战 舰

一份关于战斗舰艇的

建造，防护，稳性，转向等方面

的教科书

作者：Edward L. Attwood

作者简介：英国皇家海军工程师会员，格林威治皇家海军学校前海军工程讲师，《船舶工程理论教程》和《当代主力舰》的作者，船舶建造几何学教材“Laying off”的联合作者。

本书有大量图表。

1917年第六版

翻译：弗林

纯属个人业余爱好，仅供交流学习使用；个人水平有限，难免与原意存在偏差，个人的额外注释以【】标出。

前言

本书的编写是对一些在格林威治的皇家海军学院任教的海军高层官员所提出的建议的回应。

此书意在从海军官员的视角来看待这一学科，其中一些部分会深入一定程度阐述以满足他们的特别需要。我对几位官员提出的十分有用的宝贵意见不胜感激。本书末尾的空白页被插入以用于记录该官员所服役的舰艇的特征和细节，并记录那些可能发生改变的惯例。此书有大量精心绘制的插图。此书准备了一些问题并放在附录中，这些问题一般是为了引起读者的思考和讨论，并且不能直接从文中找到答案。

我特别感谢海军总监，前海军上将W.H.May，M.V.O.，他批准了这项编写工作；以及海军造舰局局长，Philip Watts，Esq. F.R.S.，LL.D.，他对这项事务保持关注。不过，此书并不是一份官方出版物。

尽管此书主要是为海军官员准备的，我相信此书也能对在皇家海军造船厂和其他地方学习海军工程的学生们提供有用的指导。

E.L.A.

皇家海军学院，格林威治，1904年。

第六版的前言

由于近年来技术的剧烈变化，有必要在这个版本增加大量的修订。一份重要文件，海军部1906年对无畏号战列舰的设计的备忘录，保持放在附录部分。

E.L.A.

伦敦，1916年。

第一章 舰船的结构强度

在我们了解皇家海军的各种舰艇较为详细的结构布局之前，需要先简单了解舰船结构的受力特性。这些应力可以大致分为两类：

1、结构应力，对舰船整体结构产生影响，以及

2、局部应力，只对舰船的一个特定部位产生影响。

    一艘舰船有可能受到很大的结构应力，而局部应力很小；例如，一艘小型的鱼雷艇足以承受被整个抬出海水到一艘船的甲板的高度的作用，尽管其壳板非常轻薄容易损坏。一艘最巨大的舰船不可能在没有导致结构损伤的可能下像这样被抬起（假设能被抬起的话）。

结构应力

舰船承受的最重要的结构应力是那些在艏艉这一方向尝试掰弯舰体的力。舰船可以当作一个巨大的梁来考虑。为了将船上无数的点紧密连接起来，以及对材料的合适布局来确保舰船有足够的结构强度，我们要先了解一些梁的特性。

梁。——假如我们拿一块木板，假设宽度12英寸，厚度2英寸，把它放在两端间隔10英尺的支撑结构上，那么这个板在不会断裂的前提下能承受的重量大约是在中间施加的一英吨。如果我们现在像图例1那样放置6个板，那这些板就能承受6英吨的重量。如果不是简单的叠加，而是将这些板牢固地锁在一起，我们会发现这样的横梁能承受的重量要远大于直接叠加的6个板的承重极限。如果我们更进一步，准备了一个log?12英寸宽和12英寸厚的匀质材料，我们会发现这样的横梁在达到断裂点之前能承受36英吨的重量，或者是6个直接叠加的板件的承重极限的6倍。

我们注意到，此时这块梁的上层被压缩，而下层被拉伸，梁的纤维提供了抵抗力，使得梁能够承受这样的变形。梁的中间层在长度上不变，上层中顶层受到的挤压最大，而下层中底层的拉伸程度最大。所以如果这块梁的木料恰好在不会断裂的前提下足够坚韧能承受底部的拉伸力和顶部的挤压力，那么这块梁的顶层和底层之间的任何一层材料都没有达到其承受极限的状态。所以横梁最外侧的部分承受了其大部分的应力。

以下例子将说明同样的原理。假设我们要制造一块长12英尺、截面积16平方英寸的铁梁。那么要如何在材料所承受的压强不超过10英吨每平方英寸的前提下设计这块铁梁的截面形状，使得它能在中心部位承受最大的重量？如果这块梁是像图例2的(a)那样，宽8英寸高2英寸，那么它能承受大约1.5英吨的重量；如果是(b)那样的截面，宽4英寸高4英寸，它能承受3英吨；对于(c)，宽2英寸高8英寸，能承受大约6英吨；对于(d)，厚1英寸并在顶部和底部有5英寸宽的凸起，能承受10英吨。在最后一个例子中，材料的复合凸起形状在将材料尽量分散到两侧这方面是最有效的，尽管它的截面积跟(a)一样，它能承受的重量极限是(a)的6到7倍[1]。对这一原理一个相似的案例在很多桥梁的建造中体现。上边和下边的框架被制造的特别坚固，两边通常用晶格的形状填充连接。（Charing跨铁路桥就是这种建筑的一个例子。）

纵向应力。——在设计船体结构布局时要考虑其能有效承受艏艉方向的弯矩，我们在设计材料布局时会依照上文所述的原则。需要特别注意舰体的上下边界的结构强度，即舰体的最上甲板和相邻的侧板，以及底部的板件，龙骨，纵向结构，等等。

舰体的长度和型深的比值越大，对这些部位的结构强度就越要重视。所以一艘14,000英吨的巡洋舰跟同期一艘15,000英吨的战列舰相比，其上甲板和相邻的侧板，以及在龙骨附近的结构，都有更高的结构强度要求，因为前者的长度型深比要远大于后者。图例3对比展示了两种情况下的龙骨结构。

[1]当然，对中间部位的削减不可能无限进行下去。

为了能计算这些结构应力，我们面临着不可能精确决定舰船期望承受的最大应力的困难。一种极端情况会假设，舰船舯部搁在一块岩石上，两端不受支撑，或者只有两端被支撑。但是，不可能也没有必要去建造能承受这种极端情况的舰船。否则其舰体结构重量就过度巨大了。

为了应用计算，我们给出以下假设——(a)舰船被认为会周期性地处于跟其舰体长度一样的波浪的波峰处，如图例4所示，以及(b)处于跟舰体一样长的波浪的波谷位置。在第一种情况下，舰体的两端会倾向于下垂，上层结构会趋于拉伸。在第二种情况下，就是反过来，龙骨和底层结构会趋于拉伸，甲板和上层结构会被压缩。第一种被称为拱曲(hogging)，第二种被称为垂曲(sagging)。

在一艘质量优良的舰船上这些仅仅是趋势，材料能够承受这些应力，从而让舰体不会变形损坏。但是，如果舰体结构强度不够，这些趋势就会展现出来，造成结构的变形断裂。比如，在一些驱逐舰上，上甲板的挤压力会导致位于横梁之间的板件被压坏，在这类舰艇上加固甲板的前后端是最重要的，要让板件在不会发生形变的前提下能够承受这些应力。

即使是在平静的海面上，舰体仍然要承受应力，因为沿着舰体长度的浮力和重量分配不均匀。比如，在舰体末端，舰体受到的重力会超过浮力，因为舰体在舰艉迅速收束，而在舰体的其他部位的情况可能相反。但是，这些应力比起那些在航线上可能遭受的应力来说，在数量级上非常小。

如果对某一舰船基于以上假设的计算结构提供了相关材料的压力，该舰在服役期间没有结构方面的问题，那么用相似的计算流程去对另一艘船确保相等结构强度的做法是安全的。所以对相应材料的压力值并不是一个绝对固定的数值。在实际问题中有很多不能考虑到的情况，不过所计算的压力值能提供舰船之间对比的依据。

一个体现在最近建造的巡洋舰的特征是采用特质的高张力钢。一般的软钢能承受26到30英吨每平方英寸的压强，而这种特种钢能承受34到38英吨每平方英寸的压强。这种钢材比较昂贵，只被应用在特定部位，比如最上层的甲板和舰底外侧板件的上下部位。这些部位如上所述是舰船在拱曲或垂曲状态下结构应力最大的部位。最近建造的驱逐舰在甲板和外侧舰底板件上使用一种更坚韧的钢材，能承受37到43英吨每平方英寸的压强。

在类似于Diadem和更早的防护巡洋舰，以及二等、三等巡洋舰上（见图例21，22，24，27），厚重的防御甲板被安装在水线附近的部位，尽管对舰体结构强度有增益，其对结构强度的作用并不如将其放在其他位置，因为它靠近舰体中间[1]。在Diadem之后的大型巡洋舰上，装甲被置于侧舷，主甲板和中甲板都被设为防御甲板（见图例23）。这对于舰体结构来说是一种更好的布局，从防御角度考虑也更好。在更加近现代的大型巡洋舰设计当中，火炮以炮台(battery)的形式放置在主甲板上，取代了炮廓，而这个炮台上方的上甲板是一个较厚的甲板。这层甲板的布局仍然是提供结构强度的一种更好的方式（见图例138）。

在最近时期的舰船上，包括战列舰和巡洋舰，装甲覆盖到艏楼甲板，这层甲板被设为“防御”甲板。再一次地，这种布局对于提供结构强度是最有效的。

在英国皇家海军的大型舰船上，建造的传统方式是采用纵向结构。即，结构的纵向部分是连续的，而横向部分是细碎地间断分隔的，或者说夹在肋骨之间的(intercostal)。这种模式从龙骨延续到装甲的下边缘或者防御甲板，覆盖了整个双层舰底的长度（在战列舰上，这相当于约三分之二的长度）。这一模式尤其应用在双层舰底的构造上。在舰体末端，竖直方向的龙骨仍然是连续的，而横向结构用于填充龙骨两侧的部位。舰体末端的纵向结构强度不是特别重要，由肋骨之间的横梁、各种甲板平台和舱壁以及外侧的舰底板件提供结构强度。

对小型舰艇而言，横向结构被设计为连续的，并且间距更小，艏艉的结构是最为密致的。较小的结构间距是必要的，外侧的壳板需要足够牢固来保持支撑，而且在小型舰上这些板件都必须很轻薄。在这类舰艇上没有双层舰底。有关这些建造的细节我们会在讨论不同级别的舰船的详细结构布局时做更加充分的阐述。

[1]这里舰体中轴的意思是穿过舰体几何中心的水平线。

如果我们对比两艘尺寸相同的舰船，一艘是战舰，另一艘是基于其注册协会的标准建造的商船，我们会发现前者的船体构件(scantlings)，或者说使用钢材的尺寸，会远小于后者。对此有一些理由。商船要搭载很重的货物，会有很大的支撑结构，所以其横向框架必须足够巨大以承受货物的重量。而且，在一些贸易当中，商船在装载或者卸载货物的时候会经常触底，这就导致商船需要更大的结构强度余量，相比之下战舰会更受到妥善的操纵。并且，在战舰上会采用大量的水密分划体系，大量的舱壁和平台对于结构强度有很好的辅助作用。大部分商船采用基本连续的横向结构，纵梁被夹在横向结构之间。尽管从建造的经济性来说，这一模式非常方便好用，从大型舰船的结构强度来说这跟应用在战舰上的（纵向结构）模式相比并不是很高效。

一个跟在舰船上使用的构件有重要关系的因素是维护性。对战舰的结构的检修维护用最小心周到的方式进行，所以跟那些没有受到这样细致照顾的舰船相比，战舰的船体变质的余量可以大幅减小。有关英国舰船(H.M. ships)的结构维护规章会在后面提到。

一个必须铭记的舰船建造的重要原则是不允许在结构强度的分布上出现突变。位于艏艉结构的任何一个必须有末端的部分都必须经过几个肋位的空间渐变，一个位于深处的梁如果必须以一种更细微的形式(?)延续到舰艇的末端，就必须渐渐弯曲，以避免造成结构强度的任何突变。

类似小艇甲板或者飞行甲板的上层结构位于高处，如果这些结构存在完全连续的部分，就有可能遭受巨大的应力，其结构强度不足以对抗这样的应力。在这种情况下，这些甲板的板件是故意隔开的，如图例5那样的滑动关节会避免甲板发生断裂。这些结构相邻的侧板会用舷门(gangway ports)分割。在无敌级和狮级大型巡洋舰上，艏楼甲板盖过整个舰艇，被作为“强力”甲板。

在涅普顿号、赫拉克勒斯号和巨像号战列舰上，小艇被放在上层建筑之间的重型梁桥上。这些梁桥的末端通过椭圆形孔洞被拴在上层建筑的支撑结构上，以避免承受那些它们不应该承受的应力，由于这些梁桥设置在相当高的位置。

横向应力。——上文主要讨论了艏艉方向的结构强度；横向强度也是很重要的。舰船的横摇会试图肢解或者扭曲舰体部位，这个趋势由横向舱壁承担，在战舰上横向舱壁非常多，因为水密性的需要；这个趋势同时也由无数连接着的横梁(?)所承担，因此这些材料被制造的特别牢固。

当一艘舰船停泊于干船坞时，特别是那些在侧舷有厚重装甲的战舰，会受到很大的应力，这些应力会试图撕裂甲板。然而，这些舰船在排出海水时会被仔细准备很多支撑架以支撑结构。需要注意的是这些支撑架必须放置在横向或者纵向结构上，或者位于舱壁部位，以避免对舰体壳板造成损伤。近期建造的舰船在舰体舯部的舰底相当平直，这可以在入坞时起到辅助作用，对这些舰船可以设置三排(row)的垫块(? block)用于坐底（见图例13A）。其他舰底不太平直的舰船会提供侧面的入坞龙骨(?)，如图例13所示，以支撑那些抬起的舰体部位。

局部应力

——上述的应力被称为“结构性的”，因为它们对舰体的整体结构产生作用，但是有很多单独的应力只对舰体的个别部位造成影响。这样的应力被称为局部性的。

颤动。——这一名词形容壳板的向内-向外的振动变形。这一现象尤其发生在舰体受到海浪拍打的前部末端部位。如果必需的话，需要在舰体前部补强。在海军的大型舰船上没有遭遇到颤动问题。【然而伊丽莎白女王级战列舰在恶劣天气下的海试时就反映了颤动问题，这也是其对舰体前部结构补强的原因】之前的惯例是，前部的板件被加厚以支撑舰艏，在一些战舰上装甲一直延续到舰艏部分。近期的舰艇具有较厚的前部壳板以承受无锚杆的船锚的摩擦。位于前端的壳板也由于更紧致的框架和各种平台而得以加固。

一些局部应力存在于超重物的附近。所以在一对重炮的装甲炮座周围，大量的重量集中在很小的一段长度上。在这些部位下面的舰体结构会非常牢固，会分布好舱壁和支柱以将这一应力分散给整体结构。

在会产生运动且不只是一个静负载(dead weight)的动力设备下面，我们需要额外的结构强度，这里的龙骨，无论是纵向还是横向，都有大量铺设。

推进器的推进轴必须通过推力轴承(thrust block)穿过舰体。这附近的船体结构也必须建造的非常牢固。

在那些需要支撑重炮进行射击的甲板上也必须提供足够的结构强度。只要有可能，对其就使用细密的舱壁(cabin bulkheads)结构。在其他部位，会在甲板下面放置一个由坚固的连续的角所构成的梁(?)，以及在横梁下面放置板件(?)，由中间的板件和支撑棒连接，如图例5A所示。

对于甲板上插入和支撑桅杆的部分要特别注意其结构强度。

无论是横向还是纵向的舱壁，都必须有足够的结构强度以承受一侧舱室完全进水，水位高出水线几英尺所造成的压力。这会对舱壁施加很大的压力，舰船的安全性能或者损管显然很大程度上取决于其中一些主舱壁在这种情况下是否能保持完好。

在大型舰船上另一个要特别注意结构强度的部位是舰艏及其相邻结构，这里舰艏结构可以用作撞击。然而要注意的是最近的舰艇上舰艏并不考虑作为撞角使用。

当舱壁不能实现支撑时，支柱被安装以用于支撑甲板等结构。值得注意的是支柱必须构成连续的支撑线一直到一个坚固的支撑结构上。