[心得] 17世紀風帆戰艦防護力小考

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前言

甲板上滿是鮮血與海水，受傷者哀號不斷，水手們裝填炮彈，賣力的把艦炮推出炮門；在船長的指揮下，一門門的大炮發出怒吼，這就是電影"海軍上將"、"怒海爭鋒"、"神鬼奇航"的海戰場景；但風帆時代的海戰，真的如電影拍得那樣嗎?飛舞的木屑真的會讓人受傷嗎?風帆戰艦面對火炮，防護力到底如何?

風帆時代的理論家認為，船殼對炮彈的抵抗與木材的厚度成正比，18世紀和19世紀進行的試驗取得了經驗規則，規定多少磅多少裝藥的炮彈，能擊穿多少公分厚的橡木版；英國炮喜歡在上風處向下往水線射擊，荷蘭喜歡在下風處向上朝風帆射擊，這樣的差別讓人津津樂道，實際上，不同戰術與形式風格帶來的效果差異，可能比大家想像中要小得多，2014年的一場實
驗，將帶給我們答案。

17世紀瑞典的24磅青銅鑄炮，是1620年開發出來的兵器，在當時被稱為半炮(1/2加農)或24磅，但重量只有傳統海軍24磅炮的一半，是海軍與陸軍武器標準化計畫的一部分，讓後勤與製造能一致，它能當作艦炮，也能當作攻城火炮。

該炮的成分，該炮含90%~98%的銅，最多6%的錫，還有一些鉛和鋅，總重在1210-1290KG之間；標準彈重24磅(瑞典磅，合9.96公斤)，能發射實心圓彈、杆彈、剪刀彈、鏈彈和散彈；平均重量是9.18~10.63公斤。以當時的習慣，裝藥是彈重的1/3(3.3公斤)。

一場小實驗
2014年，瑞典的瓦薩博物館舉辦一場實驗，他們仿造了一門17世紀的24磅青銅鑄炮，尺寸與成分與17世紀雷同；然後再用橡木[注]模仿瓦薩號的船殼與船隻構造，建造了4公尺長的三層橡木"牆"，總共厚46公分，然後用火炮去射擊它。火藥採用現代黑火藥；因為現代黑火藥的威力勝過17世紀的黑火藥，所以裝藥不能再是彈重的1/3；根據當時的炮表記載來估算，彈丸的初速略于高於音速，所以裝藥被減少到2.65公斤，以符合17世紀火藥的推力；在都卜勒雷達的測試下，此份量火藥讓彈丸初速可達到350-360m/s，以符合文獻中對炮彈速度的描寫；炮仰角介於0°~3°30′(3度30分)之間，因為艦炮角度只能這樣抬到這
樣高。

注:橡木可承受75~125Mpa的壓力。

學者透過加減藥的方法，增降彈丸的速度，以模擬近距離射擊(裝藥2.65公斤)、200公尺射擊(裝藥2.2公斤，初速降到300m/s左右)與700公尺射擊(裝藥1.1公斤)，這樣可免去花費勞力把火炮推近又推遠；為了安全，只允許每4.5分鐘發射一發，但實際上裝填時間只需要30秒左右，所以每90秒一發子彈的射速是可能的，以當時(17世紀)來說，有經驗的炮手來說是很容易達到的[注]。

注:那時代，陸炮(重炮)發射的速度是平均每小時8發，每天80發；射速這樣"慢"的原因是還算上了炮管冷卻的時間。

但這樣的射速只存在陸地上，在海戰中，大部分的時間都在航行，敵我互相追逐或互相靠近，開火的時間不多；而且還有海浪衡搖的限制，開火時機就更短了；A. H. 泰勒少將在分析于1666年進行的四日海戰時指出：「兩支艦隊大多數交戰時後是以相反航向相互駛過、在200碼或以上的距離交火，然後雙方再轉向。至少有十次這樣的穿梭，每次須花上三小時。英國戰艦每門火炮攜帶了40輪射擊的彈藥，最後所有戰艦還都剩下10輪以上的彈藥；這樣算來，每輪火炮在每輪反向交戰中僅能射出3輪，即每門炮每小時射擊一次。」大抵上來說，從16世紀末到17世紀，射速保持著穩定上升的趨勢；1588年無敵艦隊之役中的英國戰艦每小時可發射1~1.5發；到了第一次英荷海戰時，每小時上升到4發炮彈。

該實驗總共發射54發彈丸，射向"船殼"的有12發，11發命中；其中8發是實心圓彈，1發是杆彈，2發是剪刀彈。除了一發剪刀彈外，所有子彈都完全貫穿木牆，往後面繼續飛去。

以第37發彈丸來說，實心圓彈以全裝藥發射(2.65公斤)，350m/s的速度穿透了knees部位(M)[注]與riders部位(I)之間的ceiling部位(F)，以180m/s的速度繼續飛出去；先是飛行了500公尺後落地，彈起後再飛行了200公尺，把一顆40cm高的松樹打斷，最後落入沼澤。

注:船隻部位說明

當彈丸穿透船殼時，木屑有如雲霧狀般的向前散開，在高速攝影機的觀察下，這些木屑很小，重量大約7克，以時速318m/s前進，然後落在13公尺外。雖然這些木屑速度很快，但因為品質太小，被這些木屑射到，基本上只會淤傷或輕微的刺傷[注]，但如果你人站在彈丸前進的路線上，肯定是人馬俱碎。

注:測試者用羊毛衣包裹肥皂充當人體。

相比之下，第45發彈丸以260m/s的速度撞上knees部位(M)並穿透，產生的碎片速度僅為
180m/s；如果是小的碎片，這樣的動能並不會帶給人損傷，但你看高速攝影機的照片，彈丸撞擊knees部位(M)這樣厚重的部位容易產生大碎片，這些大的碎片可能長達1公尺，有幾公斤重；這樣的大碎片打到人，足以讓人產生嚴重的鈍器傷害，或骨折。

為何彈丸撞擊knees部位(M)反而破壞更大?它是結構，木材不是比船殼更厚嗎?理論上應該要更堅固才是；問題是彈丸撞擊較厚的實心木材，由於衝擊面的擴大，木材損傷更大，可能會破壞周圍的木材，而這些木材實際上從未被子彈擊中；這不是簡單地被打一個洞，只要拿些材料進行填補就好，結構上的修復更複雜，甚至可能要拆掉換新的；杆彈和剪刀彈也會產生同樣的效果，造成更大範圍的傷害，比圓彈更難修復。

總而言之，如果你想要擄獲對方的船，就射擊船殼，如果你想要破壞對方的船隻或殺人，就要射擊結構的部分。

結論
這個實驗的結論與風帆時代的理論家所想的相反，船殼的厚度與炮彈的抵抗成反比，更重更大的船，對於重炮的防禦效果反而不如結構輕而船殼薄的小船，因為會更大更危險的碎片；問題是這裡帶來一個戰術悖論，為了防止重炮傷害，放棄大船造小船，問題是小船的結構無法承載大量的火炮與重炮，且火力的貧弱在戰場上只會吃鱉，而薄船殼是防不了輕彈的；所以到底是造大船好，還是造多艘的小船好呢?

後記
我跟逼乎好友金牌防守術說，你整日在故紙堆裡找各縣城有多少門紅夷大炮，這水磨工夫雖然讓人敬佩，但著實無聊了些；找個學者合作，弄一門明清大炮去放它個幾發，做做實驗，研究研究彈道、命中率、威力，順便驗證/校對史料的紀載，不是有趣多了嗎?你看，洋人不就這樣幹了嗎 ?只可惜，金牌防守術他聽不進去。

參考資料
Ships, shot and splinters: the effect of 17th-century naval ordnance on ship
structure

https://www.citizan.org.uk/media/medialibrary/2015/10/CITiZAN_Timber_Vessel_Guidance.pdf

Vasa – the machine of war

Brian Tunstall，Naval Warfare in the Age of Sail

媽寶地狗：英国海军战术演进1588~1667 Part III

https://cimonnomis.blogspot.com

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