译介丨美国海军鱼雷研发简史（二）

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译：OwenNiu
校对协助：kurenoyukikaze
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世界市场上的怀特海德鱼雷 
怀特海德将他的鱼雷出售给了世界各国的海军。1868年，他提供了两种型号：
长度11英尺7英寸；直径14英寸；重量346磅；炸药40磅火棉。
长度14英尺；直径16英寸；重量650磅；炸药60磅火棉。
两种型号的性能大致相同：航速8到10节，射程200码。这些鱼雷的小型版本售价为600美元，大型版本为1000美元。
1869年，怀特海德在本国海域内进行了一次演示，皇家海军（英国）随即对其产生了兴趣，并于1870年首次交付。1871年，皇家海军购买了制造权，并在英国伍尔里希的皇家实验室开始生产。在短时间内，英国人制造了自己的怀特海德鱼雷，即“伍尔里希”或“皇家实验室”型。
法国海军，德国海军，意大利海军，俄罗斯海军，和中国海军紧随皇家海军购买了怀特海德鱼雷，不久怀特海德便忙于将其鱼雷出口到世界各地。到1877年，怀特海德鱼雷航速达到了18英里每小时、射程2500英尺（830码），和/或航速22英里每小时、射程600英尺（200码）。空气瓶压力也增加到大约1100 psi。
到1880年，近1500枚怀特海德鱼雷销往了以下国家：
英国，254
德国，203
法国，218
奥地利，100
意大利，70
俄罗斯，250
阿根廷，40
比利时，40
丹麦，83
希腊，70
葡萄牙，50
智利，26
挪威，26
瑞典，26
怀特海德以一种新颖的武器取得了立竿见影的成就。第一个实验性鱼雷效果很好，并在四年内批量生产出口：对于任何新产品开发而言，这一成就都令人羡慕！
施华茨科夫鱼雷
1873年，L·施华茨科夫（L. Schwartzkopff）的公司（后来的柏林机械建造股份公司）开始根据怀特海德的设计制造鱼雷。施华茨科夫鱼雷的指标是：
长度-14英尺9英寸，
直径-14英寸，
速度-220码时23到25节，440码时22到23节，
重量-616磅，
空气瓶压力-1500 psi，
炸药-44磅火棉
施华茨科夫被允许将这种鱼雷出售给德国政府指定的国家：俄罗斯，日本，和西班牙。由于施华茨科夫鱼雷完全由青铜制成，而不是像怀特海德鱼雷一样由钢制成，因此耐腐蚀性是该鱼雷的主要卖点之一。
罗德岛州纽波特市美国海军鱼雷站
美国海军鱼雷站（USNTS）位于罗德岛州纽波特，是1869年设立的一座美国海军实验站，用于开发鱼雷和鱼雷设备、炸药、和电子设备。第一任指挥官是海军少校E·O·马修斯。
鱼雷站址位于纽波特港的山羊岛，自1676年被纽波特从班尼迪克特·阿诺德（他于1658年从纳拉甘西特湾原住民酋长卡纳夸安特购入了这块土地）购入以来，该鱼雷站址曾被镇政府、殖民地政府、州政府、和美国政府用作堡垒。该岛于1799年由纽波特以1500美元的价格卖给了美国政府。山羊岛上的堡垒名称随政治风向而改变，当被用作鱼雷站时，它被称为沃科特堡。
1869年，战争部长批准了海军占用山羊岛。最初，鱼雷站只有三名平民职员，设施则只是 以前的居民搭建并废弃的木结构建筑。鱼雷站最初致力于开发固定式鱼雷（锚定水雷）和木杆鱼雷（动臂接触式炸药）。
美国海军鱼式鱼雷
成立后不久，纽波特的鱼雷站被赋予制造“鱼式”鱼雷的任务，类似于怀特海德鱼雷。鱼式鱼雷的设计要满足两个要求：
以相当高的速度在水下航行一段相当长的距离
无论是从水面还是在水面以下的任何地方开始，都应笔直行进并保持没在水下。
然后制造了具有以下特征的鱼雷：
形状-梭形，
曲线半径-66英尺，
直径-14英寸，
长度-12.5英尺，
总重量-480磅，
爆炸物-70-90磅火棉，
速度-6-8节，
射程-300-400码。
这型鱼雷内置一台两缸往复式发动机，由压缩空气驱动，带动直径1英尺的四叶螺旋桨。还使用了静压深度控制机构。这型鱼雷的第一次试验是在1871年。
鱼雷的确运行了，但保持机体水密和气瓶气密仍很困难。尽管深度机制运行良好，但方位角控制存在问题。图4是鱼雷的真实照片。

记录显示鱼雷站试图通过修改鱼雷来克服第一次测试中遇到的问题。他们换装了整体铸成的新气瓶和新发动机。
鱼雷的第二版于1872年在船坞旁边进行了水上试验。据估计，它的速度达到8.5节，可行驶4000英尺（1300码），与当时的怀特海德鱼雷相当。鱼式鱼雷的建议书于1874年提交给了军械局，但除此之外，没有任何关于美国海军鱼式鱼雷的进一步发展的记录。
改头换面的鱼雷
早期的鱼雷呈梭形或纺锤形，在头尾之间没有笔直的圆柱形截面，如图3和4所示。当时的设计者假定这样的长尖能方便鱼雷切开水体，获得更好的水下动力学表现。1883年，英国任命了一个委员会来研究鱼雷设计的各个方面。当时的流体力学专家R·E·弗洛德博士指出，钝头不会对速度造成不利影响，并且能携带更多的炸药。
该委员会使用怀特海德鱼雷和皇家实验室鱼雷对它们进行了对比测试，它们都装有尖头和钝头。测试表明，钝头的鱼雷总是比尖头快一整节。这意味着在不牺牲速度性能的情况下，可以将更多的空间用于运载爆炸物和用于推进的压缩空气。考虑到炸药不仅变多了，而且还能从鱼雷的中段移到前段，获得的这些空间的意义就更加重大了。钝头的最终设计出现在1909年左右，即美国的半球形鱼雷头。
美国对怀特海德鱼雷的反应
尽管怀特海德鱼雷取得了令人瞩目的成就，但美国海军仍然没有接受两笔制造授权的销售提议，分别是1869年75,000美元和1873年40,000美元。伍尔里希实验室的一名员工也愿意交出鱼雷的图纸和规格，以换取在纽波特鱼雷站的一份工作。尽管记录表明海军拒绝了这个秘密提议，但还是获得了一系列图纸，并移交给了当时的军械局负责人杰弗斯海军准将（Commodore Jeffers）。这些图纸并未得到利用，但根据1881年春天的新闻报道，成为了准将杰弗斯与怀特海德的美国代理人罗伯特·莱恩斯（Robert Lines）之间长期交锋和法律纠纷的主题。
对怀特海德鱼雷的一个总结是它以它的强大潜力“比其他任何武器都更深远地改变了海军战术”（"Evolution of the Torpedo: Newport Torpedo Station's Role in the Development of the U.S. Navy Torpedoes," vol. VI, Torpedo Station Publication, Naval Torpedo Station, Newport, R. I., 1946 (UNCLASSIFIED).），但怀特海德鱼雷似乎激发了美国海军战术研究者对立的反应。1873年发表的一篇有关“可移动鱼雷”的论文指出，“我们的结论是，怀特海德-鲁比斯鱼雷不适合用于公海作战，但可以用于港口防御和对停泊中船只的奇袭。”（"Notes on Movable Torpedoes," U.S. Navy Publication, 1873 (UNCLASSIFIED).） 当时的海军共识是怀特海德鱼雷太精密，太复杂，而且“秘密”太多。
其实怀特海德鱼雷也有其他缺点。1889年一部英国出版物中列举的怀特海德鱼雷的缺陷如下：
携带的炸药少，不足以摧毁被分成许多水密隔室的现代铁甲舰等的船体。
准度低。-尽管在300码内通常能命中，但不可靠。怀特海德鱼雷的航线偶尔会非常不稳定，特别是在从以一定速度行驶的船的舷侧投放时。而且，在搬运和投放期间，鳍、舵、以及从鱼雷的身体伸出的其他部件容易发生变形。由于自动控制装置的设计或制造上的缺陷，还可能漏水。
昂贵。-一颗怀特海德鱼雷的制造成本超过500磅，还要加上专利费和投放鱼雷所需装置的费用。
复杂。-鱼雷包含一些高度精加工和复杂的机械。
操作困难。-需要聪明的人员以及长期而认真的培训。
维修困难。-需要不断的检查和保养，以保持鱼雷及其触发装置清洁有效。
投放后无法再控制。-加上已经提到的准度的不确定性，增加了在舰队行动中使用这些鱼雷的难度。
动力源的危险性高。-压缩空气有时会爆炸。敌军的射击又会增加这种危险。
占用空间。-特别是考虑到鱼雷还需要各种附加物。
不仅鱼雷有如上缺陷，承载它们的鱼雷艇也不像当初设想的有用。怀特海德鱼雷艇太大，不能存放在战舰上；又太小，不能独立维持船员在海上长期生活，必须依附于港口或河流防御工事。（Bucknell, J. T., "Submarine Mines and Torpedoes," Engineering, London, 1889 (UNCLASSIFIED).）
不足为奇的是，在此期间（1870-1880年），美国海军选择不再强调“鱼式”或“自动”鱼雷，而对木杆鱼雷和拖曳鱼雷的改进主要在增加了电线引爆功能。
美国海军鱼雷的早期发展（1870-1915）
美国的鱼雷实验（1870-1900）
在1870年至1900年期间，美国鱼雷的发展包括尝试多种方案。曾尝试过化学能，电力和火箭推进，令人惊讶的是，通过拖曳线进行制导和供电是很盛行的方案。纽波特的USNTS是当时平民和军人发明者提案的许多设备实验和测试的地点。
这些方案中有“雷（Lay）”、“雷-海特（Lay-Haight）”、“艾莉森（Ericsson）”、“康宁汉（Cunningham）”、“西姆斯-爱迪生（Sims-Edison）”和“巴伯（Barber）”等。这些鱼雷的主要特征的图示和简要说明如下。（见图5至10。）
雷鱼雷：借由往复式化学能发动机在水面航行，由过热碳酸气体驱动。从鱼雷到控制船或控制站的两条电缆，控制停止和启动机构以及转向发动机（1872）。
巴伯鱼雷：由火箭燃料推进的潜艇鱼雷（1873）。
艾莉森鱼雷：一种具有矩形横截面的鱼雷，由从海岸站点通过盘绕在鱼雷内的橡胶软管输送给它的压缩空气推动和操纵，鱼雷向前移动时橡胶管会随之被逐渐拉出；引入了同心传动轴（1873-1877）。
雷-海特鱼雷：三缸发动机推进，碳酸在海水加热的外部水箱中膨胀用来驱动（1880年）。硫酸和石灰用于提高速度（1883）。
西姆斯-爱迪生鱼雷：漂浮物支撑的鱼雷，由岸上发电机通过电缆驱动，由电池操纵的转向机构从岸上控制；通过接触或操作员手动引爆（1889年）。
康宁汉鱼雷：另一艘由火箭推进的鱼雷，从水下鱼雷管发射（1893-1894）。

霍维尔鱼雷
美国第一个成功的鱼雷研制始于1870年，并于1889年完成。在很大程度上要归功于海军少将J·A·霍维尔（LCDR J. A. Howell）（后来晋升为海军上将）。霍维尔鱼雷由132磅的飞轮驱动，发射前由安装在鱼雷管上的蒸汽轮机将飞轮的转速提高到为每分钟10,000转。平行轴上的两个可变螺距螺旋桨通过飞轮的锥齿轮传动来驱动。
反过来，飞轮的速度降低由螺旋桨螺距补偿，以维持恒定的鱼雷速度。旋转的飞轮会产生陀螺效应。方位角的偏差由一个摆锤进行调整，当鱼雷偏离航向时，摆锤会检测到，而摆锤又连接在舵上。霍维尔鱼雷具有良好的方向稳定性，但深度保持性不好。尽管如此，霍维尔鱼雷在美国战舰上一直服役到1898年，之后被怀特海德鱼雷取代。（霍维尔鱼雷如图11所示。）

尽管霍维尔鱼雷没有引起怀特海德鱼雷的那样的反响，但现在有一些有趣的关于它的讨论。
这种鱼雷的一个缺点在于“不是随时准备好，而是必须先提高转速”，然后才能发射，但必须指出的是，只要飞轮达到转速，之后不需要多少能量就能维持它的转速，因此，从行动开始，鱼雷可一直处于“就绪”状态直到行动结束或被人为停止。
我们可以看到大多数怀特海德鱼雷的问题已在霍维尔鱼雷中得到克服：
炸药携带量小导致攻击效果不佳的问题被解决了。
准度低的问题也是。
还有高昂的费用，因为霍维尔的鱼雷及其附件生产起来更便宜。
相对于怀特海德鱼雷复杂且娇弱的内部结构，霍维尔鱼雷简洁的内部结构让我们惊讶又赞不绝口。
操纵方面，虽然需要进行比较试验，但新武器的拥护者对测试结果充满信心。
较简单的设备的维护当然也更简单便宜。
新武器显然也在解除待发状态后更不易失控。
没有空气瓶，不会有空气瓶爆炸的风险。
最后，所占空间也小于怀特海德鱼雷。
简而言之，似乎霍维尔鱼雷在几乎所有方面都更优秀，虽然会发出嗡嗡声，但只对潜行的小艇或截袭行动的舰艇会有影响，其他时候不成问题。
鱼雷已经在美国进行了正式试验，据了解，进行这些实验的海军委员会对本发明的评价非常好。如果将这些鱼雷用于港口防御，则可以将它们放置在岸上的炮台中，其简单的配件和配件也不会很难维护。但是，通常最好将它们安装在一些漂浮物上，并将其停泊在陆地或堡垒的掩护下，以方便进行防御。通过这些手段，让强行通过的敌人不会觉察鱼雷攻击的发射点。（Bucknell, J. T., "Submarine Mines and Torpedoes," Engineering, London, 1889 (UNCLASSIFIED).）
怀特海德鱼雷于美国海军服役
1891年左右，怀特海德公司与纽约布鲁克林的E·W·布利斯公司（E. W. Bliss Co.）开始了在美国的鱼雷制造权谈判。1892年，美国海军与布利斯公司签订了制造合同。 100枚怀特海德（3.55米×45厘米）Mk 1鱼雷，每枚价格为2000美元。因此，在怀特海德鱼雷发明后大约26年，美国专家终于承认了它的价值。这一让步的部分原因可能是1891年4月23日鱼雷对智利叛军3500吨级装甲护卫舰布兰科·恩克拉达号的一次成功攻击。这艘船在停泊时被一艘炮艇发射的怀特海德鱼雷击沉。
在1896年至1904年之间，布利斯公司又为美国海军制造了大约300多颗由怀特海德开发的五种类型的鱼雷。3.55米长的怀特海德 Mk 1，Mk 2和Mk 3鱼雷基本相同，主要区别在于机械细节。Mk 1和Mk 2也有5米长的版本。
两种怀特海德Mk 1鱼雷的性能相同，但5米的版本使用奥地利人路德维格·奥伯瑞（Ludwig Obry）发明的奥伯瑞舵机（陀螺仪）进行方位控制，并且具有当时任何鱼雷中最大的战斗部——220磅湿火棉。
1856年，法国物理学家莱昂·福柯（Leon Foucault）发明并建立了如今众所周知的陀螺仪实验室模型。1894年，奥伯瑞获得了陀螺机构控制方位的鱼雷的专利。当时的很多开发人员都在积极探索类似设备。在德国，施华茨科夫使用的是卡瑟洛夫斯基开发的设备，罗伯特·怀特海德正在试验俄罗斯人开发的彼得罗维奇设备。两者似乎都取得了一点成绩。但1871年霍维尔的专利盖过了一切，使用飞轮进行方向控制是其中的一部分。1898年，由于在怀特海德鱼雷中使用了奥伯瑞装置，霍维尔发起了针对持有怀特海德授权的布利斯公司的法律诉讼。但是最后发现奥伯瑞装置并未侵犯霍维尔的专利。
最初，陀螺仪用于让鱼雷保持发射器轴线的方向航行。这意味着鱼雷的瞄准必须通过船体转向来完成。1893年安装可转向的鱼雷管提高了战术灵活性。1910年左右，美国海军开发了使用陀螺仪让鱼雷向预设航向弯曲发射的装置。这种装置最初安装在从固定鱼雷管发射的美国制造的怀特海德Mk 5鱼雷和布利斯-里维特Mk 2鱼雷中。最终，它被应用于所有直线行进的鱼雷，并且所有鱼雷管都具有陀螺仪角度设定功能。
两种怀特海德Mk 2鱼雷具有不同的性能特征。5米版本的速度比3.55米版本的速度略好，并且射程长了近一倍。与Mk 1明显不同的是，5米Mk 2没有用于控制方位的陀螺仪。
怀特海德鱼雷Mk 3仅有3.55米版。Mk 3与其他3.55米长的鱼雷之间的明显区别是，它使用奥伯瑞舵机（陀螺仪）进行方位控制。
最初，怀特海德鱼雷使用的是往复式发动机，废气通过尾部的一个孔排出。然而，这种排气方法干扰了鱼雷的转向。英国皇家伍尔里希皇家实验室的雇员彼得·布拉泽胡德（Peter Brotherhood）开发了一种往复式发动机，该发动机排入曲轴箱，然后排气通过空心驱动轴从鱼雷尾部引出。
在1880年左右，怀特海德采用了布拉泽胡德发动机以及另一位伍尔里希员工开发的同轴反转驱动轴。这些创新技术改进了转向性能，并消除了单个螺旋桨带来的横倾和横滚趋势。有一位名叫伦德尔的先生于1871年获得了双螺旋桨推进器的专利，但尚不清楚他是否就是上述伍尔里希雇员。
最终，为了绕开布拉泽胡德的专利，怀特海德重新设计了发动机，将气门从旋转滑阀改为垂直提升阀。（图12是一颗美国怀特海德鱼雷。）
怀特海德发动机通过压缩空气操作，被归类为“冷运行”鱼雷。显然当时的人理解加热气体能提升效率，因为有过通过在气瓶中燃烧雾状燃料来加热气体的尝试，只是没有成功。在这些尝试失败后，决定转而在气瓶和发动机之间安装空气加热器或“燃烧罐”（也称为“过热器”）。带有空气加热器的鱼雷被称为“热运行”鱼雷，没有的鱼雷被称为“冷运行”。

美国海军使用的最后一型怀特海德鱼雷开发于1901年左右。怀特海德Mk 5是热运转的鱼雷，使用了空气加热器或燃烧罐（以煤油为燃料）和四缸往复式发动机。使用热空气的结果非常显着。怀特海德鱼雷Mk 5以27节的速度航行了4000码，射程增加到了原来的5倍。这型鱼雷有三档速度：27节4000码；36节2000码；40节1000码。这是通过物理上更换减压阀塞或更改其在减压阀的设置，控制空气和燃料流向燃烧罐的压力/流量来实现的。调节是通过鱼雷上的检修孔在装载进鱼雷管之前进行的。