【shipbucket】“南达科他”级初始设计史

2023-06-09 01:39 作者:秋山AK1YAMA 0人读过 | 我要投稿

作为对军械局反对14英寸炮战列舰的回应，1937年战列舰系列的5方案拥有两座四联装16/45主炮塔，装甲盒能够在20000-30000码免疫16英寸2240磅炮弹。尽管四联装炮塔被应用于法国一战战列舰、两艘“敦刻尔克”级战列巡洋舰以及条约后战列舰，但是总委员会和修造局都不想使用四联装炮塔，因为40.5英尺座圈会使强力甲板上有巨大开口；此外，集中布置可能导致一次直击损毁一半的主炮。

在1937年5月，决定“北卡罗来纳”级性能之前，总委员会提议该级应该建造4艘，而不是新建两艘新舰。海军作战部长斯坦利上将认为应该开始为1938财年设计战列舰，一级真正的、能够防住自己主炮的战列舰。由钱特里上校领导的修造局初始设计部开始了1939年型战列舰的设计——新战列舰拥有和1937年型相同的航速，但是对自身火炮拥有20000-30000码的免疫区。

这有大量的技术挑战，因为1937年战列舰5案的拥有两座四联装炮塔，目的是缩短装甲区长度，满足666英尺长和35000吨标排限制；把它们换成三座三联装炮塔要增长16英尺，在满足27节的前提下，吨位将超出35000吨的限制。钱特里相信满足防护、航速需求，搭载必要的9门16英寸主炮需要激进的新理念。为了完成这个，他设计了一种双层动力系统，锅炉位于轮机之上，由一种两段式倾斜装甲大面积保护。上部装甲带内倾，减少需要甲板装甲保护的面积。下部装甲带外倾，顶部和内倾装甲带底部相接。这种装甲模式有几个问题：

上部内倾装甲容易被大角度落弹击穿，降低了跳弹可能。

降低了装甲区内的体积。

两段装甲接缝处可能成为弱点。

尽管随之而来的还有很多困难，他们意识到，要增加侧面防护的唯一方法就是把倾斜角度从15°增加到19°。因为15°倾角在1937年战列舰设计时就被认定为传统防护体系中装甲带的最大可能倾角，他们不得不提出崭新防护方案。

1939年初始设计中有相对更少的设计研究，因为它很大程度参照了1937年战列舰设计，吸取其中教训。然而，总委员会中还有欣赏快速战列舰的上将，愿意接受搭载14英寸主炮，航速更快的战列舰。

已完成的设计研究着眼于不同长度和航速的组合。比如，一种设计是606英尺长、搭载9门16/45主炮和25节航速。总委员会很快重申了他们对27节战列舰的兴趣，它们要和“北卡罗莱纳”级一样，比大改造的“长门”级略快。不久，总委员会在5月的讨论上强调，英国、法国、意大利的新战列舰都将27-30节作为指标。在1937年5月，南达科他级初始设计快完成的时候，设计者们决定谨慎地给出替代方案，结果还是受到了总委员会的不满。这些35000吨战列舰设计包含如下的：

666英尺长，搭载9门16/45，28节航速，拥有内置两段式倾斜装甲；

一种“北卡罗莱纳”级的翻版，27节航速，搭载12门14/50主炮

一种“北卡罗莱纳”级的翻版，30节航速，搭载9门14/50主炮

一系列24节设计案，注重火力和防护。他们研究了680英尺长，分别搭载双/三/四联装主炮塔的方案。

在5月6、7日，总委员会开展关于1939战列舰项目和审视修造局短战列舰提议的讨论。北卡罗莱纳级被认为是使用传统防护时，35000吨标准排水量可得到的最强舰，她们的弱点是防护。钱特里上校继续展示他的提议，这是艘有着与“北卡罗莱纳”号一样航速、搭载9门16/50主炮的、短小紧凑的战列舰。装甲防护考虑了空中和水下威胁。

远距离炮击会使得弹头入水后沿弹道集中主装甲带下部。假设炮弹有足够的能量击穿，它会在船体内部造成巨大损伤。北卡罗莱纳级没有考虑到它的可能性。此外，日益增长的空中威胁也迫使甲板装甲增厚到6英寸以上，如果要增加免疫区远界，就要至少7英寸。为了抵御水中弹，主装甲带渐减下延至内层船底。下部装甲带被认为等同于北卡罗莱纳级一层内部水下防护，所以可以缩减防雷带宽度，增加动力舱空间并缩短长度。为了平衡装甲增重，舰体长度减小，宽度增加至能通过巴拿马运河的最大限度。这样的小的长宽比可以减小水线面损失，这对稳定性很重要。总委员会对此很满意，让钱特里按照如下几点继续研究：

双层动力舱，锅炉在主机上方。动力舱长度将从176英尺降低到144英尺。

2、3号炮塔间的距离足以容纳小艇存放、5英寸两用炮、防空机枪、舰桥等。

使用穿深更高、更重的炮弹。

为了装甲防护，如下牺牲被认为是可以接受的：

缩减豪华设施

减少可通风舷窗

缩小居住和用餐空间

缩小初级军官空间

使用更小的单间军官舱（包括舰长和将官舱）

不使用木甲板

缩小小艇存放空间

缩减次级防空炮数量

因为水线面变小，接受更大吃水和横倾

新的舰艉布局，外侧轴穿过一对尾鳍，内侧轴位于尾鳍形成的隧道中。

大胆鲁莽的，将锅炉置于轮机上方的理念没有被充满热情地实现，尤其是负责动力段布置和设计的工程局。让动力舱更复杂是为了让它更短，但是要推动更短的船体到27节需要更多的马力。所以，功率，体积和重量都将增加。双层动力舱将缩短装甲盒长度，但是覆盖它的装甲带将更深、更复杂。最终，设计者回归到了原来的“北卡莱罗纳”级的布局，每根推进轴的锅炉和主机都在同一舱室。但是，“南达科他”级的动力段比“北卡罗莱纳”级的宽10英尺，尽管功率提升到15万，这最终使它从276英尺缩减到160英尺。

抛弃了双层动力舱的想法，设计者不得不压缩舰体其他区域的空间。主要备选是压缩医院区域、生活和用餐空间以及水下防护。他们接受了更少的人均舰上面积，经过谨慎地重新布置，舰体最终被缩短到666英尺。他们采用了内置倾斜装甲和防鱼雷装甲，以增加动力舱空间。因为动力舱缩近的2、3号炮塔使上层建筑比“北卡罗莱纳”级更加紧凑。和前司令塔连在一起的桅杆-烟囱布局是这种上层建筑的最大特征。它使5英寸副炮数量缩减到18门。，8座双联和2座单装。双联和单装炮座难以一同运作，所以单装将用于发射照明弹。这使总委员会要求钱特里上校研究上层建筑布局和限制3号主炮塔的水平射界的效果。

旧式战列舰后炮塔的水平射界是300度，但是在新战列舰上减少水平射界可以换来5英寸双联炮座。9月13日钱特里向总委员会简短阐述了关于炮塔回转限制的发现。他指出，炮塔间距能影响上层建筑，尤其是炮口暴风。钱特里展示的方案如下表。他总结，炮塔回转角度对副炮布置影响比任何其他因素都大。将前后炮塔水平射界从300度降到290度能延长40英尺的上层建筑。

射角限制使5英尺炮座布局和“北卡罗莱纳”级类似，这是总委员会认为必要的。方案一将后主炮塔向后移动16英尺，舰体变长，但是削减装甲和更小的免疫区使重量变化不大。修造局专门研究了炮塔射界，决定2、3号炮塔射界为295度，1号炮塔300度。

两端倾斜装甲被放弃，由更传统的一条内置19度倾斜的装甲带取代。最初的设计要求多层防雷系统的内侧是油舱，主装甲带外侧是填充防水材料的空舱（就像法国“敦刻尔克”和“黎塞留”级一样）。这些材料将减少进水和倾斜，但是使用它的提议被否决，因为找不到合适的防水材料，另外这也会极大复杂化受损区域的维修过程。总委员会要求延长16英尺装甲区以缓解上层建筑的拥挤，并得到更好的副炮射界。

在1937年11月，“南达科他”级的初始设计进入最终步骤。标准排水量控制在35000吨内看来相当困难，即使舰体只有666英尺长。除此之外，舰上基础设施也很难设计。有两个基本问题需要解决——加强装甲盒和加强火力——但这不能和主炮射界的问题分开。如果装甲区延长16英尺，装甲将变薄，但是吃水将变浅。装甲区拉长，舰体不变，更多区域被保护，这似乎是更好的解决办法。

修造局长杜博斯中将最初很关心吃水。由于舰宽受制于巴拿马运河，吨位受限于海军条约，长度为了免疫区而不断缩减，剩下的变量就是吃水了。该舰主装位置是基于满载吃水设计的，而不是像一战那样，基于所谓的“常备排水量”。这些限制使吃水增至35英尺，超过了纽约港和珍珠港的允许吃水。杜博斯提出一系列减重方案，防止在早期战舰上发生的增重出现。尽管杜博斯向他保证，吃水将不再增加，但是随着时间推移，吃水确实增加了。最终， 47000吨的满载排水量被强制实行。很重要的一点是，该设计并没有为未来改造留出重量空余，所以一艘35000标准排水量，装备9门16/45主炮和防御它的可观免疫区的战列舰就这么实现了。这在安装轻型防空炮时候造成了吃水灾难。

总委员会的艾伦上将提出了副炮口径问题的问题。他更喜欢6英尺炮而不是5/38炮。然而重量和空间问题阻碍这种炮上舰，尽管它提供了更大的副炮威力。5英寸炮有更快的射速，弥补了更低的弹重。使用6英寸炮的呼声还将在“衣阿华”级和“蒙大拿”级时出现。

1937年12月22日，设定了合同设计规范。后来指定的装甲带厚度被更改。之后又进行了微小改动和设计修改，标准排水量增至35350吨，满载为43681吨。1942年建成后的实际满载排水量为44519吨。

在1938年1月28日，罗斯福总统向国会发送关于国防开支的信件，作为要求的一部分，他希望增加两艘35000吨战列舰。她们的拨款随后被批准，作为“南达科他”级的一部分。

上层建筑非常紧凑，所以华盛顿海军船厂建造了一个舰桥和司令塔的全尺寸模型。他们提出3个不同方案，并在1938年4月8日总委员会会议上讨论。重量并不是该场讨论的重点；导航舰桥和司令塔混合的方案让舰队训练部的麦克福尔上校指出，司令塔外的狭小空间使舰长需要隔着厚重司令塔装甲的小窗向舵手大喊大叫——在紧急情况时很没必要。在一系列讨论后，他们决定采用一种3层司令塔，很快削减至两层来减重，作为分舰队旗舰使用。舰队旗舰的两座5英寸炮塔被移除，为司令和参谋们腾出住舱。接下来的几个月，他们讨论了其他的减重措施，尤其是削减装甲重量上：

削减舰队导航、舰队通讯、信号平台，5英寸炮室、换装室、扬弹机的防破片装甲，通信管线装甲从2.5英寸削减至2英寸（总共节省140吨，旗舰是120吨）。

削减齐平至第2、3甲板的防护甲板0.1英寸（共64吨）。

这些和其他措施使标准排水量在合同设计竞标前降至35350吨。

美国海军在1938年5月试验了初始设计时双层倾斜装甲的1/4比例沉箱，为74号。注意在装甲带外侧的多层液舱。它的缺陷是，如果内倾装甲带外船壳破损，这里的空舱将进水损失浮力。作为应对，空舱中填入防水材料。

在试验中，液层后方的装甲舱壁发生较大变形并与其后方的舱壁发生碰撞，但损坏程度不足以破坏水下防御。

在1939 年 9 月重现南达科他级布局的 1/2比例沉箱 H接受了鱼雷试验。方案中主装甲带减至1.4英寸并在TDS中作为3号舱壁。在它内外的舱壁都是25磅。与最终案不同的是，主装甲带前填充了防水材料。从“田纳西”级开始，美国战列舰使用的都是空液间隔的TDS。而在这里，液舱被移至最外侧。显然，一系列试验证明外侧油箱得到了认可。油舱减少了破片造成的穿孔，预先填充的燃油也能减少进水。

实验时使用了127磅TNT，用于模拟700磅的防护指标。3号舱壁（延伸的主装）铆钉接头破损导致其失去水密性。肋骨和舱壁都向内挤压变形，最内侧隔舱和部分船底被淹没。但是，内部的动力舱并没有进水和破口。虽然如此，但是形变量要比“北卡罗莱纳”级的沉箱试验更大，被认为略差一筹。不过，这到“衣阿华”级设计时将采取补救措施。