英国战舰设计方法

1860-1905

大卫·K·布朗

译：余风_

说明

这篇文章介绍了在1860年（“勇士”号铁甲舰<译者注：HMS Warrior，英国皇家海军的第一艘蒸汽动力铁甲舰。>）-1905年（“无畏”号战列舰<译者注：HMS Dreadnought，世界第一艘全重型火炮战列舰。>）间用于设计英国战舰的方法。总体设计过程的资料来源非常少；查塔姆委员会（the Chatham Committee）在1840年代的报告很好地说明了当时木质风帆战舰的设计方法，这些报告与约翰·艾迪（John Edye）早些时间撰写的更不完备的书籍的内容相当一致。

    威廉·怀特的“战舰设计手册（Manual of Naval Architecture）”用对特定计算的详细说明让我们得以一窥19世纪末的设计方法，同时1901年的范恩委员会（Fane Committee）为我们提供了更多怀特的设计局中高级职员对设计局生活的个人印象。S.V.古道尔（Goodall）1918年在麻省理工大学向美国造舰兵团（US Construction Corps）<译者注：1866年成立，用于培训海军工程师人才。>的学生概述了“林仙”号轻巡洋舰（HMS Arethusa，1912）的设计。皇家海军学院为皇家海军工程部（Royal Corps of Engineers）的学生准备的笔记提到一些更进一步的背景。

    在计算机辅助设计出现以前，战舰设计程序的结构都极少改变。甚至直到现在，<译者注：本文写于1995年。>（1840年代设计木质风帆战舰的）查塔姆委员会依然会在今天的设计程序中找到大量他们所熟悉之处。因此，一个熟悉（现代）设计程序的人<译者注：即笔者DKB自己。>能够推测出大部分在记录中缺失的内容——当然，这样的推测是有风险的。伟大的设计师总是有那么点怪癖且专断，并且将自己的观点强加于下属。

    设计部门的领导一般来说被称呼为“总监（Director）”，除非他们的其他头衔有必要优先称呼。（1860-1905年）历届部门领导的姓名、头衔与任期如下。

艾萨克·瓦茨（Issac Watts）

    首席建造师（Chief Constructor） 1848-1867

爱德华·J·里德（Edward J. Reed）

    首席建造师 1867-1870

内森尼尔·巴纳比（Nathaniel Barnaby）

    造船会议主席（President of the Concil of Construction） 1870-1872

    首席造舰师（Chief Naval Architect） 1872-1875

    海军造舰总监（Director of Naval Construction） 1875-1885

威廉·怀特（William White）

    海军造舰总监 1885-1902

菲利普·瓦茨（Phillip Watts）

    海军造舰总监 1902-1912

    我们也要注意，等级头衔已经被创造出来。一个特定设计的主导者不管是过去还是现在，一直是由四十岁出头的设计师担任。在19世纪末，他可能被称作一位助理建造师（Assistant Constructor）（该头衔为第一等级），但在今天，他会被称作首席建造师——尽管他还有3-4个等级的顶头上司。

导言

    从19世纪到现在，一艘战舰的设计阶段鲜少改变，遵循与那时同样的范式——在其他大型、建造数量少且没有原型的构造物的设计，如燃油精炼厂等中也有极其类似的模式存在——而且战舰仍然是如今的国防预算之中最大且最昂贵的单一构造物。在更小、大量生产的物体上，设计的模式与这些大型构造物大相径庭。在它们的设计过程中，通常一个乃至更多的原型机被制造出来以测试性能，并很可能在量产开始之前就被拆解。即使是身为舰级首舰的战舰们，也必须在海试完成时就能够运转，并足以胜任战斗任务。<译者吐槽：21世纪的战舰们啊......>

    所有战舰设计的教科书上都指出，设计必须在客户清晰地阐述了他们的需求后才能开始。但在本文讲述的时代中大多数时候，根本就没有什么正式的“总参需求（Staff Requirements）”，因为确实没有哪一届海军总参谋部（Naval Staff）能（为设计部门）做到这样。应该意识到，了解用户需求与技术方案大概更加重要的手段是聆听那些（上级）不断改口的谈话。就像罗兰·贝克（Rowland Baker）爵士所说的那样，“因为有了鸡才能生鸡蛋，我们也是先开始战舰设计才知道总参的需求。”

    设计的第一阶段通常在一张白纸上开始，并以一系列可供选择的确定了舰船整体尺寸、成本与能力的以小比例草图画出的设计方案（图1）结束。

    对尺寸的估计一般来自对先前舰船的重量测量而非直接对该方案的计算，并且这一步骤的时间相当受限——有时需要在仅仅两天内估计好尺寸。设计的这一阶段是富有创造性的、是需要发散思维的，有时甚至非常刺激；它同时也是造舰总监本人的贡献占比最大的阶段。造舰总监会将所有产出的设计选项提交到海务委员会（Board of Admiralty），他们有时会选择其中的一个，但更经常地，他们会要求设计部门提交一个新的选项。

设计阶段的名称

    这些阶段中的每一个都包含了战舰设计各个主要方面之间的重要交互。例如，结构设计依赖于（舱室）布局设计，特别是从上层甲板（Upper Deck）<译者注：即全船所有贯通首尾的甲板中最上的一层。>到龙骨的深度，还有（设计图上）甲板线条的中断也会导致相当棘手的问题。尽管防水舱壁的位置很大程度上取决于限制舰船受损后进水程度的需求，但是在防水舱壁的位置有必要与包括桅杆、指挥仪等等沉重的上层建筑的前后两端对齐以合适地支撑它们时，可以灵活设置。结构的布置也与（舾装）布局、防火、抗腐蚀等方面的设计有交互，还对建造难度与成本有重要影响。

    有这样一个例子解释如下的事实：设计的几乎每一个方面都与大多数其他方面有着密切的交互。一个经验丰富的设计师很可能同时进行大概三个方面的设计工作，而且同时保持对其他至少六个方面的注意力。将这些所有方面之间的交互汇总并解析的工具，就是舰船“建筑”艺术之特色的体现——总布置图（General arrangement drawing）。

    在设计的第二个阶段中，这些方面以及它们之间的交互会像第一个阶段一样被考虑，但是考虑得会详细得多，并且致力于将设计变得更精准、对设计进行改良，以及最重要的，降低在创造一个如此巨大且复杂的建造物时的固有风险。

    在第二阶段中，被（总参）选择的设计选项会通过更精确的计算被完善与验证。（计算的结果）被结合进第三阶段，在这一阶段，设计人员对舰船的稳定性、强度、动力等指标的冗长而非常详细的分析报告被完成。大部分这样的计算分析都是在1870-1880年被使用。因为这些在计算机发明前用熟练的人工努力数周的计算结果所需实在太久，这些计算只能给设计带来微小的改变或是一些调教而已，除非真的在计算的过程中发现了什么（先前阶段的）严重错误。在1860年设计“勇士”号时，这一阶段根本没有这么细致，第二阶段的细致程度也相当有限。

    设计是由像两位瓦茨、里德、巴纳比、怀特等造舰总监一样有着巨大权威且受到高度尊敬的人来完成的。金·霍尔（King Hall）中校在1928年写作的关于19世纪末的内容提到：

    造舰总监的部门拥有着强大的能量。它是一个组织严密的团队，由那个性格强硬、专业素质优秀的男人——威廉·怀特爵士所领导。怀特爵士不仅知道自己（作为设计师）想要什么，他还会时刻关注海上战争的战略与战术。他为海军军官做了许多海军军官无法为他做到的事。造舰总监（指怀特）本人同时也是海军的助理主计长与整个部门的力量源泉。他的行事方法简单却有效。譬如说当海务委员会决定将一定数量的‘巡洋舰’纳入来年的预算后，过一段时间，海军军官们会突然收到造舰总监的一条简短说明，他会在其中指出私营船厂（如果这些船只由合同订单建造）那边已经怎样怎样地等不及了，时间正在流逝，有必要赶快采取行动，做出决定。接着他就会提交他的设计以达成‘帮助当局的阁下们作出决定’的效果。设计通常与一份解释舰船细节、说明其相对外国同侪之优势，并且经常包含一些该舰船的作战情景与其他战略战术考量的（夸赞性的）文字的备忘录一同提交。当这样的既定事实摆在当局的阁下们面前，而且除了自己在这方面的个人经验，就只有造舰总监的备忘录能够让他们形成意见，他们通常会同意造舰总监的看法。

    这段文字或许有些夸大；怀特这类的人物虽然德高望重，但仍然会被像费舍尔（Fisher）这样的强势领导（在决策上）压过一头。

    当造舰总监确定了战舰的主要特征后，细节方面的设计会被委派给更多下属人员。而且往往就在这些人员之中，有一位最成功的会在将来登上造舰总监的高位。比如，巴纳比是里德领导时期大多数舰船的“总设计师”，而怀特又是巴纳比时期大多舰船的总师，等等等等。除了他们之外，更多负责设计的下级军官，只要具备能力与决心，就能在设计成果上展现出强大的个人烙印。史密斯（Smith）向范恩委员会提交的证明报告中提到了当海务委员会同意舰船主要指标后怀特马上采取的方法：

    而后造舰总监会与首席建造师的其中一位协商——在‘德雷克’号（HMS Drake）的案例中是我自己——他会向我出示主计长的会议记录，然后我们马上会根据自己关于‘设计是否可行’的综合知识去在脑海中找到一艘领导想要的巡洋舰。

    怀廷（Whiting）的证明报告提到，怀特想要一份设计方案时，会告诉首席建造师：“我希望这个设计方案的如下方面能被完成，我希望助理建造师某某某、某某某先生能够负责这些方面。”

    怀廷继续写道：

    首席建造师会造访助理建造师的办公室，让他画一个显示装甲布局、武器装备配置与其他东西的草图，并对舰船的所有主要特征的重量做所谓的‘初步计算’以斟酌舰船横向的重量分配，让实际建成的舰船能够合适地浮起来。助理建造师还会对稳定性进行粗略的计算，以确保舰船设计拥有足够的稳定性。

    当设计方案从外观上看有个船样、且重量与空间分配等估计经过平衡后，下级设计师就会邀请总监来批准或者修改这个方案。总监在设计图上签名后，意味着他从此要对该设计的一切负起全部责任——也难怪这个“签名”的过程有些许宗教仪式的味道。古道尔爵士后来写道：

在海军战舰列表中，每艘战舰的后面都有一栏：由某人设计。这一栏里会填写上海军造舰总监的名字。记住，这把个人的责任与整条舰船，而非舰船的某一部分，绑定在一起。

    还有许多人拥有杰出才能但未能身登高位——毕竟造舰总监的位置只容许一个人担任。尽管一条政策禁止详述他们个人的信息，他们中的一些人仍然得以留名青史。比如说为造舰基础理论的发展做出重大贡献的威廉·傅汝德（William Froude），巴纳比爵士这样评价他：“我们在十九世纪取得的所有杰出成就，有相当一部分要归功于他。”

    舰船的设计需要一大批各个领域的专家——诸如航海工程师、铸炮师、装甲制造师......但造舰工程师（Naval Architect）在设计流程中的角色，自当时以来一直是独一无二的：他不仅是流体力学和结构强度等方面的专家，更是将设计的各个方面合为一个整体的人。（未完待续）

下一部分：阶段一 初步设计（PART I. PRELIMINARY DESIGN）

    余风の吐槽：光是这一部分的译文就四千多字了啊......这原文仅仅两页半不到的文字只占全文的将近十分之一......翻得我要累死了