當人們站在海邊遠眺軍艦,從海天線上首先露出來的永遠是那根高高的桅桿。它是一艘軍艦不可缺少的重要裝備,從古至今歷經(jīng)了千年風雨。
早在古埃及時期,人們就將帆掛在桅桿上御風而行,此時桅桿是一個“大力士”,扛著巨大的風帆為船舶提供動力。后來船體越造越大,桅桿數(shù)量也越來越多,從一根、兩根發(fā)展到八、九根之多。
桅桿上懸掛的風帆種類也越來越多,再加上各種武器,形成了一套完整復雜的風帆戰(zhàn)艦系統(tǒng)。它載著人們征服大海,推動地理大發(fā)現(xiàn),進入大航海時代。
隨著時代發(fā)展科技進步,蒸汽機、柴油機、汽輪機等各種新型動力不斷涌現(xiàn),風帆也慢慢從動力王座上滑落,桅桿作用也發(fā)生了翻天覆地的變化。
它不再是“扛帆力士”,而是成為預警指揮、瞄準觀測、通訊導航的重要工具,變成一艘軍艦的耳目和索敵先鋒。
這些設備站得越高看得越遠,桅桿的個子也就越長越高,同時對結(jié)構(gòu)強度、穩(wěn)性、振動、隱身等指標提出更高要求。
早期桅桿結(jié)構(gòu)簡單,就是一根直立豎桿上懸掛各種裝備。后來設備越來越多越來越重,桅桿也愈加粗壯,發(fā)展出三腳桅、籠型桅、塔型桅、桁格桅、筒型桅、綜合一體化桅等多種形態(tài),還有大到極致的典型——桅樓。
1、三腳桅、籠型桅、桅樓
1906年,英國海軍在納爾遜勛爵級前無畏艦和第一艘無畏級戰(zhàn)列艦“無畏號”上裝備了三腳桅,此后一直使用到21世紀才慢慢淘汰。
三腳桅在直立桅的基礎上增加了兩根粗壯的支撐桿,使結(jié)構(gòu)強度和剛性大大增加,承載力增強,同時整體造型依然簡潔輕巧,受風阻力小,不易受炮火沖擊,抵抗船舶橫搖應力的能力也很強。
同期美國海軍設計師更青睞造型新穎的籠型桅,它用一系列傾斜細柱按雙曲面和雙螺旋結(jié)構(gòu)交叉組成,看上去像一個編織的鳥籠。
1910年美國海軍在“南卡羅來納”號戰(zhàn)列艦(BB-26)裝備籠型桅,隨后成為許多戰(zhàn)列艦和裝甲巡洋艦的標配,一直到1920年代的科羅拉多級戰(zhàn)列艦。
俄國海軍的兩艘安德烈?佩爾沃茲萬尼級戰(zhàn)列艦上也采用了這種桅桿。
與三腳桅相比,籠型桅達到同樣強度只需更小型的構(gòu)件搭建,建造工藝性好,承載能力和可用高度差不多。但是在抵抗軍艦橫搖應力和炮火沖擊方面不如前者,容易受震蕩擺動,于是就發(fā)生悲劇了。
1918年1月15日,“密歇根”號戰(zhàn)列艦遭遇強風暴襲擊,在船體大幅橫搖過程中籠型桅難以承受強大的應力從最窄處整體倒塌,造成嚴重損失。
海軍調(diào)查后發(fā)現(xiàn)是因為桅桿鋼管進水低溫結(jié)冰,導致結(jié)構(gòu)破裂才引發(fā)事故。還發(fā)現(xiàn)“康涅狄格”號戰(zhàn)列艦上籠型桅也出現(xiàn)屈曲跡象。
所以從1930年代開始,美軍逐漸用更堅固的三腳桅改造舊戰(zhàn)艦,同時安裝更大更重的火控設備。
較新的田納西級和科羅拉多級戰(zhàn)列艦仍然保留了籠型桅,但增強了結(jié)構(gòu)強度。
日本海軍師承英國,主力戰(zhàn)艦自然也是三腳桅。但隨著軍艦性能需求越來越高,需要增加的觀察、射擊、指揮平臺也越來越多,于是日本人就在三腳桅桿周邊搭建了許多平臺,為射擊指揮儀、測距儀、防空所、觀察所等各種設備提供支持,如金剛級、扶桑級、伊勢級、長門級戰(zhàn)列艦等。
平臺越堆越高,慢慢長成一座樓,就呈現(xiàn)出“桅樓高百尺”的典型特點。如扶桑級戰(zhàn)列艦桅樓高出水面達40米以上,經(jīng)常被西方海軍同行認為頭重腳輕,嘲笑為“圣誕樹”。
當然西方海軍也有類似的桅桿結(jié)構(gòu),只是沒有日軍這樣夸張。
2、塔型桅、桁格桅、筒型桅、多面體輕型桅、綜合一體化桅桿
二戰(zhàn)后軍艦進入導彈時代,艦上的電子設備越來越多,體積越來越大。導航雷達、三坐標搜索雷達、火控雷達、電子戰(zhàn)對抗設施等大家伙重達幾百公斤到數(shù)噸,傳統(tǒng)桅桿再也無力承擔。
尤其蘇軍電子設備更加雄壯,因此桅桿和上層建筑逐漸融合發(fā)展出塔型桅。
塔型桅和船體一樣有縱橫骨架,內(nèi)外結(jié)構(gòu)同時受力,強度非常好,承載能力超強,可維護性也較好,和二戰(zhàn)時期的桅樓外形有些相似。
缺點是迎風阻力大,雷達反射截面大,隱身性能不好,對船體穩(wěn)性影響較大。
蘇聯(lián)肯達級導彈巡洋艦就因為體型小,干舷低,裝備大量重裝備導致頭重腳輕,在波羅的海的惡劣海況中一直穩(wěn)性不佳,總是提心吊膽害怕傾覆。
雖然艦體中部有一對減搖鰭,還有大段舭龍骨,但仍不能完全解決問題,直到后來的金雕級、卡拉級等大型反潛艦才搞定。
美軍也面臨電子設備增加的問題,但美國電子技術(shù)水平高,雷達設備相對輕便小巧,所以大多數(shù)軍艦采用由鋼結(jié)構(gòu)多面平衡受力的桁格桅,只有核動力巡洋艦采用塔形桅。
桁格桅重量輕,結(jié)構(gòu)簡單,受風面積小,對船體穩(wěn)性影響小,使用非金屬材料時隱身效果較好。結(jié)構(gòu)強度、承載能力和抗振動疲勞性稍遜一籌。
桁格桅在斯普魯恩斯級驅(qū)逐艦首先采用,后來在提康德羅加級巡洋艦等多款戰(zhàn)艦上廣泛推廣。
阿利·伯克級驅(qū)逐艦不是桁格桅,而是一種獨特的后傾多面體輕型桅,由一根傾斜主梁加兩根加強支撐桿組成,像一根祖?zhèn)鳌傲酪录堋?。日?span id="lzxm6rh" class="candidate-entity-word" data-gid="18405105" qid="6574005674806613256" mention-index="0">愛宕級驅(qū)逐艦上也采用這種結(jié)構(gòu)。
多面體輕型桅重量輕,受風面積小,雷達反射截面積小,具備較好的隱身能力。除承載能力較小外,其他指標都不錯,是一種新興的桅桿形式。
筒形桅外形細長,橫截面為圓形,安裝在船體甲板或甲板室上,承載能力和結(jié)構(gòu)強度都很強,僅次于塔形桅。
缺點是桅桿底部接觸面小,桿體較高隨船搖擺慣性大,不適合作為主桅安裝在艦橋上,因此在貨船和油輪上使用較多,軍艦上使用較少。
諾克斯級護衛(wèi)艦艦體中央矗立著一個大煙囪,與上面的桅桿合二為一,形成一種特殊的筒狀煙囪桅。結(jié)構(gòu)非常堅固,可搭載大型雷達,占用空間也小,很有個性。
隨著多功能相控陣雷達出現(xiàn),軍艦上的雷達數(shù)量大幅減少。相控陣雷達與艦橋融合在一起,桅桿就得到很大的解放。
綜合一體化桅桿又叫 “ 封閉式桅桿/傳感器系統(tǒng)”,它將各種雷達、通信及電子戰(zhàn)設備組合在一個封閉結(jié)構(gòu)中,通過綜合射頻管理解決電磁干擾和兼容問題。不僅隱身性能大幅增加,也避免了昂貴的電子設備受海水侵蝕和外力損壞,成為新一代戰(zhàn)艦的重要標志。和風漫談原創(chuàng),禁止抄襲。
2000年,美軍首先在圣安東尼奧級船塢運輸艦上使用封罩式桅桿/雷達(AEM/S)系統(tǒng),將SPS-48E對空搜索雷達等多種天線,封裝在用FSS頻率選擇材料制成的外罩內(nèi),開創(chuàng)了綜合一體化桅桿先河。
后來英國45型、德國F-124級、挪威南森級、法意歐洲多任務護衛(wèi)艦(FREMM)等也都采用綜合一體化桅桿,但雷達綜合性能有所不足。
我們的055大驅(qū)裝備更先進的雙波段雷達、綜合射頻系統(tǒng)和一體化桅桿,成為當今世界上的最強戰(zhàn)艦之一。
美國朱姆沃爾特級驅(qū)逐艦為了追求極致隱身性能,甚至完全取消桅桿,將所有電子設備隱入全封閉式船艛中,從外形上改變了人們對軍艦的傳統(tǒng)印象。當然效果如何,仍有待驗證。
總之,軍艦桅桿隨著技術(shù)進步與作戰(zhàn)需求改變而不斷變化。無論是作為“扛帆力士”還是作為“軍艦耳目”,它對艦船的重要性都不可替代,未來也將變得更先進、更強大!
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