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为什么在海战中打中司令塔的可能性微乎其微,二战中的战舰仍然要给舰桥最好的保护呢? 第1页

  

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因为体积=面积x厚度。

如果说司令塔的投影面积小到打中它的概率微乎其微,那么在司令塔外加一层铁壳增加的重量也微乎其微。

在水线以上的任何部分,它被打中的概率和它的投影面积成正比,给它做防护所需的重量也和它的投影面积成正比。

所以一个水线以上的部位被打中的概率正比于给它做防护所需的代价。

因此,它被打中的概率,不是设计师在分配装甲时的考虑因素。如果我们只能给全舰3/4的投影面积安装装甲,那么无论司令塔有没有甲,就一定有1/4的面积是无甲的。设计师要分配的,是要让哪1/4的面积无甲。那么很自然地,设计师会把战舰上的部位按重要性(被击中后的后果)来从高到低排序,然后让最不重要的1/4无甲。很显然的是,司令塔绝不属于后1/4。


当然,上述讨论只讨论了有甲/无甲两种情况。但在实际操作中,还有不同厚度的装甲。那么我们就要用到更复杂一点的数学工具了。

设对于厚度为x的装甲,其被击穿的概率为p。

这里的“击穿概率”指的是这艘战舰一生中所经历的所有炮火——比如一共挨了500发127,300发203,150发远距离的381,50发近距离的381,那么能够完美防护203的装甲其击穿概率为20%,能够防御远距离381的装甲击穿概率为5%。具体的函数我们要拿到历史上的统计数据才能知道,为了方便起见,这里设 ,其中x取值0-314

设本船一共有司令塔、炮塔、船体三个部件,它们的面积分别为 、 、 ,被击穿后造成的后果分别为 、 、

本舰装甲总重量(总体积)为 。

本舰遭受一次打击后受到的损伤为

那么求D关于x的偏导,即,x每增加1,D的变化量:

把厚度换成体积,即,某个部位的装甲体积v每增加1,D的变化量:

为方便理解,我们给船体(v3)这个函数画个图:

上面这个图/函数的意思是,当目前该部位的装甲总体积为横轴(v)时,每增加1点体积,总的预期伤害(D)会改变纵轴的数值。

例如当船体装甲总体积为0时,每给船体增加1个单位的甲,D就会降低0.00475。但是当船体的装甲体积到了100,你再增加1个单位,D只会降低0.0042左右。

所以一个聪明的设计师,应当使得v1、v2、v3取这样的值,使得它们所处的位置的纵轴数值相等。(例如,如果你让v1位于0.003的点,v2位于0.004的点,那么让v1减少1,v2增加1,此时装甲总体积不变,但是D减少了0.001)

算两个特殊值:

当D的偏导为-0.004时,v1=6.219, v2=9.304 v3=122.2,总重量大约140,此时D约为0.38。换算成厚度,就是311.0,310.1,128.6。

当D的偏导为-0.007时,v1=6.171, v2=9.215, v3=0,总重量大约16,此时D约为0.95。换算成厚度,就是308.5,307.2,0。

总结,司令塔还是要叠全船最厚的甲。


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更多的还是惯性使然。

在风帆战列舰时代,火炮多半还是炮口装填,动能很低。同时每条船上都装有大量火炮,并且作战距离极近。这种情况下,装甲司令塔是很有意义的。毕竟刚刚开战你们就损失了指挥官,这仗没法打。

在前无畏时代,炮弹动能已经大大增加,这个时候主炮的直击已经可以做到间接杀伤装甲司令塔内部人员了。即使不能像撞钟那样把司令塔内部的人员直接震死,也几乎可以确定由崩落的碎片到处乱飞直接变成修罗场。毕竟司令塔里面那么小的空间不可能给你再加防崩落层的。但是前无畏时期因为大口径主炮数量少,且射速慢。除了少数一发入魂的情况,大部分的伤害还是中小口径速射炮造成的,于是司令塔依然可以发挥其作用。

在进入无畏舰时代之后,司令塔其实就已经没有实际的作用了。因为火控技术和冶金技术的发展,主炮交战距离越来越远,凡是主力舰之间的正常交战,基本上没有副炮什么事。于是司令塔瞬间鸡肋起来,防得住的炮弹打不着你,打的着你的炮弹你防不住。但是,不是所有交战都是正常交战啊,看看被拉菲洗脸的比叡。所以司令塔在理论上还是有存在价值的,也只是在理论上。当然,没有哪个军舰设计师敢擅自取消掉司令塔的设计,不然哪天有将军因为没有司令塔而暴毙的话,这个飞来横锅设计师可表示不背。


于是乎,只有单纯所有舰长都不爱用司令塔的皇家海军把装甲司令塔取消了。毕竟即使只有理论上的作用那也是有用,但是你们直接不用的话那就肯定完全没有用了。在没有这种传统的美日意德海军中,司令塔也就一直被传承下来了。


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人脑袋占身体总投影面积的比例也不大啊,耽误一二战的战场上防弹衣没普及的前提下钢盔普及率极高吗?指挥中枢,啥叫指挥中枢?

我记得在一战时赫尔戈兰湾海战中,德国小型巡洋舰科隆号的105毫米口径主炮就在6000码距离上命中了英国雄狮号战列巡洋舰的指挥塔。

如果没有那坚实的254毫米装甲保护着,赤膊上阵的贝蒂将军活不过1914年的夏天。


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日俄战争,尤其是甲午战争的案例在这里不应该和日德兰甚至丹麦海峡的案例放在一起。这是根本性地在混淆装甲司令塔和重炮时代晚期重装甲司令塔的区别。给司令塔“最好的保护”指的是重装甲司令塔,这些设计的目的是抵御最重型火炮的射击,保护其中的指挥人员;它们是19世纪末普通的装甲司令塔出现以后变得越来越厚越来越硕大到1920年后的特化产物。早期装甲司令塔是在近距离上保护指挥人员的设计,然而在题目中所指的时间点上,这些越来越大越来越重型的巨型司令塔本身的厚度已经堪比舰艇装甲最厚重的部分,设计要在中距离甚至远距离上的交火距离抵抗大口径穿甲弹。这两者的威胁是不同的。一旦距离下降到8000码以下到6000码,甚至甲午战争中黄海海战这样的2000码的距离上,司令塔面对的主要威胁是中小口径火炮甚至高爆弹,而不是最重型火炮的穿甲弹。此时为司令塔安装装甲以抵御威胁根本不需要牺牲太多的重量。之前提到的英制“楼式”舰桥甚至有能力将轻装甲的司令塔放置在引航平台附近的高位以提升视野。这本身不是问题。问题是随着防御最重型火炮所需要的装甲越来越厚,交火距离越来越远,司令塔为重量付出的牺牲越来越多以后,还有没有必要保证司令塔可以抵御最重型火炮的火力。

换言之:不是司令塔应不应该得到保护,而是其应不应该得到“最好”的保护——是司令塔是否应该获得等同于轮机舱甚至弹药库的装甲厚度,是否应该获得远距离上抵御本舰计划遭遇的最重型火力的能力。

这是另一个完全不同的问题。重装甲司令塔作为一种设计,有自己的作用也有自己的弊端。必须回到之前提到的,舰艇计划的交火距离和设计本身的重量,承载舰艇的大小和吨位等等才能判别其究竟是否可取。

然后让我们分开来看。

首先,如前所述,当距离真的下降到8000码甚至2000码的距离上的时候,敌炮火命中形成的分布模式和13000-16000码甚至20000码以上距离时完全不同,而上层结构以及司令塔被命中的可能性是非常真实存在的。此时弹药反而会更容易命中舰体的上部而非水线——在这一距离上火炮弹道平直,落角近乎水平,水线以上的命中会直接在舰体上过穿/爆炸;未命中前与水面接触的炮弹,或向上折返反而获得负入射角不会命中水线,或在水线以下造成水中命中。如果观测南达科他和BSM(遭遇了持续性近距离炮击且时候勘测记录比较全面的2舰),很容易意识到上层结构的损伤一点也不小于舰体本身。

这里有2点可以观测到的结论:1,如前所述,命中是可能的,甚至可以说是非常有可能的。BSM和南达科他的上层结构遭到了日英舰队装备的各种火炮的反复命中。显然把整个上层结构全部用装甲保护起来是不可能的。所以在这样的交火中舰桥上的线路链接,外置设备和各种机械/电子设施的操作人员都会遭到重大杀伤。保护司令塔此时最大的意义是保护其中指挥人员的安全——主要是破片,以及中小口径火炮。2,其次,BSM的经验验证了一个显而易见的结论,那就是在这一时期,重装甲司令塔也无法在抵近距离上阻止大口径火炮的穿甲弹直接命中了。德舰的司令塔明显在侧壁遭到了(反复)直接击穿,内部结构被完全摧毁。这种情况下人员/设备幸存是非常困难的,更不用说保持指挥了。这里实际上还有第三点结论,就是近距离交火中,指挥人员的视野至关重要,而至于高位的指挥塔重量必须被限制到最小。两点总结来看:在抵近距离上,装甲司令塔毫无疑问是保护指挥人员的必需品,但是重装甲司令塔,由于其无法有效抵御大口径火炮,并没有比仅能防御中小口径火炮的装甲司令塔更好。

下面的问题是,中远距离上结果如何呢?换言之,当距离提高到了13000-16000码,甚至达到了20000-30000码时,重装甲司令塔的价值如何呢?

这样需要回答几个不同问题:

1,首先,重装甲司令塔的防御效果究竟如何,或者说比起轻装甲甚至无装甲平台的效果优秀多少。

2,其次,重装甲司令塔的代价是什么,其对舰艇重心和上层结构的强度究竟造成了多大的压力。

3,最后,重装甲司令塔作为指挥平台的优势是什么,弊端是什么。

这三点讨论之后我们可以讨论什么样的舰艇可以使用这样的结构。

首先让我们来看一个非常典型的,题目中描述时期内的,“主力舰主炮命中指挥平台”的案例,也就是里奇在丹麦海峡著名的脸接15in经历。里奇在丹麦海峡被总共3发15in命中,除第三发水中弹的距离约在14000-15000码以外,其余两发均在16000码左右的距离上取得。其中一发命中位于引航平台(Compass Platform)上。注意这一发命中并非位于装甲指挥塔上,而是指挥塔上方完全暴露的引航平台上。此时里奇——一如几乎所有RN/IJN/USN指挥官,正在完全露天的引航平台上指挥战斗,以追求最大视野。命中由右前方150度角射入,落角约9度,命中平台护栏的上边沿后直接穿出。里奇本人受伤(受惊)但是指挥能力未受影响,位于弹道上的2名后补军官(midship-men,海军后补)阵亡,平台上的显示的表盘设备受损,通讯线路受损。穿出后该弹继续前进摧毁了绘图桌后离开,未爆炸。

这里的观测结论是什么呢?1,首先,引航平台内本身的损失有限。2人阵亡当然是非常让人痛心的,并不是说死人不是死。但是弹药没有在其中爆炸。这不仅仅是德制弹药在整个丹麦海峡到BSM沉没时期的整体问题,也是非常客观的无防护平台的防御手段,比如大多数巡洋舰炮塔。除非高爆弹(重炮舰间的远程交火本身也不太可能使用),重炮弹药很难在无装甲/轻装甲平台内引爆,最终造成的损伤只能是在其飞行轨迹上的人和设备,以及舰体碎屑造成的连带损失。反之反而是巡洋舰/驱逐舰级别的火炮能够对这些平台造成大得多的损伤和破坏;2,但是,舰桥内的损失并不小。通讯链接受损,电力线路差点被截断,绘图室受损,探照灯指挥系统受损。这些都是非常切实的损失。总结来看,就会出现这样的情况:如果换装更加厚重的装甲指挥塔而且里奇确实使用了这个指挥塔,那么他不会受伤(受惊),2人的伤亡也可能可以避免,除非碎屑从观察窗中飞入造成伤亡。舰桥内的设备因为巨大的震荡很可能仍然会受损甚至指挥中断,但是伤亡人数无疑会下降。然而整个舰桥不可能完全被装甲覆盖。任何命中/进入舰桥其他部分的命中,仍然完全有可能毁伤电子/机械设备,截断电力线路和通讯连接,造成全舰战斗效率下降甚至指挥失效。

重量分配呢。

重型指挥塔的重量有多大呢?厌战最初的司令塔重339吨,新司令塔重102吨,节约的重量约等于前部弹药库增加的水平防御重量,也约等于拆除的6in炮廊炮装甲重量——净数字来看大小适中,约是引擎翻新节省重量的五分之一左右。然而这个数字本身只反映了问题的一部分。首先,装甲指挥塔本身的重量大或小是一个表达问题——当然由于其整体体积,其重量无疑不会像主装一样大,但是客观上来说司令塔的价值也不如弹药库或者舰体中段轮机舱的防御区的价值大。如果一艘战舰的弹药区或者轮机区受到威胁,那么无论指挥人员幸存与否,该舰都很有可能沉没。指挥平台被摧毁的舰艇仍然可以启用备用平台继续指挥,沉没的舰艇···沉了。其次,司令塔本身是指挥结构,而指挥结构理论上应该放置于尽可能高的位置——至少高于B炮塔顶端,避免大角度开火时的震动问题和视野问题,而最高应该和引航平台类似。将这样巨大的装甲盒至于这样的位置上对上层结构的强度和整个舰艇的重心都会造成问题,相比之下,真正核心区装甲堡的位置位于水线附近,直接处于舰艇重心附近。于是最重型司令塔事实上往往被置于仅高于B炮塔1层的舰桥前部。这样严重影响了其视野。装甲指挥塔本身因为其小开窗的本质已经严重限制了指挥人员的视野,更低的位置进一步恶化了这一情况。要注意这是在电子显示屏出现以前。一切态势感知全部都需要目力确认后人为在机械设备上手动标图显示。新舰的司令塔直接位于引航平台的下方,于是提供了两个优势:1,本身司令塔的位置更高,视野更好;2,由于引航平台和司令塔更接近,指挥人员在战时更换备用指挥平台的速度更快(当然如果真的有爆炸发生,两者同时受损的可能性更大——虽然无论装甲有无类似的爆炸都会严重影响舰桥内的设备),同时战时更换装甲指挥塔后指挥平台的视野和和平时期使用的开放平台更接近。

这就到了指挥平台的问题。

如之前楼式舰桥里提到过的,一艘舰艇在纯粹理想的情况下于是应该有3个指挥平台:1,一个位于最高处,完全露天的引航平台,用于在近岸这样的复杂海况下行船,或者在复杂编队中保持位置;2,一个位于次高处,封闭,最好能够有装甲保护防御中小口径火炮,用于近距离交火/复杂编队交火或者恶劣气候下防风指挥;3,一个最重型的司令塔,最好能够在最大口径的火炮下保护舰艇的指挥人员幸存,最好能够位于较低的位置,从而降低重心和被命中的可能。

提供全部三个平台是不可能的,但是每艘战舰至少需要2个,作为第一指挥平台被摧毁时的备用。于是问题就在于取舍哪两个的问题。1930-1940年的美制设计最能够说明这个问题。如果认为日/英是疯子脑回路不太正常的话,1930-1940年代所有美制新式战列舰均保留了重装甲司令塔而所有老式战列舰现代化延寿时都拆掉了司令塔。这实际上说明是否保留司令塔是一个权衡问题而不是直截了当的有无问题。当重量允许的情况下保护舰艇甚至舰队指挥人员显然是没有错误的。如下面回答所属,人的头部同样在投影面积上远远小于躯干部位。但是头盔仍然是必不可少的。然而当整体重量不能允许这样的重装甲塔存在,当高位司令塔干扰了舰艇重心的情况下,过度强调司令塔的保护就是不明智的了——如果船只最关键的核心仓,如果舰体中段的轮机舱附近甚至舰体前后的弹药库甚至无法获得足够的保护,那么船只无论如何都有沉没的风险,无论司令塔的保护是好与坏。对于大和这样的巨型设计,当然可以承受把几百吨钢铁架高到足够的位置的代价;对于北卡或者南达,替代方案就是将引航平台提高的同时保持重装甲司令塔的低位,从未减少重心和结构压力问题,减少被弹面积;KGV/改造舰这样吨位极其紧张的情况下,结果则是彻底放弃重装甲指挥平台转而使用轻装甲高位封闭式司令塔作为备用指挥平台。

这不是因为“命中的可能性微乎其微”,或者说不能把这个问题看得这么简单。如果命中的可能性真的在全距离上微乎其微,装甲指挥塔压根就不会存在(讽刺的是,现代化装甲指挥塔的发明人UK第一个放弃了最重型重装甲司令塔)。重装甲指挥塔在部分海军中的消失是三点共同作用的结果:1,远距离上命中可能性相对更低(虽然显然小概率事件也会发生);2,最重型装甲的指挥塔在近距离上无法抵抗重口径火炮射击,在远距离上无法保证命中后设备的安全(反而是无防护平台过穿就过穿了);而在全距离上由于舰桥不可能被彻底防御起来,指挥中断的可能性仍然非常现实。以及一个远比这些问题现实得多的问题——没人用。相当大比例的RN/IJN/USN指挥官明知道自己可能1发主炮一命呜呼的情况下也不会把视野受限的指挥塔当做第一指挥平台。这就超出设计人员能够解决的问题了。

在楼式舰桥的回答下面我措辞实际上非常小心。命中概率的小需要增加距离限制。而装甲指挥塔从来没有被“放弃”。这一事件的准确描述,是在部分设计中,“最重型装甲指挥塔被放弃了”,所以一直要强调是重装甲指挥塔而不是装甲指挥塔本身。这也是为什么不能把甲午黄海海战或者日俄黄海海战这样时期,这样距离上的交火拿来用做例子的原因;因为时代不同,舰艇火控结构和指挥结构,战场交火距离都不同。并非所有放弃了最重型司令塔,不再为其提供全舰“最好的保护”的舰艇都放弃了中近距离上对司令塔的防护;而那些装备了最重型的司令塔的舰艇,也早就失去了在这一距离上从最重型火炮手中保护其成员的能力。时代已经不同了。抵御4/4.7/5/5.25/5.9/6/6.1in火炮的能力,抵御8in火炮的能力,以及抵御14/15/16in火炮的能力需要分开考虑,不能一概而论就必须要达到全舰最高值——否则为什么不把这么重要的司令塔放在水下呢?


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kgv/前卫:谁说的?

实际上,随着二战时期舰桥功能的扩大,舰桥体积的增长,以及可以放置在装甲盒内的cic/or的发明,重型的小型conning tower是否还有必要存在是个大问题……


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你认为敌对双方舰队瞄准的是舰船哪里?

舰桥是战舰最高点。

正是瞄准镜里面的最好参照物。




  

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