太平洋戰場航母設計解析篇-「動力和雷達」

本篇接續前文，補上在《航母設計解析篇》中遺漏掉的航母動力系統解析和雷達系統解析。

這裡由于這種形式的資料比較少、且不成體系的原因，所以我就按照自己的理解來捋一捋這個過程了。

首先，先說說比較好理解的二戰雷達發展曆史，以及美日雙方的雷達探測功能衍變和具體型号的介紹。

所謂雷達，就是一種在第二次世界大戰之前出現的探測設備，其作用是以無線電波對固定範圍内可能存在的敵對目标進行距離、方向和垂直角度的測算，并聯合計算機對船艦火力配置進行高精度控制打擊的一套探測系統，這種探測系統在美國被首先稱為Radra系統，在之後被日本研發出來後，又多了一個電探的名稱。

這種探測工具在二戰中的美國有“XAF型、XAR型、SC/SK型、SR/SD型、CXAM型(FA/MK-1)、FB(MK-2)型、FC(MK-3)型、FD(MK-4)型、FJ(MK-9)型、FL(MK-10)型、FM(MK-13)型和FV(MK-22)型”這些型号；而在二戰中的日本又有“一式三型、二式一型和二式二型”這些型号，這些所有的雷達探測系統，一同構成了太平洋戰場中的整體雷達體系。

此類所有的雷達型号在功能性和作用性上各自不同，有些可以控制大口徑火炮或小口徑火炮，進行高精度的齊射打擊；有些可以對水面或空域進行探測，提前得到信息差；還有些可以通過對目标進行測距分析，提前判斷對方的位置距離；可謂是百花齊放了 ，那麼這裡就對雙方各自的雷達體系發展史進行具體的介紹。

【美國Radra探測體系】

首先，我先說說美國Radra探測體系的衍變曆程，因為它相較日本來說要成熟完善的多，比起在1942年末才開始在鷹級航母身上試用電探的日本海軍，其雷達發展早在戰争之前就已經開始了，且在二戰中也将對雷達的運用和功能性開發都推進到了更高的程度。

在美國，最早在海軍中出現的探測雷達叫做XAF型雷達，其是由Nrl海軍研究所開發的一款對空搜尋雷達，主要用來應對水面上的空中威脅，具備一定測距和目标分析功能。也正是從這裡開始，美國近代的海上雷達篇章正式開啟，以它為基，美國海軍發展出了三條日後主要的海上艦艇探測發展路線，這三條路線分别為“潛艇雷達探測系統路線和水面艦隊雷達探測系統路線，以及火控雷達探測系統路線。”

在這三者之中，潛艇雷達的發展路線是從“XAF型雷達到SR/SD型雷達，再到SJ型雷達”的一個衍變過程。

在這個衍變過程之中的SR型雷達和SD型雷達均為XAF型雷達的加強型版本，前者為給驅逐艦設計的一種對空搜索雷達，可以檢索12海裡範圍内的搜索範圍，不過僅有少量生産；後者則是為潛艇設計的一種防空預警型雷達，雖然隻能檢索8海裡範圍内的搜索範圍，但因為沒有替代品的原因，這一款雷達反而成為了美軍潛艇的主力探測雷達，被大量的生産。甚至于，在這之後由于水面雷達技術的革新，這一條的雷達發展路線徹底轉為了主攻潛艇方面的一條路線，在後續還推出了SJ型水面雷達，來補充潛艇的水面檢索能力，與SD型雷達組成組合。

這兩款雷達一開始僅有A型屏，隻有測距和分析的功能，在1942年後才加入了PPI模式的設計，這此時才擁有了地圖式的觀測技術，此為美國雷達的第一條發展路線。

在它的同時期，第二條水面艦隊雷達探測體系發展路線也在進行，這條路線是從“XAF型雷達到XAR型雷達，再到SC/SK/SA型雷達”的一個衍變過程。

在這條衍變路線之中的XAR型和SC/SK/SA型雷達均為水面上的防空雷達，其中的XAR型雷達為XAF型雷達的小尺寸版本，由于原版尺寸過大的原因(6Mx7M)，所以美國海軍淘汰了直接繼承XAF型尺寸的SR型防空雷達，提出了需要一款小尺寸大功率雷達的需求，這一需求最終衍生出了XAR型雷達。

這款XAR型雷達在縮小了整體體積的同時，還将脈沖強度提升整整了20倍，将接收發敏感度提升了10倍，因此他在面世後就極快的獲得了美國海軍的認可，成為了替代CXAM雷達的第二代水面艦隊制式防空雷達。

這款型号屬于實驗型号，在它出産後被定名為SC/SK/SA型雷達，這其中的SC和SK型雷達為GE通用公司生産的型号。其前者與原版相同，主要裝備于在驅逐艦之上，用以替代SR型雷達，擁有着70海裡的對空檢索範圍；而後者則是裝備與航母、巡洋艦和戰列艦等大型水面船艦之上的一款雷達，因此它做了一些适用性改動，将天線從矩形改為了蝶型，以此适應大型戰艦的作戰需求，這讓他擁有了130海裡的對空檢索範圍；最後的SA型雷達則是與SC型雷達類似的一款雷達，同樣是裝備于驅逐艦之上的一款原型雷達，區别僅在于它是另一家RCA公司生産的版本。

這三款雷達除了配置有A型屏和PPI型屏之外，還配置有B型屏，因此它們可以在兼具測距和地圖式觀察等功能的情況下，還擁有在狹窄海域内的優秀領航性能。

相較之下，最後的“火控雷達探測體系發展路線”與前者十分相近，其也是為大型水面艦隊服務的一條雷達發展路線，具體是從“XAF型雷達-CXAM型雷達-FB型雷達-FC型雷達-FD型雷達-FJ型雷達-FL型雷達”的一個衍變過程。

它最早的開始還是以XAF型雷達為起點的，早期的實驗型XAF型雷達有一部分被定型為CXAM型雷達，被安裝在了航母和戰列艦之上，以作為太平洋戰争的戰備臨時使用。這一小部分的CXAM型雷達後來被改進成了CXAM-1型雷達，這款CXAM-1型雷達就是MK-1型和FA型雷達，在這次定型之後，FA和MK-1每改進一型，就以推進一個字符和數字的命名方式來進行定型，這就導緻了後續一堆F系列和MK系列雷達的産生，其實CXAM系列和Fx系列，以及Make-x系列都是一個東西。

在CXAM-1型之後，面世的是FC型雷達。它們之間本來還有一款FB型雷達，但由于磁控管技術在此時經美英合作，由英國傳入了美國，所以依舊在老式結構上進行有限提升的FB型雷達自然就被抛棄了，轉為了将磁控管技術融入美式雷達的改進之中，這一改進的結果便是FC/MK-3型雷達的誕生。

這款FC型雷達由于水平掃描天線和磁控管技術的加入，讓它得以在微波波段就能使用更大的脈沖強度(3000MHZ-50KW)，探測遠超自身火力範圍的區域(4海裡/40海裡)。

在它之後，替代它的FD型雷達增加了仰角探測功能和火控功能，這讓它可以通過超視距信息差，提前鎖定還未進入火力範圍的目标，并通過機械計算機控制5英寸以上的火炮，組合FJ和FL型火控雷達控制的40mm火炮，來進行高精度的防空齊射(0.0023%)，發射含有近炸引信的炮彈，這些炸彈會在距離目标100英尺處爆炸，産生巨大的殺傷，由于這種探測系統中4海裡的定位誤差僅有0.0023%，所以這種雷達在夜間和惡劣天氣中對敵防禦幾乎是無解的，也正是從這款雷達開始，美國海上艦隊與日本艦隊徹底拉開了一個緯度，後續美軍在馬裡亞納海戰中以少勝多就是因為雷達系統的差異。

從FD型雷達開始，美國的雷達就具備了“測距、仰角、方向、火控和對空/對海”等全方位的海上探測和作戰控制能力，此為美國海上雷達探測系統的第三條發展路線。

(備注：還有一些省略掉了，F級還有一些改進型和細化功能型)

【日本的電探探測體系】

與美國雷達系統亂成一團毛線的發展曆史相比，日本的電探曆史可以說是簡單到爆了，因為它就“一式三型、二式一型和二式二型”這三款型号，這三兄弟也被叫做13号電探、21号電探和22電探。

相比美國，日本除了八木天線以外，基本在探測領域可以說是毫無作為，由于英日同盟在20年代初破裂和雷達應用晚的原因(英美雷達強國)，不重視探測系統的日本人連拷貝的機會都沒沾到，這種怠惰的思想來自于日本對“無線電靜默和貓眼兵種”的過渡信任，它們1942年末才開始做這方面的嘗試。

其推出的第一款雷達叫做13号電探，是一種對空搜索雷達，類似于美航最早期的那類簡陋型雷達，甚至在工頻和功率上還不如，隻配置了一面A屏，具備一定的測距和目标分析的功能。

這種雷達體系在太平洋戰争早期存在的話能擁有一定的作用，但在美航已經進行過二次改裝，且能運用ECM電子對抗的1943年，完全是一個短手短腳的廢鐵，近距離行動完全處在對方的探測範圍内，而且在火空的區别還導緻了雙方在防空方面的巨大差異，美日在戰争後期的驚人航空戰戰損比也有這裡的原因，這款雷達主要裝備戰列艦和巡洋艦身上，在大和号上就能看到。

在13号電探之後，日本又推出了一款21号電探和一款22号電探，這兩款電探都是水面搜尋類目的，主要的區别在于22号身上使用了磁控管技術，也就是說，到了戰争末期的日本的雷達技術也才剛達到了美國FC型雷達的程度，而彼時的美國已經用上了多腔磁控管技術，其在功率上的領先數十倍于日方。

這其中的21号電探為矩陣天線外形，22号電探為雙喇叭天線外形，這兩款的功率都極低，在設計上也都缺乏關鍵技術，隻是勉強畫貓裝虎的一種操作，甚至在觀測上也隻有A屏這一種觀測手段，并且還經常故障當機，所以可想而知日本雷達的水平了，這兩款雷達戰争中後期才被運用到了航母和戰列艦之上，最早使用它倆的是飛鷹型改裝航母。

到此，美日雙方的雷達體系就剖析完了，可以看出雙方到差距還是很大的，在日本海軍雷達發展到最後的時期，卻還沒達到美軍在剛開戰時的水平，雙方完全是被拉開了一個緯度的。

且不說美國海軍在後期占據的火控、探測和電子對抗等優勢，光是其衍生出的IFF敵我識别功能(珊瑚海海戰)和YM定頻雷達應答功能(信标)，日本就是聞所未聞了。

下面進入動力系統的解析，這部分比上述的雷達體系要複雜的多，其由鍋爐組、動力機、船型設計和排煙系統等多個部分組成，這些結構相輔相成，其中又以實際動力産生裝置組合為主，以船型和排煙系統等保障動力設計為輔，下面就來具體解析一下太平洋戰争中的動力系統衍變進階。

【核心動力組的衍變】

先來說說雙方搭建動力系統的核心部分“動力組”。

示意

兩邊在這塊的衍變發展都是比較不同的，雖然都在後期定型了四軸＋四蒸汽＋八鍋爐的組合，但它們一個是從燒煤起步的，另一個是從發電電驅動起步的，且在動力組的布置和布局方面也各不相同。

其中，日航就是在早期燒煤的那一位，以鳳翔、赤誠和加賀号等早期航母為例，其分别使用的是4台、8台和4台呂号艦本式混燒鍋爐，分别占比100%、42%和33%，從這裡可以看出混燒爐在日航中的占比還是非常高的，但是這種設計會存在能量利用率低和航速保持性差等問題，因此重油爐對當時的航母而言是必不可缺的，所以日本采用了一種重油爐和混燒爐混用的死命堆鍋爐手法，來保持航母的平均高航速和最高航速，像是赤誠号就用了19座鍋爐來配合4座蒸汽輪機，還有加賀号用了12座鍋爐來配合4座蒸汽輪機。

這種設計屬于用空間和數量來彌補能量利用率缺陷的操作，具體體現是高航速但動力系統臃腫，且續航能力極差，這是因為多用的空間擠占了原本的燃油搭載量和能量利用率低的原因，這種問題在後來艦本式蒸汽輪機的面世和空氣預熱器的加入，以及重油儲量的增加後(東南亞重油倉庫)才得以解決，替換的重油鍋爐和新式的蒸汽輪機換回了空間和能量利用率，所以後來的龍級和鶴級僅用比赤誠加賀簡單的動力組就超過了這兩者的航速和續航力。

(備注：艦本是引進美國西屋蒸汽輪機改進的一種蒸汽輪機)

美國的動力組發展曆史則與這種混燒的模式不太相同，它采用的是電機＋蒸汽輪機＋重油鍋爐的一種動力組。

雖然漂亮國并不缺油，但因為當時的蒸汽輪機設計并不完善的原因，所以它們采用了成熟的電推進技術來中和這種不穩定的蒸汽輪機動力，采用這種設計的有列克星敦号和薩拉托加号，它們均配置裝載了4台GE通用型蒸汽輪機-電動機，以及16座B&W型重油專燒鍋爐。

這種設計雖然同樣有日航那樣的布置擠占空間造成縮減續航的問題，但就是因為技術成熟、能力利用率高的原因，這兩艘美航在排水量遠超過同期日航3/1的情況下，甚至還要在航速上超過赤誠、加賀号一些，在續航力上也相差無幾。

再後來，就是動力布局的完善了。随着蒸汽輪機技術的提升，以及遠洋作戰需求的提高，美航在後期與日航的動力發展思路其實是趨同的，均變成了在四軸組上安裝四台蒸汽輪機和八座重油鍋爐的一種常規布置。因為在當時，作戰需求的航速基本也就在這個區間了，在消耗空間提升航速的性價比不高，不能産生質變，所以後來的提升就變成主要圍繞續航力和動力防護這些方面做文章了。

像是埃塞克斯級，也是四軸設計，但它的續航力整整的提升了一倍，還加入了交叉分艙的布局來保護動力系統這也證明了當時最佳的動力布局就是四軸、四蒸汽輪機加八鍋爐的組合。

到這裡，我想大家也理解了太平洋戰争期間内，雙方的兩條核心動力組發展路線是如何形成的。

簡單說就是，當時适配航母的蒸汽輪機還沒整明白，所以漂亮國早期混用了一些高級的電推進技術，而日本則因為褲兜空空，所以用了一下一戰時的老舊燒煤技術，并且這兩者由于投入資金的差異，在性能上也被拉開了一些差距，而在後來蒸汽輪機技術成熟以後，雙方也就自然而然的發展向了四輪機八鍋爐這種在當時最佳的動力組布置，在後期走向了相同的動力組發展路線，此為美日雙方的兩條核心動力組發展曆史。

(備注：此結論不涵蓋鷹級航母這些改裝類，以及日本後期的拆東補西破爛型航母)

【排煙系統和船型設計】

在介紹完了動力系統的主體後，這裡再來說說輔助的排煙系統設計和船型設計，這兩者并不會直接為船體提供動力，但會對核心動力組産生的動力形成影響，造成船體動力的提升和降低。

所謂船型設計對動力的影響，即是“船體尺寸大小、高低幹舷和船型形狀”對艦船航行産生的或好或差的影響。

這裡先介紹船型形狀這個影響因素，這部分更直觀一些。

戰艦航母發展到現在，主要有“垂直艏、沖角艏、雙曲線艏、勺型艏、飛剪艏”和“勺型艉、半圓艉”這幾種船體的形狀設計。在太平洋戰場中，美日雙方航母涉及到的主要有“飛剪艏、雙曲線艏、勺型艏”和“勺型艉”這幾種結構。

在這其中，勺型艏主要是被用作過渡時期的一種設計，它被使用在了雙方最早期的航母蘭利号和鳳翔号身上，因為其本身不具備埋艏、上浪和适配高航速等功能，所以除了在探索時期的兩艘實驗航母身上使用過外，它并沒有在其他航母身上使用過，我們認知中的IJN和USN用的基本都是飛剪式艦艏和雙曲線式艦艏。

這兩者具體就是一個艦艏上部向前彎曲的型設計，隻有下半部分的區别，其中飛剪式的下部是垂直或前凸的，而雙曲線型的下部則是要往内部在内彎一次的，這兩者都有很好的高航速适配性，且有上層的擋浪功能，區别在于，飛剪型的埋艏性能要好一些，這能給它提供艦體在高航速下的抓地能力，加強航行的穩定性，而雙曲線型艦艏則沒有這種能力，因此飛剪式艦艏成為了最後的勝者。

在當時，常規的飛剪型航母主要為美航，其包括了列克星敦号、薩拉托加号、遊騎兵号、約克城号、企業号、胡蜂号、大黃蜂号和埃塞克斯号這些型号，同時日航中的祥鳳、瑞鳳、大鳳和翔鶴号也是這種類型；除此之外，它還有一種上凸下也凸的非常規型形制，叫做雙凸型飛剪式艦艏，其主要包括了日航中的隼鷹和信濃号航母；至于雙曲線型艦艏，其也是日航中的一種艦艏類型，龍級航母中的龍骧、蒼龍、飛龍号航母就是這種類型。

(備注：飛剪式分為常規型外凸型)

而相對船體形狀對動力的影響，船體大小和高低幹舷對動力的影響顯然更好理解的多，在刨除船體回旋等問題的情況下，船艦的尺寸越細長、幹舷越高的情況下，對航行的阻力也就會越小，航速也就越高。

我們對比美航和日航的大小尺寸，可以發現美航在寬度相差不大的情況下，基本都擁有更長的艦身，這種細長的外形加之美航全員飛剪式的船型，其對動力系統的提升是顯著的。

至于高低幹舷，這裡雖然沒有找到具體的尺寸數據，但那留存下來的圖片有眼睛的都能看出來日航的矮子屬性，所以總結下來就是，日航在船型尺寸布局和形設計方面也是給自家拖後腿的。

最後，簡單的再說一下排煙系統。

這個部分我想應該是大家了解比較多的一個部分了，所謂排煙動力輔助系統也就是連接動力燃燒室和外界的幾根大煙囪，這東西倒是不會給動力産生什麼影響，隻是動力系統中的一部分，但它的布置布局會給戰艦的作戰和運行帶來其他問題。

這裡要說的主要是日本航母的排煙系統設計，因為美航除了在最開始的探索時期有過将煙囪布置在兩舷傾倒的操作之外，後續就完全将排煙系統定型為了艦島同側直立式排煙的一種框架，哪怕在後續幾十年間，也依舊保持着這種常規布局，完全沒有像日航那樣東裝西裝，将整個航母上層都試錯過的離譜操作。

日本在航母設計的方面是走過很多彎路的，在上述的形設計解析中也可以看出來，這個排煙系統也是如此。

美航在蘭利号用過多座起倒式煙囪之後就知道，将煙囪集中高置，以規避航行慣性的思路集中往反方向、高角度排煙的平行艦島直立式排煙系統就是正解，但日本卻能在試錯過兩舷下彎式煙囪和全包圍式煙囪這兩種錯誤設計之後，又轉回了最古董的多座起倒式結構。

我想這種純暴露在外的結構不可能這麼難想到，唯一的解釋就是日航設計師的杠精躬匠精神又上線了，死磕用花裡胡哨的布局将排煙系統和下部船體結構結合起來，結果造成了一大堆艙室的高熱和煙氣影響到艦載機航行的問題。

總之，在大鳳号之前的日航一直飽受這上述問題的困擾，直到到了築造大鳳号時，日航才照搬了美航艦島平行直立式排煙的布局，但此時已經為時已晚了，對航母性能的些許提升在巨大劣勢下等于沒有。

雷達和動力系統解析就到此為止了，這玩意太難寫了，下期繼續更新捷克斯洛伐克的輕武器史。

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