高速艇的诞生——蒸汽的凯歌

q1338 2019-02-05

展开全文

速度永远是人类征服时间最好的方式，自从轮船问世以来，人们一直在努力提高船舶的航速。19世纪70年代，体型巨大的蒸汽机推动大西洋定期班轮，航速已经超过了15节。虽然这些巨轮是长跑冠军，但是在绝对速度方面，还是要让位于那些蒸汽小艇。1874年，最快的快艇已经能达到24.6英里/小时。

（注：本文主要以英制为单位，1英里=1.609千米、1海里=1.852千米、1磅=0.454千克、1英尺=12英寸=30.48厘米、1英寸=2.54厘米）

战争是技术的催化剂，1869年，奥匈帝国工作的一位英国工程师怀特黑德（WhiteHead）成功的进行了鱼雷试验。鱼雷一经面世，即显示出极大的威力，特别是对战舰的水下部分具有惊人的破坏力。1877年，英国制造出了专门发射鱼雷的鱼雷艇“闪电”号（HMS Lightning)，这艘33吨的小艇长87英尺6英寸，宽10英尺9英寸，吃水5英尺2英寸。她装有2台复胀式蒸汽机，总功率460马力，载有2条14英寸白头鱼雷，在风平浪静的海面上具有19节的航速。

高速艇的诞生——蒸汽的凯歌

“闪电”号鱼雷艇模型

1885年，美国著名工程师 Herreshoff建造了短剑号快艇（Stiletto）。这艘艇艇长94英尺，宽11英尺6英寸。她装有一台复胀式发动机，水管锅炉，输出功率359马力，平均航速20英里/小时，最高速度26.5英里/小时，成为世界上最快的船。2年后，美国海军购买下这艘小艇，将其改装为一艘鱼雷艇，这也是美国海军第一艘鱼雷艇。

高速艇的诞生——蒸汽的凯歌

“短剑”号鱼雷艇

1878年1月26日，俄国鱼雷艇首次成功使用“白头”鱼雷，在70米距离上击沉了排水量2000吨的土耳其炮舰“英蒂巴”号，充分证明了鱼雷的威力。一时间各强国对鱼雷艇都产生了浓厚的兴趣，纷纷建造或订购。人们普遍认为这种小艇物美价廉，更有甚者认为鱼雷艇拥有了与战列舰对抗的实力。法国人为挑战英国战列舰长期领先的地位，大批建造了鱼雷艇，并将其部署在英吉利海峡。西班牙海军也向英国订购了鱼雷艇Ariete号，这艘147.5英尺长，排水量97吨的艇装有功率为1600马力的蒸汽机，航速达30英里/小时，成为世界上最快的舰船。

高速艇的诞生——蒸汽的凯歌

西班牙海军Ariete号鱼雷艇

面对着这种威胁，英国决定建造一种比鱼雷艇吨位稍大、速度较快、力量较强的新型舰艇，专门用来驱逐鱼雷艇。1893年10月，第一艘鱼雷艇驱逐炮舰“哈沃克”号（HMS Havock）建成。“哈沃克”号长180英尺、宽18.5英尺，吃水11英尺，排水量240吨，以蒸汽机为动力，2轴，航速达27节。艇上装备1门12磅炮和3门6磅炮，3具鱼雷发射管。这些武器不仅可用来驱逐鱼雷艇，同时也具备了攻击大舰的能力。这种鱼雷艇炮舰就是后来驱逐舰的前身。高速艇的诞生——蒸汽的凯歌

世界上第一艘驱逐舰“哈沃克”号

“哈沃克”号建成后，皇家海军对其性能十分满意，加快了驱逐舰的建造速度。“热心”级（Ardent）是“哈沃克”号的后续级别，该级驱逐舰排水量269吨，长度200英尺，采用3段膨胀式蒸汽机，双轴，她们具有27以上的节较快的航速，武备为1门12磅炮和5门6磅炮以及2具18英寸（457毫米）鱼雷发射管。该级的“拳师”号（HMS Boxer）在1895年达到了33.75英里/小时时速，也就是29.32节，成为当时的世界之最。高速艇的诞生——蒸汽的凯歌

“拳师”号驱逐舰

往复式蒸汽机在19世纪90年代前一直是舰船动力唯一的选择，但蒸汽机的弱点也十分明显，那就是体积庞大，单位功率低。蒸汽机将气缸的往复运动通过连杆和曲轴转换成圆周运动时，产生的震动和噪声很大，严重制约了它向更高功率的提升。

英国人查尔斯.帕森斯（Charles Parsons，1854-1931）独辟蹊径，1887年他建成了世界上第一台实用的蒸汽轮机。虽然当时功率只有5千瓦，但经过不断改进，19世纪90年代初期用于发电的蒸汽轮机的功率已经提升到300千瓦。帕森斯预见到蒸汽轮机在船舶动力领域的巨大前景后，于1893年创立了帕森斯船用汽轮机公司（Parsons Marine Steam Turbine Company）。

为了证明蒸汽轮机的优越性，帕森斯设计了著名的游艇“透平尼亚”号（Turbinia），并由布朗和霍德（Brown and Hood）船厂建造。最初的“透平尼亚”号由采用单轴单螺旋桨推进，虽然汽轮机输出功率完全达到设计要求，但是实际效果却令人非常失望，航速只能达到24节左右。为此帕森斯建造了世界上最早的隧道水池，通过实验发现，产生问题的原因是空泡现象。由于汽轮机的转速达2000转/分，远比普通的蒸汽机转速高，螺旋桨高速转动时产生大量空泡，使推进效率大幅下降。因此帕森斯决定改用三根推进轴，其中高、中、低压汽轮机各驱动一个根，总功率为2000马力。每根轴上则分布着3个小直径螺旋桨，这样“透平尼亚”号有多达9个螺旋桨，功率平均分布后，空泡现象消失，性能大为改善。在测试中，她达到了前所未有的34节航速，超过了当时所有的船。

高速艇的诞生——蒸汽的凯歌

“透平尼亚”号动力系统布局图

高速艇的诞生——蒸汽的凯歌

“透平尼亚号”在高速航行中

为了扩大蒸汽轮机的影响，帕森斯做出了一个大胆的决定。1897年6月26日的斯比特黑德，为纪念维多利亚女王60周年钻石婚庆，举行了盛大的观舰式。 “透平尼亚”号不请自到，她冲入排列整齐的舰阵之中，在威尔士亲王、海军大臣和各国达官显贵面前快速驶过，如若无人之境，在场的人等无不为之惊叹。皇家海军的驱逐舰试图将其拦截，无奈速度和灵活性远逊于她，只好眼巴巴的看着她驶离。

在观舰式上的出色表现，使帕森斯赢得了海军部的订单，那就是为海军最新的驱逐舰-“蝰蛇”号（Viper）号和“眼镜蛇”（Cobra）号提供发动机。这两艘军舰均采用采用4轴推进，蒸汽压力为200PSI（1.4兆帕），安装两台帕森斯式反动式蒸汽轮机，两台轮机的高压和低压透平直接驱动4个螺旋桨，武器装备则与早期的驱逐舰基本相同。不过既然海军同意作为小白鼠，帕森斯也不得不付出一些代价。在合同中，海军制定了惩罚性条款，如果这两艘军舰的航速达不到30节，那帕森斯就将被罚款10万英镑。不过结果毫无悬念，她们的航速都达到了37节（42英里/小时），“蝰蛇”号还要更快一些，42.73英里/小时的航速使她成为世纪之交世界上最快的船。

高速艇的诞生——蒸汽的凯歌

皇家海军“蝰蛇”号驱逐舰

1902年，美国人查尔斯.弗林特（Charles Flint）投资建造了蒸汽游艇“箭”号，她的锅炉加热面积为5540平方英寸，蒸汽压力高达350PSI；动力采用2台四段膨胀式蒸汽机，4个蒸汽气缸直径为11x17x24x32英寸，冲程15英寸，转速540转/分，输出总功率4000马力。“箭”号拥有在当时无与伦比的重量功率比。1903年纽约的哈德逊河上，工业革命百年集聚的力量终于爆发出来，她达了史无前例的45.06英里/小时（39节）。这也成为有史以来蒸汽动力轮船的最高速度记录，这一成绩整整比百年前罗伯特.富尔顿（Rebort Fulton）的“克莱门特”号（SS Clement）快了8倍。

高速艇的诞生——蒸汽的凯歌