谁能给我一些关于实际风帆战列舰17-19的信息？
这种军舰的桅杆必须升起，否则军舰将更加剧烈和迅速地摇晃，轻则使船员感到不适，重则折断桅杆。这是上一篇文章（/t article/p/show？id = 2309404014147837805290。Mod=zwenzhang）所提到的船舶的“初始稳定性”。庞达不是物理科普，也不喜欢做公式。我们将在将来讨论风帆战舰历史上的悲惨翻船事件时生动地解释这一基本原理。这个原理在19世纪上半叶被船厂工程师普遍理解。
因此，通过甲板切割改装的军舰速度更高:首先是因为桅杆更高，帆面积更大，推力更大；而且离海面越高，气流越规则，不受海面波浪不规则形状的干扰；而且高空的风速更快，风速引起的推力随着风速的平方迅速增加，只与帆面积和空气密度成线性关系，因此高空的风速更快，虽然空气密度略低，但“呼吸高空的空气”，推力明显增加。其次，由于战列舰吃水浅，阻力小；帆船战舰依靠风力只能达到十一二节的最高航速，大多数情况下也只有1~3节；在这种速度下，对于一艘长度只有五六十米但宽度超过十米的风帆战舰来说，主要阻力是船体表面与水的摩擦，因此吃水浅的湿区小，阻力小。
风帆战舰的高航速是舵效的提高。今天的动力船在静水中速度为零时也可以转向，因为螺旋桨会自动产生局部水流吹动舵叶使其工作。帆船不能工作。必须有自然水流过舵叶才能使其工作。船的舵是飞机的机翼，水在舵叶左右两侧流动的速度差产生侧向推力。因此，速度更快的帆船的舵更听话，只要稍微偏转一下就能产生掉头所需的舵力；同时，偏角较小的舵使尾部涡流较小，因此舵引起的阻力较小，使用舵时航行速度下降较少。
因此，人们意识到甲板更少、甲板更平的军舰就像大型邮轮一样，底舱大、后勤物资多、自持力强；2）炮门离水面高，满载时仍可达一米九以上，在波涛汹涌的海面上可以放心使用；3）快速性和机动性与过去笨重的多层甲板下的战列舰相比令人耳目一新。然而，甲板数量越少，火炮数量就越少，这只能通过加长船体来稍微弥补。所以从19世纪开始，战舰变得越来越长，而且战舰足够长足够宽。即使是三层甲板的战舰在比例上也更接近性能卓越的大型邮轮。
但是过长的木质结构有什么问题呢？当时的人们是如何克服的？我们来看下三个时代:19世纪初造船工程技术的新发展。
上图，18结尾和19开头的一艘“科幻战舰”，就像今天美国的朱诺·沃尔特号一样。纤细的高速舰体，两侧各有16门主炮，堪比拥有120门火炮的一流战列舰。低到几乎不存在的前舱可以最小化侧风时前舱对操纵性能的干扰。这种类型的船在整个列表中找不到，尽管插图表明它是一艘型号为1795的48炮游轮。整个装修风格确实是18年底没有战时改装的样子，只是船体造型太超前了，可能是当时的“概念性”设计。这种形式指向了未来最合理的船体比例。
19世纪初，战舰发展到大规模。在火炮数量相同的情况下，甲板越长，层数越少，军舰的综合性能越高。18年底，拥有三层甲板的90炮二级战列舰，最高一层炮只能是12磅炮；19世纪中间两层甲板的90炮二级战列舰相当于将最高的第三层甲板上的所有12磅轻炮更换为两层甲板上的32磅主炮（炮管长度不同）；这种更大更长的军舰的快速性和适航性是18结尾的军舰无法比拟的，当然成本也不一样。极端的话，类似于下图。
上图为法国蒸汽辅助动力战列舰拿破仑号，拥有20门侧炮，也就是拥有两层甲板的100+炮战列舰。这是蒸汽动力首次应用于海军主力舰。在此之前，只有照片中间的明轮蒸汽游轮是实验性的。这是法国试图夺取19上世纪50年代的技术优势，并希望挑战甚至颠覆英国的海上霸权。之后的10年代的铁甲舰、1870到1880年代的冲撞舰和鱼雷艇都是法国率先倡导的，希望以新的技术优势挑战英国的完整工业。
为了像上图中的拿破仑一样建造一艘超过60米的“极限”水平的木制战舰，英国和法国在19世纪开发了新的造船技术，以最大限度地利用木材的特性，并几乎将木材的能力发挥到了极致。
那么，造船所用木材的哪些缺点限制了船体的加长，必须加以克服？
与钢相比，木材自然是差得多的结构材料，其强度低，部件之间难以连接。这两个因素加在一起使得建造一艘木制战舰的时间不可能太长。
上图为65438年至0665年英国斯图亚特王朝复辟时期一级战列舰的全肋“海军部”模型。短而厚的三层船体与前面苗条的拿破仑形成鲜明对比。
木材的强度远不如钢，这似乎是一种日常经验。筷子可以折断，不锈钢勺子只能通过不断快速摩擦勺柄来加热和软化，然后反复弯曲和金属疲劳和弯曲（这种魔术甚至“气功”表演比比皆是）。
首先，当船舶受力时，如摇摆、垂荡和大浪冲击船体侧面时，木船的木质结构更容易变形。任何材料，受力不大，只是暂时变形，外力撤去后又能弹回，这是弹性变形，如大雪下弯曲的松枝；如果突然有一个很大的力，或者一个长时间不移除的“负载”，材料就会变形而无法回去，甚至材料无法抵抗外力而产生裂纹。前者是“塑性变形”，例如汽车外壳在交通事故中变形，而后者材料完全浪费，例如泰坦尼克号最后断成两截。与钢筋铁骨的现代船舶相比，帆船船体的应力和变形要明显得多。例如，在大浪中，船表面的大舱口的舱口盖必须用木楔甚至钉子固定。否则，当大浪冲击船体，特别是侧面时，船就像被大手捏紧的气球，里面的空气只能沿着大舱口冲出去，这可以冲掉未固定的舱口盖。
上图为19年1930年代的最后一艘英国东印度商船（英国东印度公司的垄断最终在1835年解散）。在船的表面可以看到三个舱口盖。当它在一个大浪中被拍打时，它就像一个刚刚装满开水的水壶。盖子必须盖紧，否则会被空气冲走。（本文图片感谢一位香港网友拍摄的当地博物馆照片。)
木材强度低也意味着负载越大，所需的木材越厚。然而，首先，到19世纪初，英国和法国建造大型帆船已经超过150年，天然大型木材很难找到；其次，厚木材的重量也更大，因此木材越重，承载效率越低。最后，我害怕我会仅仅因为自己的体重而弯曲自己。例如，从1860年到1870年，英国铁甲舰有新建造的铸铁铁甲舰（钢的要等到1880年）和由旧木制战列舰改装的木制铁甲舰。后者的木质船体重量与载荷几乎相同，而前者的铁船体重量比载荷轻几百吨，因此这种差异可以更好地分布在装甲保护和蒸汽动力系统中。
庞达号，我最喜欢的旧帆船，改造成木质铁甲舰，1862的皇家橡树号。
木质构件不容易相互连接。所谓“连接”是指一个木构件的力可以转移到另一个木构件上，这样船体结构就可以成为一个真正连贯的整体，所有的应力都可以尽可能平均，以免使一些局部结构疲劳并迅速断裂。直到二战，人类主要的钢铁造船技术仍然使用铆钉，如下图所示。铁甲舰上的铁船体铆接（刘宣和先生的图片，图A为铆接铁板的填缝防水。）虽然不能做到完全防水，也比不上焊接，但两块船体板可以像结构一样传递应力，甚至在低于钢的脆性温度时，裂纹可以跨越铆接部分传递到相邻的钢板上——泰坦尼克号断成两部分的原因是水温太低，船体的脆性裂纹可以通过铆接界面传递很长一段距离。钢制船体在风浪中变形小，所有部件可以连接成一个受力的整体。这两点伍德都做不到。木头不能像钢一样相互连接。
钢铁是金属碳合金的结晶状态，在宏观上是完全相干的。只有在微观视野下，我们才能看到各种生长结构，它们决定了钢铁的宏观力学性能和导电性能。比如奥氏体这种微观组织胖到不知道是什么的钢，不会像泰坦尼克号的钢板那样在低温下突然变脆产生宏观裂纹。木材则不同，材料的纹理可以用肉眼看到——“年轮”。木材和牛肉一样，是由许多平行排列的木质部纤维组成的，这些纤维之间的连接强度远远赶不上一根纤维内部的连接强度，所以有“劈木不顺纹，劈木费力”的说法。这种钉入木材的方式原本就破坏了木材结构的连贯性，而且钉子对木材的紧固压力只能在钉子附近的小范围内影响木材纤维，而那些更远的木材纤维则不得不观看，因为它们之间的相互连接不像钢材微观结构那样紧密。
钉子如何固定木头？
固定方法就像这张让人看着头皮发麻的图。这是军舰船首结构的纵向剖视图。各种拼接木材用实线勾勒轮廓，许多大条从大致垂直于木材方向的方向刺穿几层木材，这是木材的固定。使用的是锻铁制成的铆钉。它不同于我今天提到“铆钉”时想到的螺纹钉。当时虽然也可以用手攻丝，但成本太高，所以铆钉是一根大棒。混凝土木铆接技术即将推出。简而言之，两个木制构件，甚至几个木制构件，通过铆钉紧固在一起。此时，如果军舰在风浪中航行，那么船体将承受应力，部件将发生弹性扭曲和弯曲。例如，如下图所示，军舰在风浪中倾斜，右侧的所有大炮和上层建筑都压在吃水线以下的船体上，但左侧迎风面的大炮和上层建筑倾向于彼此分开。
这样，固定它们的铆钉被来回拉动，并在变形的木质构件之间交错排列。木材很厚，为了不破坏木材的整体结构，铆钉只能薄得多，这样整个木材拉动铆钉产生的压力就全部集中在铆钉附近的木材中，很快这些木纤维就被铆钉挤压变形，铆钉的钉孔就松动变大了。这样，木头可以相互移动。在这种海浪中，应力、木材变形和钉子活动导致木材松动和相互错位，这在英语中被科学地称为“工作”。胖达，我会说它是错的。很好理解。
这种错位有多大？一位在19世纪后期积累了从军官到将军的资历的英国老人回忆说，他年轻时是一名海军服务员，而且那还是在一艘帆船上。例如，当船在海中摇摆时，左舷摇摆到上图所示的迎风位置，并高高抬起，甲板梁和下支撑肘“张开嘴”。它们趁机塞进许多榛子，当它们摇到上图所示的背风位置时，甲板梁和支撑肘会“闭嘴”，并可以压碎坚果。下图显示了胜利号上的甲板下结构，全部漆成白色以增加室内亮度。黑炮的左手边是甲板过梁下的弯头，头顶可以看到各种纵横梁。
可以说，整个由木材制成的军舰（如下图所示）是数百个结构构件在有限的数千个点上部分固定。
这种看似不稳定的结构首先会在风浪中松动；其次，整体上有一个很大的问题，即整个船体的变形，这一直困扰着帆船时代的工匠和设计师，并限制了帆船战舰的最大长度。下一次，我将结合风帆战舰的整体结构布局，回忆风帆战舰的船体结构将遭受的各种磨难。
木结构在风浪中变形，钉子松动。最后，船体的木质构件相互配合。这种现象加上军舰整体结构的特点，最终导致了整个舰体的变形。这一直困扰着工匠们，使军舰无法制造得很长。
首先，这艘战舰的整体结构是怎样的？
战列舰的肋骨结构（右舷），为了显示肋骨的排列，每隔一根肋骨就锯掉一根。
如上图所示，军舰是一个直龙骨，有许多水平固定的辅助肋骨，以及许多垂直固定在肋骨内外的内外壳体，如下图所示。
上图为军舰肋骨-船体结构（左舷），上层可以看到尚未包裹船体的密集肋骨，下层是各种不同厚度的船体。
在没有甲板条的中间炮甲板上，可以看到粗细甲板梁之间逐段拼接的纵向甲板梁。
除了外壳之外，战舰内部还有1到3个装载火炮的甲板，在战列舰和大型游轮的火炮甲板下方还有一个Orlop。这些甲板由垂直和水平甲板梁组成，甲板梁上铺设有甲板条，供人员通过并布置火炮和舱室。上图中的胜利号模型有四层甲板。这些甲板的纵梁、甲板与船体侧壁连接处的纵向支撑材料以及铺设在甲板梁上的甲板条都是加强军舰纵向强度的部件。
65438+上世纪80年代一级战列舰“布里塔尼亚”号的上下分体模型，所有甲板都没有铺甲板条，下面的支撑结构暴露在外。当拆除上半部分时，可以看到下半部分显示了火炮甲板上的粗纵梁和横梁。
因此，风帆战船的船体就像一个木桶，龙骨在底部，肋骨是拼接在侧壁上的竖条，船体是收紧竖条的铁环。这样一个整体结构，龙骨由许多块组成，每对肋骨也是如此，船体是砖状的，所有组件只在有限的点上连接。这些由数百个构件在数千个有限的点上相互固定在一起的结构能在汹涌的大海中持续多少年？几年内不会。
对于一艘战列舰来说，如果在超过一半的服役期内将大炮和船帆在港口拆除并将其停泊和密封，并且它将在海上服役不到一半的时间，每次任务持续几个月至一年，然后将其放入干船坞进行小修，即更换局部疲劳和磨损以及发霉的部件，则整个船体结构可以维持约65，438+00 ~ 65，438+。id = 2309404017384330544098。Mod=zwenzhang）表示，执政党的花名册动了手脚，以便在“重新建造”（Re-build RB）的明确意义上建造新军舰，以避免在野党的攻击。例如，1737年的三代胜利号名义上是二代胜利号的重建，但在10年“重建”之前，二代胜利号已经被拆除，可用的木材保存在仓库中。下图中，第三代胜利采用了高大的四层尾廊。这座四层楼高的尾廊是她的特色。她最终在风暴中坠毁，这与高高的尾部游廊有关-当侧风到位时，尾部太重会影响机动性。根本原因是船体的各种部件已经疲劳和松动，最终船体在风暴中解体。造成这一悲剧的根本原因是:一方面，英国传统的造船习惯已经不适应18世纪上半叶如此大规模的军舰，有必要引进更新的造船技术，如当时的法国造船技术（当时法国罗切斯特的一位总工程师做了一次整容侦察，深刻认识到英国传统僵化，许多设计和技术不合理。);另一方面，考验英国造船技术极限的船体必须承受28门42磅炮的重量，每门炮的重量都超过3吨，这在詹金斯耳战中确实难以承受。根据这位法国间谍的描述，“胜利”号的船体结构在建造后不久就在船台上出现了疲劳、磨损、发霉和腐烂的迹象。从那以后，几次大修都没有解决问题。船上的倒数第二舰队指挥官坚信这艘船很快就会不堪重负，他正在申请退休令以逃避死亡。（17世纪的英国传统造船技术和18世纪以来法国较为合理的造船技术无法在此一夜之间详细描述，直到遥远的未来。。。)
如果军舰因为战争的紧急情况而长期前往美洲加勒比殖民地并连续服役一年以上，因为缺乏干船坞基础设施，热带水域的许多海洋生物损坏了船身底部，并且有许多飓风，这些船只将像退役的老运动员一样在回到西欧后从小就参加了多年的奥运旅程，他们将浑身是伤。这时，我们不得不靠岸进行大修。在许多地方，我们需要剥去内外船体和甲板条，以暴露下面的结构材料，并将其大部分更换。这样，如果它可以被视为原始战舰，其船体寿命也是十年。
如果是战时紧急建造的军舰，伐木后不久就没有足够的干木材，木材的含水量在20%到50%之间。当军舰的内甲板关闭时，没有阳光照射，木制军舰不防水。然后，水积聚在船体木材的裂缝中，造成潮湿的环境，霉菌开始变得越来越暗。一方面，真菌分泌消化酶降解木质纤维的木质素多糖。一方面，真菌菌丝积累盐分形成高渗透压并吸收木材的水分，最后木材变成灰尘，这在当时被称为“干腐”，因为不是木材被浸泡在水中腐烂-事实上，它被浸泡在水中以隔离氧气，因此真菌无法繁殖，加上海水，其他陆生寄生虫可以被杀死。因此，英国和法国的造船厂都有大型水池，用海水浸泡船体的橡木材料。未经彻底干燥的新木材制成的船体寿命不超过5年，有些腐烂的木材无法抵抗风浪的拍打，很快就会松动。
在风浪中工作和甲板下黑暗中的干腐最终使整艘船无法使用。曾有记载，一艘长期在海上服役的轻型邮轮在回港后进入干船坞，排水后船体解体！由于失去了水体对水下船体的横向支撑，肋骨就像装有无用铁环的木桶一样分散开来。同样，在17的70年代也有一项记录，在维修期间，水线以上的一部分船体和甲板条被拆除。此时，干船坞中的水被释放出来，因为船体结构已经松动，吃水线以上的船体和甲板条提供的纵向连接已经缺失，肋骨开始蔓延。我们不得不切开船底，让水进入，以挽救底部结构的整体变形。同样，在风暴中有许多船底开裂和进水的例子，这也留下了一个记录，即一路用人力保持水泵排水，以避免沉没和逃回港口。当大风暴中的风使船帆膨胀时，船帆会拉动桅杆，因此桅杆就变成了撬棍。如上图所示，船底的船体可以被撬开导致漏水-实际上，风吹动船帆，船帆带动桅杆，桅杆撬动船底。这是航海的原理，但在日常生活中撬开船底的船体并不那么明显。例如，当五月花号准备带清教徒去北美时，事实上，这些来自英格兰内陆的农民清教徒之前已经航行过一次，但因为他们居住的荷兰的商人很邪恶，他们利用农民对航行的无知，骗他们买了一个更高的桅杆，这可能会导致他们走得很快，结果桅杆太高，漏水太多，无法穿越大西洋，所以他们不得不回来。
胜利号的纵剖面显示，所有三根桅杆都直入龙骨。
以上大多是局部问题，只要小修小补和局部更换损坏部件即可。还有一个严重的整体问题除非大修或重建否则无法解决，这就是军舰的整体变形，即龙骨变形。龙骨上弯、下弯、侧弯，就像人的脊柱畸形一样，无论是鸡胸驼背还是脊柱侧弯，都严重影响内脏器官的正常定位和功能。比如美国的重型游轮宪法号是18年底规划建造的，19年初建成投用。到1812英美冲突爆发时，该舰已服役近10年（以上数字均为胖胖回忆，应该不准确，请指正）。这时，宪法来了一次“大修”，与每年没有小修相比，这不一定省钱。这时，体质的龙骨已经变形了。这个变形有多大？不到50米长的龙骨的中腰部分与第一部分相比可以拱起几十厘米，即变形达到总长度的1%以上。就这样，原本密集排列的肋骨开了一条缝，张开了嘴；最初留下的较小的肋骨间距也被扩大。甲板条和内外船壳之间的缝隙也交错开了，为了防止漏水而埋下的松脂油也裹着大麻绒跑了出来。？
上图为美国201812年发行的纪念二战200周年的宪法邮票。这幅油画来自博物馆中一位画家的一系列作品。
正是龙骨的这种变形限制了帆船船体的长度。而且设计师和工匠分析，这是因为木材强度有限，军舰的纵向强度不足。因此，只有三个炮甲板的一流战列舰可以建造得最长，因为甲板很多，纵向加强筋也很多。宪法号这样的炮甲板比英国74炮战列舰还要长（和我记忆中的一样胖，数据没有经过现场验证），所以龙骨肯定变形了。
要解决这个问题，开启规模化之路，首先要分析这个问题的具体原因。当然，18年末和19年初的造船老司机并不是帮助瓦特改进蒸汽机的爱丁堡大学教授。他们只是根据自己的经历和感受提出了解决方案。