一等鐵甲艦怎麼焊接

❶ 為什麼軍艦的表面都是坑坑窪窪的

顏值即是戰鬥力

俗話說，顏值就是戰鬥力，一型武器的作戰能力如何，很大程度上可以通過武器的外觀看出個一二三。現代軍艦作為海上作戰的主要武器，憑借簡潔流線的外形成為眾多軍迷喜歡的裝備之一。

然而，當近距離靠近軍艦時，就會發現「很多軍艦只可遠觀...」

鐵甲艦的鐵甲護身

當時的鐵甲艦不像現在的軍艦，用加強的肋骨做骨架，然後再焊接鋼板。當時的鐵甲艦因用整體木製材料作為內襯，所以看起來整體很飽滿，外部鉚釘整整齊齊有序排列，外表的鐵皮很平整，不會出現橘皮現象。後來，隨著工業技術的發展，造軍艦的技術也在突飛猛進前進。原有的鐵甲艦先造船後穿衣的技術很麻煩，況且被鐵皮裹在裡面的木質材料易腐蝕，壽命時間短，也不堅固，又因焊接技術的興起和成熟，就乾脆直接使用鋼板來焊接軍艦了。

❷ 哪位大神能給我點17-19實際風帆戰列艦的資料

削甲板後的戰艦吃水減少、下層炮門離水面更高，可以在風浪更高的海況下使用；

這樣的戰艦桅桿必須加高，否則戰艦搖晃更加劇烈、迅速，輕者令乘員不適，重者折斷桅桿，這是前文(http://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404014147837805290&mod=zwenzhang )提過的船舶「初穩性」決定的。胖達不是物理學科普，不愛列公式，等今後專門批講風帆戰艦史上的慘痛翻船事件時候再來形象地解釋這個基本原理。這個原理19世紀上半葉的船廠工程人員大體了解。

於是，經過削甲板改裝的戰艦航速更高：首先是因為桅桿更高，帆面積更大、推力就更大；而且越是高處遠離海面的氣流越規則，不受海面波浪不規則形態的干擾；並且高處風速更快，而風速造成的推力隨著風速平方迅速增加，只隨帆面積、空氣密度線性增加，這樣高處風速快，雖然空氣密度稍低，但是「呼吸高層的空氣」，推力顯著增加。其次是因為戰艦吃水淺、阻力小；風帆戰艦依靠風力只能達到最高十一二節的航速，絕大多數情況下只有1~3節的可憐航速；這種航速下，對於長度最長只有50、60米，但有十幾米寬的風帆戰艦而言，主要阻力是船殼表面和水體的摩擦力，吃水淺沾水的濕面積就小，阻力小。

風帆戰艦航速高就是舵效力的提高。今天的動力船舶在靜水裡、航速為零的時候，也可以操舵，因為螺旋槳自動製造局部水流吹拂舵葉讓它發揮作用。帆船就不行了，必須有天然的水流流經舵葉讓它發揮作用。船舶的舵就是飛機的機翼，通過流經舵葉左右側水流的流速差別產生側推力。於是航速更快的帆船舵更聽話，只要稍稍偏轉就能產生調頭要的舵力；同時偏角小的舵製造的尾部渦流小，打舵造成的阻力就小，打舵時帆船航速降低得也少。

於是人們意識到，甲板層數越少、越「扁」的戰艦，就像大型巡航艦一樣，1）底艙大、裝載後勤物資多、自持力強；2）炮門距離水面高，在滿載時仍然可以達到一米九以上，大風大浪中放心使用；3）快速性和操縱性比過去多層甲板累贅之下的戰列艦有令人耳目一新的提升。但是甲板層數越少，火炮數量也越少，就只能通過加長船體稍稍彌補，於是19世紀初開始，戰艦越造越長，戰艦足夠長、足夠寬大，即使是三層甲板的戰艦，在比例上也就更接近性能優秀的大型巡航艦。

但是過長的木製結構會遇到什麼問題？當時人們怎樣克服呢？且看下三回：19世紀初造船工程技術的新發展。

上圖，18世紀末、19世紀初一艘「科幻戰艦」，就像今天美國朱諾沃爾特一樣。纖瘦的高速艦體，每側16個主炮炮門，堪比120炮一級戰列艦。低矮到幾乎沒有的艏艉樓，最大限度降低艏艉樓對側風時操縱性能的干擾。這個形態的船在整個名錄里也沒查到，雖然圖注註明是1795年的48炮巡航艦模型。整個裝飾風格確實是18世紀末沒有經歷戰時改裝時的模樣，但是船體造型太先進了，有可能是當時的「概念」設計。這種形態就指向未來最合理的船體比例。

19世紀初，戰艦向大型化發展。同樣數量的火炮，放在越長、層數越少的甲板上，戰艦綜合性能越高。18世紀末三層甲板的90炮二等戰列艦，最高一層炮只能是12磅炮；19世紀中期兩層甲板的90炮二等戰列艦，相當於把最高第三層甲板的12磅輕炮全換成了兩層甲板上的32磅主炮（炮管長度不同）；這更大更長的戰艦快速性、適航性更是18世紀末戰艦不能比擬的，當然造價也不能同日而語。發展到極致就是類似下圖。

上圖是法蘭西蒸汽輔助動力戰列艦拿破崙號，舷側炮門20個，也就是兩層甲板的100+炮戰列艦。這是蒸汽動力首次運用於海軍主力艦，在此之前只有圖中右側中景的明輪蒸汽巡航艦，帶有試驗性質。這就是19世紀50年代法國佔得技術先機並希望以此挑戰乃至顛覆英國海上霸權的一次嘗試，此後10年1860年代的鐵甲艦、1870到1880年代的撞擊艦與魚雷艇等等，都是法國最先提倡，希望以新技術優勢挑戰英國完備工業技術體系整體效率的例子，當然最後都不幸歸於失敗。

為了能將木頭戰艦造到上圖拿破崙號那樣60多米的「極限」程度，19世紀英法兩國發展出新的造船技術，以最大限度利用木材的特性，幾乎將木材這種材料的能力發揮到極致。

那麼木頭用於建造船舶，有哪些缺點限制了艦體的加長，必須克服呢？

和鋼鐵比起來木材自然是差勁得多的結構材料，1）強度低，2）構件之間不容易連接。這兩個因素合起來讓木頭戰艦不能造得太長。

上圖是1665年英國斯圖爾特復辟時期的一等戰列艦全肋骨「海軍部」模型，短粗的三層艦體與前面纖瘦的拿破崙號形成對比。

木頭強度遠不如鋼鐵，這似乎是日常經驗，筷子可以撅斷，不銹鋼勺子只能通過不停快速摩挲勺子的把來讓它升溫變軟後再反復彎折、金屬疲勞而彎曲（這種魔術甚至「氣功」表演比比皆是）。

首先，在受力的時候，譬如船舶搖擺、升沉、大浪拍擊船體側，木造船舶的木頭結構更容易發生形變。任何材料，受力不大，就只是暫時形變，外力撤去後還能彈回去，這就是彈性形變，比如大雪壓彎松枝；如果突然很大的受力，或者長期不撤去的「荷載」，材料變形回不去了，甚至材料抵抗不住外力而產生裂痕。前者就是」塑性形變」，比如交通事故汽車外殼變形，後者材料就算完全廢了，比如泰坦尼克號最後斷成兩截。和鋼筋鐵骨的現代船舶相比，帆船船體受力形變的程度明顯得多。舉個例子，比如在大浪中使船，艦面大艙口的艙口蓋都必須用木楔子甚至釘子固定好，否則，當大浪拍擊船體，特別是拍擊舷側的時候，船就像被一隻大手捏緊的氣球，裡面的空氣只能循著大艙口往外沖，能夠把沒有固定的艙蓋沖飛。

上圖是19世紀30年代末代英國東印度商船（英國東印度公司這個壟斷企業在1835年終於解散），艦面可見三個艙口蓋，在大浪里遭受拍擊的時候，就像剛裝了開水的暖壺，蓋子必須蓋嚴，否則被空氣沖開。（本圖感謝一位香港網友拍攝當地某博物館照片）

木頭強度低還意味著，承載越大的載重，木料就需要越粗大。然而，首先，到19世紀初，英法已經造了150多年的大型帆船，天然大型木料很難找到；其次，粗大的木料自重也更大，於是越粗大的木頭承重效率也越低，最後單純自己的重量恐怕就把自己壓彎了。比如1860年到1870年間的英國鐵甲艦，有全新打造的鑄鐵鐵甲艦（鋼要等到1880年代），和舊木頭戰列艦改裝的木體鐵甲艦。後者木頭結構的船體自重和載重幾乎一樣，而前者鐵船體的自重比載重輕數百噸，這差值就能更好地分配在裝甲防護和蒸汽動力系統中。

胖達我喜愛的舊帆船改造木體鐵甲艦，1862年的皇家橡樹號。

木頭構件之間彼此不易連接，所謂「連接」就是需要一個木頭構件的受力能夠傳遞到另一個上面，這樣船體結構才能成為真正連貫的一個整體，所有應力都能盡量平均，不至於讓局部某些結構快速疲勞、斷裂。直到二戰前，人類主要的鋼鐵造船技術都還是用鉚釘，如下圖。鐵甲艦上的鐵船殼的鉚接（劉煊赫先生的圖，甲圖是鉚接鐵板的捻縫防水。）這樣雖然不能完全水密，比不了焊接，但是兩張船殼板就像變成一個結構一樣，能夠傳遞應力，在鋼材的脆變溫度以下，甚至裂痕都能跨過鉚接部位傳遞到相鄰鋼板上去——泰坦尼克號斷成兩截就是因為水溫太低，船體脆變的裂痕又能夠能過鉚接的界面長距離傳遞。鋼鐵的船體風浪中受力形變又小、各個構件又能連貫成受力的整體。這兩點上木頭都做不到。木頭根本沒法像鋼鐵那樣彼此連接。

鋼鐵是金屬碳合金物質的一種結晶樣的狀態，它裡面在宏觀上是完全連貫的，只有顯微視野下才能看到各種不同形態的生長結構，這些結構決定鋼鐵的宏觀機械、傳導性能等等。比如形成「奧氏體」這種胖達根本不知道是啥玩意的微觀結構的鋼材就不會像泰坦尼克號的鋼板一樣低溫下突然變脆，產生宏觀裂痕。木頭就不同了，肉眼可見貫通材料的紋理——「年輪」。木頭就像牛肉一樣，是許多木質部纖維平行排列成的，這些纖維彼此之間的連接強度，遠遠趕不上一根纖維內部，所以說「劈柴不照著紋，累死劈柴人」。這樣釘子釘進木料里，原本就是破壞了木材結構的連貫性，而釘子對木料的緊固壓力，也只能波及釘子附近小范圍內的木質纖維，更遠處的只好旁觀，因為它們彼此之間沒有鋼鐵顯微結構那樣的緊密連接。

釘子如何固定木料呢？

固定辦法就像這張讓人瞧著頭皮發麻的圖片一樣。這是一幅戰艦艦首結構縱剖圖。各種拼接在一起的木料都用實線勾勒出輪廓，許多大通條，從大致垂直於木料走向的方向，把好幾層木料打穿，這就是木料的固定。所用的就是鍛鐵打造的鉚釘。跟今天一提「鉚釘」想到的螺紋釘不同，當時雖然也能手工攻絲，但是成本太高，所以鉚釘就是大通條。具體木材鉚接工藝不久之後介紹。總之兩個木構件、甚至數個木構件被一根鉚釘緊固在一起。這時如果戰艦是在風浪中航行，那麼船體就會承受應力，各個構件受力就會發生彈性扭轉、彎曲。比如像下圖，戰艦在風浪中橫傾，右側那邊的大炮和上層結構件全部都要壓到水線下的船體上去，左側迎風一邊的大炮和上層船體構件卻有相互間拉散開的趨勢。

這樣，受力形變的木頭構件之間，就把緊固它們的鉚釘來回拉扯、錯動。木料很粗大，鉚釘為了不破壞木料整體結構只能細很多，這樣整個木料拉扯鉚釘產生的壓力，全部集中在鉚釘附近的木料中，很快這些木質纖維就被鉚釘壓迫變形，鉚釘的釘子孔就疏鬆、擴大了。這樣木料之間就能夠相互錯動。這種海上波濤中承受應力、木材形變、釘子活動導致的木料松動和相互錯動，英語里學名「working」。胖達我就叫錯動吧，很好理解。

這錯動有多大呢？一個19世紀後期累積資歷官至上將的英國老頭回憶，他年輕的時候當海軍侍應生，那還是在帆船上。船在海里搖晃，比如左舷搖到上圖迎風的位置、高高揚起，甲板橫梁和甲板下支撐肘之間「張開大嘴」，他們趁機塞進去許多榛子，等到搖晃到上圖背風位置，甲板橫梁和支撐肘「閉嘴」就能磕碎堅果。下圖是勝利號上的甲板下結構，都漆成白色增加室內亮度。黑色大炮左手邊就是甲板過梁下面支撐肘，頭頂可見各種縱橫梁。

可以說，木料構造的整個戰艦（如下圖），就是數百個結構件在有限的上千個點上做了局部固定。

這樣看起來不太牢靠的結構，首先會在風浪中各種松動；其次整體上存在一個很大的問題，也就是整個船體變形的問題，這是始終困擾風帆時代工匠與設計師的問題，限制了風帆戰艦的最大長度。下回結合風帆戰艦的總體結構布局，追憶下風帆戰艦船體結構會受到的種種磨難。

木頭結構在風浪中受力變形、釘子松動，最後船體的木頭構件相互錯動（Working）。這種現象再加上戰艦總體結構的特點，最後導致了船體整個的變形。這就成了始終困擾工匠、讓戰艦無法造得長度很長的原因。

首先，戰艦的總體結構是什麼樣的？

戰艦肋骨結構（右舷），為了顯示肋骨排列，每隔一副肋骨就鋸掉一副肋骨。

如上圖，戰艦就是一根筆直的龍骨上橫向固定很多很多副肋骨，肋骨內外再縱向固定很多很多條內外殼，如下圖。

上圖，戰艦肋骨-船殼結構（左舷），上層可見還沒包裹船殼的密距肋骨，下方是一條條粗細不一的各色船殼。

沒有鋪設甲板條的中層炮甲板，可見粗細甲板橫梁之間，逐段拼接的縱向甲板梁。

除了外殼，戰艦內部還有1到3層搭載火炮的甲板，戰列艦和大型巡航艦的炮甲板以下還有一層堆碼物資的最下甲板（Orlop）。這些甲板由縱橫甲板梁搭建而成，上面鋪設甲板條供人員通行、布置火炮和艙室。上圖的模型勝利號就有四層甲板，這些甲板的縱梁、甲板與船體側壁相接處的縱向支撐材、甲板樑上鋪設的甲板條，都是加強戰艦縱向強度的構件。

17世紀80年代的一等戰列艦布里塔尼亞號上下分體模型，所有甲板都沒有鋪設甲板條，露出下面的支撐結構。取下上半部，可見下半部分展示出炮甲板上粗大的縱橫梁材。

所以風帆戰艦的船體就像一個木桶，桶底是龍骨，肋骨是拼成側壁的一根根豎條，船殼則是箍緊豎條的環箍。這樣的一個整體結構，龍骨是許多片拼成、每一副肋骨也是，船殼更是砌磚一樣的一片片，而且所有構件之間只是在有限的點上相互連接。這數百構件在數千個有限點上相互固定的結構在大風大浪中能堅持幾年？堅持不了幾年。

一艘戰列艦，如果服役期間一多半時間在港內撤去大炮、帆裝而定泊封存（Laid up），一小半時間在海上服役，每次任務幾個月到一年，然後入干船塢「小修」（Minor Repair），即更換局部疲勞磨損以及發霉腐壞的構件，那麼整個船體結構大約可以維持10~15年，英國有很多服役數十年甚至上百年的戰艦，那其實是前文（http://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404017384330544098&mod=zwenzhang）所說的、執政黨的花名冊手腳，以「重建」（Re-built RB）的明義建造新戰艦，規避在野黨的攻擊。比如1737年的第三代勝利號，她名義上是第二代勝利號的重建，可是「重建」之前10年，第二代勝利號已經拆毀，尚堪使用的木料保存在庫房裡了。下圖，帶有高大四層尾游廊的第三代勝利號。這四層尾游廊是她的辨識特徵，她最後在風暴中失事，跟高大的尾游廊不無干係——尾部過於沉重影響側風位時的操縱性。根本原因則在於該艦艦體的各個構件已經疲勞松動，最後艦體風暴中解體了。造成這一慘禍的根源則是：一方面，傳統英式造船習慣已經不適應18世紀上半葉這樣大型化的戰艦，需要引入更新的造艦技術，比如當時法國的造艦工藝（當時法國羅切斯特一位總工程師化妝偵察，深深體會英國拘泥傳統，許多設計和工藝並不合理。）；另一方面，這樣考驗英國造船工藝極限的船體還要承擔28門42磅炮每尊三噸多的重量，在詹金斯耳朵戰爭中頻繁穿行風波里，實在不堪重負。根據這位法國間諜的記述，勝利號剛造好時在船台上船體結構就顯出疲勞磨損以及發霉腐壞的跡象。此後幾次大修都不解決問題，該艦搭載的倒數第二任艦隊司令更是堅信該艦不久後就會不堪重負，愣是討要到退休令逃過一死。（17世紀傳統英國造船技術和18世紀以來法國較為更加合理的造船技術，不是一朝一夕、在這里可以詳細描繪的，待到遙遠的將來。。。）

如果戰艦因為戰事緊急，去往美洲加勒比殖民地長期連續服役一年以上，因為那裡干船塢基礎設施缺乏，熱帶水域多海洋生物破壞船底船殼、多颶風天氣，這些船回航西歐後就像從小踏上奧運征途多年的退役老運動員，渾身傷病。此時只好入塢大修「Major Repair」，許多地方需要扒掉內外船殼和甲板條，露出下面的結構材料，大段大段地更換材料。這樣如果還能算是原來那艘戰艦的話，船體壽命也是十來年。

如果是戰時應急建造的戰艦，使用了採伐後不久，尚沒有充分乾燥的木料，木料含水量在20%至50%之間，當戰艦內部層層甲板封閉起來不見太陽光，木頭戰艦又並不水密，那麼船殼木料縫隙里積存水分、造成潮濕環境，就開始讓黴菌陰滋暗長，真菌一方面分泌消化酶降解木製纖維的木質素高聚糖，一方面真菌菌絲積存鹽分形成高滲透壓而吸干木料水分，最後木料就化作齏粉，這種腐朽當時人稱為「Dry rot」，因為不是木料泡在水裡朽壞的——實際上泡在水裡隔絕氧氣，真菌無法滋生，再加上海水，就可以殺死其它陸上寄生生物，所以英法船廠都有大水池用海水浸泡保存船體的橡木材料。未乾透的新木料造的船體壽命超不過5年，帶有部分腐朽的木料更抵抗不住風浪的拍擊，迅速松動。

風浪中錯動（Working）與甲板下陰暗處的霉腐（Dry rot），最後整個船變得不堪使用。曾經有記載一艘長期海上服役的輕型巡航艦回到港內後進入干船塢，水排掉後船體就解體了！因為失去了水體對水下船體的側面支撐，肋骨就像環箍不管用的木桶一樣散開了。同樣，17世紀70年代也有一個記錄，維修時已經拆除了一部分水線以上的船殼、甲板條。這個時候放掉干船塢里的水，因為船體結構件之間已然松動，少了水線以上船殼、甲板條提供的縱向連結，肋骨也開始散了。只好把船底鑿穿放水進來挽救船底結構的整體變形。同樣，風暴中船底開裂進水的例子也很多，也留下了一路保持水泵人力排水而免於沉沒、逃回港口的記錄。當大風大浪中，風鼓起帆，帆就拉扯著桅桿，於是桅桿就成了一根撬杠，如上圖，可以撬開船底的船殼造成漏水——其實風吹帆，帆帶動桅桿，桅桿撬動船底，這就是帆船推進的原理，只不過日常沒有這么明顯的撬開船底船殼。比如當年五月花號預備帶著清教徒開往北美，其實這幫來自英國內陸的鄉巴佬清教徒之前出航過一次，可是因為他們寓居地荷蘭的商人心眼壞，就借著他們鄉巴佬不懂航海的機會，騙他們買更高的桅桿，推力大說不定去得快，結果桅桿過高，漏水太多根本沒法橫渡大西洋就只好回來了。

勝利號縱剖視圖，可見三根桅桿都是直插到龍骨的。

以上多是各個局部的問題，只要小修、局部替換損害的構件即可。還有一類嚴重的、除非大修或重建不能解決的整體問題，這就是戰艦整體變形，也就是龍骨變形。龍骨上彎、下彎、側彎，就好比人的脊椎畸形，無論是雞胸駝背還是脊柱側彎都嚴重影響內臟等的正常定位和功能。比如美國的憲法號重型巡航艦，該艦於18世紀末計劃、建造，19世紀初造好入役。到了1812年英美之間爆發沖突的時候該艦已經服役了快10年（以上數字都是胖達的記憶，應該不準確，請看帖的朋友指正），這時候憲法號來了一次「大修」，其實這樣不一定比每年如無小修省錢。這時候憲法號的龍骨已經變形，這種變形有多大呢？不到50米長的龍骨的中腰部分，可以比首位部分拱起來數十厘米，也就是形變達到總長度的百分之一以上。這樣原本密集排列的肋骨之間就開了縫、張了嘴；原本留下來的、比較小的肋骨間距也拉大了。各個甲板條、內外船殼之間的縫隙也錯動、張開了，裡面為了防止漏水而填埋的松樹膠油裹著麻絮也跑出來了。

上圖，美國紀念1812年戰爭200年，於2012年發行的憲法號郵票。油畫來自某個博物館藏的某位畫家系列作品。

就是這個龍骨變形問題限制了帆船船體的長度。而且設計師和工匠們分析，這是因為木料強度有限，戰艦縱向強度不足。所以只有三層炮甲板的一等戰列艦，因為甲板層數多，縱向加強件多，所以才能造得最長；像憲法號這樣一層炮甲板卻比英國74炮戰列艦還長（胖達我的記憶，數據未現場核實），是一定要龍骨變形的。

要解決這個問題，打開通向大型化的大道，就要先分析這個問題的具體原因，當然了當時18世紀末、19世紀初的造船老司機可不是愛丁堡大學幫助瓦特改進蒸汽機的教授，他們只會按照自己的經驗與感受提出解決方案。