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二战舰船动力舱布置及生存性Part1——同盟国战列舰

2023-03-17 17:37 作者:Jean_Bart_1955  | 我要投稿

        和网络上对炮塔布置、装甲结构的热议相比,动力系统布置和生存性研究似乎被完全冷落,大多数介绍舰船的文章都不怎么在意具体的分舱以及不同布置模式优劣,这个系列打算简要介绍一下二战时期舰船的动力舱布局及其生存性。

二战法国战列舰

“敦刻尔克”级

        “敦刻尔克”级战列舰的动力系统由6台锅炉和4套蒸汽轮机组构成,交错式布置在3个锅炉舱和2个轮机舱中。交错模式下,前轮机舱艉轴穿过后方2、3号锅炉舱,使得锅炉必须被垫高,不过法国海军的锅炉高度相对较低而没有产生太大影响。无中央纵壁的大舱紧凑设计降低了不对称进水引起的倾覆风险,同时也提高了舱室空间利用率,有利于减小舱室宽度增加防雷纵深,多动力装置共用通风装置等辅助设备也有利于减轻重量,但大舱设计降低了动力舱的生命力并增大了破舱后的进水量。

        由于锅炉舱数量和轮机组数量互质,动力系统无法正常分配成独立单元,工作模式为:1号锅炉舱为前轮机舱供汽,3号锅炉舱为后轮机舱供汽,2号锅炉舱一台锅炉归前轮机舱另一台归后轮机舱,这种分配模式导致2号锅炉舱成为了“敦刻尔克”级的阿喀琉斯之踵。 通常情况下,任意轮机舱或1号、3号锅炉舱被毁将导致“敦刻尔克”级损失1/2或1/3动力,但如果2号锅炉舱被毁则有较大概率导致暂时性的全舰动力损失,动力舱的防护主要依靠超大纵深的鱼雷防护结构。

        “敦刻尔克”级安装4套汽轮发电机和3套柴油发电机,另有2台小功率应急柴油发电机(功率偏低不予介绍)。汽轮发电机分别位于2个轮机舱中,柴油发电机位于主炮塔弹药库之间,汽轮发电机总功率3600kW,柴油发电机总功率1200kW,一舱受损最多损失3/8总功率。

“敦刻尔克”级战列舰的动力舱平面图
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“黎塞留”



“敦刻尔克”级战列舰的动力舱侧视图,2、3号锅炉舱的锅炉被明显架高

“黎塞留”级

        “黎塞留”级战列舰的动力系统由6台锅炉和4套蒸汽轮机组构成,交错式布置在2个锅炉舱和2个轮机舱中,分为前后两个独立单元,单元之间有蒸汽管交联但通常关闭。“黎塞留”级使用的增压锅炉本身高度较低且需要架高在锅炉底部安装涡轮增压机,所以交错布置并没有造成锅炉布置困难。

        由于动力舱数量少布置高度紧凑,“黎塞留”级的动力舱生存性非常差,一舱被毁时将损失一半动力,如果炸弹或鱼雷击中位置在前轮机舱和2号锅炉舱之间的单元间横舱壁处,则有概率一次性损失全部动力,动力舱的防护主要依靠超大纵深的鱼雷防护结构和厚重装甲。

        “黎塞留”级安装4套汽轮发电机和3套柴油发电机,另有2台小功率应急柴油发电机(功率偏低不予介绍)。汽轮发电机分别位于动力舱后部发电机舱和前轮机舱内,柴油发电机位于主炮塔弹药库之间,汽轮发电机总功率6000kW,柴油发电机总功率3000kW,一舱受损将损失1/3总功率。

“黎塞留”级战列舰的动力舱平面图

“黎塞留”级战列舰的动力舱侧视图,增压锅炉被架高安装,底部设置增压机组的同时也供艉轴通过

二战英国战列舰

“乔治五世国王”级和“前卫”号

        “乔治五世国王”级战列舰、“狮”级战列舰和“前卫”号的动力系统布置上基本相同,均由8台锅炉和4套蒸汽轮机组构成,分别布置在4个锅炉舱和4个轮机舱中,锅炉舱和轮机舱交错布置并形成了独立单元,其中AB锅炉舱并排布置,AB轮机舱中间间隔了两个Harbour machinery room,XY锅炉舱和XY轮机舱分别并排布置。这种细致的分舱使得任意动力舱室损毁时只会引起1/4的动力损失,小概率情况下损失一半动力(大当量炸弹或水雷击中AB锅炉舱、XY锅炉舱和XY轮机舱之间的纵壁)。两型舰船动力舱外侧的发电机舱同时也被当做核心动力舱的结构防护,此种结构基本能够保证在单次常规鱼雷攻击下锅炉舱和XY轮机舱不会发生进水,细化小分舱也能有效限制受损时舰船的进水量。不过,此类细致内部分舱设计在提高生命力和限制进水的同时,也带来了空间利用率低、重量相对较大以及进水时容易引起严重侧倾等问题。为了避免架高XY锅炉舱的锅炉进而引起舱室高度增加,AB轮机舱被移动至船体靠外的部分,鱼雷防护效果不如靠内的其它隔舱。

        英国舰船受早期电气事故影响限制了电气设备的使用,因此本身发电量较低,包括舰炮液压系统在内的舰上大多数设备都采用蒸汽驱动。

        “乔治五世国王”级的发电机包括6台300kW汽轮发电机,2台300kW柴油发电机,汽轮发电机位于AB锅炉舱外侧和XY轮机舱外侧的4个Action machinery room以及AB轮机舱之间的2个Harbour machinery room中,柴油发电机位于XY锅炉舱外侧的2个柴油发电机舱内。6台发电机均在独立舱室中,一次性最多损失1/4发电功率(紧凑布置的Harbour machinery room)。为炮塔提供液压动力的4台汽轮液压泵设置在AB锅炉舱两侧的Action machinery room里,一舱2台,一次攻击可能损失一半液压动力。

        “前卫”号吸取了“威尔士亲王”号沉没的经验教训后改进了发电机的分配,发电机为4台480kW汽轮发电机和4台450kW柴油发电机,汽轮发电机位于AB锅炉舱外侧的2个Action machinery room和中部2个Harbour machinery room内,柴油发电机位于前部5.25英寸副炮弹药库外侧以及XY轮机舱外侧的4个Action machinery room内,一次性最多损失1/4发电功率。4台汽轮液压泵被分散布置在了4个锅炉舱外侧的Action machinery room,一次最多损失1/4液压泵。        

“乔治五世国王”级战列舰的动力舱平面图
“前卫”号战列舰的动力舱平面图
“前卫”号战列舰的动力舱侧视图

二战美国战列舰

“北卡罗来纳”级

        “北卡罗莱纳”级战列舰的动力系统由8台锅炉和4套蒸汽轮机组构成,分别布置在4个机炉舱中构成了4个独立动力单元,其中又分为前后两个动力组,两组动力系统之间完全独立不可交联,组内的两个单元(1和2、3和4)可以交联但通常关闭。受到攻击时,“北卡罗来纳”级通常一次只会损失1/4的动力,小概率情况下损失一半动力。“北卡罗来纳”级的锅炉布列进行了精心调整避免了架高,但空间利用上相对较差。

        “北卡罗来纳”级的发电设备包括4台1250kW汽轮发电机、4台850kW柴油发电机和2台200kW应急柴油发电机。1号和3号机炉舱内各安装有2台汽轮发电机,2号和4号机炉舱内各安装有1台200kW应急柴油发电机,动力舱之前的舱段内设置了2台850kW柴油发电机,舵机舱和3号主炮弹药库之间的艉部装甲盒内设置了2台850kW柴油发电机。 “北卡罗来纳”级的发电机布置高度分散,任一主要发电机所在舱室受损只会造成20~30%的发电功率损失。

“北卡罗来纳”级战列舰的动力舱平面图


“北卡罗来纳”级战列舰的动力舱侧视图,锅炉几乎和动力舱等高,必须避开艉轴布置

“南达科他”级

        “南达科他”级战列舰的动力系统与“北卡罗来纳”级基本相同,但为了缩短动力舱长度而对设备布置做了重大调整,位于中线的锅炉调整到了轮机组的对侧并架高在平台上供艉轴穿过,同时也空出了舰底空间来安装辅机,代价是锅炉被架高一层后直接位于装甲甲板下方且部分暴露在水线之上,上方不得不增加一层破片甲板吊顶。

        “南达科他”级的发电机由7台1000kW汽轮发电机和2台200kW应急柴油发电机组成,缩减柴油发电机主要出于减重以及当前设计动力系统生存性已经充足等方面的考虑。1、2、3号机炉舱内各安装2台汽轮发电机,4号机炉舱安装1台,1台应急柴油发电机位于动力舱和2号主炮塔弹药库之间的前部应急发电机舱,1台应急柴油发电机位于4号机炉舱和3号主炮塔弹药库之间的后部应急发电舱。任一轮机舱受损时损失1/7~2/7发电功率。

“南达科他”级战列舰的动力舱平面图

“艾奥瓦”级

        “艾奥瓦”级战列舰的动力系统原本设计中仅是拉长了的“南达科他”级,2台大型锅炉并排布置在轮机组前方,但出于损管方面的考虑而增加了将锅炉和轮机组间隔开的主横舱壁,使“艾奥瓦”级的动力舱变成了4锅炉舱和4轮机舱交错的布置模式。任一动力舱失效损失1/4动力,小概率损失一半动力。

        “艾奥瓦”级的发电机由8台1250kW汽轮发电机和2台250kW应急柴油发电机组成,各轮机舱内均安装2台汽轮发电机,1台应急柴油发电机位于动力舱和2号主炮塔弹药库之间的前部应急发电机舱,1台应急柴油发电机位于3号主炮塔弹药库下方的后部应急发电舱。任一轮机舱受损时损失1/4发电功率。


“艾奥瓦”级战列舰的动力舱平面图


“艾奥瓦”级战列舰的动力舱侧视图,锅炉全部是架高半层的

“蒙大拿”级

       不受条约限制的 “蒙大拿”级战列舰采用了异常复杂的动力系统布置,生存性也要远高于之前的3级舰船。它的动力舱被两道纵壁分割为3列,由6道横舱壁细分为了21个主要舱室,8台锅炉和4套轮机组均位于独立舱室内,分为前后两组,组间完全独立,组内可交联。所有锅炉舱以及两根外轴对应的轮机组位于外侧舱室,两根內轴对应轮机组位于中央。10台1250kW汽轮发电机分别位于5个独立发电机舱内,2台500kW应急柴油发电机分别位于动力舱最前和最后的中部独立舱室中。

        “蒙大拿”级这种高度细致复杂的分舱使得它几乎不可能被一次性摧毁1/4以上的动力或1/5以上的发电设备,舷侧受到鱼雷攻击时能保证两个內轴轮机组与2台汽轮发电机不受影响,破舱进水也能得到有效限制,动力设备生存性达到了蒸汽动力战列舰之最。但相应的,大量设备独立分舱使得设备之间无法共用操作和维护的冗余空间,降低了舱室空间的利用率,并不利于减重。

“蒙大拿”级战列舰的动力舱平面图(上层)

“蒙大拿”级战列舰的动力舱平面图(下层)

二战苏联战列舰

23型

       苏联23型战列舰的设计深受意大利战列舰影响,因此在设计上有类似“利托里奥”级的地方,但23型为了减重及确保装甲盒后部防雷隔舱宽度而采用了三轴设计,动力舱布局和“利托里奥”级又有一定的不同。

       23型战列舰将6台锅炉和3套轮机组分别布置在3个锅炉舱和3个轮机舱中,采用交错式布局,2个外轴轮机舱并排布置在最前方,中间有副炮高炮弹药库间隔,1号锅炉舱紧邻轮机舱,其后间隔副炮高炮弹药库后又布置2号锅炉舱,再间隔了副炮高炮弹药库以及副炮火控中心后连续布置中轴轮机舱和3号锅炉舱。轮机舱设置在锅炉舱前方简化了烟囱烟道的布置,但也导致锅炉必须架高供艉轴通过。

       按照动力分配,3号锅炉舱和中轴轮机舱组成一独立动力单元,1号和2号锅炉舱的左右侧锅炉分别和左轴、右轴轮机舱组成一动力单元。23型战列舰任一动力舱失效时一般只损失1/3动力,內轴轮机组在外侧舱室保护下也很难在舷侧鱼雷攻击中进水。但由于锅炉舱无中央纵壁分隔,1号或2号锅炉舱失效时将同时影响两套外轴动力单元。此外,1号和2号锅炉舱与外轴轮机组实际上类似局部的集中动力布置,2号锅炉舱的蒸汽管线必须穿过1号锅炉舱才能连接轮机组,1号锅炉舱受损时有概率导致2号锅炉舱失去功能,使全舰损失2/3动力。

       23型战列舰的发电机组为4台1300kW汽轮发电机和4台650kW柴油发电机。4台汽轮发电机分别布置在中轴轮机舱两侧以及外轴轮机舱正上方的独立舱室中,柴油发电机2台布置在船首次装甲盒内,2台布置在船尾次装甲盒中。发电机组布置分散,一次攻击一般只损失1/12-1/6的发电功率,但艏艉的柴油发电机舱防护较薄弱容易损失。

23型战列舰的动力舱平面图


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