：19世纪风帆战舰上的“新技术”（八）
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！！
好马配好鞍
题图：这是阿喀琉斯号铁甲舰么？@bios45，赐教~。四个桅杆我记得好像只有她。。。1860年勇士-黑王子号两艘的改进版铁甲舰，胖达我的新“舰娘”。
接前文：http://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404026078623598562
战舰是火炮的搭载平台，就像航母是飞机场一样。
这是1860标志着铁甲舰时代到来的“勇士”号铁甲舰（HMS Warrior），远景可见胜利号在“古代船坞”（Historical Shipyard）里。岸壁旁停靠着45型防空驱逐舰，据说紫苑导弹一直没有到位，博主打《兵器》上看到45型还是十年前的05年。。。
在那蒸汽与钢铁技术刚刚开始成熟的1860年，勇士号搭载了全世界最强主机，蒸汽航速14节+，顺风机帆并用可轻松达到17节，当时最快的蒸汽船，也就是各种明轮通报舰——如前文介绍（http://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404025344070938117&mod=zwenzhang ）——也就是12、13节。勇士号舷侧炮位还覆盖了4英寸半厚（十多厘米）锻铁板，背衬数十厘米厚的橡木，这样的装甲在1860年后的几年之内全球都没有火炮可以穿透。勇士号的主炮是舷侧数门95英担（四吨半重左右）68磅加农炮，发射八英寸（203mm）球形弹丸或者爆破弹。此外，在对付木质战舰时，勇士号的爆破弹还可以将炸药替换成熔融铁水——勇士号上有一台蒸汽鼓风的大炉子，可以花一个小时的功夫，将300多公斤铁融化为1800摄氏度的铁水，足够灌注30多发8英寸爆破弹壳，这种“铁水弹”（Martin Molten Iron Shot）在敌舰木头船壳上撞碎，瞬间迸射出熔融铁水将敌舰化为火海。可以说勇士号是那个时代的梦幻战舰，高速、重甲而且搭载当时全球威力最大的火炮，如下图。
但这威力最大的68磅、95英担炮看着实在是惨点，既然都是蒸汽工业时代了，炮架（Gun mount）怎么还是木头炮车，而且只有俩轮。。。俩轮是因为这4吨多的炮实在后座太严重、不易停下，所以取消后轮让炮架直接和甲板硬生生摩擦，限制后座。而吸收后座的另一个主要组件，就是那一巴掌根本握不过来的大粗缆绳“制退索”（Breeching rope, or simply “Breeching”）。这炮架怎么看都是原始的，这也是风帆时代以来战舰上一直使用的简陋炮架，如下图。
这种炮架就是四轮跑车，炮尾部分架在炮车上，炮管前半部分可以远远伸出炮门外开炮，防止炮口火焰点燃舷侧的缆绳等栖装品。大炮击发后后座，一般可以后座半个多炮管那么远，被粗大的制退索拽住。就是如上图的状态，然后从炮口装填火药、炮弹，再用滑轮组把大炮推出舷外，如下图中蓝色标注。图中上身穿衣服的炮组组长在瞄准，而红色标注的大撬杠则用于左右小角度微微调整炮口指向——这就是这种炮架最粗陋的地方，大炮根本无法旋回转向。一位20世纪初的英国海军上将撰文感叹道：1860年，蒸汽铁甲时代，我们水平回旋大炮的办法仍然跟文明时代以前的原始人一样，用撬杠。
而调整火炮俯仰的办法一样原始，如下图那样用撬杠撬起炮尾，在下面插入梯形的垫块（Quoin），在上面的图上也可以看到。
可以说这原始粗陋的炮架对于火炮的俯仰和旋回都没有任何帮助，一点也不节省人类，纯粹靠肌肉、臂膀和后腰来操作，方位上、基本上只能朝舷侧直射；上下俯仰：+10°，-5°。这在17世纪以来建立的“战列线”（Line of the battleships）单纵队（Line ahead）战术中不成问题。如下图，描绘美国独立战争时期（1780年代），法国在弗吉尼亚角击败英国舰队的现代作品（因为是现代，索具有错误。。。此役彻底断绝了英国陆军的后援，最后只得投降，才有了万恶的美帝国主义。）。两国战列舰排成单纵队，即战列线，就像陆上排队枪毙一样，朝舷侧不停射击即可，火炮基本不需要回旋。
但到了18世纪末、19世纪初的法国大革命和拿破仑战争时期，随着法国、西班牙长期遭受英国海上封锁，海军官兵缺少训练，败多胜少，结果战术素养越来越差、士气越来越低落。这让英国战术越来越疯狂、不计后果，最终出现了1805年特拉法尔加大战中纳尔逊那样的纵队直冲对方战列线的“作死”战术，如下图。
白色代表英国两列战舰纵队冲击法-西单纵队。两列英舰打头的两艘100炮战列舰胜利（HMS Victory）和君权（HMS Royal Sovereign）以一节多的“航速”接近敌舰，敌舰从3000米到1000米的距离上可以试探射击（准确性呵呵）。这2公里的航程，两艘船就要走一小时，此时敌方战列线上大约五到十艘船都有大致的射界可以射击英国打头阵的战舰，而她们一点回击的能力都没有——战舰基本没有首尾方向的火力。敌方每3~5分钟齐射一次，也能打出十多次齐射，可惜基本上都从胜利号桅杆和帆装上划过，顶多撕裂了风帆——当时在晃动的甲板上射击运动的目标，又要仰角打抛物线来吊射一千米外的目标，无异于痴人说梦。所以胜利号基本无损靠近到一千米内，这时候还是完全任由对方攒射，人员全趴在甲板下防御。但因为已经接近一千米内，而敌战列线内前后两艘敌舰之间为了不相撞，保持至少两链（Cable，一链是小200米，一海里的十分之一）也就是300多米的距离，所以这时候敌战列线内只有最接近胜利号的2、3艘敌舰舷侧炮位才能有射界。胜利号就这样一直忍耐法-西的炮击不能还手直到冲入敌阵，一次首轮齐射据说就造成法国旗舰布森陶死伤200多人。
显然，战列舰舷侧简陋的四轮炮架是纳尔逊成功的关键——他知道那个时代一千米外，凭这种简陋的炮架，不能时刻、精细调节火炮俯仰，在舷侧摇晃的炮位上根本没有射击精确度，冲刺时战舰的生存力可以保证；他也知道冲刺到一千米之内，能对准胜利号射击的敌舰就很少了，因为四轮炮架不能水平回旋。
所以如何改善这炮架的回旋俯仰性能就成了当时很重要的课题，特别是英国擅长的近战，倚重“卡隆炮”http://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404018836851529820&mod=zwenzhang(Carronade)，这种炮在几十米内发挥作用，而战舰全长也就是六七十米；也因为是这种近距离射击，这种炮又布置在露天甲板，所以抬头扫射敌舰甲板、低头还要照顾敌舰两到三层舷侧炮位。那么卡隆炮当然需要可以灵活俯仰回旋的炮架才能充分在近战发挥指哪打哪、神挡杀神的恐怖战斗力。
卡隆炮的典型回旋俯仰炮架，制退索还是胖达自己手绘。炮架分成上下两半，下半靠下面的轮子绕着前方枢轴（Pivot）回旋。而上半部分在下半部分的凹槽里后座，这样不管回旋到哪个角度都可以顺利后座。俯仰通过炮尾螺杆，看上去似乎比较缓慢，但是比撬杠抬起炮尾、塞入垫块需要的人少得多，而且操作者躲在炮后面更安全。这螺杆的美中不足就是大炮后座太猛，有时会振断螺杆，但总体上和过去塞垫块相比，是比较可靠、方便的办法。这卡隆炮座和四轮炮车比起来，最具飞跃性的就是可以回旋，如下图。
左边战列舰拼尽吃奶的劲，能将四轮炮车在甲板上用撬杠推动，指向舷侧后方34°（很了不起，但不具有战时可行性，累死炮手，半天打不了一炮，早被对手火力压制了。），就这样也打不到右边的战列舰。而该舰搭载可以回旋的、能轻松指向舷侧前方45°的类卡隆炮架，随意射击对方船体后半部分，自己却可以安全躲在敌舰射界盲区里。
因此从18世纪末开始，如何改善海军加农炮的炮架，提高俯仰回旋能力就成了炮术军官还有其它爱好者、发明家的重要课题——就是在卡隆炮座基础上加以提高、完善。
首先，卡隆炮的炮架依然没有解决火炮回旋时的后座安全性问题。
后座的制退索都是绑在舷侧船体上（独角兽模型出品https://shop33583382.taobao.com/的好人理查德号甲板火炮模型），于是
如上图，只有火炮朝正舷侧射击，制退索（红色）才左右一样长，左右回旋那么就如同蓝色标注，左右不一样长，结果火炮后座时左右两边制退索上张力不均等，火炮有朝外侧翻出的危险——实际上就算朝正舷侧射击，左右两边制退索也不可能完全一样长，所以大炮后座时朝左右哪边跳那是完全看上帝的脸色，撞死谁要看他祖上的造化。另外就是火炮后座老是喜欢跳，因为制退索领绕（Lead）的方向不科学，如下图。
英国这种制退索后座时存在把炮车朝上提的分力，如蓝色标注。于是18世纪末、19世纪初的军队“大发明家”康格里夫爵士就构思出了适合于新一代主力舰主炮的“康格里夫”炮架。
左图：炮身下面的方块就是回旋炮座，里面插着大写B标注的后座滑块，滑块靠红色圈起来的铁链制退。这样一个沿着纵中线的铁链就避免了前文两根制退索的问题，同时铁链位置很低也不会产生提拉炮座的分力。蓝色轮子负责制退与复进，通过右图红色标注的卡榫卡住齿槽让轮子只能单向旋转，于是当大炮后座回到左图虚线位置后，大炮复进可以通过轮子转动而轻松实现；但大炮后座时轮子无法转动，只有滑动摩擦，起到制退作用。
然而理想很美但现实骨感，前文介绍当时的海军部多么的保守。这种设计，先不说其中轮子所需的金属加工工艺，当时还没那个可靠性，很容易损坏；海军老爷们先要问：我们得到什么？就得到个左右回旋，俯仰还是靠垫块、后座的问题也没有本质上的急迫性，关键是现在拿破仑已经战败，法国已经认怂，海军没经费呀！您这小发明又不是划时代的蒸汽机，就增加一个回旋功能，要是采纳您的发明，全军的旧炮架只能当劈柴，而且新炮架和旧玩意比起来，也不节省人手。。。
于是这件1811年的发明只好不了了之，康发明家于1828年辞世，他发明的火箭也算是近代火箭和火箭炮的先驱吧。
上图，左，康格里夫火箭在海上用小艇发射，因为没有后座力，很方便；右，康格里夫构想的火力支援舰，希望不会烧到自己。。。此外康发明家还设计了统一口径的24磅短加农炮，如前提及（http://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404023186793563304&mod=zwenzhang ）。
Sir William Congreve，在哥本哈根仰望星空，帅得掉渣。
在康老以后一个马歇尔中校结合康老的创意，思考如何有效利用现有炮架，使其获得灵活的回旋能力，同时继承康老炮架优良的后座设计。这就是1829年推出的马歇尔炮架，如下图：
红色部分是前炮车，可见为单轮回旋炮车。左边为俯视图，右下画了俯视图上该前炮车的回旋，可以方便地用两侧滑轮组控制。蓝色就是用旧四轮炮车改装的后炮车。
因为没有宽大的前轮等阻挡，这个炮架左右回旋角度可达45°，如下图，而且回旋不费力。
虽然仍然沿用制退索，但通过合理布局，克服过去大炮上跳的问题，如下图。
火炮俯仰还靠原本的垫块。总之这个设计是最大限度利用现有物料的基础上获得了方便的回旋能力，受到海军部正面支持，不过也仅限于“可以采用”，1830年代就更加四海升平了，海军根本没有大范围换装的经费。
这是结合康格里夫铁链后座的改进版马歇尔炮架，更换装不起。
当然以上两个设计都还是用绳索、铁链拉拽火炮控制后座，并不会特别理想。海军实际上换装了新炮架，这种炮炮架就是1835年的“哈代”炮架，采用硬生生的摩擦直接控制后座，效果很好、很直接、很粗暴。如下图。
炮架类似卡隆炮架，也分上下半。下半回旋，上半在下半上后座，火炮在上半上面，通过螺杆俯仰。关键的后座控制器如上图标注，炮处于左图待击发位置时，把红色扳手横下来，蓝色标注的“摩擦片”（Compressor，左右两对，标注了右侧的）就被按下来，与下半炮座“用脸摩擦”，就能很好地控制后座，复进用扳手把摩擦片拉起来就可以了。这简单的设计被1830年后的皇家海军用于战列舰上甲板、露天布置的、自重20英担左右的短32磅炮。实际上进入铁甲舰时代后的炮座也是利用这种摩擦，如下图。
勇士号舰面上的阿姆死壮（Armstrong）后装炮，上半个炮座可见摩擦器切换扳手（红圈内）；下半个炮座可在金属滑轨上滑动，在两舷之间转换射界，如下图，累死人不偿命。
这种炮座就叫回旋炮座（Pivoting mount），是早期铁甲舰除了炮塔之外，舷侧和露天炮位最主要的布局方式。
这是1860年代铁公爵号铁甲舰舷侧9英寸炮，可见从卡隆炮一直以来的、类似哈代炮架的总体布局和摩擦器切换扳手。
哈代炮架的摩擦制动原理简单粗暴易于实现、易于放大，于是在卡隆炮的上下分体炮架基础上发展成铁甲舰时代的主流炮架形式，直到后装炮搭配管退式炮架的出现。
需要说明的是汤姆斯·哈代不是该炮架的发明者，他当时在海军内身居高位，利用自己的影响力推进了该炮架的列装——洋人也是人情社会，只不过直接不暧昧，没有裙带关系就是寸步难行，这样所有人就可以安心地各司其职，知足常乐，反正不乐也没人理你。
这样《19世纪风帆战舰“新技术”》就连载结束了，和前面的风帆战舰木造结构问题一道，讲述了1860年铁甲舰出现之前，英法两国利用工业时代的最初成果，对风帆战舰这历经150年发展成熟的海上武器系统，挖掘“最后潜力”、将前工业时代人类最复杂的系统工程推向极致的技术史话。
下面胖达会每天贴几个19世纪上半叶的“风帆巨舰”稍稍品味下，然后继续回到风帆战舰的科普中去，从桅杆、帆、船体这些最基本的地方娓娓道来。