转载：19世纪风帆战舰上的“新技术”（三）
此文转载自核动力爱胖达老师的微博，近期我们会推出一系列核动力爱胖达老师微博里关于帆船的系列文章，在此特别感谢胖达老师的无私奉献！！
风帆炮群vs铁甲巨炮
题图：法国两艘玫红色级“铁甲战列舰”。玫红色级两艘是全世界独一无二的“铁甲战列舰”——有两层炮甲板；而其它都是“铁甲巡航舰”，只有一层炮甲板。不过这落后于时代的风帆时代战舰分级标准很快也就废弃了。玫红色级为木体铁甲舰，也就是原本风帆战列舰的巨大木质船体上披挂装甲。
接前文：http://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404023186793563304&mod=zwenzhang
蒸汽的时代、工业的时代，由木料和麻织物构成、风力驱动、人力操作的战舰，总该被淘汰。每当回望过去，人们不免生出今非昔比的感叹，不禁讴歌自己时代技术的进步、物质的丰富。
19世纪50年代，蒸汽辅助的战列舰在16世纪末、17世纪初的盖伦（Galleon）面前，俨然就是划时代的飞跃，前者只要一次齐射就能让后者立刻降旗投降。然而时人想不到，不到十年，风帆战列舰就彻底谢幕退场，从此爆破弹、重炮、蒸汽与钢铁装甲成了时代的宠儿。（实在找不到没有水印的。。。）
1911年，海格力斯号无畏舰（至于是12.5英寸以上的超无畏，还是战巡胖达我是懒得查阅了）屁股后面跟着胜利号——进入无畏舰时代的人们讴歌他们大工业化和初步电气化的新时代。一艘无畏舰可以在万米上下的距离上炮击敌舰，在她面前胜利号这样的木头“玩具”好似1840年天朝水师面对铁制船体的蒸汽明轮炮舰，只能无助地被摧毁。
第一次鸦片战争中的“高科技”——复仇女神号明轮炮艇。
于是1860年“一夜之间”，所有多层甲板的风帆战列舰都成为过去，铁甲舰“登场”——可是铁甲舰的产生真得是如此“革命性”地一蹴而就么？还是说风帆战舰“孕育”出了铁甲舰？19世纪风帆战列舰上哪些方面为铁甲舰这“后起之秀”奠定了基础？首先要问：风帆战舰的哪些关键特征已经不符合时代的需要，而让她们被淘汰呢？
风帆战列舰是“大船扛小炮”的低效率火炮平台。对比一下铁甲舰和19世纪50年代的蒸汽辅助动力风帆战列舰就可以看出来。
这是英国在19世纪70年代中叶设计的巨舰“不屈号”，设计时的攻防性能可谓世界第一，但是因为种种技术和政治因素拖了整整7年才完工，还没下水就已经过时。这船的总体布局加上19世纪80年代的新技术就是大清定远、镇远两大艘铁甲舰。不屈排水量一万多吨，主炮只有寥寥4门，双联装布置在两座装甲旋转炮塔里，如下图。
不屈上这种炮仍然是和风帆战舰上一样的前装炮（Muzzle Loader），只不过刻上了膛线提高了射击准确性，所称为“前装线膛炮”（Riffled Muzzle Loader，R.M.L.，如上图里的图注。），这炮虽然基本原理和风帆时代一致，有可比性，但此时，这炮已然是“硕大无朋”。首先口径达到16英寸，即406毫米，除了日本1941年以后服役的两艘“大和”型搭载9门460毫米炮的“超级战列舰”之外，406毫米就是全世界主要海军强国最后一代战列舰所用的主炮口径，也就是日本的长门级、英国的纳尔逊级、美国的北卡罗来纳级、南达科他级、衣阿华级。不屈这16寸前装炮一门就重达80吨，而且体积巨大，在炮塔里根本无法再布置装填装置，只好如同上图一样在炮塔外装填。
排水量一万多吨的不屈号搭载了总共320吨重的四门16寸巨炮。而反过来，一艘典型的19世纪50年代的蒸汽辅助一级舰，备炮130门，记有3吨不到的64门、2吨半不到的36门，剩下都是露天甲板一吨半不到的短炮，合计320吨不到——这130门炮才顶不屈4门巨炮。这风帆战舰的排水量却有6000多吨，显然风帆战舰身躯庞大，却只是搭载了数量巨大的小炮。这“大船扛小炮”也是风帆战列舰被铁甲舰取代的根本原因之一，铁甲舰不只有“铁甲”，甲与弹就是矛与盾，披挂铁甲的战舰也必定搭载更加重型的火炮，如下图。
上图，1860~1870年的第一代铁甲舰，勇士、柏勒洛丰、海格力斯、君主、雷霆号——勇士号舷侧炮位搭载的是自重95英担约合4.8吨的68磅炮（可发射口径203毫米的68磅炮弹），这种大炮放在1850年代的末代风帆战列舰上已算是“登峰造极”，这些风帆战舰舷侧炮位只搭载自重65英担约合3.3吨的68磅主炮，她们只有露天甲板中线上的旋回炮位才搭载一门95英担主炮，这在当时可算是“巨炮”。而勇士号拿这“巨炮”当舷侧炮，但是和后面的铁甲舰比，就小巫见大巫了。火炮自重一路飙升：12、18、25、30吨，弹丸则250磅、400磅、600磅。然而这些火炮是1855年后才能够建造的，所以铁甲舰于1860年才诞生。
从1655年风帆战列舰登场，直到1860年被铁甲舰取代的200年里，西欧的钢铁冶炼技术似乎就没有什么飞跃性的进展，这就限制了火炮的大型化，但同时船体本身却可以通过木造技术和钢铁冶炼技术的改良越造越大，如前文（http://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404022066834719618&mod=zwenzhang ）所述，从17世纪后期的50来米到18世纪接近60米，再到19世纪上半叶铁件加强木体结构的70、80米。于是大船扛小炮的局面就维持了200年。
具体说来，西欧的铸铁技术在15世纪就随着原始鼓风炉的应用而基本确立，到了17世纪上半叶便宜的铸铁火炮就逐渐取代了昂贵的青铜火炮，使17世纪后期开始的、搭载大量火炮、“大船扛小炮”的战列舰从经济成本上成为现实。到了18世纪，使用煤炭代替木炭、水力鼓风的近代鼓风炉炉温更高，使得西欧铸铁比天朝的白口铁具有更好的金相学品性，所以1840年鸦片战争时的英国加农炮虽然在原理上和天朝的完全一致，但是炮身更轻、发射的弹丸却更大。1828年，热鼓风（Hot Blast）的发明进一步降低了鼓风炉耗煤量，降低了生铁和铸铁的生产成本。
但这些都不足以产生实质性的改变，19世纪上半叶的大炮还是铸铁（Cast iron）制成。只有1855年后，才开始采用锻铁（Wrought iron）制造膛压更高但是自重却更轻的大炮，如下图。
这两个截面图反映的就是前一张图上1860~1870年初代铁甲舰上主炮的实际结构。那张图上除了95英担的68磅炮是传统的铸造火炮之外，下面依次重型化的4门炮都是本图下面一个炮的截面结构。这种炮就是英国沃维奇（Woolwich）皇家兵工厂（Royal Arsenal）官方造炮的结构；与之相对，上边一个截面则是阿姆斯特朗私营军火巨头的火炮，主要外销。两种炮都是一根钢管外面套上许多许多锻铁环箍，而钢管则是趁热将细钢条盘成螺旋形而形成的，宛若一根压实的弹簧。
这种钢与锻铁打造的巨炮，比起铸铁炮能够更好得承担越来越大的膛压，赋予炮弹更大的初速和打击力。前面一张5炮对比图上除了弹丸重、炮自重还有一个数据就是发射药重量，从上而下所使用的发射药也越来越重，大约8、21、30、35、50公斤，于是膛压也就越来越大。为了承受这膛压的增加，轻便的锻铁-钢炮都能重达几十吨，如果还用铸铁整体铸造的话，那不知道大炮自重会涨到多少，而承受膛压的机械性能又会低劣多少呢？
因此，受钢铁冶炼技术的制约，19世纪上半叶的风帆战舰，她们的大炮就止步于发射68磅弹丸的3吨、4吨铸铁炮。但19世纪上半叶风帆战舰的船体已经可以承担19世纪下半叶铁甲舰时代更重型的火炮。在铁甲舰时代（1860~1890），虽然火炮如前文一样在铁甲舰诞生的头十年里就从4吨暴涨到30吨，但是只有工业体系完善的英国可以大量建造全铁打造的铁甲舰，连世界第二的法国都只能基本上靠木体铁甲舰度日。“铁甲舰”（Ironclad）就是披挂锻铁装甲的战舰，战舰披挂装甲，但是船体本身不一定就是锻铁打造的。法国在19世纪80年代实现“跨越式发展”、进入钢时代以前，整个19世纪60、70年代基本靠木体铁甲舰维持。比如法国在19世纪60年代后期发展的海洋级铁甲舰就是胖达我前文介绍的、在英国被称为“赛宾斯体系”的改良木造结构的大型化船体（长80多米），再在上面披挂装甲。
法国海洋级木体铁甲舰。从头到尾水线附近有装甲带（藏青色），装甲带在船体中部向上延伸覆盖舷侧炮位（每舷有4个副炮炮位），露天则是四个圆形装甲炮座（Barbette）里容纳4门主炮。其它黑色涂装的部分都是木制船体——舰首五个炮门一样的全是窗户。水线下可见包裹铜皮提高船体抗磨损能力。
海洋级的露天装甲炮座里有4门口径10英寸主炮，每门炮重达23吨，下面舷侧炮位里两舷共8门9.4英尺主炮，每门重达14吨。
显然，19世纪上半叶发展的改良木造船体结构可以承担铁甲舰时代的“巨炮”，只是19世纪上半叶还没有发达的锻铁技术去制造它们，所以大船扛小炮的风帆战列舰从1805年特拉法尔加大战接受后，又延续了50多年。可以说戏台已经搭好，但是新进小天后迟到了，所以只能让过期网红暂时撑一会场子。
除了以勇士号为代表的英国全铁制铁甲舰，19世纪60年代的初代铁甲舰就不再那么“革新”了：木造的大型化船体结构早在19世纪30年代已经成熟；蒸汽螺旋桨推进则在19世纪50年代就接近成熟；19世纪30年代脆得吓人的锻铁材料也在19世纪50年代日趋成熟，于是1855年克里米亚战争中法国披挂铁板的实验性浮动装甲炮台就登场了。
1855，法国浮动装甲炮台在克里米亚越冬。
于是19世纪50年代末铁甲舰的登场也就顺理成章、水到渠成，风帆战列舰在200年海上荣光之后终于谢幕。
但在19世纪上半叶舰载火炮无法重型化的这半个世纪里，基于已有的技术能否提高舰载火炮的威力呢？法国人在这方面再次引领技术的潮流，这就是发射爆破弹的裴克桑海军加农炮，英美则陆续跟进。这种火炮对木质船体的压倒性威力最终促成了风帆战舰的退场、铁甲舰的登场。