[心得] 17世紀風帆戰艦防護力小考
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前言
甲板上滿是鮮血與海水,受傷者哀號不斷,水手們裝填炮彈,賣力的把艦炮推出炮門;在船長的指揮下,一門門的大炮發出怒吼,這就是電影"海軍上將"、"怒海爭鋒"、"神鬼奇航"的海戰場景;但風帆時代的海戰,真的如電影拍得那樣嗎?飛舞的木屑真的會讓人受傷嗎?風帆戰艦面對火炮,防護力到底如何?
風帆時代的理論家認為,船殼對炮彈的抵抗與木材的厚度成正比,18世紀和19世紀進行的試驗取得了經驗規則,規定多少磅多少裝藥的炮彈,能擊穿多少公分厚的橡木版;英國炮喜歡在上風處向下往水線射擊,荷蘭喜歡在下風處向上朝風帆射擊,這樣的差別讓人津津樂道,實際上,不同戰術與形式風格帶來的效果差異,可能比大家想像中要小得多,2014年的一場實
驗,將帶給我們答案。
17世紀瑞典的24磅青銅鑄炮,是1620年開發出來的兵器,在當時被稱為半炮(1/2加農)或24磅,但重量只有傳統海軍24磅炮的一半,是海軍與陸軍武器標準化計畫的一部分,讓後勤與製造能一致,它能當作艦炮,也能當作攻城火炮。
該炮的成分,該炮含90%~98%的銅,最多6%的錫,還有一些鉛和鋅,總重在1210-1290KG之間;標準彈重24磅(瑞典磅,合9.96公斤),能發射實心圓彈、杆彈、剪刀彈、鏈彈和散彈;平均重量是9.18~10.63公斤。以當時的習慣,裝藥是彈重的1/3(3.3公斤)。
一場小實驗
2014年,瑞典的瓦薩博物館舉辦一場實驗,他們仿造了一門17世紀的24磅青銅鑄炮,尺寸與成分與17世紀雷同;然後再用橡木[注]模仿瓦薩號的船殼與船隻構造,建造了4公尺長的三層橡木"牆",總共厚46公分,然後用火炮去射擊它。火藥採用現代黑火藥;因為現代黑火藥的威力勝過17世紀的黑火藥,所以裝藥不能再是彈重的1/3;根據當時的炮表記載來估算,彈丸的初速略于高於音速,所以裝藥被減少到2.65公斤,以符合17世紀火藥的推力;在都卜勒雷達的測試下,此份量火藥讓彈丸初速可達到350-360m/s,以符合文獻中對炮彈速度的描寫;炮仰角介於0°~3°30′(3度30分)之間,因為艦炮角度只能這樣抬到這
樣高。
注:橡木可承受75~125Mpa的壓力。
學者透過加減藥的方法,增降彈丸的速度,以模擬近距離射擊(裝藥2.65公斤)、200公尺射擊(裝藥2.2公斤,初速降到300m/s左右)與700公尺射擊(裝藥1.1公斤),這樣可免去花費勞力把火炮推近又推遠;為了安全,只允許每4.5分鐘發射一發,但實際上裝填時間只需要30秒左右,所以每90秒一發子彈的射速是可能的,以當時(17世紀)來說,有經驗的炮手來說是很容易達到的[注]。
注:那時代,陸炮(重炮)發射的速度是平均每小時8發,每天80發;射速這樣"慢"的原因是還算上了炮管冷卻的時間。
但這樣的射速只存在陸地上,在海戰中,大部分的時間都在航行,敵我互相追逐或互相靠近,開火的時間不多;而且還有海浪衡搖的限制,開火時機就更短了;A. H. 泰勒少將在分析于1666年進行的四日海戰時指出:「兩支艦隊大多數交戰時後是以相反航向相互駛過、在200碼或以上的距離交火,然後雙方再轉向。至少有十次這樣的穿梭,每次須花上三小時。英國戰艦每門火炮攜帶了40輪射擊的彈藥,最後所有戰艦還都剩下10輪以上的彈藥;這樣算來,每輪火炮在每輪反向交戰中僅能射出3輪,即每門炮每小時射擊一次。」大抵上來說,從16世紀末到17世紀,射速保持著穩定上升的趨勢;1588年無敵艦隊之役中的英國戰艦每小時可發射1~1.5發;到了第一次英荷海戰時,每小時上升到4發炮彈。
該實驗總共發射54發彈丸,射向"船殼"的有12發,11發命中;其中8發是實心圓彈,1發是杆彈,2發是剪刀彈。除了一發剪刀彈外,所有子彈都完全貫穿木牆,往後面繼續飛去。
以第37發彈丸來說,實心圓彈以全裝藥發射(2.65公斤),350m/s的速度穿透了knees部位(M)[注]與riders部位(I)之間的ceiling部位(F),以180m/s的速度繼續飛出去;先是飛行了500公尺後落地,彈起後再飛行了200公尺,把一顆40cm高的松樹打斷,最後落入沼澤。
注:船隻部位說明
當彈丸穿透船殼時,木屑有如雲霧狀般的向前散開,在高速攝影機的觀察下,這些木屑很小,重量大約7克,以時速318m/s前進,然後落在13公尺外。雖然這些木屑速度很快,但因為品質太小,被這些木屑射到,基本上只會淤傷或輕微的刺傷[注],但如果你人站在彈丸前進的路線上,肯定是人馬俱碎。
注:測試者用羊毛衣包裹肥皂充當人體。
相比之下,第45發彈丸以260m/s的速度撞上knees部位(M)並穿透,產生的碎片速度僅為
180m/s;如果是小的碎片,這樣的動能並不會帶給人損傷,但你看高速攝影機的照片,彈丸撞擊knees部位(M)這樣厚重的部位容易產生大碎片,這些大的碎片可能長達1公尺,有幾公斤重;這樣的大碎片打到人,足以讓人產生嚴重的鈍器傷害,或骨折。
為何彈丸撞擊knees部位(M)反而破壞更大?它是結構,木材不是比船殼更厚嗎?理論上應該要更堅固才是;問題是彈丸撞擊較厚的實心木材,由於衝擊面的擴大,木材損傷更大,可能會破壞周圍的木材,而這些木材實際上從未被子彈擊中;這不是簡單地被打一個洞,只要拿些材料進行填補就好,結構上的修復更複雜,甚至可能要拆掉換新的;杆彈和剪刀彈也會產生同樣的效果,造成更大範圍的傷害,比圓彈更難修復。
總而言之,如果你想要擄獲對方的船,就射擊船殼,如果你想要破壞對方的船隻或殺人,就要射擊結構的部分。
結論
這個實驗的結論與風帆時代的理論家所想的相反,船殼的厚度與炮彈的抵抗成反比,更重更大的船,對於重炮的防禦效果反而不如結構輕而船殼薄的小船,因為會更大更危險的碎片;問題是這裡帶來一個戰術悖論,為了防止重炮傷害,放棄大船造小船,問題是小船的結構無法承載大量的火炮與重炮,且火力的貧弱在戰場上只會吃鱉,而薄船殼是防不了輕彈的;所以到底是造大船好,還是造多艘的小船好呢?
後記
我跟逼乎好友金牌防守術說,你整日在故紙堆裡找各縣城有多少門紅夷大炮,這水磨工夫雖然讓人敬佩,但著實無聊了些;找個學者合作,弄一門明清大炮去放它個幾發,做做實驗,研究研究彈道、命中率、威力,順便驗證/校對史料的紀載,不是有趣多了嗎?你看,洋人不就這樣幹了嗎 ?只可惜,金牌防守術他聽不進去。
參考資料
Ships, shot and splinters: the effect of 17th-century naval ordnance on ship
structure
https://www.citizan.org.uk/media/medialibrary/2015/10/CITiZAN_Timber_Vessel_Guidance.pdf
Vasa – the machine of war
Brian Tunstall,Naval Warfare in the Age of Sail
媽寶地狗:英国海军战术演进1588~1667 Part III
https://cimonnomis.blogspot.com
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這篇不賴,推
有趣
讚讚
推,感謝詳實的翻譯
聽起來像是過穿反而算防禦好 不過只有玩遊戲才會有人
這樣做
想到雄風打漁船,整過穿過去..
All-or-nothing的裝甲設計就是要讓它過穿吧
戰艦世界的小學生,相信過穿
所以用自爆船突擊的效率還是挺高的
最後為了砲多砲大 還是得靠大船
船小了 即使重砲傷害小 但防不了較小的
自己火力也太弱 沒啥好處
結論講的是否誤會內文要表達的點?內文只是說炮速低反而碎
屑對人體傷害大一些。但若想透過砲戰摧毀敵艦,優先還是要
大砲打結構點最優。這個關係和後來的過穿概念是不同的
All-or-nothing的目的不是為了過穿
不如說過穿是個遊戲概念,船只要被打穿船體,那都是個
麻煩
只是船的彈藥庫、動力艙室更重要,這些地方更該集中資
源保護
蠻有趣的!
我ㄧ開始以為是低速造成更大的破壞,但我又把該段落看了
兩遍,完全沒提到低速,反而一直提到打中厚重部位會帶來
更大傷害;結論不也提到薄船殼對重彈丸為什麼有用?因為
就一個洞,然後穿過去;但厚重部位擋下彈丸,反而會把動
能傳遞到週邊,讓週邊也被破壞。
所以造2級就夠了,1級華與而不實
21
[閒聊] 17世紀的鑄鐵與鍛鐵火炮價格以前古王子板友整理過晚明清初的鐵炮價格: 我在'The Furie of the Ordnance': Artillery in the English Civil Wars書中有找到 類似的幾個火炮價格數據,可以用於比較。 1630年代英國鑄鐵火炮,每擔(一百磅)市價為12古爾登(金幣),21
Re: [分享] 俄羅斯坦克遭到痛宰,他們在現代戰場上還有一席之地嗎?戰車無用確實不對因為無論如何你都需要一個能機動的火力,戰場監視和通信平台,但是在一個火力過剩,裝甲無論如何都堆不夠的環境下,未來戰車還會是我們現在看到這樣的嗎? 現實是100mm等效裝甲和600mm等效裝甲都會被標槍開頭殼,那我為什麼要扛這些多出來的鋼甲而讓我的戰車陷在泥地裡呢?特別是現在火箭彈可以用主動防禦系統抵擋,而戰車主炮的射彈反正你也擋不住。 我以為合理的裝甲厚度是要能抵擋速射武器,即正面可以抵擋40mm脫殼穿甲彈。火炮能擊破步兵戰車就好,也可以用速射炮,用無人炮塔降低高度。每一輛車都載有無人機掌握戰場情勢。依賴飛彈來反戰車。 這個發展方向其實和主力戰艦發展方向有87分像。我們不是從一級風帆線列戰艦一步發展到航空母艦放飛機對戰的。鐵甲艦monitor之類的對戰和風帆時代很像,後來到黃海海戰日艦用速射炮戰勝清國重炮艦,我們現在就在這一步。下一步是費舍爾的長射程重砲輕甲戰巡放風箏失敗變成長程重炮重甲戰艦對射,引申到戰車上就是我們會看見大量無人機校射的自行火炮成為主力取代戰車而且重甲化。要等到再下一步才會有空母對戰,也即無人機進一步成熟,演變成雙方無人機載具在視距外對戰的情形 ※ 引述《sfsm (有初老症狀的鹹魚)》之銘言:10
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