打造无畏的心脏1905年10月2日,皇家海军划时代的“无畏”号战列舰公开下水,震惊了全球海军,作为第一艘“全装重型主炮”(All Big Gun)的战列舰,“无畏”号的出现开启了“无畏舰”时代的来临,从此“全装重型主炮”的战列舰,被统称为“无畏舰”,而在此之前的战列舰,则被称为“前无畏舰”。
与引人瞩目的“全装重型主炮”的武备设计一样,“无畏”号战列舰在动力设计上同样是划时代的,在“无畏”号上,蒸汽轮机第一次作为战列舰的动力主机出现,从此成为了战列舰动力的主流,不过,战列舰汽轮机动力的发展,并非像“全装重型主炮”概念那样迅速一统天下,而是经历了相当曲折的过程。
各显神通的解决方案德国海军在最初两级战列舰拿骚级和赫尔果兰级上,仍然采用四缸三涨往复式蒸汽机作为动力,实际上,在帕森斯推出船用蒸汽轮机之后,德国海军也曾经考虑过采用蒸汽轮机作为动力,但是最后仍然使用了往复式蒸汽机,不过这倒不是因为德国海军保守或者是了解直结式汽轮机的缺点,实在是因为英国佬实在太黑,当时垄断了船用汽轮机技术的帕森斯公司,给德国人报出的专利授权费价格,达到每台蒸汽轮机约100万马克,这几乎跟抢劫差不多——要知道德国第一艘战列巡洋舰“冯.德.坦恩”号造价也不过3600万马克多一点,德国人显然不能接受这种价格,所以最后提尔皮茨拍板——不用蒸汽轮机了!不过德国人自己并没有放松对蒸汽轮机的研发,到建造德皇级战列舰时,希肖船厂已经成功研制了舰用蒸汽轮机,而此时美国人寇蒂斯研制的非帕森斯体系的船用蒸汽轮机也已经投入实用,在前后夹击之下帕森斯公司也不得不降低了专利授权费,为了避免帕森斯的垄断,最后德皇级五舰使用了三种蒸汽轮机——小孩子才做选择题,德国人帕森斯式,希肖式和寇蒂斯式全都要。
当然,德国人也不是不知道直结式汽轮机的效率问题,不过对于北海鸭来说,续航力偏低问题不大,当然,德国人也曾经试图解决巡航效率问题,比如在德皇级“摄政王路易特博尔德”号上,德国海军尝试用柴油机作为中间一轴的动力用于巡航,以提升战舰的续航能力,不过由于大型舰用柴油机研发工作的延误,“摄政王路易特博尔德”号实际上最终也没有安装柴油机,这个尝试可以说无疾而终。
路易特博尔德亲王号,原计划使用柴油机作为巡航动力法意两国建造无畏舰都比较晚,而常年在地中海活动的两国海军对于续航力远没有对航速那样重视,意大利在其1909年开工的第一艘无畏舰但丁号上就使用了帕森斯蒸汽轮机,而法国更是在1907年开工的最后一级前无畏舰丹东级上就使用了帕森斯蒸汽轮机。
至于日本,在1906年3月开工的萨摩级“安芸”号前无畏舰建造期间临时变更设计试装了蒸汽轮机,不过有趣的是,在这个阶段一直追随英国海军技术日本人在安芸号上安装的并非英国的帕森斯式汽轮机,而是美国的寇蒂斯式,这样做的原因,很可能是还是因为帕森斯公司高昂的专利费问题。
安芸号,采用的是美国寇蒂斯式汽轮机在汽轮机问题上最为纠结的是美国,在通过美西战争成功获得菲律宾殖民地之后,美国海军就需要在缺乏后勤支持的情况下跨越整个广袤的太平洋才能有效支援菲律宾殖民地,此时战列舰的续航力这个技术战术指标对美国来说已经提升到海军战略甚至国家战略的层面。
由于国产寇蒂斯式汽轮机的存在,美国海军不存在在汽轮机技术上被英国人卡脖子的问题,所以从第二级无畏舰特拉华级开始,美国海军就开始尝试在战列舰上进行汽轮机和往复式蒸汽机的对比测试,当时“特拉华”号采用三级膨胀往复式蒸汽机,而“北达科他”号使用寇蒂斯式蒸汽轮机,根据美国设计人员的实验和估算,直结式汽轮机在16节时续航力会比往复机少大约25%,而速度越慢,直结式汽轮机续航力下降的相对值越高,14节时可能会减少40%,不过美国海军仍然在后续两级无畏舰上使用了帕森斯直结式蒸汽轮机。
但是特拉华级竣工后的试航结果显示,直结式汽轮机续航力下降问题与设计人员最初的估算相差无几,于是在1911年开工的纽约级上,又恢复了三级膨胀往复式蒸汽机动力,然而虽然采用了一系列诸如压力加注润滑油等新技术提高往复机的高速运转持续性,但是效果不过是差强人意,除了提升续航力之外全是缺点,另外一方面,由于燃油锅炉的运用,热值更高的燃油本身就能提供更高的续航力,也许就能解决续航力问题于是到了内华达级,又纠纠结结的把“内华达”号改成了汽轮机,而俄克拉荷马号仍然是往复机,只不过在内华达号的汽轮机组中,添加了一组齿轮减速的小功率巡航涡轮组,用于在低速巡航时驱动螺旋桨,以提升低速巡航时的燃料经济性,由于巡航涡轮组功率小,对减速齿轮要求不高,所以在之后的宾夕法尼亚级和新墨西哥级二三号舰上都继续运用,但是齿轮减速的小功率巡航涡轮组只能部分解决低速燃料经济性问题,而在高速端则一筹莫展,所以在新墨西哥级设计时,美国人又在“新墨西哥”号上尝试采用了电传动方式,即用汽轮机涡轮组直接带动发电机发电,再由电动机驱动螺旋桨,这样一来,汽轮机和螺旋桨都可以很轻松的工作在比较理想的转速下,而且每个涡轮组都可以直接驱动一台发电机,可以很方便的设置多个压力级而不受主轴数的限制,充分利用蒸汽的能量;而在配电控制系统帮助下,电动机的调速和反转都非常方便,还可以省去倒伡涡轮组和相应的管道和附件,螺旋桨驱动主轴也可以简化缩短。
当然,涡轮机电传驱动也不是没有缺点,首先大功率的发电机和电动机既吃空间也吃重量,省去的倒伡涡轮组的空间,占地面积和重量被吃光都远远不够,电传动的损耗也要略高于机械传动方式,而且对于战舰来说,虽然电传动布置更灵活,对水密分舱好处很多,但是电传动本身抗损性差,尤其是整套电力和配电系统对进水非常敏感。
不过在没有靠谱的机械联动减速传动方式的情况下,电传动对于对战列舰航速不太敏感的美国海军来说已经是最优解了,所以之后的田纳西级和科罗拉多级,一直到计划中的南达科他级战列舰(1920年)和列克星敦级战列巡洋舰设计,都采用了汽轮机电传动方式。
美国海军从新墨西哥级开始使用电传动方式