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战列舰

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仅存在于纸面上的免疫区

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中将

六年服役纪念章荣誉勋章元老荣誉纪念章行政立法委终身荣誉会员

发表于 2015-9-8 09:23:06 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 LeSoleil 于 2015-9-9 03:00 编辑






两个倒霉蛋镇楼

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「置酒上方,烽火未熄,望风樯战舰,在烟霭间,慨然尽醉。」
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中将

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 楼主| 发表于 2015-9-8 09:35:33 | 显示全部楼层
本帖最后由 LeSoleil 于 2015-9-8 16:42 编辑

所谓战列舰的免疫区,即指针对某种火炮时,侧舷装甲带和装甲甲板的防御界形成的封闭区间。

设定较为严格的免疫区包括距离、方位等数据,可绘制为一个平面:





而一般所说的免疫区则是一组数字,即,当本舰侧舷垂直于炮口方位角时,装甲带与甲板的防御界在一个坐标轴上形成的封闭区间:






然而需要指出的是,免疫区概念是将本舰想象为一个静止物体而形成的,其中甲板是水平的,而侧舷(不包括装甲带自带角度)是垂直的。但事实上,大海中的船只是一个不断运动的平台,这种动态的变化并不被包括在免疫区的概念之内。但这些动态对战舰防御能力却有着真切而巨大的影响。对于战列舰的作战方式来说,横摇(roll)所带来的影响最为关键。




上图出自麻省理工学院1905年出版的《技术季刊》第18期P. 359 。β即横摇角(angle of roll),即指船只横摇时左右摇摆偏离垂线的角度。

该书中的举例认为,战列舰的平均横摇角(average angle of roll)为5度,巡洋舰为8度。但预设的炮弹落角仅2度,显然是典型的前无畏舰。
而同样是1905年,《海军工程与技术协会学报》则给出了战列舰平均横摇角8度、炮弹落角5度的数据。

一战到二战的部分军舰的资料给出了船舶稳定性意义上的最大横摇角度,但这仅能作为船舶航行性能的参照。例如,许多战舰的最大横摇角度可达到20-40度,但R级决心号在中雷侧倾12度时就因倾斜无法转动炮塔。

弗里德曼的《海军火力》一书指出,1940年衣阿华级战列舰组建火控组时,提出的要求是能在20度的最大横摇角,5度的最大纵摇角和1.5度的首摇角下进行操作。

综合以上有限的数据,将超无畏舰时代的战列舰在作战时的平均横摇角设定为10度应当是一个稳妥的推测。当然,横摇幅度主要取决于海况,不同地区、不同时期之间存在较大的差别,在实战环境下,极好与极坏的情形都可能出现。顶楼因高海况横摇露出水下无防护区被击破的希佩尔就是一个不幸的范例。

未完待续。

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中将

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 楼主| 发表于 2015-9-8 15:40:38 | 显示全部楼层
本帖最后由 LeSoleil 于 2015-9-9 02:50 编辑

以上图为例:


假设有一发炮弹从垂直于左舷的方位射入,其与水平面所成入射角为α。
侧舷装甲带自带倾斜角为γ(1905年的图,穹甲打天下的时候,就别要求多了。自己脑补一战后战列舰防护吧)

·假设船舶水平静止,则侧舷装甲带的着弹角度即(90-α-γ),而甲板装甲的着弹角即为α。

·但船舶处于横摇状态之中,此时的船舶最大横摇角为β,向左右同等幅度均匀摇动。则侧舷装甲着弹角就处于(90-α-γ)-β到(90-α-γ)+β的区间之内,而甲板装甲的着弹角则处于α-β到α+β的区间之内。

看到这里,我应该表达得足够清楚明白了。所谓的免疫区边界,理论上是击穿和不能击穿的临界点。但考虑到横摇因素,防御和击穿都可以远远逾越这一边界。火炮对战舰装甲的侵彻能力在给定的距离上并不是固定的,它必然会受到横摇角的影响,每一发炮弹的具体侵彻能力必须要取决于其着弹瞬间的横摇姿态。而着弹时机与横摇姿态的配合又是人力所无法掌握的,只能祈求好运的眷顾了。


为了进一步说明这一要素的重要性,下面即以德国海军38cm炮表结合黎塞留级的装甲防护,举例说明10度的横摇角对防护能力的影响程度。







换而言之,本来18500米到35000米的理论免疫区,在考虑横摇效应后,其绝对的免疫区间就缩短到了22500-30000米。但相对而言,在享有有利横摇角的帮助之时,其装甲防护系统也能施展出比理论免疫区强得多的防护效能,也很有可能挡住理论上无法防御的炮弹。

如果能得到战舰在特定战场上的具体横摇角度,我们的确可以推得一定的绝对免疫区和绝对击穿区。但需要指出的是,绝对免疫区到绝对击穿区之间存在着巨大的灰色空间,而在这里,更多是由概率和运气主宰着一切。

上述计算采用的10度横摇只是一个假想设定,而实战中的角度可能更大,也可能更小,都会对这个灰色区间及战舰的防护能力提出相应的考验。例如,击破希佩尔号水下舰体的炮弹很有可能在另一个横摇角度下挑战其他防护区,将其对水下舰体防御的考验改为针对装甲甲板。



最后值得说明的是,船只在水中的摇动主要包括横摇、纵摇、首摇三方面。本贴为了论述的简便,而只单独讨论了横摇的影响。若将纵摇及横摇纵摇的结合考虑进来,相关计算就过于复杂了。不过,战舰的纵摇幅度较横摇要小得多,即便纳入考虑,对于主要以侧舷对敌的战列舰来说也并不足以构成对以上论述的挑战。

那么,就先说到这里吧。






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 楼主| 发表于 2015-9-8 16:55:46 | 显示全部楼层
本帖最后由 LeSoleil 于 2015-9-9 02:51 编辑

顺便一提:

沙恩霍斯特在北角海战里那发致命的减速炮弹,很多人觉得英国14寸在那个距离穿不了甲板,肯定是打到了什么命门(下图)。这个概率不能说没有,但我认为相当有限。



如果考虑北角海战著名的高海况和横摇因素,我个人认为,因舰身摇摆导致14寸炮弹在极为有利的角度打穿80mm甲板的可能性要远远大于打中所谓的天窗或者命门。(下图横摇角度为10度,炮弹落脚18度,对应19000码距离。据经验式估测,向着弹舷横摇角度超过5度,14寸炮弹便很可能击穿80mm甲板。)

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列兵

一年服役纪念章

发表于 2015-9-8 20:30:27 | 显示全部楼层
如果考虑横摇的话,那岂不是又多了一个在TDS后面布置薄装甲的理由?
所以双层装甲盒越来越有其正当性了?
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列兵

二年服役纪念章

发表于 2015-9-10 03:33:24 来自手机 | 显示全部楼层
这么说来纳尔逊的防御能力果真被高估了?
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中将

六年服役纪念章荣誉勋章元老荣誉纪念章行政立法委终身荣誉会员

 楼主| 发表于 2015-9-10 12:12:01 | 显示全部楼层
H.M.S_HOOD 发表于 2015-9-10 03:33
这么说来纳尔逊的防御能力果真被高估了?

考虑实战场景的复杂性,所有战舰都可能被高估或低估。
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列兵

一年服役纪念章

发表于 2015-9-10 15:35:02 | 显示全部楼层
这个还真是首次见到摇摆角度后的射击数据。
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二等兵

一年服役纪念章

发表于 2015-9-12 13:13:15 | 显示全部楼层
严重支持,实战中的诸多因素都会导致以弱胜强的现象发生,绝对的吊打绝对的碾压都是不合适的
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少尉

五年服役纪念章铜星勋章政道纪念章

发表于 2015-9-13 22:33:49 | 显示全部楼层
那麼有意識的特意注水或改變配載(例如燃油分配)使艦體傾斜或許比單純增加裝甲更能增加防禦能力?

如比起單純加厚水平裝甲,讓艦體朝外傾斜更有效果?
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上士

二年服役纪念章

发表于 2015-9-13 22:42:21 | 显示全部楼层
希佩尔被6寸击破水下防护区是巴伦支海海战吗?
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中将

六年服役纪念章荣誉勋章元老荣誉纪念章行政立法委终身荣誉会员

 楼主| 发表于 2015-9-13 23:10:13 | 显示全部楼层
a5mg4n 发表于 2015-9-13 22:33
那麼有意識的特意注水或改變配載(例如燃油分配)使艦體傾斜或許比單純增加裝甲更能增加防禦能力?

如比起單 ...

一个是交战中敌我方位并不固定。另一个是,朝外倾斜可能导致侧舷防护减弱,或暴露出水下无防护区。
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列兵

二年服役纪念章

发表于 2015-9-14 02:43:16 来自手机 | 显示全部楼层
看了以后想起纳尔逊级较短的横摇周期就让他在交战时间内有更多机会露出软腹吧?那轮机仓被打爆…原来绕屁股打不是神论而是我图样啊…
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列兵

二年服役纪念章

发表于 2015-10-10 11:47:09 | 显示全部楼层
H.M.S_HOOD 发表于 2015-9-14 02:43
看了以后想起纳尔逊级较短的横摇周期就让他在交战时间内有更多机会露出软腹吧?那轮机仓被打爆…原来绕屁股 ...

横摇周期长的话,单次横摇露出水线下薄弱部的时间也较长吧
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二等兵

二年服役纪念章

发表于 2015-10-10 18:53:57 | 显示全部楼层
一名过路群众 发表于 2015-10-10 11:47
横摇周期长的话,单次横摇露出水线下薄弱部的时间也较长吧

與主炮的射擊窗口相比,也許防禦面上的憂慮並不那麼值得關注?
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上将

六年服役纪念章功勋勋章钻石金双剑金橡叶铁十字勋章行政立法委骑士团勋章政道纪念章旗手终身荣誉会员

发表于 2015-10-11 12:02:08 来自手机 | 显示全部楼层
srx00000 发表于 2015-10-10 18:53
與主炮的射擊窗口相比,也許防禦面上的憂慮並不那麼值得關注?

由于瞄准技术的改进,射击窗口的问题到1930年代基本克服了,只存在适应度和精度高低的问题。
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列兵

一年服役纪念章

发表于 2015-10-11 15:11:07 | 显示全部楼层
H.M.S_HOOD 发表于 2015-9-14 02:43
看了以后想起纳尔逊级较短的横摇周期就让他在交战时间内有更多机会露出软腹吧?那轮机仓被打爆…原来绕屁股 ...

此话怎讲?横摇周期小在横摇时不是一样是一半时间处于有利防御的姿态,一半时间处于不利防御的姿态?比较有影响的是横摇角和主装甲带向下延伸的高度吧
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二等兵

二年服役纪念章

发表于 2015-10-11 21:45:24 | 显示全部楼层
mathewwu 发表于 2015-10-11 12:02
由于瞄准技术的改进,射击窗口的问题到1930年代基本克服了,只存在适应度和精度高低的问题。 ...

感謝解說。
只是不知道納爾遜設計時是不是真有考慮這點。
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中将

六年服役纪念章荣誉勋章元老荣誉纪念章行政立法委终身荣誉会员

 楼主| 发表于 2016-6-28 15:13:36 | 显示全部楼层
本帖最后由 LeSoleil 于 2016-6-28 15:43 编辑

补充一些图片

女王级与R级:





纳尔逊与罗德尼


KGV



前卫号


田纳西



英国1928年所作模型测试

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 楼主| 发表于 2016-6-28 15:32:27 | 显示全部楼层
本帖最后由 LeSoleil 于 2016-6-28 15:57 编辑
H.M.S_HOOD 发表于 2015-9-14 02:43
看了以后想起纳尔逊级较短的横摇周期就让他在交战时间内有更多机会露出软腹吧?那轮机仓被打爆…原来绕屁股 ...


以造船理论而言,GM越大,复原力矩也越大,抵抗倾斜力矩的能力越强。代价是横摇周期较短,更频繁的晃动。

纳尔逊的GM值比之前的英国战列舰都大,其横摇角度在同等情况下会小于之前的战舰,考虑这一因素后,其对装甲带水下深度的要求自然会较低,这或许就是纳尔逊级敢采用极短的水下装甲带的原因。

不过正如上图所示,即便如此,横摇露肚腩的风险依然存在,而且可以说是巨大的。GM值也并非横摇角度的唯一原因,满载情况下,前卫级的GM比衣阿华级还要小一些,但在1953年演习中,衣阿华横摇达26度,前卫号横摇仅12到15度。
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