風帆巨掣“海安”號的總體結構設計探究

錢姍姍 曹汝平

摘要：由于史料散失，加上船舶設計方面的探索較少，“海安”號及其姐妹艦“馭遠”號的設計與制造記載成為空白。但木造風帆蒸汽戰艦的共性特點、法式和英式帆船的異同點以及西洋帆船制作的細節都在“海安”號上有所體現，基于此，文章探究“海安”號的總體結構設計，以供參考。

關鍵詞：“海安”號;總體結構;設計;制造技術;蒸汽風帆戰艦

中圖分類號：U674.7 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2022）17-0-03

1 “風帆巨掣”的問世：中國大型巡洋艦“海安”號

19世紀后半葉，中國近代造船工業主要集中在1865年創立于上海虹口區域的江南機器制造總局和1866年創立于福州馬尾區的船政局。1871年，福州將軍文煜等人提出建造大型軍艦的計劃，隨即委派日意格找來法國海軍建造的一大一小兩型大馬力蒸汽軍艦的設計方案，兩型軍艦分別是法國海軍的阿莫列克級和決心級。船政局選取了較小的決心級13門火炮方案，于1872年4月23日制造出國產二等巡洋艦“揚武”號。而江南機器制造總局選擇了較大型的阿莫列克級方案并由徐壽等人設計監造。僅隔一月，沉寂已久的黃浦江面也迎來了新的傳奇，這便是江南機器制造總局問世的第五艘軍艦，尤為特別的是，它是裝備著20余門火炮的大型巡洋艦。

這艘軍艦下水時被命名為“鎮安”，后改名為“海安”。“海安”號（見圖1）采用全木質結構，造價達到355 198.162 1兩白銀，幾乎占用了江南制造總局全年預算，成為江南制造總局有史以來造價最高的軍艦。艦身長263英尺6英寸，寬44英尺10英寸，艙深29英尺4英寸，吃水19.7英尺，排水量2800噸，配置1800匹馬力雙氣缸蒸汽機一臺和鍋爐四座，航速約10節[1]。裝備進口克虜伯90磅主炮兩門，42磅克虜伯炮4門。“海安”號的火炮布置仍沿用了傳統風帆戰艦時代的舷側布置方式，除了可以使用蒸汽動力驅動外，還可以使用風帆動力，并將螺旋槳設計成升降式，以減輕水底阻力。“海安”號數量最多的24門42磅炮全部安放于第二層火炮甲板的兩側，兩門主炮則安放于上層露天甲板，分別位于艦首和艦尾。因此，“海安”號也當之無愧地成為當時中國體型最大的巨艦，被評為“外國二等，國內巨掣”。

“海安”號成功下水后，江南制造總局于1873年12月23日又成功下水姐妹艦“馭遠”號，其尺寸、武器裝備和“海安”號完全相同，造價略低。當時的中國接連造出三艘二等巡航艦——“海安”號、“馭遠”號、“揚武”號，這三艘艦使中國水師初步具有近代化海軍的風貌。

2 “海安”號總體設計

2.1 “海安”號主尺度

1918年，民國海軍部副官兼編纂科科長池仲祐編寫的《海軍實記》中有兩段關于“海安”號主尺度的記載：“‘海晏兵船，上海制造局制，于同治十二年告成。船身長三百尺，寬四十二尺，吃水二十尺零，排水量二千八百噸，馬力一千八百匹。‘馭遠兵船，上海制造局制，于光緒元年告成。船身長三百尺（計英尺），寬四十二尺，吃水二十一尺，排水量二千八百噸，馬力一千八百匹。”[2-3]上述兩艦的主尺度可換算成公制并與“阿莫列克”號艦對比。“海安”號身長71.44米，長寬比達到7.32。如此修長的船型在風帆時代，即便考慮中間插入蒸汽動力艙段，其總結構仍不合理，顯然《海軍實記》中描述的“海安”號艦的主尺度并不合理。

1872年5月29日，上海《申報》在報道中描述“海安”號身長263英尺6英寸，寬44英尺10英寸，型深29英尺4英寸，吃水19.7英尺。據此可得出，池仲祐在《海軍實記》中記錄的船身長是包括首斜桅的總長度。該尺度和法國戰艦“阿莫列克”號幾乎相同，這也從另外一個角度證實了“海安”號的外形設計參考了法國海軍軍艦。

即便是《申報》上刊登的尺度，較普通船而言，船體仍更為修長。“阿莫列克”號是一種在風帆戰艦的基礎上插入蒸汽動力的分段后改裝的船型，船身較傳統風帆戰艦略長;法國風帆戰艦和英國相比，也更長一些，速度也更快。《海軍實記》中記錄的福州船政局建造船的尺度是市制;江南制造局的前身是美商旗記鐵廠，極有可能采用英制。由此可見，“海安”號主尺度設計與《申報》中的記述以及“阿莫列克”號的尺度數據基本一致。

對于木質風帆的設計來說，主尺度從表面上看與現代船艦設計并無太大差異，但是細節上有很大不同。由于其龍骨和船首尾柱皆由大塊方木制成，類似于“海安”號尺度的風帆戰艦龍骨長度就能達到21英寸，粗大方截面舵桿也會造成艉垂線定義的模糊，盡管型寬一樣，但外板厚度的差異會導致最大寬度存在較大的不同。

2.2 “海安”號總體布置

“海安”號是一艘具有西洋式典型布置的全帆裝蒸汽動力軍艦，從僅有的照片中可見，“海安”號設有連續上甲板，下有一層連續火炮甲板。1872年7月4日出版的《申報》對“海安”號船體內部各層甲板的布置也作出了詳細描述。艦上設置四層甲板，底艙甲板、住艙甲板、火炮甲板和上甲板。底艙甲板上設帆纜房兩間、油漆房一間、大木匠房及水兵頭目房各一間，另有火藥房一間，帶有鋼圍壁的炮彈兩間以及淡水艙兩個[4]。底艙甲板下的前艙，容積為59.2噸，兩間鋼圍壁炮彈房的容積為27噸，火藥房容積為11.8噸，油漆房容積為14.2噸，木匠房和水兵頭目房共計容積為31噸。下艙面在木匠房和工作間之間，容積為75噸，帆纜房兩間共計容積為30噸。前艙內的油漆房、帆纜房及下艙面共計可容納貨物175.4噸，而大木匠房、水兵頭目房、火藥、炮彈各房在外底艙面。后段為工作間及機器房，容積為51噸。

此外，有大貨艙四間，容積共計105.4噸，貨房下為下后艙，容積為64.6噸，后火藥房容積為48.9噸，后炮彈房、鋼殼房及駁船用鋼料房容積共計39噸。大貨艙和機艙之間為淡水艙，四個貨艙及后艙共計可容納169噸貨物。整個底艙甲板面含前、后兩艙，容積為344.4噸。水艙可裝載淡水40噸，另設置一個冷凝水筒。蒸汽機、鍋爐及燃煤等布置空間共占船長約65英尺。從上述《申報》的報道中可得出，“海安”號底艙和下甲板的設計與英法海軍中尺度相近的蒸汽風帆戰艦設計基本一致。

但與當時英法海軍不同的是，“海安”號的上甲板艉部并未設置與早期法國護航艦相同的艉樓甲板。若設置了艉樓甲板，有利之處在于船下部可以布置軍官居住的艙室，同時火炮甲板能夠一直延伸到船的艉部，但不利之處在于艉樓甲板的艉部無法布置炮門，艉部方向的火炮射擊也會受到影響。關于船體內鍋爐艙和蒸汽機艙的布置，尤其是英法海軍中與“阿莫列克”號尺度相近的蒸汽風帆戰艦，它們通常會在前桅和主桅之間插入一個分段，布置四臺鍋爐，并把蒸汽機布置在主桅的后方。除此之外，戰列艦船體內部空間大，因此也有將鍋爐和蒸汽主機放在主桅和后桅之間船體內部的情況。1848年10月，英國海軍部改裝了1845年在德文波特訂造的“桑斯·帕雷爾”。在尾部船體加長了18英尺，安裝了一臺從“尤羅塔斯”號鐵殼船上替換下來的蒸汽機[5]。

根據上述英法海軍風帆螺旋槳戰艦的特點分析，“海安”號火炮甲板兩側船體外板上每舷側有18個開口。舷側炮門帶船殼涂裝的顏色是白色，“海安”號的涂裝是清朝水師常用的維多利亞式。前桅和主桅之間設置有一座煙囪和通風筒，按照當時比較流行的設計，煙囪應該是伸縮式的。火炮甲板下方在主桅前面布置有鍋爐，鍋爐房的外側布置有燃煤艙。火炮甲板和上甲板布置有相應的裝煤艙口，煤渣提升通道通常是借用通風筒，舷側有一個炮門開口用作倒灰口。蒸汽主機應該布置在主桅后面的火炮甲板下面，并有機艙棚延伸到上甲板上，以便布置通風筒通風。

從鍋爐艙和主機艙前后分立布置形式來看，“海安”號的火炮甲板和上甲板應設有兩個天棚。當時的制鐵技術已經成熟，并且江南制造總局具備較強的制鐵能力，天棚的圍壁應采用熟鐵板制成。

從“海安”號僅存的照片中可清晰地看到，船上設有三根桅桿，每根桅桿上配置有三根橫帆桁，艏部斜桅也由多根桅組合構成。從總體設計上看，“海安”號的桅桿和風帆布置是一艘典型的三桅式全帆裝風帆船，和“赫敏”號的帆裝布置接近，也與多數三桅式全帆裝風帆船的共性特征類似。盡管在細節設計上存在差異，但從外形來看，“海安”號仍是一艘具有典型歐式特征的全帆裝蒸汽動力帆船，只是上甲板的布置更接近于英美式而不是法式。這也與英國皇家海軍的艦隊中有不少俘獲而來的法國海軍船只，英式和法式之間的界限有時并不明顯這一情況有所關聯。江南制造局的前身旗記鐵廠曾負責修理美式的風帆商船，江南制造總局建造的第二艘艦“操江”號暗輪，以及江南制造總局內以徐壽為首的科學技術人員和原鐵廠留用的外籍工匠，更加能證實“海安”號是在日意格拿來的“阿莫列克”號艦的圖紙上進行了修改。

19世紀中期的帆裝軍艦通常采用橫跨兩舷并高于舷墻高度的平臺，稱為“飛橋”，飛橋上設有欄桿和扶梯，方便管理指揮人員在海上航行時用來瞭望和指揮。因“海安”號為日意格從法國引進的設計，可以推斷“海安”號也采用了雙飛橋布置，船政局“揚武”號則采用了相同的設計和結構。

從“海安”號現存照片和江南制造總局造船檔案館保存的史料記載來看，掛在“海安”號名下的小艇多達8艘，采用的是鐵質艇架吊放，同時代的“揚武”號也是如此。鐵質艇架在19世紀下半葉的西方船舶中比較普遍，這不僅和“海安”號建造時代的工業水平相符，也與江南制造總局從旗記鐵廠轉型提升而來的鋼鐵加工能力相稱。

3 “海安”號船體設計

3.1 船體線型設計

19世紀中葉，木造風帆船以梨形剖面的蓋倫船居多。以“東印度公司船”為代表的蓋倫型風帆商船的設計初衷是追求更大載重量，從而提高運輸的經濟效益，所以將船體線型設計為艏艉圓鈍、剖面呈梨形。

到19世紀30年代后，美國和歐洲船舶設計師的實驗與實船試驗得出的經驗都否定了艏艉圓鈍的蓋倫船型，飛剪式船型剖面開始被更多地應用。19世紀中期后，蒸汽機開始作為風帆戰艦的輔助動力，再加上曲木資源的逐漸枯竭，世界風帆戰艦的船體設計也朝著這個方向發展。1872年建造的“海安”號，母型參考了法國蒸汽動力風帆戰艦“阿莫列克”號，可以確定整體船體線型設計同樣采用飛剪式船型剖面。

3.2 船體結構

18世紀前，木質戰艦的結構都是采用曲形方木加工制成的肋骨，在肋骨的外側包覆一層木板作為船殼板。當船在風浪中航行時，這些船殼板會相互錯動，板條間的錯動會導致捻縫迸裂，從而引起海水進入，導致木板腐蝕加劇，使船體結構變得脆弱易損。直到18世紀末，西方船廠紛紛嘗試在船側增加一些對角線加強材料來提高船體耐受力。

對蒸汽動力的木造風帆戰艦而言，船體的縱向強度顯得更加重要，因為船體必須承受鍋爐、蒸汽機和煤艙等集中載荷，這些集中在船體舯部的載荷會加劇船體梁的中垂現象。雖然“海安”號是1872年下水的，但母型是1850年法國建造的“阿莫列克”號護航艦。從法式木造風帆軍艦設計特點來看，法式艦船船體修長，船體縱向結構較弱的矛盾更加突出。“海安”號船體結構設計采用了類似瑟賓斯造船法，而且從江南制造總局的鐵加工能力來看，也可以斷定船體結構采用了鐵制的斜向加強件和轉角連接件。

從船體結構設計的角度來看，“海安”號在艏艉上甲板布置兩門重炮有利于整個船體梁的載荷均衡，帶有螺旋槳的艉柱設計也是“海安”號的一大特色。

4 結語

僅憑照片和蒸汽風帆戰艦的歷史資料就還原出完整的“海安”號總體設計無疑是很難實現的，這也是“海安”號被稱為“中國造船史上一艘尚未被真實展現過的船型”的真正原因。要探尋“海安”號的總體設計，“搜尋”和“定位”十分重要，不僅是被它的神秘感所吸引，更重要的是那個時期中國船舶設計及蒸汽風帆戰艦凸顯著獨特魅力。探索“海安”號本身也是對江南機器制造總局建造西洋式帆船過程的探索，其現實意義不言而喻。

參考文獻：

[1] 沈毅敏.絕響再續：《“海安”號巡航艦復原記》書稿讀后感[J].航海，2021（6）：12-15.

[2] 施春煜.江南制造局技術引進及其工業技術體系的建構[D].蘇州：蘇州大學，2006.

[3] 中國近代艦艇工業史料集編輯部.中國近代艦艇工業史料集[M].上海：上海人民出版社，1994：92，129-130.

[4] 帥一尚.航海模型家族的新成員：戰斗戰艦模型[J].航空模型，2002（1）：2.

[5] 大衛·K.布朗，英國皇家海軍戰艦設計發展史[M].南京：江蘇文藝出版社，2019：235.

作者簡介：錢姍姍（1997—），女，安徽銅陵人，碩士在讀，研究方向：藝術設計。

曹汝平（1976—），男，湖北荊門人，博士，副教授，研究方向：中國設計歷史與理論、設計與技術哲學、數字媒體應用理論、藝術評論。