風(fēng)帆巨掣“海安”號的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探究

錢姍姍 曹汝平

摘要：由于史料散失，加上船舶設(shè)計(jì)方面的探索較少，“海安”號及其姐妹艦“馭遠(yuǎn)”號的設(shè)計(jì)與制造記載成為空白。但木造風(fēng)帆蒸汽戰(zhàn)艦的共性特點(diǎn)、法式和英式帆船的異同點(diǎn)以及西洋帆船制作的細(xì)節(jié)都在“海安”號上有所體現(xiàn)，基于此，文章探究“海安”號的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以供參考。

關(guān)鍵詞：“海安”號;總體結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);制造技術(shù);蒸汽風(fēng)帆戰(zhàn)艦

中圖分類號：U674.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-9436（2022）17-0-03

1 “風(fēng)帆巨掣”的問世：中國大型巡洋艦“海安”號

19世紀(jì)后半葉，中國近代造船工業(yè)主要集中在1865年創(chuàng)立于上海虹口區(qū)域的江南機(jī)器制造總局和1866年創(chuàng)立于福州馬尾區(qū)的船政局。1871年，福州將軍文煜等人提出建造大型軍艦的計(jì)劃，隨即委派日意格找來法國海軍建造的一大一小兩型大馬力蒸汽軍艦的設(shè)計(jì)方案，兩型軍艦分別是法國海軍的阿莫列克級和決心級。船政局選取了較小的決心級13門火炮方案，于1872年4月23日制造出國產(chǎn)二等巡洋艦“揚(yáng)武”號。而江南機(jī)器制造總局選擇了較大型的阿莫列克級方案并由徐壽等人設(shè)計(jì)監(jiān)造。僅隔一月，沉寂已久的黃浦江面也迎來了新的傳奇，這便是江南機(jī)器制造總局問世的第五艘軍艦，尤為特別的是，它是裝備著20余門火炮的大型巡洋艦。

這艘軍艦下水時(shí)被命名為“鎮(zhèn)安”，后改名為“海安”?！昂０病碧枺ㄒ妶D1）采用全木質(zhì)結(jié)構(gòu)，造價(jià)達(dá)到355 198.162 1兩白銀，幾乎占用了江南制造總局全年預(yù)算，成為江南制造總局有史以來造價(jià)最高的軍艦。艦身長263英尺6英寸，寬44英尺10英寸，艙深29英尺4英寸，吃水19.7英尺，排水量2800噸，配置1800匹馬力雙氣缸蒸汽機(jī)一臺和鍋爐四座，航速約10節(jié)[1]。裝備進(jìn)口克虜伯90磅主炮兩門，42磅克虜伯炮4門?！昂０病碧柕幕鹋诓贾萌匝赜昧藗鹘y(tǒng)風(fēng)帆戰(zhàn)艦時(shí)代的舷側(cè)布置方式，除了可以使用蒸汽動力驅(qū)動外，還可以使用風(fēng)帆動力，并將螺旋槳設(shè)計(jì)成升降式，以減輕水底阻力。“海安”號數(shù)量最多的24門42磅炮全部安放于第二層火炮甲板的兩側(cè)，兩門主炮則安放于上層露天甲板，分別位于艦首和艦尾。因此，“海安”號也當(dāng)之無愧地成為當(dāng)時(shí)中國體型最大的巨艦，被評為“外國二等，國內(nèi)巨掣”。

“海安”號成功下水后，江南制造總局于1873年12月23日又成功下水姐妹艦“馭遠(yuǎn)”號，其尺寸、武器裝備和“海安”號完全相同，造價(jià)略低。當(dāng)時(shí)的中國接連造出三艘二等巡航艦——“海安”號、“馭遠(yuǎn)”號、“揚(yáng)武”號，這三艘艦使中國水師初步具有近代化海軍的風(fēng)貌。

2 “海安”號總體設(shè)計(jì)

2.1 “海安”號主尺度

1918年，民國海軍部副官兼編纂科科長池仲祐編寫的《海軍實(shí)記》中有兩段關(guān)于“海安”號主尺度的記載：“‘海晏兵船，上海制造局制，于同治十二年告成。船身長三百尺，寬四十二尺，吃水二十尺零，排水量二千八百噸，馬力一千八百匹?！S遠(yuǎn)兵船，上海制造局制，于光緒元年告成。船身長三百尺（計(jì)英尺），寬四十二尺，吃水二十一尺，排水量二千八百噸，馬力一千八百匹?！盵2-3]上述兩艦的主尺度可換算成公制并與“阿莫列克”號艦對比?！昂０病碧柹黹L71.44米，長寬比達(dá)到7.32。如此修長的船型在風(fēng)帆時(shí)代，即便考慮中間插入蒸汽動力艙段，其總結(jié)構(gòu)仍不合理，顯然《海軍實(shí)記》中描述的“海安”號艦的主尺度并不合理。

1872年5月29日，上?！渡陥?bào)》在報(bào)道中描述“海安”號身長263英尺6英寸，寬44英尺10英寸，型深29英尺4英寸，吃水19.7英尺。據(jù)此可得出，池仲祐在《海軍實(shí)記》中記錄的船身長是包括首斜桅的總長度。該尺度和法國戰(zhàn)艦“阿莫列克”號幾乎相同，這也從另外一個(gè)角度證實(shí)了“海安”號的外形設(shè)計(jì)參考了法國海軍軍艦。

即便是《申報(bào)》上刊登的尺度，較普通船而言，船體仍更為修長?！鞍⒛锌恕碧柺且环N在風(fēng)帆戰(zhàn)艦的基礎(chǔ)上插入蒸汽動力的分段后改裝的船型，船身較傳統(tǒng)風(fēng)帆戰(zhàn)艦略長;法國風(fēng)帆戰(zhàn)艦和英國相比，也更長一些，速度也更快?！逗＼妼?shí)記》中記錄的福州船政局建造船的尺度是市制;江南制造局的前身是美商旗記鐵廠，極有可能采用英制。由此可見，“海安”號主尺度設(shè)計(jì)與《申報(bào)》中的記述以及“阿莫列克”號的尺度數(shù)據(jù)基本一致。

對于木質(zhì)風(fēng)帆的設(shè)計(jì)來說，主尺度從表面上看與現(xiàn)代船艦設(shè)計(jì)并無太大差異，但是細(xì)節(jié)上有很大不同。由于其龍骨和船首尾柱皆由大塊方木制成，類似于“海安”號尺度的風(fēng)帆戰(zhàn)艦龍骨長度就能達(dá)到21英寸，粗大方截面舵桿也會造成艉垂線定義的模糊，盡管型寬一樣，但外板厚度的差異會導(dǎo)致最大寬度存在較大的不同。

2.2 “海安”號總體布置

“海安”號是一艘具有西洋式典型布置的全帆裝蒸汽動力軍艦，從僅有的照片中可見，“海安”號設(shè)有連續(xù)上甲板，下有一層連續(xù)火炮甲板。1872年7月4日出版的《申報(bào)》對“海安”號船體內(nèi)部各層甲板的布置也作出了詳細(xì)描述。艦上設(shè)置四層甲板，底艙甲板、住艙甲板、火炮甲板和上甲板。底艙甲板上設(shè)帆纜房兩間、油漆房一間、大木匠房及水兵頭目房各一間，另有火藥房一間，帶有鋼圍壁的炮彈兩間以及淡水艙兩個(gè)[4]。底艙甲板下的前艙，容積為59.2噸，兩間鋼圍壁炮彈房的容積為27噸，火藥房容積為11.8噸，油漆房容積為14.2噸，木匠房和水兵頭目房共計(jì)容積為31噸。下艙面在木匠房和工作間之間，容積為75噸，帆纜房兩間共計(jì)容積為30噸。前艙內(nèi)的油漆房、帆纜房及下艙面共計(jì)可容納貨物175.4噸，而大木匠房、水兵頭目房、火藥、炮彈各房在外底艙面。后段為工作間及機(jī)器房，容積為51噸。

此外，有大貨艙四間，容積共計(jì)105.4噸，貨房下為下后艙，容積為64.6噸，后火藥房容積為48.9噸，后炮彈房、鋼殼房及駁船用鋼料房容積共計(jì)39噸。大貨艙和機(jī)艙之間為淡水艙，四個(gè)貨艙及后艙共計(jì)可容納169噸貨物。整個(gè)底艙甲板面含前、后兩艙，容積為344.4噸。水艙可裝載淡水40噸，另設(shè)置一個(gè)冷凝水筒。蒸汽機(jī)、鍋爐及燃煤等布置空間共占船長約65英尺。從上述《申報(bào)》的報(bào)道中可得出，“海安”號底艙和下甲板的設(shè)計(jì)與英法海軍中尺度相近的蒸汽風(fēng)帆戰(zhàn)艦設(shè)計(jì)基本一致。

但與當(dāng)時(shí)英法海軍不同的是，“海安”號的上甲板艉部并未設(shè)置與早期法國護(hù)航艦相同的艉樓甲板。若設(shè)置了艉樓甲板，有利之處在于船下部可以布置軍官居住的艙室，同時(shí)火炮甲板能夠一直延伸到船的艉部，但不利之處在于艉樓甲板的艉部無法布置炮門，艉部方向的火炮射擊也會受到影響。關(guān)于船體內(nèi)鍋爐艙和蒸汽機(jī)艙的布置，尤其是英法海軍中與“阿莫列克”號尺度相近的蒸汽風(fēng)帆戰(zhàn)艦，它們通常會在前桅和主桅之間插入一個(gè)分段，布置四臺鍋爐，并把蒸汽機(jī)布置在主桅的后方。除此之外，戰(zhàn)列艦船體內(nèi)部空間大，因此也有將鍋爐和蒸汽主機(jī)放在主桅和后桅之間船體內(nèi)部的情況。1848年10月，英國海軍部改裝了1845年在德文波特訂造的“桑斯·帕雷爾”。在尾部船體加長了18英尺，安裝了一臺從“尤羅塔斯”號鐵殼船上替換下來的蒸汽機(jī)[5]。

根據(jù)上述英法海軍風(fēng)帆螺旋槳戰(zhàn)艦的特點(diǎn)分析，“海安”號火炮甲板兩側(cè)船體外板上每舷側(cè)有18個(gè)開口。舷側(cè)炮門帶船殼涂裝的顏色是白色，“海安”號的涂裝是清朝水師常用的維多利亞式。前桅和主桅之間設(shè)置有一座煙囪和通風(fēng)筒，按照當(dāng)時(shí)比較流行的設(shè)計(jì)，煙囪應(yīng)該是伸縮式的?；鹋诩装逑路皆谥魑η懊娌贾糜绣仩t，鍋爐房的外側(cè)布置有燃煤艙?；鹋诩装搴蜕霞装宀贾糜邢鄳?yīng)的裝煤艙口，煤渣提升通道通常是借用通風(fēng)筒，舷側(cè)有一個(gè)炮門開口用作倒灰口。蒸汽主機(jī)應(yīng)該布置在主桅后面的火炮甲板下面，并有機(jī)艙棚延伸到上甲板上，以便布置通風(fēng)筒通風(fēng)。

從鍋爐艙和主機(jī)艙前后分立布置形式來看，“海安”號的火炮甲板和上甲板應(yīng)設(shè)有兩個(gè)天棚。當(dāng)時(shí)的制鐵技術(shù)已經(jīng)成熟，并且江南制造總局具備較強(qiáng)的制鐵能力，天棚的圍壁應(yīng)采用熟鐵板制成。

從“海安”號僅存的照片中可清晰地看到，船上設(shè)有三根桅桿，每根桅桿上配置有三根橫帆桁，艏部斜桅也由多根桅組合構(gòu)成。從總體設(shè)計(jì)上看，“海安”號的桅桿和風(fēng)帆布置是一艘典型的三桅式全帆裝風(fēng)帆船，和“赫敏”號的帆裝布置接近，也與多數(shù)三桅式全帆裝風(fēng)帆船的共性特征類似。盡管在細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上存在差異，但從外形來看，“海安”號仍是一艘具有典型歐式特征的全帆裝蒸汽動力帆船，只是上甲板的布置更接近于英美式而不是法式。這也與英國皇家海軍的艦隊(duì)中有不少俘獲而來的法國海軍船只，英式和法式之間的界限有時(shí)并不明顯這一情況有所關(guān)聯(lián)。江南制造局的前身旗記鐵廠曾負(fù)責(zé)修理美式的風(fēng)帆商船，江南制造總局建造的第二艘艦“操江”號暗輪，以及江南制造總局內(nèi)以徐壽為首的科學(xué)技術(shù)人員和原鐵廠留用的外籍工匠，更加能證實(shí)“海安”號是在日意格拿來的“阿莫列克”號艦的圖紙上進(jìn)行了修改。

19世紀(jì)中期的帆裝軍艦通常采用橫跨兩舷并高于舷墻高度的平臺，稱為“飛橋”，飛橋上設(shè)有欄桿和扶梯，方便管理指揮人員在海上航行時(shí)用來瞭望和指揮。因“海安”號為日意格從法國引進(jìn)的設(shè)計(jì)，可以推斷“海安”號也采用了雙飛橋布置，船政局“揚(yáng)武”號則采用了相同的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)。

從“海安”號現(xiàn)存照片和江南制造總局造船檔案館保存的史料記載來看，掛在“海安”號名下的小艇多達(dá)8艘，采用的是鐵質(zhì)艇架吊放，同時(shí)代的“揚(yáng)武”號也是如此。鐵質(zhì)艇架在19世紀(jì)下半葉的西方船舶中比較普遍，這不僅和“海安”號建造時(shí)代的工業(yè)水平相符，也與江南制造總局從旗記鐵廠轉(zhuǎn)型提升而來的鋼鐵加工能力相稱。

3 “海安”號船體設(shè)計(jì)

3.1 船體線型設(shè)計(jì)

19世紀(jì)中葉，木造風(fēng)帆船以梨形剖面的蓋倫船居多。以“東印度公司船”為代表的蓋倫型風(fēng)帆商船的設(shè)計(jì)初衷是追求更大載重量，從而提高運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益，所以將船體線型設(shè)計(jì)為艏艉圓鈍、剖面呈梨形。

到19世紀(jì)30年代后，美國和歐洲船舶設(shè)計(jì)師的實(shí)驗(yàn)與實(shí)船試驗(yàn)得出的經(jīng)驗(yàn)都否定了艏艉圓鈍的蓋倫船型，飛剪式船型剖面開始被更多地應(yīng)用。19世紀(jì)中期后，蒸汽機(jī)開始作為風(fēng)帆戰(zhàn)艦的輔助動力，再加上曲木資源的逐漸枯竭，世界風(fēng)帆戰(zhàn)艦的船體設(shè)計(jì)也朝著這個(gè)方向發(fā)展。1872年建造的“海安”號，母型參考了法國蒸汽動力風(fēng)帆戰(zhàn)艦“阿莫列克”號，可以確定整體船體線型設(shè)計(jì)同樣采用飛剪式船型剖面。

3.2 船體結(jié)構(gòu)

18世紀(jì)前，木質(zhì)戰(zhàn)艦的結(jié)構(gòu)都是采用曲形方木加工制成的肋骨，在肋骨的外側(cè)包覆一層木板作為船殼板。當(dāng)船在風(fēng)浪中航行時(shí)，這些船殼板會相互錯(cuò)動，板條間的錯(cuò)動會導(dǎo)致捻縫迸裂，從而引起海水進(jìn)入，導(dǎo)致木板腐蝕加劇，使船體結(jié)構(gòu)變得脆弱易損。直到18世紀(jì)末，西方船廠紛紛嘗試在船側(cè)增加一些對角線加強(qiáng)材料來提高船體耐受力。

對蒸汽動力的木造風(fēng)帆戰(zhàn)艦而言，船體的縱向強(qiáng)度顯得更加重要，因?yàn)榇w必須承受鍋爐、蒸汽機(jī)和煤艙等集中載荷，這些集中在船體舯部的載荷會加劇船體梁的中垂現(xiàn)象。雖然“海安”號是1872年下水的，但母型是1850年法國建造的“阿莫列克”號護(hù)航艦。從法式木造風(fēng)帆軍艦設(shè)計(jì)特點(diǎn)來看，法式艦船船體修長，船體縱向結(jié)構(gòu)較弱的矛盾更加突出?！昂０病碧柎w結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了類似瑟賓斯造船法，而且從江南制造總局的鐵加工能力來看，也可以斷定船體結(jié)構(gòu)采用了鐵制的斜向加強(qiáng)件和轉(zhuǎn)角連接件。

從船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來看，“海安”號在艏艉上甲板布置兩門重炮有利于整個(gè)船體梁的載荷均衡，帶有螺旋槳的艉柱設(shè)計(jì)也是“海安”號的一大特色。

4 結(jié)語

僅憑照片和蒸汽風(fēng)帆戰(zhàn)艦的歷史資料就還原出完整的“海安”號總體設(shè)計(jì)無疑是很難實(shí)現(xiàn)的，這也是“海安”號被稱為“中國造船史上一艘尚未被真實(shí)展現(xiàn)過的船型”的真正原因。要探尋“海安”號的總體設(shè)計(jì)，“搜尋”和“定位”十分重要，不僅是被它的神秘感所吸引，更重要的是那個(gè)時(shí)期中國船舶設(shè)計(jì)及蒸汽風(fēng)帆戰(zhàn)艦凸顯著獨(dú)特魅力。探索“海安”號本身也是對江南機(jī)器制造總局建造西洋式帆船過程的探索，其現(xiàn)實(shí)意義不言而喻。

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作者簡介：錢姍姍（1997—），女，安徽銅陵人，碩士在讀，研究方向：藝術(shù)設(shè)計(jì)。

曹汝平（1976—），男，湖北荊門人，博士，副教授，研究方向：中國設(shè)計(jì)歷史與理論、設(shè)計(jì)與技術(shù)哲學(xué)、數(shù)字媒體應(yīng)用理論、藝術(shù)評論。