风帆巨掣“海安”号的总体结构设计探究

钱姗姗 曹汝平

摘要：由于史料散失，加上船舶设计方面的探索较少，“海安”号及其姐妹舰“驭远”号的设计与制造记载成为空白。但木造风帆蒸汽战舰的共性特点、法式和英式帆船的异同点以及西洋帆船制作的细节都在“海安”号上有所体现，基于此，文章探究“海安”号的总体结构设计，以供参考。

关键词：“海安”号;总体结构;设计;制造技术;蒸汽风帆战舰

中图分类号：U674.7 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2022）17-0-03

1 “风帆巨掣”的问世：中国大型巡洋舰“海安”号

19世纪后半叶，中国近代造船工业主要集中在1865年创立于上海虹口区域的江南机器制造总局和1866年创立于福州马尾区的船政局。1871年，福州将军文煜等人提出建造大型军舰的计划，随即委派日意格找来法国海军建造的一大一小两型大马力蒸汽军舰的设计方案，两型军舰分别是法国海军的阿莫列克级和决心级。船政局选取了较小的决心级13门火炮方案，于1872年4月23日制造出国产二等巡洋舰“扬武”号。而江南机器制造总局选择了较大型的阿莫列克级方案并由徐寿等人设计监造。仅隔一月，沉寂已久的黄浦江面也迎来了新的传奇，这便是江南机器制造总局问世的第五艘军舰，尤为特别的是，它是装备着20余门火炮的大型巡洋舰。

这艘军舰下水时被命名为“镇安”，后改名为“海安”。“海安”号（见图1）采用全木质结构，造价达到355 198.162 1两白银，几乎占用了江南制造总局全年预算，成为江南制造总局有史以来造价最高的军舰。舰身长263英尺6英寸，宽44英尺10英寸，舱深29英尺4英寸，吃水19.7英尺，排水量2800吨，配置1800匹马力双气缸蒸汽机一台和锅炉四座，航速约10节[1]。装备进口克虏伯90磅主炮两门，42磅克虏伯炮4门。“海安”号的火炮布置仍沿用了传统风帆战舰时代的舷侧布置方式，除了可以使用蒸汽动力驱动外，还可以使用风帆动力，并将螺旋桨设计成升降式，以减轻水底阻力。“海安”号数量最多的24门42磅炮全部安放于第二层火炮甲板的两侧，两门主炮则安放于上层露天甲板，分别位于舰首和舰尾。因此，“海安”号也当之无愧地成为当时中国体型最大的巨舰，被评为“外国二等，国内巨掣”。

“海安”号成功下水后，江南制造总局于1873年12月23日又成功下水姐妹舰“驭远”号，其尺寸、武器装备和“海安”号完全相同，造价略低。当时的中国接连造出三艘二等巡航舰——“海安”号、“驭远”号、“扬武”号，这三艘舰使中国水师初步具有近代化海军的风貌。

2 “海安”号总体设计

2.1 “海安”号主尺度

1918年，民国海军部副官兼编纂科科长池仲祐编写的《海军实记》中有两段关于“海安”号主尺度的记载：“‘海晏兵船，上海制造局制，于同治十二年告成。船身长三百尺，宽四十二尺，吃水二十尺零，排水量二千八百吨，马力一千八百匹。‘驭远兵船，上海制造局制，于光绪元年告成。船身长三百尺（计英尺），宽四十二尺，吃水二十一尺，排水量二千八百吨，马力一千八百匹。”[2-3]上述两舰的主尺度可换算成公制并与“阿莫列克”号舰对比。“海安”号身长71.44米，长宽比达到7.32。如此修长的船型在风帆时代，即便考虑中间插入蒸汽动力舱段，其总结构仍不合理，显然《海军实记》中描述的“海安”号舰的主尺度并不合理。

1872年5月29日，上海《申报》在报道中描述“海安”号身长263英尺6英寸，宽44英尺10英寸，型深29英尺4英寸，吃水19.7英尺。据此可得出，池仲祐在《海军实记》中记录的船身长是包括首斜桅的总长度。该尺度和法国战舰“阿莫列克”号几乎相同，这也从另外一个角度证实了“海安”号的外形设计参考了法国海军军舰。

即便是《申报》上刊登的尺度，较普通船而言，船体仍更为修长。“阿莫列克”号是一种在风帆戰舰的基础上插入蒸汽动力的分段后改装的船型，船身较传统风帆战舰略长;法国风帆战舰和英国相比，也更长一些，速度也更快。《海军实记》中记录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记铁厂，极有可能采用英制。由此可见，“海安”号主尺度设计与《申报》中的记述以及“阿莫列克”号的尺度数据基本一致。

对于木质风帆的设计来说，主尺度从表面上看与现代船舰设计并无太大差异，但是细节上有很大不同。由于其龙骨和船首尾柱皆由大块方木制成，类似于“海安”号尺度的风帆战舰龙骨长度就能达到21英寸，粗大方截面舵杆也会造成艉垂线定义的模糊，尽管型宽一样，但外板厚度的差异会导致最大宽度存在较大的不同。

2.2 “海安”号总体布置

“海安”号是一艘具有西洋式典型布置的全帆装蒸汽动力军舰，从仅有的照片中可见，“海安”号设有连续上甲板，下有一层连续火炮甲板。1872年7月4日出版的《申报》对“海安”号船体内部各层甲板的布置也作出了详细描述。舰上设置四层甲板，底舱甲板、住舱甲板、火炮甲板和上甲板。底舱甲板上设帆缆房两间、油漆房一间、大木匠房及水兵头目房各一间，另有火药房一间，带有钢围壁的炮弹两间以及淡水舱两个[4]。底舱甲板下的前舱，容积为59.2吨，两间钢围壁炮弹房的容积为27吨，火药房容积为11.8吨，油漆房容积为14.2吨，木匠房和水兵头目房共计容积为31吨。下舱面在木匠房和工作间之间，容积为75吨，帆缆房两间共计容积为30吨。前舱内的油漆房、帆缆房及下舱面共计可容纳货物175.4吨，而大木匠房、水兵头目房、火药、炮弹各房在外底舱面。后段为工作间及机器房，容积为51吨。

此外，有大货舱四间，容积共计105.4吨，货房下为下后舱，容积为64.6吨，后火药房容积为48.9吨，后炮弹房、钢壳房及驳船用钢料房容积共计39吨。大货舱和机舱之间为淡水舱，四个货舱及后舱共计可容纳169吨货物。整个底舱甲板面含前、后两舱，容积为344.4吨。水舱可装载淡水40吨，另设置一个冷凝水筒。蒸汽机、锅炉及燃煤等布置空间共占船长约65英尺。从上述《申报》的报道中可得出，“海安”号底舱和下甲板的设计与英法海军中尺度相近的蒸汽风帆战舰设计基本一致。

但与当时英法海军不同的是，“海安”号的上甲板艉部并未设置与早期法国护航舰相同的艉楼甲板。若设置了艉楼甲板，有利之处在于船下部可以布置军官居住的舱室，同时火炮甲板能够一直延伸到船的艉部，但不利之处在于艉楼甲板的艉部无法布置炮门，艉部方向的火炮射击也会受到影响。关于船体内锅炉舱和蒸汽机舱的布置，尤其是英法海军中与“阿莫列克”号尺度相近的蒸汽风帆战舰，它们通常会在前桅和主桅之间插入一个分段，布置四台锅炉，并把蒸汽机布置在主桅的后方。除此之外，战列舰船体内部空间大，因此也有将锅炉和蒸汽主机放在主桅和后桅之间船体内部的情况。1848年10月，英国海军部改装了1845年在德文波特订造的“桑斯·帕雷尔”。在尾部船体加长了18英尺，安装了一台从“尤罗塔斯”号铁壳船上替换下来的蒸汽机[5]。

根据上述英法海军风帆螺旋桨战舰的特点分析，“海安”号火炮甲板两侧船体外板上每舷侧有18个开口。舷侧炮门带船壳涂装的颜色是白色，“海安”号的涂装是清朝水师常用的维多利亚式。前桅和主桅之间设置有一座烟囱和通风筒，按照当时比较流行的设计，烟囱应该是伸缩式的。火炮甲板下方在主桅前面布置有锅炉，锅炉房的外侧布置有燃煤舱。火炮甲板和上甲板布置有相应的装煤舱口，煤渣提升通道通常是借用通风筒，舷侧有一个炮门开口用作倒灰口。蒸汽主机应该布置在主桅后面的火炮甲板下面，并有机舱棚延伸到上甲板上，以便布置通风筒通风。

从锅炉舱和主机舱前后分立布置形式来看，“海安”号的火炮甲板和上甲板应设有两个天棚。当时的制铁技术已经成熟，并且江南制造总局具备较强的制铁能力，天棚的围壁应采用熟铁板制成。

从“海安”号仅存的照片中可清晰地看到，船上设有三根桅杆，每根桅杆上配置有三根横帆桁，艏部斜桅也由多根桅组合构成。从总体设计上看，“海安”号的桅杆和风帆布置是一艘典型的三桅式全帆装风帆船，和“赫敏”号的帆装布置接近，也与多数三桅式全帆装风帆船的共性特征类似。尽管在细节设计上存在差异，但从外形来看，“海安”号仍是一艘具有典型欧式特征的全帆装蒸汽动力帆船，只是上甲板的布置更接近于英美式而不是法式。这也与英国皇家海军的舰队中有不少俘获而来的法国海军船只，英式和法式之间的界限有时并不明显这一情况有所关联。江南制造局的前身旗记铁厂曾负责修理美式的风帆商船，江南制造总局建造的第二艘舰“操江”号暗轮，以及江南制造总局内以徐寿为首的科学技术人员和原铁厂留用的外籍工匠，更加能证实“海安”号是在日意格拿来的“阿莫列克”号舰的图纸上进行了修改。

19世纪中期的帆装军舰通常采用横跨两舷并高于舷墙高度的平台，称为“飞桥”，飞桥上设有栏杆和扶梯，方便管理指挥人员在海上航行时用来瞭望和指挥。因“海安”号为日意格从法国引进的设计，可以推断“海安”号也采用了双飞桥布置，船政局“扬武”号则采用了相同的设计和结构。

从“海安”号现存照片和江南制造总局造船档案馆保存的史料记载来看，挂在“海安”号名下的小艇多达8艘，采用的是铁质艇架吊放，同时代的“扬武”号也是如此。铁质艇架在19世纪下半叶的西方船舶中比较普遍，这不仅和“海安”号建造时代的工业水平相符，也與江南制造总局从旗记铁厂转型提升而来的钢铁加工能力相称。

3 “海安”号船体设计

3.1 船体线型设计

19世纪中叶，木造风帆船以梨形剖面的盖伦船居多。以“东印度公司船”为代表的盖伦型风帆商船的设计初衷是追求更大载重量，从而提高运输的经济效益，所以将船体线型设计为艏艉圆钝、剖面呈梨形。

到19世纪30年代后，美国和欧洲船舶设计师的实验与实船试验得出的经验都否定了艏艉圆钝的盖伦船型，飞剪式船型剖面开始被更多地应用。19世纪中期后，蒸汽机开始作为风帆战舰的辅助动力，再加上曲木资源的逐渐枯竭，世界风帆战舰的船体设计也朝着这个方向发展。1872年建造的“海安”号，母型参考了法国蒸汽动力风帆战舰“阿莫列克”号，可以确定整体船体线型设计同样采用飞剪式船型剖面。

3.2 船体结构

18世纪前，木质战舰的结构都是采用曲形方木加工制成的肋骨，在肋骨的外侧包覆一层木板作为船壳板。当船在风浪中航行时，这些船壳板会相互错动，板条间的错动会导致捻缝迸裂，从而引起海水进入，导致木板腐蚀加剧，使船体结构变得脆弱易损。直到18世纪末，西方船厂纷纷尝试在船侧增加一些对角线加强材料来提高船体耐受力。

对蒸汽动力的木造风帆战舰而言，船体的纵向强度显得更加重要，因为船体必须承受锅炉、蒸汽机和煤舱等集中载荷，这些集中在船体舯部的载荷会加剧船体梁的中垂现象。虽然“海安”号是1872年下水的，但母型是1850年法国建造的“阿莫列克”号护航舰。从法式木造风帆军舰设计特点来看，法式舰船船体修长，船体纵向结构较弱的矛盾更加突出。“海安”号船体结构设计采用了类似瑟宾斯造船法，而且从江南制造总局的铁加工能力来看，也可以断定船体结构采用了铁制的斜向加强件和转角连接件。

从船体结构设计的角度来看，“海安”号在艏艉上甲板布置两门重炮有利于整个船体梁的载荷均衡，带有螺旋桨的艉柱设计也是“海安”号的一大特色。

4 结语

仅凭照片和蒸汽风帆战舰的历史资料就还原出完整的“海安”号总体设计无疑是很难实现的，这也是“海安”号被称为“中国造船史上一艘尚未被真实展现过的船型”的真正原因。要探寻“海安”号的总体设计，“搜寻”和“定位”十分重要，不仅是被它的神秘感所吸引，更重要的是那个时期中国船舶设计及蒸汽风帆战舰凸显着独特魅力。探索“海安”号本身也是对江南机器制造总局建造西洋式帆船过程的探索，其现实意义不言而喻。

参考文献：

[1] 沈毅敏.绝响再续：《“海安”号巡航舰复原记》书稿读后感[J].航海，2021（6）：12-15.

[2] 施春煜.江南制造局技术引进及其工业技术体系的建构[D].苏州：苏州大学，2006.

[3] 中国近代舰艇工业史料集编辑部.中国近代舰艇工业史料集[M].上海：上海人民出版社，1994：92，129-130.

[4] 帅一尚.航海模型家族的新成员：战斗战舰模型[J].航空模型，2002（1）：2.

[5] 大卫·K.布朗，英国皇家海军战舰设计发展史[M].南京：江苏文艺出版社，2019：235.

作者简介：钱姗姗（1997—），女，安徽铜陵人，硕士在读，研究方向：艺术设计。

曹汝平（1976—），男，湖北荆门人，博士，副教授，研究方向：中国设计历史与理论、设计与技术哲学、数字媒体应用理论、艺术评论。