锅炉舱段的甲板装甲有一段垂直的凸起，而这段垂直装甲却没有增加厚度，结果是穿甲弹存在一条路径，依次通过35毫米、40毫米和80毫米的三层垂直装甲射入锅炉舱，可以说任何战列舰的主炮穿甲弹都能突破这一防御弱点。尽管这一薄弱区间相当狭窄，理论上属于小概率事件，在北角海战中约克公爵号那决定性的一发14英寸穿甲弹正是通过这一弱点让沙恩霍斯特号被迫减速，得以让英舰追击并实施围攻。缺乏厚度的上部装甲带和锅炉舱段的甲板凸起或许是明显的设计漏洞。装甲甲板的凸起，正如在设计历程中所述，可能是锅炉超高的失误；而薄弱的上部装甲带或许和稳性有关，亦或许只是在设计演变中增厚了主装甲带，而没有考虑通过上装到甲板的情况。

         从D7a方案来看，主炮塔炮座装甲与主装甲带厚度一致为350毫米，而在实际建造时对一些装甲厚度又进行了修改，主炮塔座圈装甲则没有变动。有趣的是，在后来的俾斯麦级战列舰上，主炮塔座圈装甲相对还少了10毫米。炮塔顶部装甲厚100毫米，明显比其他新型战列舰低，不过从免疫区看与水平防御基本保持一致；然而炮塔前坡的150毫米装甲就有些令人迷惑了，主要是向下的倾斜角较大，极大地影响了应对大口径穿甲弹的防护效果。这也可以说是德国炮塔的通病了。

列表：沙恩霍斯特级的装甲体系应对英国Mk.VII型14英寸炮的免疫区[31]

         副炮方面，15厘米双联装炮塔的装甲厚度为侧面60毫米、前盾170毫米、顶部30（后）~50（前）毫米、背部70毫米，炮座装甲为150毫米，炮塔周围的露天甲板装甲有所增厚，应该是考虑增加结构强度[B]。尽管炮座装甲足以抵挡重巡洋舰的8英寸穿甲弹，要应对战列舰的大口径穿甲弹是不可能的，存在穿透副炮炮座进入核心区的风险，尽管这一隐患在不少其他新型战列舰上同样存在。对于开放式的单装15厘米炮和10.5厘米双联装高射炮就没有多少装甲防护了。

         由于需要考虑对稳性的影响和结构问题，在指挥塔顶部无法施加过厚的装甲，沙恩霍斯特级的前舰桥顶部有侧面30~60毫米、顶部14毫米的装甲。前舰桥司令塔装甲为侧面350毫米、顶部200毫米，通道200毫米；后舰桥司令塔装甲为侧面150毫米、顶部50毫米，通道50毫米。司令塔装甲的数据与俾斯麦级战列舰基本一致。

         沙恩霍斯特级的水下防御系统设计承受250千克TNT的爆炸威力，具有45毫米厚的防雷舱壁装甲。为了确保吸收爆炸能量的效果，在防雷舱壁的连接部位采用铆接而非焊接，并对防雷舱壁采用软化处理、拉伸能力更好的Ww钢。尽管如此，沙恩霍斯特级的防雷系统仍然无法充分应对在实战中受到的雷击损伤。核心区末端的防雷纵深过低，尽管不可避免；防雷舱壁的连接处仍然存在结构强度弱点，在承受冲击时容易脱离导致能量无法传导分散至整个舰体；防雷舱壁外侧只有一层油舱吸收能量且直接与舱壁接触，内侧则缺乏一层空舱。沙恩霍斯特号在参与击沉光荣号航空母舰的过程中被英国驱逐舰阿卡斯塔（Acasta）命中一发鱼雷，格奈森瑙号则在布列斯特被命中过一发航空鱼雷，巧合的是这两次雷击命中的部位相近，均为后部主炮塔右侧。这两次雷击造成的损伤都很严重，沙恩霍斯特号的舰体被炸开一个6x14m的开口[A]，防雷舱壁严重变形，右侧和中间的推进轴失去作用，进水2500吨；格奈森瑙号则被一发204千克TNT战斗部的鱼雷造成3050吨进水，右侧推进轴损坏。由于舰宽的限制，沙恩霍斯特级的防雷舱壁为倾斜布置，而在俾斯麦级上，防雷舱壁恢复了一战无畏舰式的垂直布局。

列表：沙恩霍斯特级的防雷系统纵深[A]

         整体来看，沙恩霍斯特级对于装甲防护给予了相当的重视，装甲核心区占用了水线三分之二的长度，而装甲厚度也达到战列舰等级。与敦刻尔克级相比，沙恩霍斯特级有更好的侧舷防护和更大的防护范围，而在核心区的水平防御和水下防御上明显不如。尽管对比德意志级以及从设计历程中都能看出沙恩霍斯特级战列舰对于装甲防护的大幅强化，其装甲体系存在的设计缺陷成为致命弱点，从实战中遭受到的损伤来看，无论是应对重型穿甲航弹、鱼雷还是应对大口径穿甲弹，沙恩霍斯特级的装甲体系都是不足以应对的。

列表：沙恩霍斯特级的装甲重量[32]

总结

         沙恩霍斯特级战列舰可以说是相当糟糕的设计，被称为“糟糕的俩姐妹”（Terrible Twins）。最明显的缺点是达到战列舰的体量却只装备了283毫米口径的主炮，这是受到政治考虑的限制的无奈；缺乏适航性主要是满载状态下干舷太低，且存在艏倾；由于材料和设计规范的缺陷，动力系统缺乏可靠性；相比柴油动力而言采用蒸汽轮机且缺乏足够高效的减速传动装置导致油耗偏高，影响了续航力；缺乏足够厚度的上部装甲带和锅炉段装甲甲板的垂直凸起成为了应对穿甲弹致命的弱点；偏薄的水平装甲以及缺乏纵深和结构强度的防雷系统不足以应对穿甲航弹和鱼雷……这一级战舰的设计常常被后来的兴趣爱好者反复调侃，设计上如此多的毛病导致沙恩霍斯特级尽管具有战列舰等级的排水量和装甲厚度，却不适合对抗敌方战列舰，而缺乏适航性和续航力也不利于执行通商破坏作战，可谓“食之不足，弃之有味”的鸡肋了。

         尽管这两艘战列舰在设计上相当糟糕，在二战史上沙恩霍斯特级是德国海军的水面舰艇中表现最为活跃的，并且有不少出色的表现，其中最为辉煌的荣誉便是在远距离上命中并击沉了英国的光荣号航空母舰，这也是海战史上动对动炮击命中的最远记录之一（24千米）。与设计上的缺陷反差强烈的战役表现，足以反映其水兵的卓越努力；然而也无法弥补本质上的性能缺陷，格奈森瑙号在1942年2月27日于基尔港被轰炸重创而被迫进行预计长达两年的大修，而沙恩霍斯特号在最后的北角海战中被约克公爵号的穿甲弹命中防护弱点，导致减速并失去了逃脱的机会。如果这些设计缺陷能得到修正，想必沙恩霍斯特级能在海战史上得到更好的表现吧。

注释：

1、严格而言，D1方案设定的排水量为15,000吨，然而在如此规格下装备3座283毫米三联装炮实在局促，于是在D2方案增加到18,000吨。

2、参考《German Capital Ships of World War Two》；28节的持续航速是基于敦刻尔克号航速28节的情报得出的。

3、原先数据结合非常模糊的图纸标注和部分测算给出估测，后改为引用参考资料[H]的数据表；其中舰体全长按照D3b方案图纸为209.65米，而数据表中为209.70米，不确定是否存在四舍五入的可能。注意D3b方案高射炮口径为8.8厘米，而建造时的确定方案，按照参考资料[H]，采用了10.5厘米高射炮。参考资料[B]中给出4座8.8厘米双联装防空炮，这是不太合理的，可能少计了中线后方的一座高射炮。另外，从D3b的图纸标注来看应为蒸汽轮机动力，而参考资料[H]写明D号装甲舰的动力为蒸汽轮机-电传，可能是在D5b方案中做出了修改。

4、尽管在《战舰》中文杂志第19期讲述小型战列舰的文章中D装甲舰的穹甲被标为180毫米，结合非常模糊的图纸以及《German Capital Ships of World War Two》，我认为应为与水平段一致的80毫米。180可能是由于1并不是数字而只是一个折现标注所造成的误解。之后参考《Marine-Arsenal Band 24》的数据表也没有提到180毫米穹甲。

5、数据源自参考资料[H]，装甲厚度为毫米。值得一提的是，不少资料认为从D号装甲舰到沙恩霍斯特级的新方案定在26,000吨排水量，但由于计算上的失误导致严重超重并使得沙恩霍斯特级的干舷过低；然而按照此表来看，以方案1为准，设计状态排水量达到33,400吨，且仍然具有5.4米的干舷，显然这并不是设计上存在严重的计算失误，并不能直接根据26,000吨到31,000吨标准排水量（新建时）的变化就直接定论严重超重引起干舷不足。

6、严格来说，当时德国方面对于敦刻尔克级的装甲情报仍然不够明确，一度按照简式战舰年鉴（Jane’s Fighting Ships）上的275毫米主装甲带数据为准；两个新方案中的主装甲带也是根据对33厘米炮在15,000米和19,000米距离70度入射角的穿深估计而决定的。而在之后敦刻尔克级的主装甲带被估计为225毫米，这使得28厘米炮可以在20,500米之内击穿，于是认为28厘米炮是足够应对敦刻尔克号的。详见参考资料[B]。

7、数据源自《German Capital Ships of World War Two》；穿深厚度为毫米，70度入射角为相对装甲面的法线角，即90度入射角代表垂直射入。

8、参考《Marine-Arsenal Band 24》；一些资料认为沙恩霍斯特级的混搭副炮是沿用了之前作为D、E号装甲舰建造时订购的单装炮导致的，但是D5b方案的15厘米炮是双联装炮塔，所以这种说法是错误的。更准确地说，沙恩霍斯特级沿用之前装甲舰设计建造的15厘米双联装炮塔。

9、D7a数据参考图纸标注以及“新方案1”的数据表（排水量）；沙恩霍斯特级新建状态的数据参考《Axis and Neutral Battleships of WWII》，其中装甲数据参考《German Capital Ships of World War Two》的示意图，全长、航速和燃油搭载参考[D]。

10、参考kbismarck.com。

11、数据源自参考资料[C]；格奈森瑙号的全长是234.90米。

12、数据源自参考资料[C]。注意原资料数据表中对于棱形系数（Prismatic Coe）和方形系数（Block Coe）存在问题，按照原表的意思为方形系数0.55棱形系数0.57，然而又对0.55标注为CP。根据8.3m吃水下排水量32100公吨推算CB为0.57。

13、德意志级的舯部截面填充率数据源自《Pocket Battleships of the Deutschland Class》。

14、参考kbismarck.com，对应排水量47,200公吨。

15、北卡罗来纳的数据原先参考《ships data 01》，型深由48英尺换算得，后参考《U.S. Battleships an Illustrated Design History》附表的49英尺2英寸型深，满载为44,377吨；英王乔治五世和敦刻尔克参考《British, Soviet, French and Dutch Battleships of WWII》，其中英王乔治五世号满载吃水为在45,173公吨下的数值，敦刻尔克号的型深结合测算去掉了舯部的最上一层甲板；长度单位均为米，主装甲带水上高度均为测算，存在误差。

16、参考《The Grand Fleet : Warship Design and Development 1906-1922》，这一比例系数的计算为干舷除以1.1倍舰体长度平方根所得（长度单位英尺）。一般而言这一系数要求达到1.0。

17、尺寸单位米，数据由测算所得，存在误差；舱室高度不计入双层底；主机舱占宽按后部中轴的主机舱测算。

18、日本在岛风型驱逐舰上使用的锅炉达到40kg/cm2的蒸汽压力和400摄氏度的蒸汽温度，也算是能排上号的一例，尽管岛风号的沉没是锅炉超负荷产生爆炸导致的。

19、重量单位公吨，续航距离海里；续航数据尽量取实测值而非设计指标；斯佩伯爵的数据源自《Pocket Battleships of the Deutschland Class》，燃料搭载基于重量分配表中柴油求和，不包括润滑油等；敦刻尔克的数据参考《British, Soviet, French and Dutch Battleships of WWII》，续航取自初步海试数据进行推算，值得注意的是在实际服役时为确保水下防御的性能，一般不会达到最大燃油搭载；北卡罗来纳的数据源自《U.S. Battleships an Illustrated Design History》，此处排水量为华盛顿号战时紧急状态，燃料载量为最大容量。

20、功率数据截取参考资料[C]的功率-航速曲线图进行测算，存在一定偏差；续航数据取自参考资料[D]，由之推算油耗。

21、参考《British, Soviet, French and Dutch Battleships of WWII》，荷兰1047设计方案的章节中对荷兰海军不打算采用德式高温高压蒸汽动力的表述。

22、参考[F]，此处对于转向损失航速的表述可能是全速转向的情形。

23、引用《Naval Weapons of WWII》；炮口初速单位米每秒；德意志级28厘米炮的装填时间原先参考《Pocket Battleships of the Deutschland Class》每分钟两发，后参考Navweaps给出的每分钟2.5发；敦刻尔克级的330毫米炮装填时间为22-40秒；阿拉斯加级的主炮塔重量为937-949公吨，装填为20-25秒。

24、部分资料称为半穿甲弹或者通常弹（semi-armour-piercing, general purpose），更严谨的称谓或许是高爆弹（High Explosive, base-fused；对比为nose-fused）。此处为表述方便，称为半穿甲弹。

25、参考《British, Soviet, French and Dutch Battleships of WWII》附录C，注意此书附录给出的数据均基于美国经验式计算。穿深数据为垂直穿深/水平穿深，单位毫米。

26、引用Navweaps。此处单装炮的回旋俯仰速率暂无数据，德意志级的型号与双联装炮塔的回旋俯仰速率相同，而在人力驱动时这两个数据会极大降低到约1°/s。

27、引用《Naval Weapons of WWII》；此处15厘米炮的装填时间为Drh LC/34炮塔的最小数值；10.5厘米炮的部分数据参考Navweaps，每分钟投射量为15~18轮。

28、引用《Naval Weapons of WWII》；原书中法国鱼雷的数据表为23DT型，而对航速射程为应用在巡洋舰的23D型；美国的Mark 15鱼雷为驱逐舰配用；注意此处装药重量不等同毁伤效果，因为装药的化学成分存在差异。

29、详见kbismarck《Considerations for Calculations of Heavy Armor for Ships》(B.Hoyer)。

30、测量估算得主装甲甲板到舰底高度9.38m。

31、基于美国经验式计算表得到，注意实际由于装甲材质和击穿过程等差异存在误差，仅供大致参考；未考虑主炮塔座圈的小幅倾斜度，并将炮座视为垂直装甲带考虑；击穿距离精确到0.5km；穹甲倾斜度取62度，炮塔前坡取18度。这里需要指出的是，对炮塔装甲即使没有完全击穿，也有可能令其失效，而根据经验式计算器来看，150毫米炮塔前坡的倾斜度导致即使是在零距离也令14英寸炮有131毫米的穿深，这可能是在较近距离能保持更多的动能，即使增大了炮弹角度也由于更大的速度而没有明显的穿深递减；另外，炮座的圆柱形状有较大概率增加炮弹入射角。

32、引用自参考资料[C]。这块统计的比较乱。

主要参考资料：

A. 《Axis and Neutral Battleships of WWII》(W.H.Garzke & Robert.O.Dulin)

B. 《German Capital Ships of World War Two》(M.J.Whitley)

C. 《Battleships of the Scharnhorst Class》(Gerhard Koop & Klaus-Peter Schmolke)

D. 《Anatomy of the ship the battleship Scharnhorst》(Stefan Draminski)

E. 《Warship Profile 33 German Battlecruisers Scharnhorst and Gneisenau》

F. naval-encyclopedia, Scharnhorst Class Battleships

G.《Okręty Wojenne - 25 - Pancerniki typu 'Scharnhorst'》

H.《Marine-Arsenal Band 24 Die Schlachtschiffe der Scharnhorst-Klasse》(Siegfried Breyer)