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战列舰

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细品金刚代

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下士

发表于 2018-5-2 00:25:29 来自手机 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 ypn101 于 2018-5-2 20:12 编辑

本贴主要从技术角度来介绍金刚代。金刚代是IJN依照华盛顿条约里关于主力舰到寿替换的要求出现的,替换金刚各舰。由于舰本案金刚代所留信息极少(只有和平贺金刚代一样的50口径41cm舰炮和一个大题的布置图留存下来),故本贴以平贺案为主。
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平贺金刚代有很多方案,就目前的信息,光炮塔布局就包括5座联装,2座4联,2座4联加1座联装(下图一),2座3联加2座联装,3座3联等,以及几个只是大概构思的方案:3座4联,3座3联,4座3联等。最后考虑技术和性能的平衡,平贺让选择了2座联装加2座3联的方案。(不过平贺让觉得的均衡在咱看来简直睿智...10炮就那么重要么3座3联不好么emmmmm我相信要是平贺让愿意用9炮金刚代会均衡很多很多)。接下来就2332布置的金刚代进行详细介绍(以下若不说明均为该方案)。PS:老实讲244金刚代各种意义上的更合理,除了主炮,完全炮塔化的副炮等也更棒。可能是因为4联装炮塔的问题吧,平贺最终没有选择它。



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 楼主| 发表于 2018-5-2 00:29:19 来自手机 | 显示全部楼层
本帖最后由 ypn101 于 2018-5-2 01:02 编辑

概况: 金刚代标准排水量35000吨,公试39200吨,满载排水量44000吨。 全长234.09米,水线长231.65米,全宽33.53米。 常备排水量下艏部干舷8.38米,舯部干舷6.25米,艉部干舷7.16米,平均吃水9.3米。 从下图的重量分配来看,金刚代在载油3610吨,载各种装备647吨,载水300吨的情况下排水量39415吨,载油超过60%,为常备排水量。

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 楼主| 发表于 2018-5-2 00:31:11 来自手机 | 显示全部楼层
本帖最后由 ypn101 于 2018-5-2 21:54 编辑

成本
平贺金刚代预计单舰成本8500万日元,另有可能的458.8万日元的各类武器改良的可能费用,因此总预算被定在了9000万日元。相比之下陆奥预计为5841万日元,实际为6247.5万日元。其中,船体/装甲建造费提高了559万日元,新式主炮和配套弹药等提高了808.4万日元,新式副炮提高了452.2万日元,新式火控增加了95万日元(这一项说明金刚代没有再使用一三式方位盘了,考虑金刚代首舰预计31年动工,35年建成的时间表,很可能使用了94式方位盘+92式射击盘的设计),发电能力加强增加了87.6万日元,夜战探照设备的升级增加了41.9万日元,通讯系统的改善增加了36.5万日元,电线材料的改善增加30万日元,舰内通讯改善增加了56.5万日元,新式武器的附属费用共85.4万日元。合计,金刚代比长门共贵了2252.5万日元。
总体来看金刚代不便宜就是了...作为对比,,丸三计划中的大和预计9800万日元,实际10793.3075万日元,翔鹤预计8085万日元,实际8449.6983万日元,还不考虑通胀。------------------------
舰体设计:
金刚代的舰体净重9984吨,舷装重量1200吨,总重共11184吨。舰体各个部分重量和重心计算见下表,总体来看金刚代的舰体设计一般般,相对于其余方面的剑走偏锋可以讲是平淡无奇了,11000吨级的舰体全重占44000吨满排的25%,相比之下时间早约10年,公试排水量39967吨的加贺舰体净重11537吨,舷装1597吨。舰体线形见下,相比于大英早在1920/1921就开始使用方尾,金刚代的舰型算不上有多先进。






动力:
平贺让为其金刚代安排了8万马力的动力系统,由8台锅炉/4台蒸汽轮机提供,设计航速26.3节。
图为金刚代缩比例水池拖曳模型的结果,实验的结果大致表明金刚代可以在40000吨排水量下以80000马力跑26.4节左右。顺便,在差不多11万马力(和北卡相当)下,金刚代的舰体可以在40000吨下跑出29节。稍大于北卡的长宽比还是起了作用的。

金刚代的这套8万马力动力全重2460吨,其中4座轮机和相应减速齿轮重713吨,8台锅炉重760吨(平均每台95吨/10000马力,之所以说平均是因为之后会发现金刚代每台锅炉并不一样emmmm),各种轴和支撑总重277吨,烟囱重205吨,各种管道阀门总重505吨。动力系统总面积约930平方米。
从这些指标看,金刚代的动力不算非常先进,早十几年的煤油混烧的陆奥动力总重3435吨(轮机419吨,混烧锅炉127吨),公试出力87494马力,动力系统总面积1341.5平方米。

下图为金刚代动力系统的详细尺寸布置(左侧一半),外侧轮机舱长70英尺,内侧63.6英尺,外侧锅炉舱长2×26英尺,内侧2×30.7英尺,动力舱全长125英尺,全高28.2英尺,舯部最宽处约84英尺(此处TDS仅宽3.96米)。下面还有一张轮机锅炉间隔布置方案的草图,不清楚为何没有采用该案。尺寸与上面这个基本一样。


为了在极其短的动力舱内塞下这套全重2460吨的动力,金刚代采用了轮机/锅炉四排并列布置!进入30年代后采用4排以上并列布置的主力舰仅金刚代和大和两个而已,大幅度节约了动力舱长度。代价是大和和金刚代的TDS都被极大地压缩了,远远达不到同吨位应有的水平:金刚代的舯部TDS尚不足4米(弹药库段倒是蛮宽裕的,最宽的地方超过了6米,这是由于弹药库的体积远小于动力舱)。

该动力还有一个特点:在设计上内外侧锅炉的提供功率就不一样,内侧4座12500马力,外侧为7500马力,而各国30年代新锐BB的锅炉均是同型号。尚不明白这么做的理由,也许平贺已经有了外侧动力组担当“TDS”的觉悟,试图通过这种布置在中雷后保持更多动力(只是一种猜测)。
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续航方面,金刚代预计常备载油3610吨,满载5800吨,最大续航力9000海里/14节。燃油分布图见下。从金刚代起,IJN不再在TDS中布置燃料而是使用纯空舱TDS,估计是为了和较窄的厚装甲防雷相配合吧:厚重装甲可以在一定程度上替代液舱的作用,而TDS中必须要拥有起耗散能量作用的空舱,在TDS较窄且拥有厚装甲的情况下,再设置液舱就得不偿失了。

动力总评:其实平贺还是试图造出一艘高速战列舰的,无论是8万马力的功率还是26+节的航速,在30年代都是仅次于英国3/4艘战巡,和自家长门金刚并列的妥妥的世界最快战列舰。可惜日本人料到了开头没料到结尾,30年代战术思想的逐渐转变和科技的发展使高速战列舰呈井喷之势,没有11万以上马力,27节以上航速似乎都没有资格说自己是新锐战列舰。如果说平贺金刚代的8万马力26节在30年代初还能称得上出类拔萃,那么到了30年代末,就只剩下和扶桑伊势长门这类为伍的价值了。




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 楼主| 发表于 2018-5-2 01:29:00 | 显示全部楼层
本帖最后由 ypn101 于 2018-5-2 20:41 编辑

火力:
金刚代所有方案均以五十口径三年式四十厘米炮(实际倍径52.5倍,实际口径410mm)为主炮,按目前我收集到的文献,此炮的样炮并没有最后完工(试制于1930),自然没有试射,所以下面的指标均为设计值。
该炮设计全长22.077米,全重123.629吨。
药室容积560(长门467/480)装药287kg(长门的三年式L45219kg大改后/224kg大改前),膛线84条,缠度281,膛线深4.1mm(均和45口径的三年式一样)配用1000kg重的88式穿甲弹时初速867mps,炮口动能比长门大22%,装药多28%31%(充分反应了日本燃速较高的双基发射药的特性:超过45倍径后效率急剧降低,使用50口径而不是更大的45口径实属被条约逼迫的无奈╮(_))
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下面就该炮性能做一个大致的推算。根据动能,在使用1020kg91式穿甲弹时初速应为860mps左右。结果依据克老发在论坛的弹道还原器和美国海军经验式,属于个人的计算值而非官方数据(弹道还原有一定误差,经验式算别国炮弹本来就不准),因此结果只是提供一个大概的威力量级,仅供参考。41cm91的弹道系数取0.16,根据长门的三年式炮表还原。穿深为垂直穿深/水平穿深。
除了这个结果,套用日方德玛尔公式,取41cm9120°着角时的FMs1.371,得这门410/L52.5可以在25km外击穿416mmVC垂直装甲,条件为炮弹完整穿透装甲,药腔完好无损适于起爆。由于日方的FMFMs都是通过实测后得出来的修正纲量,这组数据比上面的经验式要更符合日本情况一些。
同理,将海军炮术史中收录的40cm9穿甲弹在不同着角下打VC的FM值代入可得:金刚代在14567米的垂穿为668,20548米为572,25542米为443,29862米为376,35447,米为327.条件为炮弹大部分通过装甲,剩余速度为0.忽视弹道还原误差的话,这组数据可以直接与94式的20000米566和三年式的20000米459对比(条件完全一样),可以发现这门410L52.5的垂穿是相当强悍的(代价是水平穿深下降到了三剑客水平)。
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顺便,按石桥老师的书里记述,吴海军工厂曾经对一门45口径40cm三年式做了嗑药实验,将发射药增加到245kg(药室容积仍是480),最大膛压相应上升到34kg/mm²(原版45口径三年式只有30.3,大和的94式只有32),为此加强了身管,炮身重从原版三年式的102吨加强到了113.456吨,膛线从84条增加到96条,缠度仍是281,膛线深度从4.1mm降低到3.5mm。这些改进的结果是该炮打1000kg88式穿甲弹时初速达到了850mps...和金刚代的410L52.5对比,英日这类使用燃速较高发射药的果然不太适合加长身管到50倍以上,效率实在太低了emmmmm
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平贺让为金刚代研究了很多种炮塔方案,除了2332方案(6166),还有22222(6520)333(5340)44(5016)244(6320)444(7520)等方案,按目前的资料,只有2332244的方案进入了详细设计阶段。(下图为金刚代炮塔的详细数据,注意那个2×2上下层叠的4联炮塔......为了扣吨位平贺真是无所不用其极)

所有武备全重7834吨。
火力总评:金刚代的火力还算是比较强大的,垂直穿深与大和,衣阿华,维内托基本相当,不过水平穿深孱弱。水中弹不用说,有91加持的高着速水中弹,威胁很大。总体来说金刚代的火力虽然算不上顶尖水准,但也已经非常优秀了,再综合危险界等因素,综合来看金刚代的火力还是相当不错的。
可惜金刚代的火控配置仍旧较为落后,94式方位盘和92式计算盘估计是标配,如果不在大改装中换上98式方位盘和计算盘,那金刚代的火控水平连纳尔逊都比不上...虽然换了也就那样就是emmmmmm

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 楼主| 发表于 2018-5-2 20:39:42 | 显示全部楼层
本帖最后由 ypn101 于 2018-5-2 21:00 编辑

防护:
金刚代的防护可以说是金刚代最大的亮点了。也正是为了达到堪称炮战最强的防护,平贺让牺牲了很多,动力(区区8万马力),防雷(新锐BB最窄的TDS),水线装甲比例(水线装甲占水线长43%)等等。可以说,平贺的金刚代就是围绕防护来设计的(从设计手稿也可以看出,相当大一部分都是防护的设计),最终平贺让为其布置了总重13380吨的装甲。下图为金刚代各个部分装甲的重量数据,可以看出水平装甲总重已经超过了侧舷,而侧舷装甲中有近40%分给了水下。金刚代的防护侧重非常明显了。(顺便,金刚代的水平防护超过大和,重量却只有大和9000吨级的不到一半。。。金刚代的核心区是真心小╮(╯▽╰)╭)
首先是总体布置,装甲区全长约105米,由于为8变形装甲盒(244案不是),水线侧舷装甲带仅长100米。水平水下装甲为NVNC,垂直装甲为VC

下两图为其装甲盒的整体布置,我把数据整理一下(括号内为大和):主装厚381mm/20°(410),全高3.507米,下缘削弱到350mm(200)。水平装甲厚213mm(200),两侧倾斜部分299mm/70°(230/81°),另有44.5-57mm(30-38)厚的露天甲板。水下装甲比较复杂,动力舱双重底以上为343-183mm(200-75)渐变,双重底处为102mm(50)。弹药库整体更“矮”,为343-221mm(270-100)渐变,同时底部为76mm(50-80)装甲兜底。烟道装甲下部356mm,上部递减到267mm(35-50,但大和另有380mm的蜂窝装甲保护烟道)。炮座厚483mm(560)2.3号炮座下(露天甲板下)部厚432mm(490)。司令塔483mm(500)。可以很明显地看到,除了垂直防护稍弱,整体装甲金刚代明显强于大和。
下面来细品一下金刚代各个部位的防护布置。

首先,往往被忽视的一个细节是,金刚代的动力舱露天甲板拥有70(44.5mm)厚,弹药库则露天甲板90(57mm),已经超过了包括VV,美国快速BB,狮和前卫的露天甲板厚度,拥有相当强的剥帽能力。换句话说,213mm的装甲甲板不是金刚代的全部水平防护能力,在剥帽成功(考虑到这个露天甲板厚度,这种概率着实不小)的前提下,这213mm水平装甲能发挥多么强大的实力难以想象,个人估计无论MK6还是MK7,均难以在35km内击穿44.5+213的水平防护体系。
其次是水下防护,金刚代的水下防护十分强劲的动力舱的装甲分布已经超过了大和弹药库段。难能可贵的是,在主装与水下次装的连接处,平贺让特意采用了榫接(见下图),可以相当程度改善连接处的强度问题(虽然不能根治)。这一特征没有遗传到大和身上,略感遗憾...当然了金刚代这么贵,估计和这些工艺脱不开关系。
金刚代饱受诟病的防雷能力,平贺让为何会“忍心”把金刚代的TDS砍到如此凄凉的地步呢?其实平贺让并不是有意要放弃金刚代的防雷,根据日本在2030年代打靶(尤其是土佐)和计算,平贺对于装甲抗雷有了一定的想法。下图是日本总结出的装甲前空舱深度-装甲厚-抗雷能力的数据,该数据和土佐打靶实验中的结果基本吻合。
将金刚代的情况代入:金刚代核心区(不算双重底等部位)防雷装甲距船壳最窄处约7英尺左右,中间是空舱,装甲最薄处183mm,套入得金刚代防雷最弱处能力约360kg,吻合平贺对自家金刚代估计的接下61cm八年式2号鱼雷(装药350kg)的指标最强的地方超过了400kg,也就是这个公式的适用范围,so,最强的部分是什么情况天知道...不过考虑装甲抗雷始终存在刚性过大等问题,实际情况估计不会像预想的那么好,实战估计能接个二战早期英美的500-600TNT的舰/潜射鱼雷,碰上后期500-600磅奥克托今的神器们还是乖乖沉了吧...
防护总评:炮战防护非常优秀,由于水平(算剥帽)和水下装甲的巨大优势,实际炮战防护效果很可能超过大的多的大和:垂直防护可以通过航向角部分弥补,水平却不是那么好弥补的,而各国的30年代后研究都表明,核心区被弹投影水平≥水下>垂直,因此说金刚代拥有是上最强核心舱炮战防护,并不为过。
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不过,为了这个,金刚代牺牲了很多,包括同样极其重要的防雷:新锐最窄TDS(还有刚性过大问题),使得金刚代在新锐鱼雷威胁面前不靠谱。

下面是炮座,烟道等部位的防护布置细节,注意烟道的渐变实际上是根据炮弹的落角能否打入锅炉舱来决定的,因此越往上越薄。这些细节充分反映了日本设计师们螺丝壳里做道场的窘境:这种渐变烟道装甲工艺复杂,却省不下什么重量。为了在条约里做到尽可能高的质量,他们几乎到了锱铢必较的程度。
平贺金刚代总评:
首先,虽然没啥意义,但我想肯定有人想知道金刚代的炮战能力怎么样。那就随便做一个小斗兽吧,不和别的比,就和大和来[滑稽]毕竟,这两个的二战状态子系统估计一毛一样,不需要考虑那些奇奇怪怪的因素。好吧其实没啥好比的...20-30km内两者都几乎无法威胁到对方,金刚代的炮塔炮座相对比较危险,大和的水下比较危险(大和动力舱是针对长门的91布置次装的,面对着速更高的金刚代很可能GG),拼可20-30km内的击穿投影搞不好大和会输emmmmm当然了,考虑快一节的航速和小近一半的排水量,实战肯定打不赢大和就是╮(╯▽╰)╭和衣阿华比的话,考虑水下免疫区拥有绝对优势,免疫区完全覆盖,原教旨主义炮战占优。但航速慢7节,火控被吊打,如果衣阿华战术选择恰当(比如保持大航向角并经常变化,加强垂直防护的同时干扰金刚代火控),胜率还是很大的。这也体现了拥有更高航速,更强火控辅以一定防护的高速主力舰的优势。和南达比就好一些了,虽然火控还是被碾压,但航速差了不到一节,加上免疫区优势实在太大,打起来轻松很多,就算是夜战,南达也拿这个乌龟没啥办法。
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不可否认,平贺金刚代很多方面过于极端(比如防雷把宝压在了装甲抗雷上,非常紧凑短小的核心区),但能在和南达黎塞留差不多的体量内达到了可以和大和衣阿华对抗的炮战能力,本身就是一种成就了。当然,这样带来了各种各样的问题,比如布置得非常局促的副炮,过小的防御区储备浮力保护不好等等。金刚代虽然取消了,但它深深影响了之后所有的IJN主力舰设计,30年代所有的IJN高速战列舰设计都带有金刚代的影子。而包括全空舱带装甲的TDS,四层并列动力舱,三联装炮塔,独特的装甲布置等都原原本本地传承给了大和,金刚代时期做的很多论证和计算,成为了日后人类最强战列舰的重要垫脚石。

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 楼主| 发表于 2018-5-2 21:08:00 | 显示全部楼层
本帖最后由 ypn101 于 2018-5-2 21:11 编辑

番外1:舰本案金刚代
舰本案金刚代所留信息极少。从留下的基本布置图可以看出,舰本金刚代同样拥有极其短小紧凑的核心区(图中橙色的部分)。同时,舰本金刚代布置了73000马力的三轴动力,设计航速25.9节稍慢于平贺金刚代。另一个特点是舰本金刚代把3/4的副炮移出了核心区,并“可能”设置了次装甲盒。
总体来看,由于9炮布置,更小的动力,以及把副炮移出核心区,藤本为金刚代分配的核心区总容积应该更少,个人估计舰本金刚代的防护水准有超过平贺金刚代的可能。
番外2:日本人计算的金刚代免疫区数据及与纳尔逊的对比
日本人认为金刚代对41cmL52.5免疫区18000-28000米。maybe,下限还算正常,毕竟对一门垂穿潜力接近94的炮免疫区下限达到18000米对于381/20°的主装来说不丢脸了(反而这门炮有点...估计因为是88式穿甲弹的原因,从炮座看这炮配88穿18000米穿深483mmVC)。但是,免疫区上限上,就极端魔幻了:感情8.5英寸的装甲只能扛到28000米,MK6都没这本事好吧...参考这个时期和稍后IJN那一票10-12英寸水平的方案,有理由相信他们的计算出现了重大BUG...
顺便,下面这个图是老衲和金刚代的防护对比。老衲的159mm弹药库水平只能扛到23500...同样是MK6的水平。

一个有趣的细节是平贺让(或者说这时期之后的日本设计师)除了水中弹,还特别考虑了船底的爆炸,图里也特别说明了弹药库底部可以抵御。总体来来看金刚代(包括之后IJN主力舰)的防护设计在完善程度上是没得说的,从水平到垂直,从水下到船底,面面俱到(相比之下纳尔逊的漏风程度...),算得上是青出于蓝了。

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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 2018-5-4 17:03:50 来自手机 | 显示全部楼层
发完了吗?
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 楼主| 发表于 2018-5-4 20:12:25 | 显示全部楼层

啊主楼已经差不多完成了,以后可能会加一点补充在里面。番外还有几篇还在整理资料[笑哭]
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二等兵

发表于 2018-5-24 10:42:22 | 显示全部楼层
不是很懂,为了弹药库段的TDS深度能想出2332这种奇葩布局,动力舱段的TDS却这么妥协
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 楼主| 发表于 2018-5-31 19:10:44 | 显示全部楼层
HMSHXD 发表于 2018-5-24 10:42
不是很懂,为了弹药库段的TDS深度能想出2332这种奇葩布局,动力舱段的TDS却这么妥协 ...

2332布局一方面是照顾TDS,第二方面是照顾线形。但更重要的是由于射法等问题,平贺让认为10炮具有很大的优越性。动力舱TDS则依靠装甲抗雷解决
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 楼主| 发表于 2018-5-31 19:11:41 | 显示全部楼层
HMSHXD 发表于 2018-5-24 10:42
不是很懂,为了弹药库段的TDS深度能想出2332这种奇葩布局,动力舱段的TDS却这么妥协 ...

2332布局一方面是照顾TDS,第二方面是照顾线形。但更重要的是由于射法等问题,平贺让认为10炮具有很大的优越性。动力舱TDS则依靠装甲抗雷解决
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