太平洋战场航母设计解析篇-「动力和雷达」

本篇接续前文，补上在《航母设计解析篇》中遗漏掉的航母动力系统解析和雷达系统解析。

这里由于这种形式的资料比较少、且不成体系的原因，所以我就按照自己的理解来捋一捋这个过程了。

首先，先说说比较好理解的二战雷达发展历史，以及美日双方的雷达探测功能衍变和具体型号的介绍。

所谓雷达，就是一种在第二次世界大战之前出现的探测设备，其作用是以无线电波对固定范围内可能存在的敌对目标进行距离、方向和垂直角度的测算，并联合计算机对船舰火力配置进行高精度控制打击的一套探测系统，这种探测系统在美国被首先称为Radra系统，在之后被日本研发出来后，又多了一个电探的名称。

这种探测工具在二战中的美国有“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”这些型号；而在二战中的日本又有“一式三型、二式一型和二式二型”这些型号，这些所有的雷达探测系统，一同构成了太平洋战场中的整体雷达体系。

此类所有的雷达型号在功能性和作用性上各自不同，有些可以控制大口径火炮或小口径火炮，进行高精度的齐射打击；有些可以对水面或空域进行探测，提前得到信息差；还有些可以通过对目标进行测距分析，提前判断对方的位置距离；可谓是百花齐放了 ，那么这里就对双方各自的雷达体系发展史进行具体的介绍。

【美国Radra探测体系】

首先，我先说说美国Radra探测体系的衍变历程，因为它相较日本来说要成熟完善的多，比起在1942年末才开始在鹰级航母身上试用电探的日本海军，其雷达发展早在战争之前就已经开始了，且在二战中也将对雷达的运用和功能性开发都推进到了更高的程度。

在美国，最早在海军中出现的探测雷达叫做XAF型雷达，其是由Nrl海军研究所开发的一款对空搜寻雷达，主要用来应对水面上的空中威胁，具备一定测距和目标分析功能。也正是从这里开始，美国近代的海上雷达篇章正式开启，以它为基，美国海军发展出了三条日后主要的海上舰艇探测发展路线，这三条路线分别为“潜艇雷达探测系统路线和水面舰队雷达探测系统路线，以及火控雷达探测系统路线。”

在这三者之中，潜艇雷达的发展路线是从“XAF型雷达到SR/SD型雷达，再到SJ型雷达”的一个衍变过程。

在这个衍变过程之中的SR型雷达和SD型雷达均为XAF型雷达的加强型版本，前者为给驱逐舰设计的一种对空搜索雷达，可以检索12海里范围内的搜索范围，不过仅有少量生产；后者则是为潜艇设计的一种防空预警型雷达，虽然只能检索8海里范围内的搜索范围，但因为没有替代品的原因，这一款雷达反而成为了美军潜艇的主力探测雷达，被大量的生产。甚至于，在这之后由于水面雷达技术的革新，这一条的雷达发展路线彻底转为了主攻潜艇方面的一条路线，在后续还推出了SJ型水面雷达，来补充潜艇的水面检索能力，与SD型雷达组成组合。

这两款雷达一开始仅有A型屏，只有测距和分析的功能，在1942年后才加入了PPI模式的设计，这此时才拥有了地图式的观测技术，此为美国雷达的第一条发展路线。

在它的同时期，第二条水面舰队雷达探测体系发展路线也在进行，这条路线是从“XAF型雷达到XAR型雷达，再到SC/SK/SA型雷达”的一个衍变过程。

在这条衍变路线之中的XAR型和SC/SK/SA型雷达均为水面上的防空雷达，其中的XAR型雷达为XAF型雷达的小尺寸版本，由于原版尺寸过大的原因(6Mx7M)，所以美国海军淘汰了直接继承XAF型尺寸的SR型防空雷达，提出了需要一款小尺寸大功率雷达的需求，这一需求最终衍生出了XAR型雷达。

这款XAR型雷达在缩小了整体体积的同时，还将脉冲强度提升整整了20倍，将接收发敏感度提升了10倍，因此他在面世后就极快的获得了美国海军的认可，成为了替代CXAM雷达的第二代水面舰队制式防空雷达。

这款型号属于实验型号，在它出产后被定名为SC/SK/SA型雷达，这其中的SC和SK型雷达为GE通用公司生产的型号。其前者与原版相同，主要装备于在驱逐舰之上，用以替代SR型雷达，拥有着70海里的对空检索范围；而后者则是装备与航母、巡洋舰和战列舰等大型水面船舰之上的一款雷达，因此它做了一些适用性改动，将天线从矩形改为了蝶型，以此适应大型战舰的作战需求，这让他拥有了130海里的对空检索范围；最后的SA型雷达则是与SC型雷达类似的一款雷达，同样是装备于驱逐舰之上的一款原型雷达，区别仅在于它是另一家RCA公司生产的版本。

这三款雷达除了配置有A型屏和PPI型屏之外，还配置有B型屏，因此它们可以在兼具测距和地图式观察等功能的情况下，还拥有在狭窄海域内的优秀领航性能。

相较之下，最后的“火控雷达探测体系发展路线”与前者十分相近，其也是为大型水面舰队服务的一条雷达发展路线，具体是从“XAF型雷达-CXAM型雷达-FB型雷达-FC型雷达-FD型雷达-FJ型雷达-FL型雷达”的一个衍变过程。

它最早的开始还是以XAF型雷达为起点的，早期的实验型XAF型雷达有一部分被定型为CXAM型雷达，被安装在了航母和战列舰之上，以作为太平洋战争的战备临时使用。这一小部分的CXAM型雷达后来被改进成了CXAM-1型雷达，这款CXAM-1型雷达就是MK-1型和FA型雷达，在这次定型之后，FA和MK-1每改进一型，就以推进一个字符和数字的命名方式来进行定型，这就导致了后续一堆F系列和MK系列雷达的产生，其实CXAM系列和Fx系列，以及Make-x系列都是一个东西。

在CXAM-1型之后，面世的是FC型雷达。它们之间本来还有一款FB型雷达，但由于磁控管技术在此时经美英合作，由英国传入了美国，所以依旧在老式结构上进行有限提升的FB型雷达自然就被抛弃了，转为了将磁控管技术融入美式雷达的改进之中，这一改进的结果便是FC/MK-3型雷达的诞生。

这款FC型雷达由于水平扫描天线和磁控管技术的加入，让它得以在微波波段就能使用更大的脉冲强度(3000MHZ-50KW)，探测远超自身火力范围的区域(4海里/40海里)。

在它之后，替代它的FD型雷达增加了仰角探测功能和火控功能，这让它可以通过超视距信息差，提前锁定还未进入火力范围的目标，并通过机械计算机控制5英寸以上的火炮，组合FJ和FL型火控雷达控制的40mm火炮，来进行高精度的防空齐射(0.0023%)，发射含有近炸引信的炮弹，这些炸弹会在距离目标100英尺处爆炸，产生巨大的杀伤，由于这种探测系统中4海里的定位误差仅有0.0023%，所以这种雷达在夜间和恶劣天气中对敌防御几乎是无解的，也正是从这款雷达开始，美国海上舰队与日本舰队彻底拉开了一个纬度，后续美军在马里亚纳海战中以少胜多就是因为雷达系统的差异。

从FD型雷达开始，美国的雷达就具备了“测距、仰角、方向、火控和对空/对海”等全方位的海上探测和作战控制能力，此为美国海上雷达探测系统的第三条发展路线。

(备注：还有一些省略掉了，F级还有一些改进型和细化功能型)

【日本的电探探测体系】

与美国雷达系统乱成一团毛线的发展历史相比，日本的电探历史可以说是简单到爆了，因为它就“一式三型、二式一型和二式二型”这三款型号，这三兄弟也被叫做13号电探、21号电探和22电探。

相比美国，日本除了八木天线以外，基本在探测领域可以说是毫无作为，由于英日同盟在20年代初破裂和雷达应用晚的原因(英美雷达强国)，不重视探测系统的日本人连拷贝的机会都没沾到，这种怠惰的思想来自于日本对“无线电静默和猫眼兵种”的过渡信任，它们1942年末才开始做这方面的尝试。

其推出的第一款雷达叫做13号电探，是一种对空搜索雷达，类似于美航最早期的那类简陋型雷达，甚至在工频和功率上还不如，只配置了一面A屏，具备一定的测距和目标分析的功能。

这种雷达体系在太平洋战争早期存在的话能拥有一定的作用，但在美航已经进行过二次改装，且能运用ECM电子对抗的1943年，完全是一个短手短脚的废铁，近距离行动完全处在对方的探测范围内，而且在火空的区别还导致了双方在防空方面的巨大差异，美日在战争后期的惊人航空战战损比也有这里的原因，这款雷达主要装备战列舰和巡洋舰身上，在大和号上就能看到。

在13号电探之后，日本又推出了一款21号电探和一款22号电探，这两款电探都是水面搜寻类目的，主要的区别在于22号身上使用了磁控管技术，也就是说，到了战争末期的日本的雷达技术也才刚达到了美国FC型雷达的程度，而彼时的美国已经用上了多腔磁控管技术，其在功率上的领先数十倍于日方。

这其中的21号电探为矩阵天线外形，22号电探为双喇叭天线外形，这两款的功率都极低，在设计上也都缺乏关键技术，只是勉强画猫装虎的一种操作，甚至在观测上也只有A屏这一种观测手段，并且还经常故障当机，所以可想而知日本雷达的水平了，这两款雷达战争中后期才被运用到了航母和战列舰之上，最早使用它俩的是飞鹰型改装航母。

到此，美日双方的雷达体系就剖析完了，可以看出双方到差距还是很大的，在日本海军雷达发展到最后的时期，却还没达到美军在刚开战时的水平，双方完全是被拉开了一个纬度的。

且不说美国海军在后期占据的火控、探测和电子对抗等优势，光是其衍生出的IFF敌我识别功能(珊瑚海海战)和YM定频雷达应答功能(信标)，日本就是闻所未闻了。

下面进入动力系统的解析，这部分比上述的雷达体系要复杂的多，其由锅炉组、动力机、船型设计和排烟系统等多个部分组成，这些结构相辅相成，其中又以实际动力产生装置组合为主，以船型和排烟系统等保障动力设计为辅，下面就来具体解析一下太平洋战争中的动力系统衍变进阶。

【核心动力组的衍变】

先来说说双方搭建动力系统的核心部分“动力组”。

示意

两边在这块的衍变发展都是比较不同的，虽然都在后期定型了四轴＋四蒸汽＋八锅炉的组合，但它们一个是从烧煤起步的，另一个是从发电电驱动起步的，且在动力组的布置和布局方面也各不相同。

其中，日航就是在早期烧煤的那一位，以凤翔、赤诚和加贺号等早期航母为例，其分别使用的是4台、8台和4台吕号舰本式混烧锅炉，分别占比100%、42%和33%，从这里可以看出混烧炉在日航中的占比还是非常高的，但是这种设计会存在能量利用率低和航速保持性差等问题，因此重油炉对当时的航母而言是必不可缺的，所以日本采用了一种重油炉和混烧炉混用的死命堆锅炉手法，来保持航母的平均高航速和最高航速，像是赤诚号就用了19座锅炉来配合4座蒸汽轮机，还有加贺号用了12座锅炉来配合4座蒸汽轮机。

这种设计属于用空间和数量来弥补能量利用率缺陷的操作，具体体现是高航速但动力系统臃肿，且续航能力极差，这是因为多用的空间挤占了原本的燃油搭载量和能量利用率低的原因，这种问题在后来舰本式蒸汽轮机的面世和空气预热器的加入，以及重油储量的增加后(东南亚重油仓库)才得以解决，替换的重油锅炉和新式的蒸汽轮机换回了空间和能量利用率，所以后来的龙级和鹤级仅用比赤诚加贺简单的动力组就超过了这两者的航速和续航力。

(备注：舰本是引进美国西屋蒸汽轮机改进的一种蒸汽轮机)

美国的动力组发展历史则与这种混烧的模式不太相同，它采用的是电机＋蒸汽轮机＋重油锅炉的一种动力组。

虽然漂亮国并不缺油，但因为当时的蒸汽轮机设计并不完善的原因，所以它们采用了成熟的电推进技术来中和这种不稳定的蒸汽轮机动力，采用这种设计的有列克星敦号和萨拉托加号，它们均配置装载了4台GE通用型蒸汽轮机-电动机，以及16座B&W型重油专烧锅炉。

这种设计虽然同样有日航那样的布置挤占空间造成缩减续航的问题，但就是因为技术成熟、能力利用率高的原因，这两艘美航在排水量远超过同期日航3/1的情况下，甚至还要在航速上超过赤诚、加贺号一些，在续航力上也相差无几。

再后来，就是动力布局的完善了。随着蒸汽轮机技术的提升，以及远洋作战需求的提高，美航在后期与日航的动力发展思路其实是趋同的，均变成了在四轴组上安装四台蒸汽轮机和八座重油锅炉的一种常规布置。因为在当时，作战需求的航速基本也就在这个区间了，在消耗空间提升航速的性价比不高，不能产生质变，所以后来的提升就变成主要围绕续航力和动力防护这些方面做文章了。

像是埃塞克斯级，也是四轴设计，但它的续航力整整的提升了一倍，还加入了交叉分舱的布局来保护动力系统这也证明了当时最佳的动力布局就是四轴、四蒸汽轮机加八锅炉的组合。

到这里，我想大家也理解了太平洋战争期间内，双方的两条核心动力组发展路线是如何形成的。

简单说就是，当时适配航母的蒸汽轮机还没整明白，所以漂亮国早期混用了一些高级的电推进技术，而日本则因为裤兜空空，所以用了一下一战时的老旧烧煤技术，并且这两者由于投入资金的差异，在性能上也被拉开了一些差距，而在后来蒸汽轮机技术成熟以后，双方也就自然而然的发展向了四轮机八锅炉这种在当时最佳的动力组布置，在后期走向了相同的动力组发展路线，此为美日双方的两条核心动力组发展历史。

(备注：此结论不涵盖鹰级航母这些改装类，以及日本后期的拆东补西破烂型航母)

【排烟系统和船型设计】

在介绍完了动力系统的主体后，这里再来说说辅助的排烟系统设计和船型设计，这两者并不会直接为船体提供动力，但会对核心动力组产生的动力形成影响，造成船体动力的提升和降低。

所谓船型设计对动力的影响，即是“船体尺寸大小、高低干舷和船型形状”对舰船航行产生的或好或差的影响。

这里先介绍船型形状这个影响因素，这部分更直观一些。

战舰航母发展到现在，主要有“垂直艏、冲角艏、双曲线艏、勺型艏、飞剪艏”和“勺型艉、半圆艉”这几种船体的形状设计。在太平洋战场中，美日双方航母涉及到的主要有“飞剪艏、双曲线艏、勺型艏”和“勺型艉”这几种结构。

在这其中，勺型艏主要是被用作过渡时期的一种设计，它被使用在了双方最早期的航母兰利号和凤翔号身上，因为其本身不具备埋艏、上浪和适配高航速等功能，所以除了在探索时期的两艘实验航母身上使用过外，它并没有在其他航母身上使用过，我们认知中的IJN和USN用的基本都是飞剪式舰艏和双曲线式舰艏。

这两者具体就是一个舰艏上部向前弯曲的型设计，只有下半部分的区别，其中飞剪式的下部是垂直或前凸的，而双曲线型的下部则是要往内部在内弯一次的，这两者都有很好的高航速适配性，且有上层的挡浪功能，区别在于，飞剪型的埋艏性能要好一些，这能给它提供舰体在高航速下的抓地能力，加强航行的稳定性，而双曲线型舰艏则没有这种能力，因此飞剪式舰艏成为了最后的胜者。

在当时，常规的飞剪型航母主要为美航，其包括了列克星敦号、萨拉托加号、游骑兵号、约克城号、企业号、胡蜂号、大黄蜂号和埃塞克斯号这些型号，同时日航中的祥凤、瑞凤、大凤和翔鹤号也是这种类型；除此之外，它还有一种上凸下也凸的非常规型形制，叫做双凸型飞剪式舰艏，其主要包括了日航中的隼鹰和信浓号航母；至于双曲线型舰艏，其也是日航中的一种舰艏类型，龙级航母中的龙骧、苍龙、飞龙号航母就是这种类型。

(备注：飞剪式分为常规型外凸型)

而相对船体形状对动力的影响，船体大小和高低干舷对动力的影响显然更好理解的多，在刨除船体回旋等问题的情况下，船舰的尺寸越细长、干舷越高的情况下，对航行的阻力也就会越小，航速也就越高。

我们对比美航和日航的大小尺寸，可以发现美航在宽度相差不大的情况下，基本都拥有更长的舰身，这种细长的外形加之美航全员飞剪式的船型，其对动力系统的提升是显著的。

至于高低干舷，这里虽然没有找到具体的尺寸数据，但那留存下来的图片有眼睛的都能看出来日航的矮子属性，所以总结下来就是，日航在船型尺寸布局和形设计方面也是给自家拖后腿的。

最后，简单的再说一下排烟系统。

这个部分我想应该是大家了解比较多的一个部分了，所谓排烟动力辅助系统也就是连接动力燃烧室和外界的几根大烟囱，这东西倒是不会给动力产生什么影响，只是动力系统中的一部分，但它的布置布局会给战舰的作战和运行带来其他问题。

这里要说的主要是日本航母的排烟系统设计，因为美航除了在最开始的探索时期有过将烟囱布置在两舷倾倒的操作之外，后续就完全将排烟系统定型为了舰岛同侧直立式排烟的一种框架，哪怕在后续几十年间，也依旧保持着这种常规布局，完全没有像日航那样东装西装，将整个航母上层都试错过的离谱操作。

日本在航母设计的方面是走过很多弯路的，在上述的形设计解析中也可以看出来，这个排烟系统也是如此。

美航在兰利号用过多座起倒式烟囱之后就知道，将烟囱集中高置，以规避航行惯性的思路集中往反方向、高角度排烟的平行舰岛直立式排烟系统就是正解，但日本却能在试错过两舷下弯式烟囱和全包围式烟囱这两种错误设计之后，又转回了最古董的多座起倒式结构。

我想这种纯暴露在外的结构不可能这么难想到，唯一的解释就是日航设计师的杠精躬匠精神又上线了，死磕用花里胡哨的布局将排烟系统和下部船体结构结合起来，结果造成了一大堆舱室的高热和烟气影响到舰载机航行的问题。

总之，在大凤号之前的日航一直饱受这上述问题的困扰，直到到了筑造大凤号时，日航才照搬了美航舰岛平行直立式排烟的布局，但此时已经为时已晚了，对航母性能的些许提升在巨大劣势下等于没有。

雷达和动力系统解析就到此为止了，这玩意太难写了，下期继续更新捷克斯洛伐克的轻武器史。

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