一．高速艇的诞生
蒸汽的凯歌
速度永远是人类征服时间最好的方式，自从轮船问世以来，人们一直在努力提高船舶的航速。19世纪70年代，体型巨大的蒸汽机推动大西洋定期班轮，航速已经超过了15节。虽然这些巨轮是长跑冠军，但是在绝对速度方面，还是要让位于那些蒸汽小艇。1874年，最快的快艇已经能达到24.6英里/小时。
（注：本文主要以英制为单位，1英里=1.609千米、1海里=1.852千米、1磅=0.454千克、1英尺=12英寸=30.48厘米、1英寸=2.54厘米）
战争是技术的催化剂，1869年，奥匈帝国工作的一位英国工程师怀特黑德（WhiteHead）成功的进行了鱼雷试验。鱼雷一经面世，即显示出极大的威力，特别是对战舰的水下部分具有惊人的破坏力。1877年，英国制造出了专门发射鱼雷的鱼雷艇“闪电”号（HMS Lightning)，这艘33吨的小艇长87英尺6英寸，宽10英尺9英寸，吃水5英尺2英寸。她装有2台复胀式蒸汽机，总功率460马力，载有2条14英寸白头鱼雷，在风平浪静的海面上具有19节的航速。
“闪电”号鱼雷艇模型
1885年，美国著名工程师 Herreshoff建造了短剑号快艇（Stiletto）。这艘艇艇长94英尺，宽11英尺6英寸。她装有一台复胀式发动机，水管锅炉，输出功率359马力，平均航速20英里/小时，最高速度26.5英里/小时，成为世界上最快的船。2年后，美国海军购买下这艘小艇，将其改装为一艘鱼雷艇，这也是美国海军第一艘鱼雷艇。
“短剑”号鱼雷艇
1878年1月26日，俄国鱼雷艇首次成功使用“白头”鱼雷，在70米距离上击沉了排水量2000吨的土耳其炮舰“英蒂巴”号，充分证明了鱼雷的威力。一时间各强国对鱼雷艇都产生了浓厚的兴趣，纷纷建造或订购。人们普遍认为这种小艇物美价廉，更有甚者认为鱼雷艇拥有了与战列舰对抗的实力。法国人为挑战英国战列舰长期领先的地位，大批建造了鱼雷艇，并将其部署在英吉利海峡。西班牙海军也向英国订购了鱼雷艇Ariete号，这艘147.5英尺长，排水量97吨的艇装有功率为1600马力的蒸汽机，航速达30英里/小时，成为世界上最快的舰船。
西班牙海军Ariete号鱼雷艇
面对着这种威胁，英国决定建造一种比鱼雷艇吨位稍大、速度较快、力量较强的新型舰艇，专门用来驱逐鱼雷艇。1893年10月，第一艘鱼雷艇驱逐炮舰“哈沃克”号（HMS Havock）建成。“哈沃克”号长180英尺、宽18.5英尺，吃水11英尺，排水量240吨，以蒸汽机为动力，2轴，航速达27节。艇上装备1门12磅炮和3门6磅炮，3具鱼雷发射管。这些武器不仅可用来驱逐鱼雷艇，同时也具备了攻击大舰的能力。这种鱼雷艇炮舰就是后来驱逐舰的前身。
世界上第一艘驱逐舰“哈沃克”号
“哈沃克”号建成后，皇家海军对其性能十分满意，加快了驱逐舰的建造速度。“热心”级（Ardent）是“哈沃克”号的后续级别，该级驱逐舰排水量269吨，长度200英尺，采用3段膨胀式蒸汽机，双轴，她们具有27以上的节较快的航速，武备为1门12磅炮和5门6磅炮以及2具18英寸（457毫米）鱼雷发射管。该级的“拳师”号（HMS Boxer）在1895年达到了33.75英里/小时时速，也就是29.32节，成为当时的世界之最。
“拳师”号驱逐舰
往复式蒸汽机在19世纪90年代前一直是舰船动力唯一的选择，但蒸汽机的弱点也十分明显，那就是体积庞大，单位功率低。蒸汽机将气缸的往复运动通过连杆和曲轴转换成圆周运动时，产生的震动和噪声很大，严重制约了它向更高功率的提升。
英国人查尔斯.帕森斯（Charles Parsons，1854-1931）独辟蹊径，1887年他建成了世界上第一台实用的蒸汽轮机。虽然当时功率只有5千瓦，但经过不断改进，19世纪90年代初期用于发电的蒸汽轮机的功率已经提升到300千瓦。帕森斯预见到蒸汽轮机在船舶动力领域的巨大前景后，于1893年创立了帕森斯船用汽轮机公司（Parsons Marine Steam Turbine Company）。
为了证明蒸汽轮机的优越性，帕森斯设计了著名的游艇“透平尼亚”号（Turbinia），并由布朗和霍德（Brown and Hood）船厂建造。最初的“透平尼亚”号由采用单轴单螺旋桨推进，虽然汽轮机输出功率完全达到设计要求，但是实际效果却令人非常失望，航速只能达到24节左右。为此帕森斯建造了世界上最早的隧道水池，通过实验发现，产生问题的原因是空泡现象。由于汽轮机的转速达2000转/分，远比普通的蒸汽机转速高，螺旋桨高速转动时产生大量空泡，使推进效率大幅下降。因此帕森斯决定改用三根推进轴，其中高、中、低压汽轮机各驱动一个根，总功率为2000马力。每根轴上则分布着3个小直径螺旋桨，这样“透平尼亚”号有多达9个螺旋桨，功率平均分布后，空泡现象消失，性能大为改善。在测试中，她达到了前所未有的34节航速，超过了当时所有的船。
“透平尼亚”号动力系统布局图
“透平尼亚号”在高速航行中
为了扩大蒸汽轮机的影响，帕森斯做出了一个大胆的决定。1897年6月26日的斯比特黑德，为纪念维多利亚女王60周年钻石婚庆，举行了盛大的观舰式。 “透平尼亚”号不请自到，她冲入排列整齐的舰阵之中，在威尔士亲王、海军大臣和各国达官显贵面前快速驶过，如若无人之境，在场的人等无不为之惊叹。皇家海军的驱逐舰试图将其拦截，无奈速度和灵活性远逊于她，只好眼巴巴的看着她驶离。
在观舰式上的出色表现，使帕森斯赢得了海军部的订单，那就是为海军最新的驱逐舰-“蝰蛇”号（Viper）号和“眼镜蛇”（Cobra）号提供发动机。这两艘军舰均采用采用4轴推进，蒸汽压力为200PSI（1.4兆帕），安装两台帕森斯式反动式蒸汽轮机，两台轮机的高压和低压透平直接驱动4个螺旋桨，武器装备则与早期的驱逐舰基本相同。不过既然海军同意作为小白鼠，帕森斯也不得不付出一些代价。在合同中，海军制定了惩罚性条款，如果这两艘军舰的航速达不到30节，那帕森斯就将被罚款10万英镑。不过结果毫无悬念，她们的航速都达到了37节（42英里/小时），“蝰蛇”号还要更快一些，42.73英里/小时的航速使她成为世纪之交世界上最快的船。
皇家海军“蝰蛇”号驱逐舰
1902年，美国人查尔斯.弗林特（Charles Flint）投资建造了蒸汽游艇“箭”号，她的锅炉加热面积为5540平方英寸，蒸汽压力高达350PSI；动力采用2台四段膨胀式蒸汽机，4个蒸汽气缸直径为11x17x24x32英寸，冲程15英寸，转速540转/分，输出总功率4000马力。“箭”号拥有在当时无与伦比的重量功率比。1903年纽约的哈德逊河上，工业革命百年集聚的力量终于爆发出来，她达了史无前例的45.06英里/小时（39节）。这也成为有史以来蒸汽动力轮船的最高速度记录，这一成绩整整比百年前罗伯特.富尔顿（Rebort Fulton）的“克莱门特”号（SS Clement）快了8倍。
最快的蒸汽船-“箭”号
透平尼亚号 蝰蛇号 箭号
长（英尺） 100 210 130
宽（英尺） 9 21 12.5
吃水（英尺） 3 7 4英尺7英寸
排水量（吨） 44.5 350 66
总功率（马力） 2000 10000 4000
航速（节） 34 37 39
重量/功率比（磅/马力） 49 77 36
建造时间 1897 1899 1902
蒸汽快艇性能比较表
摩托的轰鸣
有一句俗话“只要有足够的推力，石头也能飞上天”，动力对速度的提升是至关重要的。由于蒸汽机和蒸汽轮机都是外燃机，产生蒸汽需要庞大的锅炉，蒸汽机或蒸汽轮机的重量功率比就会很高。虽然大型蒸汽轮机单机功率已经可以超过1万马力，但由于当时的锅炉蒸汽参数低，体积十分庞大，只有在大型远洋邮轮或大型军舰（战列舰、战列巡洋舰）上才能采用。这些舰艇的动力系统往往占用大量舱室，战列巡洋舰就是明显的例子，虽然速度快，但不得不牺牲装甲防护，也注定成为其阿喀琉斯之踵。
要想在一艘小艇上装上功率强大的蒸汽机不仅当时无法实现，就是科技高度发达的现代也不可能。好在一种新型发动机的出现改变了这种局面，它就是内燃机。内燃机通过在密闭的气缸内注入油气混合气体，然后点燃，气缸的温度和压力瞬间迅速增加，推动活塞做功从而产生强大的动力。内燃机结构紧凑、重量轻、输出动力强大的特点给交通工具的发展带来了新的曙光，内燃机（特别是汽油机）的使用极大的推动了汽车工业的发展，汽车公司如雨后春笋一般涌现，这又极大的促进了内燃机的技术进步。
人们也开始尝试将内燃机用于船舶推进。1903年，英国报业大亨阿弗雷德.亨斯沃斯爵士（Sir Alfred Harmsworth）创办了一项赛艇比赛，史称“亨斯沃斯”杯。比赛规定参赛的船只必须以用内燃机推进，长度不得大于40英尺。比赛还同时要求参赛船只必须由某一国家独立设计，材料和零部件也必须由该国制造，并由本国赛手进行驾驶，因此这项比赛也被称为英国国际杯（British International Trophy）。“亨斯沃斯”杯对摩托艇和摩托艇运动的发展起到了巨大的推动作用。
第一届“亨斯沃斯”杯的冠军是由英国的“纳皮尔I”号（Napier I）获得，她长35英尺，装备一台75马力的纳皮尔型发动机，驾驶她的是著名的女赛手多萝西.列维特（Dorothy Levitt），夺冠的平均速度是23英里/小时。
多萝西.列维特驾驶“纳皮尔I”号在第一届“亨斯沃斯”杯上夺冠
此后几年，法国人和英国人轮流夺冠。1906年，著名美国船艇设计师克林顿.克莱恩（Clinton Crane）设计的“迪克西I”号（Dixie I）第一次为美国人夺得了“亨斯沃斯”杯。次年他又设计了“迪克西II”号。这艘艇十分轻巧，克莱恩对其结构进行了精密的计算，大大降低了结构重量。她装有一台220马力的发动机，最高速度可以达到35节。在1908年亨斯沃斯杯中，她以31.35英里/小时的速度夺冠，次年“迪克西III”号又捍卫了这一荣誉。
“迪克西II”号模型
无论是高速蒸汽艇还是早期高速内燃机动力快艇，她们的外形都有共同的特点，那就是长宽比很大（一般达到10以上），艇体纤细，艇体横截面呈U型。虽然看起来非常具有速度感，但其实并不然。首先这些艇都是常规的排水型艇体，在航行时水线以下部分的船体没入水中，浸水面积很大，因此粘滞阻力较大。其次，艇艏和艇尾会掀起巨大的波浪，兴波阻力增加。因此想进一步提高船艇的航速就显得极其困难了。
人们早就从打水漂中得到了启示，当一枚扁平的鹅卵石或一块碎瓦片被以合适的角度高速扔向水面时，它不会马上下沉，而是弹跳前进，直到速度逐渐减弱才停止跳动沉入水中。基于这一原理人们发明了滑行艇（Hydroplane），滑行艇依靠航行时艇体产生的流体动压力支托大部分艇体重量。滑行艇外型较排水型艇短而宽，底部较平坦，底和舷交接处呈尖角，形成尖舭，亦称尖舭艇。滑行艇在高速航行时艇体被托起，舷部离水，艇首微抬，贴水滑行。平滑的艇底也有很好的压浪效果，使兴波阻力减小。按艇体形状分，滑行艇又分为无断阶滑行艇、单断阶滑行艇、多断阶滑行艇、三点式滑行艇等。
要使艇能滑行起来必须首先保证有足够的速度，动力当然是必不可少的，而在早期发动机于动力不足，滑行的梦想无法实现，但内燃机的出现使这种设想成为可能。克林顿.克莱恩的新艇“迪克西IV”号就采用了滑行艇原理，她的重量功率比为20磅/马力，甚至比当时的一些飞机的推重比还高，这使她有足够的速度可以在水面上滑行。1910年“迪克西IV”号再次将亨斯沃斯杯留在了美国。在之后的测试中，她达到了45.21节，超越了最快的蒸汽动力快艇“箭”号，成为世界上最快的船舶。尽管如此，“迪克西IV”号的航海性能并不佳，非常容易受到风浪的影响，这可以说是滑行艇的通病。在一次比赛中“迪克西IV”号为了避让拖轮产生的波浪而冲上了河岸，压断了岸边正在观赛的一名小男孩的腿，克莱恩深感自责，从此以后他再也没有设计过滑行艇。
1912-1913年“亨斯沃斯”杯冠军属于英国赛艇“枫叶IV”号（Maple Leaf），她由英国设计师桑德斯（S. E. Saunders）设计和建造，采用的也是滑行艇型，底部呈轻微的V型。艇长40英尺，宽8英尺5英寸，重5.35吨，动力为2台奥斯汀汽油机，总功率800马力。她还是第一艘超过50节的船， 不过由于第一次世界大战爆发，“亨斯沃斯”杯只得中断，直到1920年才得以恢复。
“枫叶IV”号在水面高速滑行
除了滑行艇外，一些人也在进行另一种尝试，那就是水翼艇（Hydrofoil）。意大利人恩里克.佛兰尼尼（Enrico Forlanini）是水翼艇的先驱。他建造了第一艘水翼艇，采用梯状的水翼。在1906年的测试中，这艘艇的航速达到42.5英里/小时。
佛兰尼尼的水翼艇
1906年3月，科学美国杂志发表了威廉.米查姆（Willian Meacham）的一篇论述水翼艇原理的论文。电话的发明人亚历山大.贝尔看过后认为这是一项了不起的发明成就。基于文中的原理，贝尔开始构想建造一艘水翼艇。1908年夏天起贝尔和助手佛雷德利克.鲍德温（Frederick Baldwin）开始进行水翼艇可行性试验。在1910-1911年的环球旅行过程中，贝尔、鲍德温与佛兰尼尼在巴黎会面。他们乘坐了佛兰尼尼建造的水翼艇，航行异常平稳舒适。这次会面对美国人大有启发，经过几年的努力，他们终于建造完成了一艘实用的水翼艇-HD4号。她由雷诺引擎驱动，可以达到54英里/小时，即使在风浪中行驶也能表现出良好的稳定性、加速性以及操纵性。1919年，这艘艇换装了两台350马力汽油发动机。1919年9月9日，HD-4刷新了水面航速的世界记录，成绩为70.86英里/小时。只可惜贝尔去世后，这项成果很久无人问津。
HD-4号水翼艇 |
/1 
发表于 2019-6-5 17:04
收藏
楼主
