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【超简明指南】战列舰百年之装甲防护的设计演化史

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美女镇楼

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IP属地:上海通过百度相册上传1楼2015-02-01 00:59回复
    第一章:铁甲舰的兴起
    世界上的第一艘铁甲舰,是法国海军的光荣号

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    而第二艘铁甲舰,则是英国海军的武士号

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    光荣与武士的装甲覆盖面示意图(上方为光荣,下方为武士)
    从这张图可以看到,从最一开始,装甲布局的设计,就是存在差异的。
    法国人的光荣,是水线附近从头到尾覆盖了一条120mm的装甲带,而炮甲板层面上则从头到尾覆盖了一条108mm的装甲带。
    至于英国人的武士,则是只在船体中央区域上设置了装甲带,且这道装甲带甚至都没有将火炮给覆盖全。
    可能有人会问,这算不算最初的全面防护和重点防护的区别呢?按照西方海军学界的正统观点,是不算的。具体原因我会在后续章节中详谈。我们只能说,光荣的防护面积比较大,而武士的防护面积比较小。
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    光荣与武士的装甲安装结构图(左侧为武士,右侧为光荣)

    从图中可以看到,那个时代的铁甲,都是固定在一层厚厚的木质背板上的。


    IP属地:上海通过百度相册上传2楼2015-02-01 01:08
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      第三章:技术发展带来的变革 - 速射炮的兴起与装甲技术的演进
      速射炮的兴起
      在发射高爆弹药的速射炮兴起之前,威力巨大但射速缓慢的大口径火炮,是战舰的主要火力来源。由于其缓慢的射速,决定了海战中一艘军舰不会挨上许多发炮弹,因此即便是没有水线装甲带的纯穹甲舰,也依然不存在太大的防护风险。
      然而在速射炮兴起之后,一切就变得大为不同了。下面以对马海战中被洗了甲板的奥廖尔号为例,展示一下洗甲板神教的威力。
      新建成状态:
      被洗完甲板后的状态:
      受损细节:
      受损细节:

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      装甲技术的演进
      在19世纪后期,装甲技术经历了铁甲、钢甲、钢面铁甲(Compound Armour)、镍钢装甲、哈维硬化装甲、镍铬钢装甲(及其硬化版本克虏伯渗碳硬化装甲)的多轮进化。其中钢面铁甲为英国海军所独钟,而法国海军则大力发展镍钢装甲,哈维硬化装甲出现后前者遭到淘汰,而镍钢则屈居为甲板装甲材料,至镍铬钢及其硬化版本出现后,哈维和镍钢也都双双被淘汰,从此开始了长达50年的镍铬钢一统天下的局面(二战以后无战列舰,就不算了,但坦克上镍铬钢还是继续在用)。
      下图为19世纪末期的英国各型战列舰装甲布局

      从此图中可以看到,君权级采用的是钢面铁甲的主装甲带和镍钢甲的上装甲带,而到了庄严级,则改成了哈维装甲。由于哈维装甲的性能(Figure of Merit)大约为钢面铁甲的2倍,因此厚度减半后仍能保持相同的防护效果,而减半后节省下来的重量,则能用于扩大装甲防护的范围。而到了卡诺普斯级以及之后的军舰上时,由于采用了更先进,性能更强的克虏伯渗碳硬化装甲,因此能在保持防护能力不变的前提下继续降低装甲厚度,而降低装甲厚度后省下来的重量,则能继续扩大装甲防护的范围。
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      在速射炮洗甲板流的威胁下,设计师们不得不考虑扩大防护范围以避免被洗。而由于装甲技术的进步,又使得在不牺牲防护能力的前提下扩大防护范围,成为可能。在这双重因素的影响之下,19世纪末期和20世纪初期的战列舰,防护范围迅速扩大了!


      IP属地:上海通过百度相册上传5楼2015-02-01 01:57
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        第四章:法国海军战列舰的防护设计演进
        说明一下,论江湖地位,法国佬在19世纪还算号人物,但在20世纪的战列舰发展史上绝对是排在后面的。这里之所以把法国放在最前面来讲,主要是因为法国佬的设计进化很有特点,适合用来介绍全面防护到重点防护的演进。
        什么叫全面防护?全面防护并不是说防护面积大,就叫全面防护。全面防护是对“Incremental”这个概念的翻译,指的是装甲厚度根据所处区域的重要性而增加或减少的一种设计。
        以法国海军的前无畏或者说准无畏,丹东级为例:
        侧视图上,已经将每一块装甲板用数字号码标出,每一个数字代表一种厚度组合。如舰首水线处那块标为1,其对应的厚度即为上段140mm,下段180mm;而舰尾水线处那块标为33,其对应的厚度即为上段180mm,下段80mm。至于船体中部的主要区域,则都是上段220mm,中段250mm,下段100mm的设计。
        之所以采用这种首尾与中央不同的有薄有厚的设计,就是因为不同区域的重要程度不一样。
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        丹东级的核心区域横剖图
        从图中可以看到,装甲带的上段是200mm,中段是250mm,下段是100mm。
        之所以采用这种水线附近与水线上下不同的有薄有厚的设计,还是因为不同区域的重要程度不一样。
        装甲带后方则有一段加厚了的穹甲倾斜段,在两层15mm的甲板基础上加了一层40mm的装甲。除此之外,其他甲板部分的厚度都薄得很,显然没有多少水平防护上的考量。此外丹东级也还没有采用上部装甲带的设计。
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        1910-1918年这段时间,是全面防护设计的极盛时期,除了美国的标准战列舰之外,这个时期几乎所有的战列舰都带有首尾装甲带、上部装甲带、炮郭装甲带等副装甲带设计。下面我们就来看看这个时期的法国人的设计。
        诺曼底级
        炮郭装甲带为180mm,上部装甲带同为180mm,主装甲带上段为240mm,中段为280mm,下段削薄。装甲带后方的穹甲倾斜段是加厚设计。此外首尾区域也有薄装甲带。
        从防护面积上来说,这个时期的Incremental是真正做到全面了!但还是请不要忘记,全面与否和Incremental是没关系的。
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        由于火控技术的迅速发展,在20世纪的头20年中,预想交战距离迅速扩大,从日俄战争时的几千码,迅速提升到了一战时期的一万多码甚至二万码。而在交战距离快速提升之后,势必会出现炮弹绕过舷侧装甲带,直接砸到甲板上的情况。而由于当时各国的设计中,甲板防护都是极为薄弱的,通常不过是1英寸左右的厚度,即便是穹甲所在的甲板,通常也不过就是稍微厚一些,如2层1英寸的叠加。而这样的防护水准,是完全不足以抵挡住远距离上以大角度落下的炮弹的。
        有鉴于此,美国海军的设计师们开创了一种被称为“All or Nothing”,即重点防护的设计手法。理论上来说,在用这种手法设计的军舰上,是不存在副装甲带的。要么就是大厚度的装甲带和甲板装甲保护下的装甲盒,要么就是完全裸奔的无防护区(但实际上很多采用重点防护的军舰还是有防破片装甲、首尾穹甲、次要装甲盒等设计的)。下面以法国海军为例,介绍从Incremental至All or Nothing的演化过程。
        37000吨战巡案
        这是1920年代末的一个设计案,其风格既有Incremental的影子,又有All or Nothing的雏形。Incremental的地方在于,其主装甲带的上段和中段厚度仍是不同的,而All or Nothing的地方则在于,其在主装甲带的上沿层面上布置了厚度较大的装甲甲板(实际上该舰的甲板防护设计很接近下面会提到的内华达),且没有上部和首尾装甲带。至于穹甲设计,虽然得到了保留,但穹甲并非是用来区分全面和重点的因素。
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        到了1930年代时,火控技术又比一战时期更进一步了,且由于受到了纳尔逊这样的革命性设计的影响,各国新设计的战列舰均具备远高于从前的甲板装甲厚度。就在这个时期,法国海军设计出了敦刻尔克级。
        敦刻尔克的侧视图
        敦刻尔克的横剖图
        大厚度水平装甲,倾斜主装甲带设计,敦刻尔克的设计风格显然受到了纳尔逊的影响。不过在采用新思路的同时,法国人也没有完全抛弃传统,还是保留了穹甲布局,不过此时的穹甲已经不再是负责抵挡炮弹的了,而是起到防破片/防崩落的作用了。
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        黎塞留

        黎塞留的设计与敦刻尔克基本是一个模子里刻出来的,除了装甲厚度/倾角等细节上的变化外少有区别。值得一提的是,黎塞留的水平装甲是无背板设计的,即没有用来支撑这层装甲的甲板,这层装甲本身即负责承受自身重量,并参与结构。


        IP属地:上海通过百度相册上传6楼2015-02-01 02:42
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          第六章:英国海军战列舰的防护设计演进
          这个时候才来说英国战列舰,是有点对不起海军史上享有崇高地位的皇家海军的,不过在1900-1920年间,英国战列舰的防护设计确实没啥亮点,不如德国佬硬,也不如德国佬覆盖范围全面。
          这是无畏,注意,无畏是没有上部装甲带的,不过后来的战列舰也都渐渐有了,比如英国超无畏就都有上装。

          这是女王,就那样,上装薄,主装皮带

          这是胡德,上装5-7寸,主装12寸,倾斜装甲带是个不错的设计,可惜水平防护太烂,一出生就过时了。

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          在整个20世纪,英国海军真正有亮点的防护设计,就两个方面!
          第一,是1920/1921系列设计案,以及其继承者老衲!这是革命性的设计!
          这一系列设计,具备大厚度和大倾角的装甲带,以及大厚度的水平装甲!例如N3的水平装甲厚度就高达8英寸!另外1920/1921系列的招牌特征是主水平外侧向下倾斜,这个特征虽然老衲没继承,但是被皇国山寨去了!
          继承了1920/1921系列的老衲,在防护设计上是革命性的!美国人的标准战列舰虽然是All or Nothing理念的开创者,但其水平防护相比老衲差了远了!
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          这第二个有亮点的,就是前卫的首尾区域防护!神马?你说乔五?别跟我提那个脑残的垂直主装设计!

          注意看,前卫的主装甲带分为上中下三段,上段和中段,弹药库段厚度是14英寸,动力舱段是13英寸,下段则是逐渐削薄的。水平装甲则是弹药库段6英寸,动力舱段5英寸。
          此外,下段装甲带还向首尾方向有一定延伸,这是因为首尾是有水平装甲的(位于中段和下段主装的交界层面上),在这层水平装甲以下的装甲横舱壁很薄,所以为了避免从侧面射来的炮弹击穿装甲横舱壁,就需要下段装甲带向前延伸一点。
          但是,这不是重点!重点是首尾防护!
          前卫的首尾区域,不仅仅有2.5-5英寸的水平装甲,还有2-2.5英寸的水线装甲,其对舰艏水线的防护,是要比舰艏只有水线装甲带的俾斯麦更好的!
          而舰尾部分则有4.5-5英寸的水平装甲和2-2.5英寸的水线装甲!防护效果也很不错!前卫的舰尾段对炮弹的防护与俾斯麦基本相当,不过对炸弹的防护不如俾斯麦。
          神马?德棍要吹俾斯麦首尾水线防护好?让他来看看前卫!
          这种首尾水线防护,其实也占不了太多重量,所以在没有条约限制的军舰上,完全可以用嘛!比如大和!


          IP属地:上海通过百度相册上传9楼2015-02-01 04:01
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            第七章:美国海军战列舰的防护设计演进
            曾经,美国佬也是玩全面防护的!比如这个是爱达荷,9寸的主装,7寸的上装,上装上面还有个2寸的NS(镍钢)薄装甲带,穹甲水平段是1英寸镍钢+0.5英寸MS(软钢),倾斜段则是2.5英寸镍钢+0.5英寸软钢

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            但是,就如前面所说过的那样,由于美国人认识到了交战距离会不断增加,因此会出现吊打甲板的情况,所以需要强化水平防护!但是水平防护是很吃重量的,且随着交战距离增加,被中口径速射炮洗甲板的可能性也大大降低,因此结合这两个因素后,美国人选择了加强水平防护,放弃非核心区防护的思路!
            于是就有了标准战列舰!这是宾夕法尼亚
            13.5英寸的主装,无上装。上层水平装甲是两层1.25英寸的STS(镍铬钢)叠加在一层0.5英寸的软钢上,下层水平装甲则是1英寸的STS叠加在0.5英寸的软钢上(外侧倾斜段没标示)。这个下层水平装甲,就是原先的穹甲。
            说实话,这样的水平防护,在二战时期是完全不够看的,在老衲出世后,标准战列舰的水平防护马上就拿不上台面了。不过在当时,这已经很不错了,且最关键的是人家是新思路的引领者嘛!历史意义远大于单舰性能。
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            后来,美国人又发明了多层隔舱式的鱼雷防护系统,同时还取消了穹甲,让原先穹甲所在的那层甲板彻底变成了防破片层。
            这是老南达

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            到了1930年代后,美国人考虑到飞机带来的威胁,又给其快速战列舰加上了炸弹甲板的设计。这个炸弹甲板,其实跟上面我们提到过俾斯麦的露天甲板装甲是一个思路,都是为了抵挡高爆炸弹的。至于绕过炸弹甲板击中装甲甲板的这种可能性呢,美国人自然也不会忽视,但他们没有采用上部装甲带来堵天窗,而是采用了加厚装甲甲板外侧的方式来达到了同样的堵天窗的效果。
            另外由于交战距离的增加以及轰炸的威胁,快速战列舰的装甲甲板的厚度,自然也要比标准战列舰厚上许多。
            美国人在对舰轰炸方面一直处于领先地位,早在1921年就演示了用飞机炸成战列舰的可能性(炸沉了德国赔偿给美国的东弗里斯兰),所以在这方面有所重点关注,也是很正常的。
            这是南达,注意看装甲甲板外侧和内侧的不同厚度


            IP属地:上海通过百度相册上传10楼2015-02-01 04:25
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              第八章:日本海军战列舰的防护设计演进
              长门以前,日本战列舰的设计基本就是模仿英国(其实长门以后模仿也很多,原创内容不多),前无畏没啥好说的,日本人又没造过无畏,那就先从日本的第一艘超无畏金刚谈起吧!
              金刚
              这图最清楚不过了,不用我多说,大家都能清楚看到,有主装有上装有首尾装甲带,还是厚度各不相同的,典型的全面防护!

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              长门
              首尾装甲带没了,不过上装这个余孽还留着!理论上说也还是全面防护!

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              加贺
              真正的后日德兰型战列舰!无上装!倾斜主装!中等厚度水平装甲(和老南达差不多水平,被N3完爆)!穹甲仍有保留但主要起防破片/崩落作用。至于首尾的次要装甲盒,主要是起到扩大装甲保护范围下的储备浮力的考量。

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              金刚代舰平贺让案
              水中弹防护装甲是原创的,其余就是照抄英国1920/1921系列,另外还把人家最关键的首尾水平装甲给丢了,对首尾区域储备浮力的保护不如英国设计

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              大和
              一看就知道是金刚代案的延续,创新也有,首尾非防护区有35-50mm的CNC装甲,用来挡炸弹,和美国/德国人想到一块去了。只不过德国人是基本把整个露天甲板铺全了,美国人是铺在核心舱上方,日本人则是只铺在非防护区,还没铺完整,只有一部分!总之,大和的核心舱防护设计很完美,在本已经很优秀的英国1920/1921系列基础上加了水中弹防护,但是非核心区的防护确实不行,作为一艘没有吨位限制压力的军舰,这不太应该,完全可以采用前卫那样的首尾防护设计。


              IP属地:上海通过百度相册上传11楼2015-02-01 04:37
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                第九章:意大利海军战列舰的防护设计演进
                无畏舰时代,意大利人和其他国家一样,也都是全面防护的套路
                这是加富尔伯爵新建成时的状态
                主装上段220mm,中段250mm,下段削薄到170mm。上部装甲带130mm,炮郭装甲带110mm。水平防护基本等于没有。总结,和法国佬的无畏差不多,都属于薄皮。
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                意大利毕竟是有光荣的海军史的国家!虽然一战时期没啥亮点,但是天才的意大利人是不会只闪光一下的!铁甲舰时期的创新精神,在1930年代又回来了!
                伟大的维内托,登场了!
                主装甲带采用模块化复合结构,外层是70mm的均质装甲,中间有250mm的发泡水泥,然后是280mm的表面硬化装甲,再接下来是150mm的木板衬垫及12mm的背板。往里,还有两层厚度分别为36mm和24mm的镍铬钢防破片层。
                这种设计,外侧的70mm部分负责剥去来袭炮弹的被帽,中间的水泥层负责提供足够的空间让被帽脱落,高硬度的主装则负责嗑碎失去被帽的炮弹,其后方的衬层和防破片层则负责阻挡可能出现的装甲崩落碎块和穿透了装甲的炮弹碎块。
                这是战列舰史上最神的设计!
                而在水平防护上,意大利人同样采用了剥被帽的设计。36mm的露天甲板装甲盒70mm的上部装甲带分别负责剥离来袭炮弹的被帽,而90/100(动力舱段)或100/150(弹药库段)mm的装甲甲板则负责抵挡炮弹和炸弹。
                侧视图
                防护范围图


                IP属地:上海通过百度相册上传12楼2015-02-01 04:48
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                  话说压码头和192021水平装甲边缘向下的作用是什么?


                  IP属地:北京来自Android客户端14楼2015-02-01 04:56
                  收起回复
                    教主来看看janusz skulski出的大和的装甲图上面35-50CNC的画出来的面积属不属实?
                    其他地方的大和装甲图好像都没表示机舱的露天甲板层还有这层CNC存在吧


                    IP属地:伊拉克15楼2015-02-01 05:13
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                      米醋重点防护也存在水线薄装甲带,防护中小口径炮和弹片轻易造成大量进水,只是被条约终结了
                      南达熊一世,舰首全覆盖一层50磅STS水线装甲带在32磅的MS外板上,这是这个时期米醋主力舰设计的一大喜好手法



                      IP属地:浙江通过百度相册上传17楼2015-02-01 05:24
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                        @jingjingzqs
                        大和


                        IP属地:上海通过百度相册上传18楼2015-02-01 05:26
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                          发了那么多,最后来晒一晒资料,还是比较有满足感的


                          IP属地:上海通过百度相册上传19楼2015-02-01 05:38
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                            长门概念原本是山寨女王,但是穷甲又是德谍——德因考特的设计风格,这货在机舱部分没有下甲板(英国的中甲板称法)。大概是因为全燃油锅炉高度高效率好吧。装甲带不高不低,总之是一个肥猪流军舰全面防护向重点防护进化中的活化石

                            长门原本有160磅的炮廓装甲,后来都删掉了


                            IP属地:浙江通过百度相册上传21楼2015-02-01 05:47
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                              平抄抄在大正十三年完成妙高级的设计后被海军送到欧洲旅游,他顺道前往阿姆斯特朗造船厂拜访英国有名的造船巨擘,也是他在英国皇家海军学院的德谍学长——德因考特,并且按照礼仪事先约好这次的拜访,但是德因考特当天见面时却突然跟他表示有事无法招待,请平抄抄在他家里等他几个小时,平抄抄心想岂有事先约定见面时间却要客人平白等待几小时的道理,但也答应他的请求。德因考特表示这两个小时中没有什么能招待的,很抱歉,然后就出门了,在他离去之后,平抄抄吃惊的发现桌子上放置了当时世界最新锐战舰纳尔逊级的设计图,一旁还有描图纸以及铅笔,才惊觉原来德因考特是要偷偷把图纸送给他,于是便满怀感激的将设计图抄下,后来德因考特回到家里,平抄抄已把抄下的图纸收进皮箱,德因考特也对桌上的设计图视若无睹,当作没有提到此事。这张图纸后来被保存在东京帝大船舶工学系的制图室中。
                                平抄抄对同行的助理说:「德因考特实在是了不起的人物,而指示他这样做的大英帝国,更是值得敬畏的国家,日后他们有什么要求,也理当协助。」日后英国向日本要求提供古鹰、妙高级重巡的情报,平抄抄在海军中努力奔走,希望能给英国人一个回礼,但是海军省却不答应。参考资料:《军舰长门》/阿川弘之
                              罪证




                              IP属地:浙江通过百度相册上传22楼2015-02-01 06:07
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