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出版協同社-日本の軍艦—わが造艦技術の発達と艦艇の変遷—
光人社-福井静夫著作集——軍艦七十五年回想記 第二巻 日本戦艦物語〔II〕
光人社-図解 八八艦隊の主力艦
海人社-「世界の艦船」2017年2月号增刊 傑作軍艦アーカイブ③戦艦「長門」型 OSPREY PUBLISHING-Warship 2020
S-01-9 Characteristics of Japanese Naval Vessels-Article 9, Underwater Protection
网址https://iiif.dl.itc.u-tokyo.ac.jp/repo/s/hiraga/page/home(搜索时输入ID后的数字)
ID20642001 土佐
ID92120101 〔写真〕船。「富士にて曳航中の土佐 1-8-1922 午前11時」 2葉
ID92110101 〔写真〕集合写真。自沈 7葉

ID92120101:1922年8月1日,由拖船拖航出港的土佐号,正在前往富士号的汇合点。永村清摄。

ID92120101:1922年8月1日上午11点,由富士号拖航的土佐号。永村清摄。
土佐号战列舰在华盛顿海军条约中被定为废弃舰,下水后从长崎返回吴,立刻进行了实验相关所需改造,在1923年内完成。

1924年6月,从吴拖航出港的土佐,目的地是广岛湾的实验海面。
1924年6月后的几个月,对该舰进行了防御测试。实验结束后,根据条约规定,在丰后水道自沉处分。
实验涉及到验证对各种鱼雷、水雷、炮弹、炸弹等的防御效果,其中六次在广岛湾内进行的水下实验是主要组成部分。利用最新锐的未成战列舰舰体,获得了极其珍贵的资料。最终,在舰船防御设计和开发具有优秀水中弹道穿甲弹等方面获得了很多成果。其中,最重要的莫属水中弹效果的研究,明确水线下也需充分防御主炮炮弹,对以后战列舰的大改造和大和级的设计产生了深远影响。
土佐号的实验被列为了军机(日本海军的机密级别分为秘、军极秘、军机,也就是最高级别的机密),其详细信息被海军严格隐匿。

『図解 八八艦隊の主力艦』p.159:①一号水雷乙;②九年式水雷;③六年式鱼雷弹头;④八年式二号弹头×2;⑤500kg炸弹;⑥鱼雷殉爆;⑦大型549kg装药炸弹;⑧超大型1086kg装药炸弹;⑨~⑩主炮穿甲弹
此次实验是在龟之首射击场进行,使用制式的和新型的356mm和410mm炮弹,对加贺号的273mm主装进行测试。制式弹应为1914年制式化的三年式穿甲弹,新型弹应为后来1925年制式化的五号穿甲弹。
此次实验的目的是不同类型、不同口径炮弹的性能,以及验证主装的防御效果,因此获得了重要的资料。

试验结果
结果显示,加贺级的主装不足以在20000米防御新型的410mm炮弹,但356mm炮弹即使到16000米的近距离也无法击穿主装。
①对炮塔
这次测试临时安装了四号炮塔侧面装甲,先从近距离模拟炮塔被击中的情况开始,验证炮塔的损伤。其中,为了得到该距离所需落角,土佐号的舰体是向龟之首射击场倾斜的。
命中的炮弹贯穿了侧面装甲,在炮塔内的左侧火炮炮尾附近爆炸。最终判定,主炮不能使用,炮塔操作员会全军覆没,但没有引爆弹药库的风险。
②对舰体:模拟射击距离20000米,落角17°
在战斗距离20000米左右的海面上,以左舷面向靶场固定的土佐号为目标,进行了面对主炮炮弹的实验,使用的是强装药的410mm炮。在这次实验中,大落角炮弹的威力远超预期,令相关人员大吃一惊,同时也出现了著名的水中弹。
在整个实验中,总计确认两发水中弹,2发一般命中弹。
1.水中弹
炮弹落水位置距船体近10米,命中位置位于四号炮塔前2.44米,左侧装甲下约0.61米(相当于水线下2.25米)产生1.83×1.22米的破口(A位置),产生相对水平线俯角6°,在75mm防雷舱壁上产生12.50×5.18米的破口(C位置),倾斜角度从4°15′增加到9°20′(均为左倾),进水量2300长吨。

『海軍造船技術概要』p.1338:第一发炮弹造成的破口大小:A-1.83×1.22米,B-1.02×0.86米,C-12.50×5.18米,D-2.44×1.22米,E-2.34×2.41米,F-2.49×1.83米,G-0.91×1.27米,H-0.91×0.89米。需要注意的是,图示与舰船反向相反(从艏看艉,下同)
2.水中弹
落水位置距船体近25米(落角17°),命中位置位于四号炮塔前方13.87米,水线装甲下端约1.83米(相当于水下3.56米),命中了防雷鼓包,形成4.27×2.44米的大破口。在防雷舱壁上的破孔只有1.43×0.43米,随后又在内部的舱壁上穿了6.25×1.98米的大破口,再进入后部轮机舱内爆炸,周围的舱壁上半部分被炮弹破片大量穿孔。进水量3000长吨,倾斜角度从4°53′增加到10°6′(均为左倾)。

『海軍造船技術概要』p.1339:此发近25米的水中弹(45倍410mm炮发射的炮弹,距离相当于20000米),命中了228号龙骨处,造成进水3000长吨,倾斜角度从4°53′增加到10°6′。

『海軍造船技術概要』p.1340:俯视情况
由此可知,在某个范围内的近弹,或是落角处在某个范围内,就能成为水中弹,并发挥出可怕的威力。
永村清中将还发现了至今为止完全没有注意到的地方:由于上述炮弹在轮机舱内爆炸,推进轴出现破损,导致主轴中空部分进水,海水随即流入其他舱室。鉴于该实例,以后建造的舰船的主轴在中空时,应在其连接处插入薄板以防水。
此次实验是在未搭载轮机等动力设备的情况下进行的,如果是实战状态,那么轮机确实能够抵御水中弹的攻击,保护中部的弹药库。将弹药库设计为狭长型、在其两侧设置轮机舱也是平贺让设计加贺级的独特思路,只不过当时大概只考虑到防御水雷或者鱼雷,没想到在面对水中弹时也能起到作用。
3.
命中位置在240号肋位处侧舷装甲,在装甲上缘的下方1.07米处,击角39°,击速435.8m/s。炮弹在装甲表面留下压痕,同时弹体破碎。
4.
命中位置在272~270号肋位之间,在侧舷装甲和相连装甲中间的稍下方。击角41°,击速440m/s。贯穿形成0.41×0.84米的孔,随后落下不炸。

Warship 2020 p.40
水下爆炸实验是在吴市锅冲进行的,时间是1924年6月6日至14日。为了不让土佐号在港内沉没,所以选择了在吃水2米的位置引爆,因此不能完全体现应有的威力。水下爆炸使用了一号水雷乙、九年式水雷、六年式鱼雷弹头、八年式二号鱼雷弹头以及500kg炸弹,以验证已完工的长门级在内的八八舰队主力舰水下防御的有效性。

USNTMJ S-01-9 p.193:水下爆炸实验实施情况
奥本刚认为,鱼雷实验是在土佐右舷海域固定的浮栈桥之间拉上电线,并在吊着的四四式鱼雷上安装各种弹头进行。这是为了节约资源,所以采用了废弃的武器(四四式鱼雷,此时已经开始采用533mm的六年式和610mm的八年式),但雷速也因此相当缓慢。而福井静夫写到,为了固定爆炸位置,没有实际发射鱼雷,而是安装与鱼雷弹头等量的爆炸物进行测试。至少在六年式鱼雷和八年式一型鱼雷的测试中,确实使用的是鱼雷弹头。
共计进行了三次鱼雷弹头水下爆炸实验,以研究对水下防御体系的影响。此外,还研究了水下爆炸形成的水柱落下后对临时上层建筑各种装置的影响,以及从传声管流入的海水对电气系统的影响。另外为了得知潜艇贴近发射鱼雷时,会对潜艇造成什么样的损伤程度,所以在距土佐约200米处的海域停泊了废弃的潜艇。
①1924.6.8 水下防御对六年式鱼雷弹头(装药200kg)

「世界の艦船」p.114:六年式鱼雷概略图,此次实验只使用了头部

『海軍造船技術概要』p.1345:此处虽标注的水雷,但从位置和名称的记录来看应该是鱼雷,疑似标注错误
爆炸位置在一号和二号炮塔之间的87号肋位左舷,水线下4.04米,外层船壳破孔22.3m²(6.71×3.66米),弯曲面积130.1m²,防御甲板纵向隔壁弯曲83.61m²,产生1.22×0.30米的破孔。
进水量1008长吨,覆盖长度38米,深度平均5米,出现破孔的区域数为19个,漏水区域9个,合计28个区域进水。倾斜角度从右倾1°40′变为左倾4°36′。

USNTMJ S-01-9 p.197:六年式鱼雷造成的损伤

USNTMJ S-01-9 p.10:同上

1.◎爆炸位置;

1.◉(三圈):爆炸的位置
得出的结论是:
(1)在命中船体装甲防御部分时,这种程度的爆炸不足以对土佐号造成重大损伤; (2)爆炸在75mm防雷舱壁上开了一个洞。从其他测试来看,损伤比预期更大一些。不能确定是什么原因,但其中一个原因可能是防雷鼓包外壳的上部向外倾斜; (3)这次损伤将对舰船的操纵和武器的使用造成重大冲击。
②1924.6.9 水下防御对八年式一型鱼雷弹头(装药300kg)

『海軍造船技術概要』p.1345:此处虽标注的水雷,但从位置和名称的记录来看应该是鱼雷,疑似标注错误
爆炸位置在右舷后桅下方的192号肋位,水线下4.04米。外层船壳形成纵2.5×横5.5米的破孔,破孔面积14.86m²,弯曲157.94m²,防雷舱壁弯曲92.90m²。
防雷舱壁的三层HT钢中,外侧有几处破裂。进水1203长吨。进水部分长27米,深4米,26个区域出现破孔,1个区域漏水,合计27个区域进水。

USNTMJ S-01-9 p.198:八年式一号鱼雷造成的损伤

USNTMJ S-01-9 p.52:八年式一号鱼雷造成的进水

1.◎爆炸位置

1.◉(三圈):爆炸的位置
得出的结论是:
该型鱼雷的爆炸威力和土佐号的水下防御能力相当。 但是测试中的土佐号吃水为7.09米,比设想的战斗状态吃水浅了2.16米左右。此外,爆炸位置深度为4.04米,这比鱼雷正常定深略浅,减小了爆炸威力。对此,为了彻底损坏水下防御体系,有必要增加装药量。
③1924.6.12 水下防御对八年式二型鱼雷(炸药350kg)

『海軍造船技術概要』p.1346
这次实验在反向进行,是为了验证填充水密钢管后的效果。其中,水密钢管的直径为229mm,管壁厚6mm,填充位置位于防雷鼓包内和双层底内。
爆炸位置位于左舷192号肋位,水线下4.88米,外层船壳破孔26.01m²,(横6.10×纵5.49米),船壳弯曲面积111.48m²,防雷舱壁弯曲92.90m²。其他部分没有局部损伤。
进水量1160长吨,产生破孔的区域有15个,漏水区域11个,合计26个区域进水,进水长度约32米,水深4米。倾斜从右倾1°变为左倾5°20′。

USNTMJ S-01-9 p.199:八年式二型鱼雷造成的损伤

USNTMJ S-01-9 p.15:注意图中标注的水密钢管

1.◎爆炸位置

1.◉(三圈):爆炸的位置
进行这个实验时,大多数委员(包括永村清中将)都集中在预定命中点的上方下甲板处集合,但只感觉到强度不大的上下振动。
进水情况表明鱼雷爆发出了预期中的威力,但结论是面对填充水密钢管的水下防御体系时,不能产生足够的效果。最终发现大多数水密钢管被爆炸威力破坏、受压变形,但由于未被破坏的钢管的浮力,进水量比前一次少40长吨,说明具有一定效果。
但是,水密钢管无法阻止海水灌入防雷舱壁后的舱室,也就意味着后部的重油舱可能已经混入海水了。虽然水密钢管能够起到作用,但重量达到了0.64kg/m²——也就是说,水密钢管比防雷舱壁更重。
结论是,如果把这么大的重量用在其他地方,就可以设计出效果更好的水下防御,建议进一步研究。
①1924.6.6无防御部对一号水雷乙(下濑六稜火药,100kg)

『海軍水雷史』p.294:一号水雷乙,为链式水雷的一种

『海軍造船技術概要』p.1345
该水雷被吊在一号炮塔前右舷57号肋位(舰艏次装甲盒的位置,水下无防御)2米处,电打火引爆。水线下3.66米外层船壳破孔22.30m²,横5.94×纵4.95米。
外层船壳弯曲部分面积69.68m²,进水995长吨,产生破孔的区域数为17,漏水区域5个,合计22区域进水。
倾斜角度从左倾14′到右倾1°40′。进水区域长度平均为12米,横跨左右舷。

『海軍造船技術概要』p.1342:一号水雷乙造成的损伤

USNTMJ S-01-9 p.196:同上

1.◎:爆炸位置;

1.◉(三圈):爆炸的位置
得出的结论是:
(1)尽管这枚水雷的爆炸威力很大,但不至于对土佐号构成致命损伤; (2)在本测试中,舰艏的纵倾变化近0.9米,在54分钟内就形成了1°倾斜,因此遭到损伤后将再难以维持舰队设定的航速; (3)仍需研究外侧重油舱内的重油在爆炸时是否会被引燃; (4)前部的鱼雷舱会不会在被击中时殉爆,暂且存疑。并不认为它会对舰船造成重大损伤。
②1924.6.13 水下防御对九年式水雷(装药150kg)

『海軍造船技術概要』p.1346
爆炸位置在一号和二号炮塔间的右舷87号肋位,水线下6.34米。爆炸造成的外层船壳破孔面积达到17.65m²(5.79×5.18米),船壳弯曲部分面积120.77m²,防雷舱壁弯曲面积29.73m²,爆炸中心附近有熔化的痕迹。
进水量726长吨,产生破孔的区域有10个,漏水区域10个,合计20区域进水。进水部分长度平均23米,深度4米。从右倾3°50′到右倾48′。

USNTMJ S-01-9 p.200:九年式水雷造成的损伤

1.◎爆炸位置;

1.◉(三圈):爆炸的位置
调查委员会得出的结论是:
尽管该重量的装药有适当的威力,但很难破坏土佐号侧舷的防御部分,而且鉴于有很大概率击中舰体侧舷防御部分,因此有必要尽可能增大装药量,从而增加威力。
水下爆炸(炸药量:下濑337.005kg)
此次实验模拟的是近失弹爆炸的情况,炸弹被吊在五号炮塔右舷,位于265号肋位右侧1.52米的水下位置。爆炸造成的破孔横跨252~274号肋位,尺寸达到横13.41米×纵8.84米。
进水区域10个,长度约24米,宽约6米。进水量为1650长吨,爆炸压力:爆炸点32kg、正上方4.57米处16kg、前后6.10米处5kg。

『海軍造船技術概要』p.1342
这枚炸弹炸穿了防雷舱壁,造成的进水比其他任何一次测试都多。这次在船壳上造成的破孔也是最大的,但与防雷舱壁的破裂相比,这也是次要的了。与对150kg装药的九年式水雷相比,下濑火药的增加足以造成对水下防御体系的预期破坏。
造船官认为:
(1)炸弹的水下爆炸威力出乎意料地大; (2)结构上的弱点包括防雷舱壁的不连续接头,外层船壳到防雷舱壁连接处部分的纵深过浅,外部舱室吸收爆炸威力的空间太小,无法吸收爆炸威力。
奥本刚认为:虽然此次爆炸威力大、会导致无法航行,但如果是防雷系统保护的部分,则会跟八年式鱼雷一样,不会受到如此严重的损伤。但考虑到水下爆炸实验本身就限制了威力,所以实际损伤会更加糟糕。

USNTMJ S-01-9 p.195
(1)实测的压力通常小于计算的压力,这是因为爆炸造成了损伤和破孔; (2)分析认为,意外的压力结果是由于船舷弯曲、舰底龙骨弯曲等因素对压力传播的影响所致; (3)由于吃水深度、倾斜度等原因,船舷上最高的压力计可能不在水下,所以所测压力减小了; (4)在实验4中,伊8号潜艇方向上的压力,即与土佐号呈直角的压力(由土佐号和潜艇之间的电线上的压力计测定),大于土佐号方向的压力。前者比计算压力大得多,而后者更小。尽管在侧成直角的相反方向上,随着压力的增加,这种影响会增大,但可以相信,在船侧方向上,压力会相对较小,如(1)(2)所述; (5)关于水下爆炸压力的传导,在没有障碍物的情况下,遵循实验公式(1923年2月,吴海军工厂的水下爆炸实验结果报告),差别不大。
根据这些报告,绘制了以下曲线:

USNTMJ S-01-9 p.204

USNTMJ S-01-9 p.205:水下爆炸压力曲线(土佐号实测)


USNTMJ S-01-9 p.207:八年式鱼雷二型

USNTMJ S-01-9 p.208:八年式鱼雷一型

USNTMJ S-01-9 p.209:六年式鱼雷

USNTMJ S-01-9 p.210:九年式水雷
在水下爆炸实验之后,再次将实验场地转移到了江田岛秋月冲,进行水上爆炸实验。这次使用了鱼雷弹头、500kg炸弹和1000kg炸弹。
这次实验是为了模拟炮弹命中鱼雷舱并造成鱼雷殉爆的情况。虽然使用六年式鱼雷实验,但加贺级实际使用的是八年式鱼雷。
①1924.6.16 六年式鱼雷现用弹头舱内引爆(装药200kg)

『海軍造船技術概要』p.1346
本次实验使用三枚现用弹头,其中两枚头部相邻,放置于47号肋位。三枚鱼雷两两之间设置的间隔分别是4.57米和1.37米。预定在左侧引爆的鱼雷被放置于中甲板的架台上,弹头指向外侧,与外层船壳相接触。引爆中部的弹头,结果如下:
(1)33~62号肋位之间的中甲板上方横向舱壁全被破坏,很多接缝分离,破片四散,舱壁上布满了破孔; (2)中甲板41号肋位处被完全分离了,在40~52号肋位之间开了一个洞,所有接合部全部被切断,整个甲板产生纵横的裂纹; (3)41号肋位下甲板有100mm的装甲舱壁,并未受损; (4)在上甲板,35~56号肋位之间的所有的外层船壳全部被炸飞,最大破孔长度达到20.88米,桁架和钢梁受到严重的断裂损伤; (5)右舷下甲板到上甲板间的外层船壳上部,被炸飞的部分最大长约14.78米,连一根肋材都没有残留下来;左舷最大长20.73米,也是一根不剩。报告称这次损伤是灾难性的。

USNTMJ S-01-9 p.201:六年式鱼雷殉爆造成的损伤

『図解 八八艦隊の主力艦』p.159:同上
奥本刚认为:这次爆炸使得上甲板鼓起,遮挡主炮塔,妨碍主炮的转动。另外,舰桥很大程度上也被碎片破坏了。且气浪导致下甲板开孔,并在右舷侧面产生了相当严重的破孔和变形。
结论是建议进行以下的修改:
(1)为了减小鱼雷爆炸造成的损伤,并保护鱼雷免受破片损伤,鱼雷舱应该配备装甲; (2)当无法实现时,有必要在鱼雷发射管两侧使用较强的钢板,并通过减弱一侧来引导爆炸威力的释放; (3)前两项提到的鱼雷都有指向外侧的薄弹头,有必要在发射管周围的船体侧面设置坚固的钢板。此外,准备发射的鱼雷应使用类似厚度的钢板进行保护,其他鱼雷则存放于装甲舱内。
在此次实验之后,鱼雷并没有立刻被废除,依然出现在1930年的金刚代舰舰本案设计上,甚至到大和级设计时,军令部仍然希望搭载75cm的超大型鱼雷。当然在此之后的30年代初期的某个时间,日本海军确实彻底废除了战列舰搭载鱼雷,并依次拆除老战列舰的鱼雷发射器。
在后部上甲板中央设置装药549kg的大型炸弹,电打火引爆,模拟瞬发引信炸弹命中上甲板无防御部分时,命中后立刻爆炸的情况。
爆炸位置在314号肋位,垂直放置于上甲板中央。破片的掉落持续了约10秒。击破上甲板,气浪灌入中甲板内部,从下端切断纵向和横向的隔壁,上甲板隆起。虽然中甲板(100mm主水平)的正下方只有一个直径64mm的小洞,但在周围大片区域内留下了应该能够杀伤舰员的许多小痕迹。上甲板产生前后9.14米、宽4.57米的破孔,横跨304~326号肋位,形成纵19.81米×横16.76米的隆起,最大达0.30米。

『図解 八八艦隊の主力艦』p.159
奥本刚认为:虽然判断这次损伤对战斗、航海没有影响,但是考虑到实验中没有安装舵机,所以实际上可能会有导致舵机故障的可能性。
模拟带有延时引信的穿甲炸弹(装药1048.9kg)穿透上甲板,在中甲板的主水平装甲处爆炸时的情况。炸弹被设置在三号炮塔右侧1米的中甲板位置。
炸弹首先在上甲板爆炸点正上方穿了1×1.2米的孔,随后在282号肋位处的左舷甲板通道上爆炸,造成从四号炮塔后部到三号炮塔前部位置的右舷上甲板被大面积炸碎。
破片掉落到距离800~900米的范围内,最远掉落到了1500米的地方。右起五号炮塔,左至226号肋位,中甲板以上的全部结构都被炸飞,中甲板在炸弹位置的破孔尺寸约为1.52×2.13米。下方甲板的破孔直径0.91米,气浪击破最下甲板,远达舰底,造成双层底的损坏。三号炮塔的炮座也因为爆炸的冲击而出现纵向裂痕。

『図解 八八艦隊の主力艦』p.159
由于缺乏更详细的资料(如中甲板以下的损伤情况,进水情况,以及对四号和五号炮塔的损伤),无法得出可靠的结论。但有人认为,即便是如此不现实的超大量装药也不会对舰艇造成重大损伤,应该能保留大部分的战斗力。然而,中甲板以上的破坏范围是异常显著的,船员会遭受很大的损失。
在经过这些测试后,土佐号于1925年2月8日自沉处分。

1925年1月31日,系留在吴港,正在自沉准备中的土佐号,拍摄于出港前几日,是从系船堀到秋月冲之前。可见前部左舷外板有损伤的痕迹。背景为200吨起重机。永村清摄。

同日,在秋月冲的土佐号。在前部上、中甲板间,后甲板,第4、号炮塔附近的侧舷水线部分可见几处各种实验损伤的痕迹。此时已经拆除了试验时装备的装甲。摄影者同为永村清。

ID: 92110101 土佐号的实验结束后,再次系留在吴港内,1925年2月9日,丰后水道,在水之子灯塔南方海面自沉。上为被拖航到临终之地的土佐号(永村清摄),下为沉没(沉没第一张为龙三朗摄,其余永村清摄)。
正如永村清中将所说,土佐号并不是无意义地被废弃的。在海军机密中最重要的舰体防御实验中,起到了作用。
水中弹现象非常常见,此前在修复日俄战争中俘虏的俄罗斯战列舰时就有发现,并为此在主装下面设置了次装甲延伸段。但是,这次实验意外发现了近距离入水形成的水中弹,特别是第二发25米入水的水中弹,效果远远超出了预期。因此,水线下也必须充分防御主炮弹,同时还必须研究水中弹道优良、不易成为跳弹、且穿甲能力强大的特殊炮弹。后来据此开发的九一式穿甲弹成为了秘密武器,其不仅是在材料、制造、一般设计方面保密,甚至包括研究发展的计划也一样高度机密,装备于155mm及以上口径的舰炮。
这次实验验证了当时开工的妙高级重巡洋舰的部分设计,确定是否有修改的必要,并为后续重巡提供了重要的防御参考资料,开始重视炸弹的效果。而且,在后来的老战列舰改造,马上开始计划的金刚代舰,以及新建造的最上级重巡洋舰、利根级重巡洋舰、大和级战列舰等设计上,也考虑了水中弹的防御。此外,还获得了防御设计、船体结构以及破片防护方面的宝贵资料。
在这次实验中,还收集到了大量水下爆炸的资料。此后日本海军将结合三分之一比例模型的进一步实验,最终在1928年得出一个方程,为此后日本军舰水下防御的设计提供了基础。