前言

        舰炮穿甲弹在击中水面以后并不会立即停止，而是会在水中继续前进一段距离，所以舰船的装甲防护都有必要设置一定的水下延伸来阻挡炮弹。以前对于水中弹防护，主要还是一些定性上的分析，也没有怎么考虑引信延时之类的问题，大多数人对于水中弹防护效果的认识可能还是比较模糊的感性认知，所以我仿照间战英国海军的研究思路绘制了几张示意图来更直观地比较水中弹防护。

        水中弹问题其实相当复杂，目前存在几个问题：1.具体的水下弹道无法确定；2.引信是否触发无法确定；3.炮弹剩余穿深无法确定。

        根据现有的弹箭跨介质领域研究，射弹入水后头部会促使流体在弹体周围产生空化腔并在弹头作用一个升力促使射弹偏转，空化腔的特征和升力的大小方向与弹体头部特征有关。目前普遍认为常规的舰炮射弹构型在入水后弹道的曲率半径较小，且很快就会因为弹体偏转造成尾部拍击空泡壁而失稳翻滚，而特化的平头弹入水后弹道曲率半径极大可以近乎直线前进。不过，舰炮穿甲弹的水下弹道并没有这么容易确定，有不少非平头弹在水下前进较长距离的案例，入水时常规炮弹的风帽是否会稳定脱落也并不确定，风帽变形或脱落后被帽的构型是否有利于稳定水下弹道也是值得进一步探究的。间战时英国的研究思路是假定炮弹按直线前进以简化问题。

        若炮弹在入水时触发引信，那么它在前进一段较短的距离后就会起爆，如果不能在起爆前进入舰体内部舱室则意味着炮弹无法造成有效毁伤。炮弹入水时是否会触发引信目前是不太明确的，可能和入水时的速度以及引信的灵敏度有关。从英国和日本的研究来看两国应该都认为炮弹在接触水面时就会触发引信，所以日本特意把大口径九一式穿甲弹的引信延时增长到了0.1秒，但从一些实际案例看，也有出现炮弹入水不触发引信的情况。另外，延时引信本身也并不严格按照设计时间工作，据Warship International文章描述，延时引信的生产误差甚至可以出现延时增长一倍的情况。

        炮弹在水下前进时，速度会有较大衰减，不过不同的炮弹显然会有不同的衰减速度，不同着角和着速下的速度衰减也有不同，这除了影响引信触发前炮弹的行进距离以外，还会影响炮弹的穿深。

        为了简化分析，这里采用对于弹道采用英国间战的直线弹道假定，假定炮弹入水后即触发引信。分写假定引信生效之前能够前进的最大距离为14米，换算成标准的0.035秒引信延时（英国炮弹的引信延时只有0.024秒）就是水下平均速度400米/秒。不考虑炮弹具体穿透力问题，假定100毫米左右的装甲就能阻挡炮弹。间战时英国的研究思路是确保炮弹在舰船核心舱室之外起爆，分析时将主要按照这一标准来。

无横倾情况

        对于舰船防护，常规情况下都是假定舰船正浮来分析炮弹着角。

        下文图中蓝色线条为15度着角弹道，紫色线条为20度着角弹道，红色线条为30度着角弹道，圆圈是水下行进14米后的炮弹起爆位置，左侧线条对准装甲带底端或者对应100毫米厚度位置，视为可穿入舰体造成有效毁伤的落弹区域近界，右侧线条对准核心舱室边界，视为可产生有效毁伤的落弹区域远界。

        对于水中弹防护来说，装甲带底端距离核心舱室越远、水下延伸高度越大，则其投影范围越大，越能有效防御水中弹，反之则越差。核心舱室距离舷侧越远、位置越高，则其投影范围越小，越有利于防御水中弹，反之则越差。

        

        “乔治五世国王”级的满载吃水在服役期间变化较大，所以给出两张图展示，1940年的满载吃水采用32英尺6英寸数据，1945年的满载吃水采用34英尺10.5英寸数据。采用外置大高度垂直装甲带的“乔治五世国王”级拥有相当优良的水中弹防御，按照分析的假定和绘图，1940年状态只有在弹着角接近30度的情况下炮弹才能真正穿入舰体核心舱室起爆，1945年状态下由于吃水大幅增加所以30度时也只是刚好在防雷舱壁位置起爆。若不考虑引信触发，其装甲带也能够阻挡50%以上的水中近失弹。

        “南达科他”级的吃水使用“马萨诸塞”号的35英尺6英寸数据，“艾奥瓦”级使用36英尺2

25英寸数据，“蒙大拿”级使用36英尺3.75英寸数据。绘图时只按照“蒙大拿”级的动力舱部分装甲厚度绘制，其弹药库的水下装甲带厚度更大，实际防护效果要更好。

        “南达科他”级虽然有较大的装甲带中等厚度水下延伸部分，但是因为使用了大角度倾斜设计，装甲带实际位置贴近核心舱室，投影范围上较窄，只能覆盖40%的水中近失弹投影宽度，在弹着角接近20度时就已经无法确保炮弹于核心舱室之外起爆。“艾奥瓦”级相比“南达科他”级显著向下拉长了装甲带的大厚度和中厚度区域，装甲带有效的投影范围覆盖了接近50%的水中近失弹投影宽度，由于核心舱室宽度窄，虽然投影范围不及“乔治五世国王”级，但也能确保弹着角20度左右的炮弹无法进入核心舱室起爆。“蒙大拿”级的水中弹防护相比“艾奥瓦”级只有小幅提升，投影范围略大于50%，但只能保证着角低于20度时炮弹不会进入核心舱室起爆。

        “大和”型设计时就高度强调使用装甲直接防御水中弹，所以它的水中弹防护是最优的，100毫米以上的部分覆盖了70%左右的投影宽度，30度着角下炮弹也只能勉强威胁内部舱室。

        “黎塞留”级服役期间的吃水也有显著增加，这里也使用两张图片展示。“黎塞留”号1940年状态使用9.90米舯部吃水，“让·巴尔”号1955年状态使用10.436米舯部吃水。“黎塞留”级装甲带浸没高度和装甲带倾角适中，但核心舱室宽度极小，所以只有接近30度着角的炮弹能威胁核心舱室，装甲带对水中近失弹的投影宽度比例约为40~70%。美国“北卡罗来纳”级布置上和“黎塞留”级较为类似，不过由于没有较为清晰准确的设计图所以这里不再绘制。

        “俾斯麦”级的吃水数据其实是有比较多争议的，其满载吃水实际只有9.90米，但可以超载到约10.17米，“提尔皮茨”号可以超载到约10.50米，这里只按照9.90米绘制。“俾斯麦”级的装甲带水下延伸是严重不足的，而且它的核心舱室宽度也较大，所以即便是15度落角的炮弹也可以对其核心舱室造成毁伤，装甲带对水中近失弹的投影比例只有30~40%。另外，由于装甲带浸没高度低，炮弹在击中装甲带底端减薄区域的时候还会有很高的存速，也有较大概率穿透装甲，实际防护效果还要更差。考虑前面这一点，也就不难理解为何德国海军会在H级战列舰上把装甲带倒置，让全厚度段浸没在水下而把减薄部分设置在顶部了。

        “利托里奥”级虽然装甲带浸没高度较低，但是它的核心舱室宽度极窄且被三层船底抬高，因此也具备类似“黎塞留”级的防护效果。

5度横倾情况

        舰船在实际航行时并不是正浮状态，其吃水线会随船体兴波和海浪影响而上下浮动，船体也会产生横摇，这些都会影响实际的水中弹防护效果。其中，横倾状态下炮弹相对于舰船的角度降低，舰船舷侧区域投影面积增加，是最为不利的情况，下面是横倾5度情况下各舰船的水中弹投影示意图。

        5度横倾下，“乔治五世国王”级依然表现出了较好的水中弹防护，装甲带仍有40~50%的投影比例，但防护效果已经大幅下降，1940年的满载吃水下即便是15度落弹也已经威胁核心舱室，不过考虑到它是按照英国0.024秒短引信延时设计的，按照0.024秒的引信延时它还是能抵挡住30度落角炮弹的。

        在5度横倾角下，“南达科他”级的装甲带已经无法有效防御水中弹，即便是15度落角的炮弹也能穿入核心舱室起爆，装甲带投影比例降至20~30%。“艾奥瓦”和“蒙大拿”级则仍能抵御15度落角的炮弹，装甲带投影比例仍分别有约30~40%和40~45%但对于落角更大的炮弹还是无法有效防御，“艾奥瓦”级接近于1940年的“乔治五世国王”级，考虑到弹药库部分的厚度增强，“蒙大拿”级在此状态的防护效果则和1945年的“乔治五世国王”级差不太多。

        横倾状态下，“大和”级还是能较为有效地防护20度以下落角的炮弹，不过20度以上落角的炮弹已经能威胁核心舱室。

        横倾状态下，“黎塞留”号原本吃水状态已经无法保证15度落角的炮弹进入核心舱室起爆，后期吃水增加后还是无法阻止20度落角的炮弹。在吃水增加以前，其横倾状态的防护水平相当于“南达科他”级，并未比德、意战列舰好多少，吃水增加后则接近1945年的“乔治五世国王”和“蒙大拿”级。

        “俾斯麦”级在横倾状态下几乎没有水中弹防护，它的装甲带几乎要脱离水面，这部分渐薄部分大部分暴露在水线以上，很容易被炮弹击穿，再次证明了H级倒置装甲带的重要性。

        横倾状态下，“利托里奥”级装甲带水下部分高度不足的问题就暴露无遗了，即便是15度落角的炮弹也能轻松进入核心舱室起爆。

总结

        综合投影绘图分析，在文中假定条件下，水中弹防御效果最好的是设置了超大深度和厚度水下装甲带的“大和”型；使用外置大高度装甲带的“乔治五世国王”级和拥有较深水下装甲带、鱼雷防护结构的“蒙大拿”级综合防护效果相近，仅次于“大和”型；其后是“艾奥瓦”级和“黎塞留”级，前者具有一定深度的装甲带延伸，后者则是有适中的装甲带延伸、极深的鱼雷防护结构以及改造引起的吃水增加；“南达科他”级由于装甲带中厚度区域深度略有不足，防护效果上略次一等；“利托里奥”级和“俾斯麦”级因为装甲带深度严重不足，防护效果最差。

        需要注意的是：

        文中的分析使用的炮弹水下行进距离并不严格对应真实情况，也并未详细考虑装甲厚度和炮弹剩余穿透力的关系，要真正详细分析实际作战中的防护还需要考虑各种舰炮的不同弹道特性和引信特性，例如在面对英国短引信延时炮弹时，各舰的防护效果都会有很大改善。

        文中的投影比例相当于不考虑引信起爆情况下的防护区域比例，若考虑引信触发，实际受威胁区域的投影范围可能会大幅缩短甚至缩小到0，需要具体在绘图中比较。

        横倾对水中弹防护造成的影响主要是装甲带被抬高和舰体投影面积增大，其中装甲带的抬高和舰体的宽度有关，舰体越宽处装甲带被抬升的高度越大，即舯部的防护弱化要大于艏艉侧，文中只绘制了舯部的防护。

        文中的弹道直线是90度夹角情况下的，在非正侧入射时，可以将弹道转化至90度横剖面投影角度来进行比较，不过相应的炮弹行进距离也要按比例投影缩小。