随着互联网技术的发展,人与人之间的距离越来越近,越来越多只能身临其境的照片足不出户即可品评,昔日鸿雁传书才能交流的想法可以随时随地同远在千里之外的人交流,从2017年之后,大量的网友发现我军舰艇尤其是出镜率非常高的054和054A型护卫舰的外板表面并不光滑,并由此引申为我国焊接质量落后导致,这显然是不对的,甚至说在全世界军用舰艇普遍放弃装甲防护之后,“橘子皮”几乎已经成为了世界各国海军中小型舰艇的标配。
2018年新浪刊发的某文章(作者:科罗廖夫)
众所周知,军用舰艇外板经历了从木质到钢质的过程,在钢制外板时代又经历了从薄到厚再到薄的过程,一二战之间以战列舰为代表的主力舰艇均采用厚装甲的方式,而当代以驱逐舰和护卫舰为代表的主力舰艇则普遍使用薄板,更薄的外板有助于降低船体的结构重量,将更多的排水量用于动力设备、电子设备和武器装备,但是显而易见地,更薄的外板更容易被击穿,这就像鱼和熊掌不可兼得,我们只能在二者之间进行取舍或者绕开这一矛盾,而实际上,从进入热兵器时代开始一直到20世纪,这一矛盾一直都是军用舰艇总体设计中的重要矛盾。
军用舰艇装甲的起源
船舶作为人类征服海洋的工具,与人类征服海洋的历史同长,船舶可以简单的定位为人造的漂浮结构,作为漂浮结构,其满足于阿基米德定律,即物体所受到的浮力等于其排开水的体积,而任何全部或部分处于水中的物体都受到水的压力,位于水中的物体的浮力就是来自于浮体表面各处压力的不相等,而且这种压力显然具有使结构发生形变和破坏的趋势,故我们需要使船舶具有一定的强度而不使其发生形变和破坏。当然船舶在海上航行,对船舶的结构安全和水密空间会产生威胁的不仅仅有水的压力,还包括船舶自身的问题——大型船舶重量分布显然是不均匀的,而浮力的分布虽然要均匀的多但依然是不均匀的,当重量的分布和浮力的分布不完全一致时就会发生船舶的某一些部位重量大于浮力而另一些部位浮力大于重力,这种不均衡只能依靠结构去平衡,而一定厚度的外板或者外壳显然能够提供这种平衡,人类在什么年代发现了这一作用是不可考证的,但是不管是考古发掘还是日常生活中都可以看到依靠一定厚度的外壳来抵抗总纵弯曲的例子,但是这一方式只能用于小船,而且会有相当大的一部分排水量需要用于船体部分,这显然是无法接受的,而且随着海战的出现,原有的依靠均匀厚度外板提供强度的方式逐渐无法满足要求,一方面需要战船需要更大的空间排水量用于搭载士兵和武器,另一方面,均匀厚度的外壳在撞角和火炮面前可以被轻易地撕开。
撞角的发明在船舶结构的发展史上是一个非常重要的节点,因为撞角的出现之后,船舶的外板所要面对的力就不再仅仅是来自海洋的力和船舶自身的力——来自敌人的力也需要被考虑。船舶外板强化的历史由此开始,另一种全新的名词需要被引入——装甲,装甲原意为铠甲,在船舶上可以理解为用于提升防护性能的装置,随着14世纪火炮应用于海战,船舶尤其是军用舰艇的装甲防护迅速得到了发展,火炮和风帆的配合使装甲失去了意义,大威力远射程的火炮使木制的船舶更加脆弱,但冶金技术的发展不仅为海战带来了火炮还带来了钢铁,钢铁作为船舶主要构件的应用首先是铁胁木壳巡洋舰,即采用铁质肋骨和木质外板结合的方式,但是这种方式主要通过铁质肋骨来提升船体强度而不是对炮弹的防护力,1876年开工的福建船政局为福建水师建造“威远”级铁胁木壳巡洋舰也叫做“威远”级无防护巡洋舰。
伴随着冶金技术的进一步提高,铁胁木壳巡洋舰迅速被全部使用钢铁制外板的铁甲舰取代,钢铁制外板的强度明显要高于木质外板,面对火炮的射击时也有了更好的防护力,1859年11月,世界上第一艘铁甲舰——法国海军的“光荣”号首航,这艘1856年开始筹划的使用铁板作为外板的船舶宣布船舶的外板材料由木材进化到了钢铁,并为以后装甲厚度由薄到厚再到薄埋下了伏笔。铁甲舰的诞生正好赶上了美国南北战争,铁甲舰在防护上的优势在这场战争中锋芒毕露,毕竟原本用来打穿木板的火炮在钢铁面前碰了一头灰。虽然这一时期的船舶已经有了以铁甲为代表的装甲防护,但是这一时期的铁甲厚度都较低而且无法形成全面的防护,以1859年开工,1861年完工的英国的“武士”号为例,“武士”号只在船体中部火炮甲板的两侧设置防护铁甲,而诸如船尾船艏等部位则没有防护,并且此时的海军舰艇设计通常使用全通火炮甲板设计,全通的火炮甲板一旦被1824年发明的开花炮弹(使用延时引信内部装药的炮弹)打中非常容易造成炮手的大量伤亡,故火炮甲板位置的防护成为重中之重,这种防护理念与后来战列舰广泛使用的重点防护的思想如出一辙,但“光荣”号使用的是全面防护的概念,从头到尾覆盖102mm厚的装甲,重点防护出现的稍晚,1861年开工、1864年完工的英国皇家海军“阿基里斯”号将装甲覆盖了整条船,采用了“重点防护”的防护设计理念,即中央部位防护装甲厚度为4.5英寸,其他沿水线的部位为2.5英寸,水线以下部位和靠近甲板的部位没有防护。实际上,贯穿整个装甲发展史的一直都是倾向于重点防御的,能不用装甲的地方就不用,能用薄板不用厚板,因为厚装甲意味着大排水量,而动力技术的发展滞后使很长一段时间里军用舰艇的排水量一直受到动力技术的阻碍,直到后来动力技术的发展和火炮威力的提高使一些战列舰转向了全面防护,但是在非重点部位依然采用较薄的装甲防护。但是由于焊接技术没有发明,彼时的船舶建造仍然是铆接为主,铆接的接缝处难以实现同实现同等水平的防护。
二战后越来越薄的装甲
二战末期,伴随着航空母舰和海基航空打击力量的崛起使军用舰艇的防护面临新的转折,1943年9月9日,德国为报复投降盟国的意大利,对意大利海军发起攻击,“罗马”号战列舰在被命中两枚“弗里兹-X”无线电制导炸弹后发生弹药库殉爆,仅仅三分钟,4.2万吨的“罗马”号倾覆,1253名舰员丧生,这是无线制导炸弹发展史上最出色的战绩,也是导弹时代的黎明,正是无线制导炸弹和在其基础上发展出来的导弹宣告了厚重装甲时代的末日,当然,来自天空中的威胁由来已久,重磅穿甲炸弹的穿深在二战时期就已经几乎无法防御,但是由于俯冲轰炸机无法携带过重的炸弹,而水平轰炸又难以保证精度,故这一问题并不明显,但是当灵巧炸弹拉开制导武器的大幕,那些少的可怜的水平装甲就显得不够看了。
二战结束之后,第一代反舰导弹就展示出了自己在反舰领域的天赋,首先命中率得到了大幅度提高,日德兰大海战中德国公海舰队的命中率是3.33%而英国皇家海军只有2.17%,而导弹命中率一直都在60%以上,高命中率意味着持续命中,更何况早期的反舰导弹多为大装药量,曾被中国大量仿制改进的“冥河”反舰导弹全重2.5吨,装药量500公斤,而中国的进一步改进型号“海鹰”-2反舰导弹则重2.998吨,战斗部重513公斤,而炮弹则由于要承受炮膛中的压力,大口径舰炮的高爆炮弹装药量通常为7-8%,穿甲弹更少,为1-3%,“衣阿华”级战列舰406mm口径主炮的862公斤重的高爆炮弹装药量仅为69.67公斤,相比之下,反舰导弹的附带毁伤效果堪称惊喜。但是仅有高毁伤效果和高命中率是不够的,真正让军用舰艇走上轻装甲道路的还是各种穿甲武器的发展,二战末期开始以脱壳穿甲弹和破甲弹为代表的新一代穿甲武器登上历史舞台,相关研究表明,37mm的尾翼稳定脱壳穿甲弹的穿甲深度能够超过100mm1,而使用聚能破甲效应的破甲弹对于匀质连续钢板的穿深同样可以达到口径的7-9倍2。根据百度百科数据,054A型护卫舰长135m,宽度为16m,吃水为4.5m,将其简化为一长对角线为135m,短对角线为16m,高度为4.5m的棱柱形,若此棱柱形表面均匀覆盖100mm装甲,设装甲的密度为7.8kg/m3,则此装甲盒的质量为2639.5吨,即使减少装甲防护面积,水线装甲带的宽度为1m,仅甲板覆盖水平装甲,则其装甲质量为1054.6吨,而此棱柱的排水量仅为4860吨,此军用舰艇的54%的重量用于装甲防护,这还不是最难以接受的,因为这种水平的装甲甚至还不能挡住排水量不到400吨的037型猎潜艇的主炮射击,而如果在037型猎潜艇近似为长对角线为58.8m,短对角线为7.2m,高度为3.2m的棱柱体,100mm厚的装甲在垂直装甲带高1m,仅一层水平装甲的情况下装甲重量257.6吨,在完全覆盖装甲的情况下则会达到626吨。即使这样也不够,因为早期的037型猎潜艇主炮口径为57mm而非37mm。
正如“阿喀琉斯之踵”,破甲弹的破甲效应及其强大,但是间隔布置的装甲却会使其破甲效果大为降低,但是间隔布置的装甲却会导致舰艇内部可用空间大幅度降低,同时即便是采用复合装甲却依然无法抵挡各种半穿甲战斗部和串列战斗部的打击。中北大学贾伟进行了两级反舰战斗部的破甲过程数值模拟,该两级穿甲战斗部在穿透了累计厚度为86mm的5层间隙装甲之后,仍然具有663m/s的速度,且5层间隙装甲包含间隙的总厚度为1146mm3,这意味着厚度超过1m的装甲防护区依然挡不住反舰导弹的战斗部,但是既然实在挡不住,干脆不挡了,想办法减少毁伤效果,故在所有的能实现的装甲厚度都不能够保证不被反舰导弹击穿的情况下,世界主流海军纷纷放弃了厚重的装甲,转而采用薄装甲和多隔舱的设计,利用多隔舱设计来吸收导弹战斗部爆炸的能量避免其对主要舱室的破坏,反正也挡不住——不如牺牲一下,毕竟真正的威胁不是被击穿而是内部结构被破坏,而特殊的结构设计在应对爆炸和冲击时能够产生比连续钢板更优秀的效果,更有助于提高生命力45。当然这种方式不是二战后才有,毕竟甲弹之间的矛盾由来已久,即便是厚重如“大和”者也难以保证被近处发射的16寸口径穿甲弹命中而不被击穿,更何况还有鱼雷这种“大杀器”存在,从20世纪30年代起,受防鱼雷突出部启发,使用多层装甲结构的吸收炮弹爆炸的附带毁伤的“夹心饼干”防护结构诞生,这种结构虽然不能有效提升舰艇的抗穿能力,但是有效降低穿甲弹对内部核心舱室和龙骨的威胁,“北卡罗来纳”级战列舰即采用了这种结构,不过在那一时期,这种防护方式主要用于容易挨鱼雷的水下部分。也正因为如此,当代反舰导弹普遍小型化,很少出现大战斗部反舰导弹,而且当代反舰导弹都舍弃了穿甲战斗部转而采用半穿甲战斗部。同时强化主动防护,以近防炮和近程防空导弹为代表的近程自卫火力大受欢迎,时至今日,仅有非常少的一部分大型舰艇——比如说航空母舰会使用相对较厚的装甲防护,但是从来没有达到二战中战列舰超过400mm厚装甲的程度。
“北卡罗来纳”级战列舰的舷侧防护结构6
另一方面来说,减少装甲质量也是海军技术兵器发展的需要,新型的相控阵雷达、反舰导弹系统甚至新型的动力系统都对舰艇本身的空间和质量提出了严苛的要求,必须保证足够的空间用于安装各种技术兵器,这也促使了军用舰艇的防护设计由单纯的抗穿向抗爆抗冲击转变。
参考文献
1 金达根,赵润贵,浦发.脱壳穿甲弹的结构现状及其展望[J].弹道学报,1993(02):89-93.
2梁德寿.聚能破甲效应(一)[J].爆炸与冲击,1988(03):281-288.
3贾伟.反舰战斗部技术研究[D].太原:中北大学.2012
4李青,吴广明.水面舰艇舷侧抗冲击防护结构形式初探[J].中国舰船研究,2008(03):26-29.
5刘建湖,周心桃,潘建强,王海坤.舰艇抗爆抗冲击技术现状和发展途径[J].中国舰船研究,2016,11(01):46-56+71.
6岡崎杏.被低估的扬基龙骑兵——北卡罗来纳级战列舰(上).知乎专栏.https://zhuanlan.zhihu.com/p/24296903








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