前言

? ? ????艦炮穿甲彈在擊中水面以后并不會立即停止，而是會在水中繼續(xù)前進(jìn)一段距離，所以艦船的裝甲防護(hù)都有必要設(shè)置一定的水下延伸來阻擋炮彈。以前對于水中彈防護(hù)，主要還是一些定性上的分析，也沒有怎么考慮引信延時之類的問題，大多數(shù)人對于水中彈防護(hù)效果的認(rèn)識可能還是比較模糊的感性認(rèn)知，所以我仿照間戰(zhàn)英國海軍的研究思路繪制了幾張示意圖來更直觀地比較水中彈防護(hù)。

????????水中彈問題其實相當(dāng)復(fù)雜，目前存在幾個問題：1.具體的水下彈道無法確定；2.引信是否觸發(fā)無法確定；3.炮彈剩余穿深無法確定。

????????根據(jù)現(xiàn)有的彈箭跨介質(zhì)領(lǐng)域研究，射彈入水后頭部會促使流體在彈體周圍產(chǎn)生空化腔并在彈頭作用一個升力促使射彈偏轉(zhuǎn)，空化腔的特征和升力的大小方向與彈體頭部特征有關(guān)。目前普遍認(rèn)為常規(guī)的艦炮射彈構(gòu)型在入水后彈道的曲率半徑較小，且很快就會因為彈體偏轉(zhuǎn)造成尾部拍擊空泡壁而失穩(wěn)翻滾，而特化的平頭彈入水后彈道曲率半徑極大可以近乎直線前進(jìn)。不過，艦炮穿甲彈的水下彈道并沒有這么容易確定，有不少非平頭彈在水下前進(jìn)較長距離的案例，入水時常規(guī)炮彈的風(fēng)帽是否會穩(wěn)定脫落也并不確定，風(fēng)帽變形或脫落后被帽的構(gòu)型是否有利于穩(wěn)定水下彈道也是值得進(jìn)一步探究的。間戰(zhàn)時英國的研究思路是假定炮彈按直線前進(jìn)以簡化問題。

????????若炮彈在入水時觸發(fā)引信，那么它在前進(jìn)一段較短的距離后就會起爆，如果不能在起爆前進(jìn)入艦體內(nèi)部艙室則意味著炮彈無法造成有效毀傷。炮彈入水時是否會觸發(fā)引信目前是不太明確的，可能和入水時的速度以及引信的靈敏度有關(guān)。從英國和日本的研究來看兩國應(yīng)該都認(rèn)為炮彈在接觸水面時就會觸發(fā)引信，所以日本特意把大口徑九一式穿甲彈的引信延時增長到了0.1秒，但從一些實際案例看，也有出現(xiàn)炮彈入水不觸發(fā)引信的情況。另外，延時引信本身也并不嚴(yán)格按照設(shè)計時間工作，據(jù)Warship International文章描述，延時引信的生產(chǎn)誤差甚至可以出現(xiàn)延時增長一倍的情況。

????????炮彈在水下前進(jìn)時，速度會有較大衰減，不過不同的炮彈顯然會有不同的衰減速度，不同著角和著速下的速度衰減也有不同，這除了影響引信觸發(fā)前炮彈的行進(jìn)距離以外，還會影響炮彈的穿深。

????????為了簡化分析，這里采用對于彈道采用英國間戰(zhàn)的直線彈道假定，假定炮彈入水后即觸發(fā)引信。分寫假定引信生效之前能夠前進(jìn)的最大距離為14米，換算成標(biāo)準(zhǔn)的0.035秒引信延時（英國炮彈的引信延時只有0.024秒）就是水下平均速度400米/秒。不考慮炮彈具體穿透力問題，假定100毫米左右的裝甲就能阻擋炮彈。間戰(zhàn)時英國的研究思路是確保炮彈在艦船核心艙室之外起爆，分析時將主要按照這一標(biāo)準(zhǔn)來。

無橫傾情況

????????對于艦船防護(hù)，常規(guī)情況下都是假定艦船正浮來分析炮彈著角。

????????下文圖中藍(lán)色線條為15度著角彈道，紫色線條為20度著角彈道，紅色線條為30度著角彈道，圓圈是水下行進(jìn)14米后的炮彈起爆位置，左側(cè)線條對準(zhǔn)裝甲帶底端或者對應(yīng)100毫米厚度位置，視為可穿入艦體造成有效毀傷的落彈區(qū)域近界，右側(cè)線條對準(zhǔn)核心艙室邊界，視為可產(chǎn)生有效毀傷的落彈區(qū)域遠(yuǎn)界。

????????對于水中彈防護(hù)來說，裝甲帶底端距離核心艙室越遠(yuǎn)、水下延伸高度越大，則其投影范圍越大，越能有效防御水中彈，反之則越差。核心艙室距離舷側(cè)越遠(yuǎn)、位置越高，則其投影范圍越小，越有利于防御水中彈，反之則越差。

????????

????????“喬治五世國王”級的滿載吃水在服役期間變化較大，所以給出兩張圖展示，1940年的滿載吃水采用32英尺6英寸數(shù)據(jù)，1945年的滿載吃水采用34英尺10.5英寸數(shù)據(jù)。采用外置大高度垂直裝甲帶的“喬治五世國王”級擁有相當(dāng)優(yōu)良的水中彈防御，按照分析的假定和繪圖，1940年狀態(tài)只有在彈著角接近30度的情況下炮彈才能真正穿入艦體核心艙室起爆，1945年狀態(tài)下由于吃水大幅增加所以30度時也只是剛好在防雷艙壁位置起爆。若不考慮引信觸發(fā)，其裝甲帶也能夠阻擋50%以上的水中近失彈。

????????“南達(dá)科他”級的吃水使用“馬薩諸塞”號的35英尺6英寸數(shù)據(jù)，“艾奧瓦”級使用36英尺2

25英寸數(shù)據(jù)，“蒙大拿”級使用36英尺3.75英寸數(shù)據(jù)。繪圖時只按照“蒙大拿”級的動力艙部分裝甲厚度繪制，其彈藥庫的水下裝甲帶厚度更大，實際防護(hù)效果要更好。

????????“南達(dá)科他”級雖然有較大的裝甲帶中等厚度水下延伸部分，但是因為使用了大角度傾斜設(shè)計，裝甲帶實際位置貼近核心艙室，投影范圍上較窄，只能覆蓋40%的水中近失彈投影寬度，在彈著角接近20度時就已經(jīng)無法確保炮彈于核心艙室之外起爆?！鞍瑠W瓦”級相比“南達(dá)科他”級顯著向下拉長了裝甲帶的大厚度和中厚度區(qū)域，裝甲帶有效的投影范圍覆蓋了接近50%的水中近失彈投影寬度，由于核心艙室寬度窄，雖然投影范圍不及“喬治五世國王”級，但也能確保彈著角20度左右的炮彈無法進(jìn)入核心艙室起爆?！懊纱竽谩奔壍乃袕椃雷o(hù)相比“艾奧瓦”級只有小幅提升，投影范圍略大于50%，但只能保證著角低于20度時炮彈不會進(jìn)入核心艙室起爆。

????????“大和”型設(shè)計時就高度強(qiáng)調(diào)使用裝甲直接防御水中彈，所以它的水中彈防護(hù)是最優(yōu)的，100毫米以上的部分覆蓋了70%左右的投影寬度，30度著角下炮彈也只能勉強(qiáng)威脅內(nèi)部艙室。

????????“黎塞留”級服役期間的吃水也有顯著增加，這里也使用兩張圖片展示?！袄枞簟碧?940年狀態(tài)使用9.90米舯部吃水，“讓·巴爾”號1955年狀態(tài)使用10.436米舯部吃水?！袄枞簟奔壯b甲帶浸沒高度和裝甲帶傾角適中，但核心艙室寬度極小，所以只有接近30度著角的炮彈能威脅核心艙室，裝甲帶對水中近失彈的投影寬度比例約為40~70%。美國“北卡羅來納”級布置上和“黎塞留”級較為類似，不過由于沒有較為清晰準(zhǔn)確的設(shè)計圖所以這里不再繪制。

????????“俾斯麥”級的吃水?dāng)?shù)據(jù)其實是有比較多爭議的，其滿載吃水實際只有9.90米，但可以超載到約10.17米，“提爾皮茨”號可以超載到約10.50米，這里只按照9.90米繪制。“俾斯麥”級的裝甲帶水下延伸是嚴(yán)重不足的，而且它的核心艙室寬度也較大，所以即便是15度落角的炮彈也可以對其核心艙室造成毀傷，裝甲帶對水中近失彈的投影比例只有30~40%。另外，由于裝甲帶浸沒高度低，炮彈在擊中裝甲帶底端減薄區(qū)域的時候還會有很高的存速，也有較大概率穿透裝甲，實際防護(hù)效果還要更差?？紤]前面這一點，也就不難理解為何德國海軍會在H級戰(zhàn)列艦上把裝甲帶倒置，讓全厚度段浸沒在水下而把減薄部分設(shè)置在頂部了。

????????“利托里奧”級雖然裝甲帶浸沒高度較低，但是它的核心艙室寬度極窄且被三層船底抬高，因此也具備類似“黎塞留”級的防護(hù)效果。

5度橫傾情況

????????艦船在實際航行時并不是正浮狀態(tài)，其吃水線會隨船體興波和海浪影響而上下浮動，船體也會產(chǎn)生橫搖，這些都會影響實際的水中彈防護(hù)效果。其中，橫傾狀態(tài)下炮彈相對于艦船的角度降低，艦船舷側(cè)區(qū)域投影面積增加，是最為不利的情況，下面是橫傾5度情況下各艦船的水中彈投影示意圖。

????????5度橫傾下，“喬治五世國王”級依然表現(xiàn)出了較好的水中彈防護(hù)，裝甲帶仍有40~50%的投影比例，但防護(hù)效果已經(jīng)大幅下降，1940年的滿載吃水下即便是15度落彈也已經(jīng)威脅核心艙室，不過考慮到它是按照英國0.024秒短引信延時設(shè)計的，按照0.024秒的引信延時它還是能抵擋住30度落角炮彈的。

????????在5度橫傾角下，“南達(dá)科他”級的裝甲帶已經(jīng)無法有效防御水中彈，即便是15度落角的炮彈也能穿入核心艙室起爆，裝甲帶投影比例降至20~30%?！鞍瑠W瓦”和“蒙大拿”級則仍能抵御15度落角的炮彈，裝甲帶投影比例仍分別有約30~40%和40~45%但對于落角更大的炮彈還是無法有效防御，“艾奧瓦”級接近于1940年的“喬治五世國王”級，考慮到彈藥庫部分的厚度增強(qiáng)，“蒙大拿”級在此狀態(tài)的防護(hù)效果則和1945年的“喬治五世國王”級差不太多。

????????橫傾狀態(tài)下，“大和”級還是能較為有效地防護(hù)20度以下落角的炮彈，不過20度以上落角的炮彈已經(jīng)能威脅核心艙室。

????????橫傾狀態(tài)下，“黎塞留”號原本吃水狀態(tài)已經(jīng)無法保證15度落角的炮彈進(jìn)入核心艙室起爆，后期吃水增加后還是無法阻止20度落角的炮彈。在吃水增加以前，其橫傾狀態(tài)的防護(hù)水平相當(dāng)于“南達(dá)科他”級，并未比德、意戰(zhàn)列艦好多少，吃水增加后則接近1945年的“喬治五世國王”和“蒙大拿”級。

????????“俾斯麥”級在橫傾狀態(tài)下幾乎沒有水中彈防護(hù)，它的裝甲帶幾乎要脫離水面，這部分漸薄部分大部分暴露在水線以上，很容易被炮彈擊穿，再次證明了H級倒置裝甲帶的重要性。

????????橫傾狀態(tài)下，“利托里奧”級裝甲帶水下部分高度不足的問題就暴露無遺了，即便是15度落角的炮彈也能輕松進(jìn)入核心艙室起爆。

總結(jié)

????????綜合投影繪圖分析，在文中假定條件下，水中彈防御效果最好的是設(shè)置了超大深度和厚度水下裝甲帶的“大和”型；使用外置大高度裝甲帶的“喬治五世國王”級和擁有較深水下裝甲帶、魚雷防護(hù)結(jié)構(gòu)的“蒙大拿”級綜合防護(hù)效果相近，僅次于“大和”型；其后是“艾奧瓦”級和“黎塞留”級，前者具有一定深度的裝甲帶延伸，后者則是有適中的裝甲帶延伸、極深的魚雷防護(hù)結(jié)構(gòu)以及改造引起的吃水增加；“南達(dá)科他”級由于裝甲帶中厚度區(qū)域深度略有不足，防護(hù)效果上略次一等；“利托里奧”級和“俾斯麥”級因為裝甲帶深度嚴(yán)重不足，防護(hù)效果最差。

????????需要注意的是：

????????文中的分析使用的炮彈水下行進(jìn)距離并不嚴(yán)格對應(yīng)真實情況，也并未詳細(xì)考慮裝甲厚度和炮彈剩余穿透力的關(guān)系，要真正詳細(xì)分析實際作戰(zhàn)中的防護(hù)還需要考慮各種艦炮的不同彈道特性和引信特性，例如在面對英國短引信延時炮彈時，各艦的防護(hù)效果都會有很大改善。

????????文中的投影比例相當(dāng)于不考慮引信起爆情況下的防護(hù)區(qū)域比例，若考慮引信觸發(fā)，實際受威脅區(qū)域的投影范圍可能會大幅縮短甚至縮小到0，需要具體在繪圖中比較。

????????橫傾對水中彈防護(hù)造成的影響主要是裝甲帶被抬高和艦體投影面積增大，其中裝甲帶的抬高和艦體的寬度有關(guān)，艦體越寬處裝甲帶被抬升的高度越大，即舯部的防護(hù)弱化要大于艏艉側(cè)，文中只繪制了舯部的防護(hù)。

????????文中的彈道直線是90度夾角情況下的，在非正側(cè)入射時，可以將彈道轉(zhuǎn)化至90度橫剖面投影角度來進(jìn)行比較，不過相應(yīng)的炮彈行進(jìn)距離也要按比例投影縮小。