问题

一战二战时期的军舰,建造成本最高最费工时的是哪个部分?

回答
一战和二战时期军舰建造中,成本最高、最耗费工时的部分,综合来看,主炮塔系统当仁不让。

要理解这一点,我们得拆解一下主炮塔到底包含哪些要素,为什么它们如此“值钱”又“费力”。

首先,炮塔本身就是一个精密而庞大的机械集合体。

炮塔结构与防护: 炮塔的外壳并非简单的钢板焊接。为了抵御敌方炮火的直接命中,尤其是近距离的炮战,炮塔装甲必须极其厚重,通常采用高强度、高韧性的特殊钢材,而且为了提供最佳的防护角度,炮塔的外形设计也颇为复杂,需要精确的曲面加工和装配。这些厚重装甲的冶炼、轧制、切割、焊接和打磨,本身就需要消耗大量的优质钢材和高度熟练的技工。想象一下,一块几十吨甚至上百吨的装甲板,要被切割成精确的弧形,然后与其他的装甲板严丝合缝地焊接在一起,保证一点缝隙都没有,这工程量可想而知。
旋转机构: 舰炮需要能在水平方向上进行大范围的旋转,以瞄准不同的目标。这需要一套强大而精密的旋转机构。通常包括巨大的回转支撑圈、齿轮传动系统、驱动电机或液压马达。这些部件的制造精度要求极高,齿轮需要经过精密加工,以确保平稳、可靠的旋转,并且能够承受巨大的冲击和扭矩。同时,为了保证在海上颠簸的环境下也能稳定工作,还需要复杂的减震和定位系统。
俯仰机构: 火炮本身也需要在垂直方向上进行俯仰,以调整射击仰角。这同样需要一套强大的液压或电动俯仰系统。液压系统涉及到高压油泵、油缸、油管、阀门等一系列精密部件,这些都需要在极高的压力下可靠工作。电动机系统则需要高功率的电机和减速齿轮。这些部件的制造和安装,对精度和可靠性要求非常高,一旦出现故障,整个炮塔将失去战斗力。

其次,炮塔内的“心脏”——火炮及其配套系统才是真正的成本和技术核心。

火炮本身: 一战、二战时期,军舰的主炮尺寸越来越大,口径动辄十几英寸甚至十八英寸。一门这样的巨炮,炮管本身就是一件令人惊叹的工程艺术品。它需要采用特殊的合金钢材,经过特殊的冶炼工艺和热处理,以保证其能够承受巨大的发射药爆炸产生的瞬间高压和高温,并且能够经受住数千次炮弹的冲击而不变形或开裂。制造炮管的过程非常复杂,通常采用线膛加工,需要用专门的膛线加工机床,精确地在炮管内膛刻出螺旋形的膛线。这个过程耗时耗力,对机床的精度和操作工人的技术要求极高。
炮弹装填与输送系统: 将沉重的炮弹和发射药输送到炮尾,并进行装填,这是炮塔内最繁重、最危险也是最耗费工时的工作之一。这需要一套复杂而高效的机械或液压传动系统,包括弹药升降机、炮弹回转台、进弹滑槽、装弹机等。例如,为十八英寸的战列舰主炮装填炮弹,弹药重达上千公斤,需要多台起重机、升降机协同工作,通过复杂的机械臂或传送带将炮弹和药包精确地送入炮膛。这些部件的每一个环节都需要极高的可靠性和安全性,因为任何一个环节的失误都可能导致灾难性的后果。
火控系统: 为了让巨炮能够准确命中远距离的目标,炮塔内还集成了复杂的火控系统。这包括测量舰船姿态的陀螺仪、测量目标距离的测距仪、计算弹道参数的模拟计算器(早期的机械式)或数字计算器(后期),以及控制火炮瞄准和射击的伺服系统。这些精密仪器的制造、校准和集成,对技术精度和人工投入的要求都达到了极致。火控系统是炮塔能否发挥战斗力的关键,也是技术含量最高的部分。

为什么说炮塔系统是成本最高、最费工时的?

材料的稀有与精密: 炮塔使用的装甲钢、火炮身管的特种合金钢,都是当时最顶尖的冶金技术和最昂贵的材料。制造这些材料的成本本身就极高。
加工精度要求极致: 无论是炮塔旋转机构的齿轮,还是火炮的内膛,抑或是火控系统的各种精密仪器,其加工精度都达到了当时工业技术的极限。这需要最先进的机床、最熟练的技术工人,并且每一个环节都需要反复的测量和校准。
系统的复杂性与集成: 一个主炮塔并非孤立的部件,它是一个高度集成的复杂系统。火炮、装弹机、旋转俯仰机构、火控系统等,所有这些部件都需要在炮塔内部和谐地协同工作。将这些庞大而精密的机械和电子设备安装到狭小的炮塔空间内,并确保它们能够可靠运行,这需要极其精巧的设计和严谨的装配工艺。
安全性和可靠性的要求: 舰载火炮及其炮塔,是军舰最重要的作战武器,其性能直接关系到战舰的生死存亡。因此,在设计和制造过程中,对安全性和可靠性的要求是近乎苛刻的。每一个部件都必须经过严格的测试和验,这无疑增加了工时和成本。
占舰船总成的比例: 军舰的主炮通常是其最主要的火力输出,也是最显眼、体积最庞大的武器系统。在一艘排水量动辄数万吨的战列舰上,几座巨大的炮塔往往占据了舰船相当大的重量和空间,其建造成本自然也成为舰船总成本中占比最高的部分。

举个例子,一门45倍径16英寸(约406毫米)的主炮,其炮弹重达一吨左右,而整门火炮加上炮塔和弹药供应系统,重量可能达到上千吨。这样的庞然大物,每一件零件都需要精心打造,每一项工艺都需要反复打磨。

相比之下,其他部分虽然也耗费巨大,但在单位成本和复杂程度上,往往不及主炮塔系统。

船体: 船体虽然体积庞大,但其建造工艺相对标准化,主要是钢板的切割、焊接和装配,虽然也需要熟练工人,但材料要求和加工精度总体上低于炮塔系统。
动力系统(锅炉、汽轮机): 动力系统也是技术含量和成本的重要组成部分,尤其是早期的蒸汽轮机,制造精密度也极高。但其主要挑战在于效率和可靠性,而炮塔系统则在精度、承载力、防护力和集成度等方面要求更为极致。
装甲舰体: 舰体的装甲防护虽然也很厚重,但其形状相对规整,加工难度低于炮塔复杂曲面的装甲。

因此,从材料成本、加工精度、系统复杂性、技术集成难度以及对安全可靠性的严苛要求等多个维度来看,一战二战时期军舰建造中,主炮塔系统毫无疑问是成本最高、最费工时的部分。它们是海战的灵魂,也是工业实力的集中体现。

网友意见

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这个事是这样的,重炮本身技术含量很高,制造难度很大,而且造价相当高。但是——如果字面意义上,一字一句,百分百抠字眼来说的话,建造起来,成本最高,最废工时的部分,应该仍然是船体,装甲或者引擎,主炮(炮身)无法与之相比。如果将主炮和炮架,炮塔结构视为一体,则在早期主力舰中有时可以和前述几项相比。

如果长期被灌输重炮铸炮难度之大,这一点可能乍看之下有些反直觉(有吗?)。然而无论是从海军角度来看每一部分的造价,还是从业人员和全行业工时的分部,都能够发现舰体在大多数时候仍然是更重要的成本来源——包括经常被忽略的舰体用材的价格,也包括舰体组装制造需要的人力资源。不考虑舰体和装甲这样的大型结构,同为技术产品的引擎同样经常性需要比主炮更多的造价和更长的时间来完成。从胜利号(HMS Victorious 1895)到KGV竞标(HMS KGV 1940)都是如此。这一点直接看Ian Johnston的总结就好。

随便拿他几张表:

澄清一些问题:

1,这一点不能够无限制适用于所有时期的所有海军。注意上表中的胜利号(1895),火炮的造价就占据了相当大的一部分成本,舰体建造和装甲花费要相对低,而引擎造价则极高。KGV火炮之外的炮座结构价格也非常高,部分因为相对复杂的5.2寸和14寸布置方式。

这里事实上涉及生产成熟性的问题。显而易见的,生产数量越大,技术越成熟,生产成本和时间就越低。不同时期不同地区不同舰艇部分的造价显然不能一概而论。总体上来说,考虑通胀的问题和舰艇本身大小的变化,其辅助设备,电力系统等造价会明显上升,引擎造价也会明显上升。装甲造价在晚期舰艇中也有了极大地提高,部分因为制造难度的变化,部分也因为纯装甲重量提高带来的材料价格。从这个角度上看,主炮炮身本身反而是造价上升较小的。

2,无需多说,无论是舰体还是引擎都不能说是建造角度上技术难度最大的部分。很难比较高性能装甲和精密机械火控计算机之间的技术复杂程度,也没有任何比较的意义。

3,为什么舰炮和装甲往往是主力舰建造中最难完成的部分——

因为主力舰主炮工业和舰艇装甲工业的规模远远小于船舶制造业本身的体量。

换言之,针对题目中提出的不那么逐字逐句的隐含意来说:之所以主炮(进一步来说,装甲带)看起来更加“珍贵”一些,是因为能够给主力舰提供这些重炮的铸炮商非常少。

主炮火炮工业和重型装甲制造商是完全依赖于主力舰订单的工业。在没有海军订单的环境下,其制造商和熟练工人永远会处于流失状态。即便是在89-15年这段海军经费暴涨,技术突飞猛进,全球范围内开始主力舰军备竞赛的时间段里,UK的重炮生产商也仅仅保持在5家左右,装甲生产商数量大致相仿。作为结果,大多数时期舰炮的订购数量都是经过精心计算的,同时需要考虑很多因素。比如,一批订单至少要保证装备该型号主炮的同级舰的舰艇寿命内,有足够的火炮留作后备。也比如,某一批次的订单的结束时间,应该正好对应下一批订单的开始时间,从而保证熟练工人不会出现流失。

相比之下,浅水重炮舰这样甚至不需要太大的船坞就可以制造的低标准舰体就显得廉价得多了。

一战中大量的浅水重炮舰有其特殊性。这一点的大前提是:在战争初期这一特殊时间点上,RN有相对较大的重炮库存。而这一点有两方面原因。首先,舰队中存在数量相当庞大的前无畏舰,其舰体寿命已经接近尾声,而其主炮寿命仍然有富裕。其次,战前大量的海军订单留下也提供了相当一部分火炮库存。包括成型化的火炮工业提供的备用炮组,也包括收缴征用的海外订单。

在有较大的重炮库存的基础上,因为鱼雷技术的进步和双方攻势布雷的影响,舰队本身不希望将大舰队宝贵的主力舰用于近岸交火或者海峡巡逻,于是客观上仍然存在一定的重炮舰需求。两相结合,才有了战争中数量较大的浅水重炮舰:放弃航速,舰体强度和寿命,强调稳定性和防水雷能力,专门用于海峡巡逻或者炮击任务。其与更大型的真正重炮舰的区别不仅仅是体量而已。

与之相比,真正意义上的重炮主力舰是很难以出现爆炸性的数量增长的。即便是战争中的RN/USN这样拥有一流工业后盾,同时有绝对财政支持的舰队,其主力舰扩充数量仍然受限于其装甲生产商和重炮生产商能够提供的装备上限,受制于可以建造其舰体的船坞数量——实际上也受限于建造完成后能够维护运行这类舰体的基地数量。RN在战前总计订购了9(10)艘主力舰;USN订购了14艘。即便是不考虑战争中生产力量的转移,假设这些舰艇全部入役,其总数仍然低于战前两者已经装备的主力舰数量(15/15)。当然这个数字本身并不小,然而相比之下,盟军完成了百倍于战前装备数量的小型舰艇,数倍于战前数量的护航舰,以及至少两倍于战前数量相仿的舰队航母,足以说明“下饺子”之间同样有数量级的区别。


话虽如此,RN大概是各大海军里面最不愁重炮净数量的。如前所述,浅水重炮舰本身就是是海峡巡逻/对岸炮击的需求+主炮爆仓的双重结果。并不是“船只建造在等主炮”,而是“如果不是这些主炮和现成舰员存在,大概不会有这些船来徒增人力资源压力”。这一点大概到了WW2仍然成立。铸炮工业虽然在大七之后就一直赋闲,但是在30年代后期的表现大概比大多数时候大众想象中的好。16in的难产更多的是资源倾向问题,技术要求以及最重要的——需求的锐减。KGV总计5艘敢于设想12炮,也是对铸炮工业信心的例证。如果真的采用这一设计,仅仅一线火炮数量就会高达60门(实际上也高达50),要在预定时间内完成对火炮工业是极高的要求。

“X16寸是战争中最好的主炮,因为blahblahblah技术先进;X18寸是战争中最好的主炮,因为blahblahblah性能最好··· ···”

“某14in mk7和15寸mk1是战争中最好的···额,大概不是最好的主炮,但是产量有个加起来小三百门··· ···”

今日乳英1/1

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主力舰体量的战舰,一战前抛开大部分情况下造价和体量成正比的hull以外,最值钱的是(硬化)装甲。

(当然这里还有一个大英自有造船厂需要用装甲价格补贴造舰的低收益的国情在此的问题。)

其次的是炮塔(和整个外围机构)和机组。

狭义上的火炮系统从工时和价格的双重角度来说,其制造花费未必有制造能够填满全舰弹药库的重炮炮弹来的高---炮弹的造价其实是(相对于许多人第一时间想得到的舰上各子系统而言)很贵的。

火控设备直到二战都是比较便宜的子系统。

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