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作者 李玉生
在19世纪中期的英国港口城市纽卡斯尔，有一家外观普通的律师事务所，门口立着一块黄铜牌子，清楚地表明，里面的主人是Armourer Donkin先生。这家律师事务所的二掌柜Armstrong先生，在城里的法律界也算是个人物，将来，还会成为个大人物。但他的成功之路，不是象其他学法律的人那样，削尖脑袋挤进下议院或是在西斯敏斯特大教堂（英国举行国王加冕，王室婚丧典礼，政府年度授勋等国事活动的地方——笔者注）举行的各种仪式上露露脸，当个能与首相和女王打哈哈的政客或大法官，而是彻底的转行， 成为一个无论在下议院，上议院或者西斯敏斯特大教堂里被女王和政客们谈起时，都受到大家尊敬的工业巨头。
1810年11月26日，William George Armstrong出生在纽卡斯尔一个谷物批发商的家庭。小时候，他的体质不太好，纽卡斯尔的冬季既漫长又寒冷，这使他只能经常呆在家里玩玩具。跟大多数小孩不一样的是，他不只是在玩，而且还爱探究这些玩具的结构和原理。 这方面的天赋估计有很大的遗传原因。老Armstrong虽说是个生意人，但对自然科学和数学却很感兴趣，造诣达到了成为一个数学与哲学学会会员的地步。不过兴趣归兴趣，老Armstrong却是很现实，没打算让儿子去当什么学者，他所希望的是让儿子去学法律。因为有个当律师的儿子，做起生意也自然顺当些。 十八岁的那一年，小Armstrong不负老父所托，顺利完成法学学业。接下来，要学以致用的话，就要找一家律师事务所练练手。这个，老Armstrong早就计划好了，他有一位世交Armourer Donkin先生，就在本城里开了一家律师事务所。顺理成章地，父亲把儿子托付给了老朋友，让这位法律界的前辈好好指点指点儿子，扶上马送一程。小Armstrong干得不坏，七年之后，就在城里的法律界小有名气。看着小伙子聪明能干，Donkin先生即高兴又疼爱，视如己出。于是，干脆把律师事务所一半的股份给了他。这样，小Armstrong的地位一下子从“伙计”提升到“二掌柜”。而且，因为Donkin先生没有儿子，最后就把这个聪明的小伙子定为自己的财产继承人。 但是，事情的发展却完全出乎两位老人原来的预计。小Armstrong在法律事务之余，他也念念不忘钻研工程机械。当时，蒸汽和液压技术开始大规模地在工程上应用，Armstrong很快体现出他在这方面的天赋。1842年，他为Northumberland郡的一个煤矿设计了一台性能良好的蒸汽发电机，然后是一发不可收拾。1845年，他又设计了一台液压起重机并被安装在纽卡斯尔的码头上。 事情到了这个份上，Armstrong干脆彻底离开法律界。1847年，在四个朋友的财政支持下，他在Tyne河畔租下一块荒地，开办了Elswick工厂，投入到工程机械的设计和制造中。没过多久，在Armstrong的经营下，Elswick工厂不但在行内站稳了脚跟，而且不断发展壮大。成立三年后，雇员已经达到300多人，产品从最初的起重机，逐渐扩展到各种应用液压动力的桥梁建筑工程机械，船坞大门的开闭机械和金属锻轧成形机械，甚至扩展到生产液压驱动的火炮底座。著名的伦敦塔桥和纽卡斯尔大桥的桥身旋转开闭机构（该类机构用于在高度较大的船舶通过桥所在河段时将桥身吊起或转开——笔者注）就是由Elswick工厂设计生产。 1853-1856年的克里木战争，为Elswick工厂带来了新的发展契机。战争使Armstrong看到，生产军火利润更大。而英帝国的不断扩张，使这一市场前景呈现良好的势头。在Armstrong带领下，Elswick工厂迅速涉足枪炮生产。他们生产的18磅后膛炮性能优秀，广泛装备英国部队，连设在Woolwich的皇家兵工厂都邀请他前去指导枪械的生产。 Elswick工厂不断在利用现有技术的同时，还积极研究大口径火炮的制造技术，大规模引入了组合式火炮制造技术。在此之前，火炮是用铁或铜整体浇铸而成，如何保证整体浇铸的大口径炮管具有足够的强度，在当时是一个大问题。现在Armstrong的办法，是将锻造的铁箍和铁管，以及后来的钢箍和钢管紧套在作为炮膛的主炮管上以加强炮管的强度，这样，理论上可以制造任何口径的大炮。从此，通过不断改进技术，Elswick工厂成为了与德国克虏伯设在Edden的军工厂并称于世的两大火炮制造厂商之一。
在Carlisle城边缘的东北线铁路和Tyne河之间的一片坡地上，屹立着Armstrong公司面积超过10英亩的钢铁厂。钢铁厂的领导者是Dyer，在受雇于Armstrong公司之前，他是Armstrong公司的竞争对手Whitworth公司的雇员。因此，在1897年这两家公司合并后，他被派往Manchester去管理原属于Whitworth公司的工厂。从铁路到河边的倾斜地势，按常规是不太适合建筑工厂。但工程师们却充分利用这个地形， 把它转变成有利条件。他们把熔炼车间安排在高处，铸造出来的钢胚顺势倾倒在熔炉后方，用起重机吊送到低处的车间去。熔炼车间车间里烟雾缭绕，火光冲天，强大的送风系统把新鲜空气源源不断地送进燃烧炉，八台熔炉使用Siemens－Martin冶炼法每周可以生产出1200吨钢料。红热的钢水浇注在料斗中冷却成型，车间里的所有送料机械都是由液压驱动。 成型的钢胚依靠5000吨水压机轧压加工成所需的形状。Armstrong公司的钢铁厂尤其精于制造各类船舶的传动轴，大大小小的各种传动轴被安装在英国和其他各国的舰船上，最长的超过80英尺。钢铁厂生产出来的钢料也被制成各种火炮，因此为了应付庞大的业务需求，机械加工车间的雇员达到1500人，他们分别从事着切割、车削、钻孔、镗孔等工作。
Armstrong公司的一处机械加工车间，车间两侧高处的传动轴通过皮带传动的方式，将动力传送到各台机加工设备上。这是机加工设备使用电力驱动之前，蒸汽时代工厂的标准样式。在车间的上部，有横跨车间的天车，负责工料和成品的运送。 1882年，Armstrong开始在Elswick工厂内设置船坞，宣告Armstrong公司开始直接将生产范围扩大到舰船制造。其实，在此之前Armstrong公司最早承接的造船业务，是由位于Elswick下游5英里处的Mitchell的Low walker船厂完成的。1883年1月，天才的William White 来到了Armstrong公司，他后来不无自豪地这样说道：“ 当我刚来到的时候，这里还只不过是Tyne河畔的一片泥沼地，但我离开的时候， “Victoria”战列舰的舰体已经完成了大半，另外，我们还建造了许多别的船。” Armstrong公司生产的巡洋舰和战列舰之所以畅销世界，不单是使用的材料质量上乘，做工精湛，而且很大程度是因为设计她们的工程师不断应用最新的技术，不断改良工艺，“与时俱进”用在他们身上是再恰当不过了。正是这种求新的精神使Armstrong巡洋舰在那个军舰向着“Steel，steam，shell fire （钢铁化、蒸汽化、整体式弹药化）”转变的时代里，始终处于领先的位置。以下我们逐一对这三个“S”作一些介绍。 化学炼钢在19世纪50年代就出现了，但是产量和质量都很低，同时成本也很高，这限制了钢材的用途，使之主要用于制造一些工具和餐具，造成当时依然是熟铁占据主要工程材料位置的局面。为了提高钢的产量和质量以及成本，英国工程师Bessemer在1856年发明了酸性转炉炼钢法，利用底部吹入的高压空气使钢水中的杂质发生反应而将其祛除。梨子状的转炉可以倾倒，当其倾倒向下时可以添加生铁，当其恢复向上时可以进行吹气作业，再次倾倒时则排出钢水。当高压空气吹入炉膛时，熔炉内发生爆燃般的剧烈反应，铁水中的杂质迅速生成炉渣而排出，整个反应持续12-15分钟后结束。这种方法对生铁的要求较高， 必须是含磷量较低，否则影响钢的质量。Bessemer尝试了很多次，除了瑞典出产的优质生铁外，其他地方的生铁使用此方法炼出来的钢材质量都不高，而且还存在一个问题是很难祛除铁水中的硫。后来经过反复试验，找到了解决含硫量高的方法，是在首次吹风后添加含锰的镜铁，利用锰与硫生成化合物降低钢的热脆性。这个过程称为“二次吹风”或“回吹”。Bessemer炼钢法的缺点是钢里的杂质成分很难控制，钢的抗拉强度高而柔韧性差，很难进行碾压成型加工。另外，Bessemer炼钢法保证质量的关键是原料进入转炉时必须保持熔融状态和控制吹气反应的时间，有经验的老工人一般是通过观察转炉内火焰的颜色来确定反应是否已经完成。 一位从事海底电报线敷设业务的德裔英国人Wilhelm von Siemens 经过十年的研究，在法国工程师Martin的协助下，在1868提出了一种改良的再生炼钢法。他用一个矩形的平炉代替Bessemer的梨子状转炉，由于熔炉的一端可以打开以便添加原料和排出钢水，因此又称为“敞开式平炉（open－hearth furnace）”。先用焦碳加热气体，将高热气体储存于熔炉两侧的容器内，然后热气经过滤后从熔炉的一侧吹到另一侧，使铁水中的杂质剧烈反应形成炉渣排出。这个方法与Bessemer炼钢法的区别在于熔炉不必倾倒，而且是采用生铁，少量铁矿石和钢屑作原料。熔炼时间是7到12小时而不是Bessemer炼钢法的半个小时。但缓慢的反应有助于控制钢里的杂质成分和含量，在保持强度的前提下提高钢材的延展性，使之可以轧制各种形状，取代熟铁而广泛应用于造船和建筑等工程领域。因此该方法在19世纪70年代被逐步推广。 同一时期，船用发动机也得到了很大的进步。在蒸汽机的布置形式上，最早的船用蒸汽机是立式的， 汽缸安排在舱底，活塞杆向上伸出, 推动曲轴转动。这种形式的动力系统与当时的明轮推进方式倒是相当匹配，因为明轮的轮轴位于船体内一个相当高的位置上。但是，当螺旋桨取代明轮成为舰船主要使用的推进器的时候，问题出现了。如果还是采取原来的立式发动机形式，从高高的曲轴到安装在船底的螺旋桨转动轴之间，必须要增加一套传动机构，这样就要平白地增加了功率损耗。因此就出现了卧式发动机，让发动机躺着，这样曲轴便可以比较方便地将动力传递到螺旋桨轴上。同时，因为当时的火炮射程不大，主要采用平射方式发射，炮弹的入射角度不大。 发动机安装在船底，位于水线以下，也可以使其受到一定保护，提高其在战斗中的生存力。 随着火炮射程的增加使炮弹入射角度加大以及装甲在军舰上的应用，出现了另一个问题。就是装甲带来的重量增加，使军舰设计师只能在一些关键部位安排布置装甲，缩短装甲防护区的长度所节省的重量有利于保证军舰能达到一个较高的航速，而航速是火力和防护以外的另一个军舰的重要性能指标。因此，缩短轮机舱这个需要装甲保护的部位的长度无疑具有很大意义。立式发动机在军舰水平方向所占据长度比卧式发动机要小，于是，发动机又回到立式的形式，与明轮时代所不同的是，将发动机设计成汽缸位于上部，活塞杆向下伸出，使曲轴依然可以被安排在舰内的较低位置上而无须太多的传动机构。但军舰上的蒸汽机的活塞行程一般比商船上的要小一些，这是因为轮机舱上方要铺设装甲甲板，而装甲甲板位置不能太高，以免军舰重心太高，因此轮机舱的高度是受到限制的。 在早期的蒸汽机上，蒸汽只是在一个汽缸中作功，然后就排走了。人们发现，只经过一次作功的蒸汽依然保持很高的压力，这样排掉未免可惜，可以让它依次在三个直径不同的汽缸中作功，以尽量利用其能量，这就是三胀往复式蒸汽机的来由。以“英弗来息白”的发动机为例，三个汽缸的直径依次为70英寸、 70英寸和90英寸，活塞行程48英寸。
爆炸事故发生后，工程人员正在战列舰“Thunderer”的锅炉舱内进行检查。从图中可见该舰安装的方形锅炉的外形。 而锅炉技术的改进，也使蒸汽可以达到更高的压力。早期的方形锅炉（rectangular boilers）只能产生压力为30 PSI （磅/平方英寸, 1个大气压约等于14.3 PSI——笔者注）的蒸汽，而圆筒形锅炉（cylindrical boilers）可以使蒸汽的压力达到更高。但人们对于在蒸汽机上使用更高压力的蒸汽抱有怀疑，担心在安全上有问题。因此在19世纪70年代，很多军舰上依然采用低压的方形锅炉。但是，一桩意外的事故改变了大家的这个看法。1876年7月14日，安装Humphrys－Tennant公司生产的方形锅炉的英国战列舰“Thunderer”， 在Portsmouth 港 与Stokes湾之间进行全功率航行试验时，由于锅炉的压力表和过载释压阀同时失灵，当锅炉内蒸汽压力超出允许范围时未能被及时发现和释压而发生爆炸，造成包括轮机长在内的多人死伤。通过这次事故，人们总结出，压力高不是问题，关键是设备的可靠性。只要设备可靠，工作压力高也是安全的。相反，如果设备不可靠，低压系统也会出大事（该舰的另一次重大事故是在1879年1月2日一门12.5英寸38吨前膛炮发生爆炸，暴露出前膛炮在操作安全性上的不足，此次事故是导致前膛炮被逐步淘汰的原因之一，见《从Monitor到‘定远’——炮塔的发展》的介绍——笔者注）。 因此，人们在改进锅炉的高压安全性后，圆筒形锅炉被逐步推广，蒸汽压力也提高到60PSI甚至更高。蒸汽被用于驱动除发动机以外的更多系统，例如操舵助力，弹药提升和装填、吊艇杆以及发电机。到了1885年，在英国战列舰“Sans Pareil”上，蒸汽压力达到了135PSI，蒸汽机三个汽缸的直径分别为43英寸、62英寸和96英寸，活塞行程51英寸。两台蒸汽机的总功率达到14483马力，在正常工作状态下航速达到16.25节。而其后出现的水管锅炉产生的蒸汽压力更高，产生的蒸汽也更多，在效率比三胀往复式蒸汽机更高的帕森斯涡轮机出现以前，为了获得高航速，Armstrong公司广泛地在其制造的巡洋舰上采用了强压通风技术来提高蒸汽机的输出功率。（对于往复式蒸汽机，蒸汽是驱动沉重的活塞作功。而在涡轮机上， 高压蒸汽（以及后来的高压燃气）是驱动连接在传动轴上的涡轮，带动传动轴转动来作功，效率更高。涡轮机驱动原理与中国传统的走马灯一致，灯内蜡烛燃烧产生的燃气上升，驱动走马灯顶部的涡轮，涡轮转动而带动与之相连的画有图案的灯罩转动——笔者注）。1892年，Armstrong公司为阿根廷建造的3570吨级防护巡洋舰“Nueve de Julio”在试航中达到了22.75节的航速。智利向Armstrong公司订购而于次年下水的4400吨级防护巡洋舰“Blanco Encalada”，航速也与之相仿。
鱼雷的出现，使小型舰艇也具备了杀伤大型军舰的能力。为了对付这些行动迅速的鱼雷艇，大中型军舰上普遍安装了小口径连发枪炮。但随着鱼雷航程的增大，意味着鱼雷艇可以在更大的距离上发起攻击， 因此需要使用射程更远的中等口径火炮去对付它们。但当时中等以上口径火炮所使用的架退式制退复进方式和分装式弹药严重阻碍火炮射速的提高，经过人们的努力，利用封闭的液体受压迫而通过节流孔时的阻尼效应实现制退，利用弹簧或火炮发射药气压力实现复进，从而先后为中等口径火炮配备了液压/弹簧和液压/气体两种形式的制退复进机构，实现了中等口径火炮在直线方向上的制退和复进，简化了火炮观瞄射击作业的复杂程度，配合带黄铜弹壳的整体式弹药的应用，极大提高了射速（但口径6英寸以上的火炮，由于弹头和发射药的重量太大，依然需要采用分装式弹药-----笔者注）。
鉴于从纸面上看来中等口径速射炮的火力发射迅猛，以及通过以往为各国建造的多艘巡洋舰的使用经验证明在排水量不大的舰体上安装大口径火炮影响军舰稳性，1888年Armstrong公司一改在巡洋舰的艏艉安装大口径火炮的习惯，在为意大利建造的2500吨级防护巡洋舰“Piemonte”上，首次尝试采用全部中等口径速射炮的火力设置方案，开创了Armstrong巡洋舰设计的一个新模式。其后，到1894年以前，为多个国家建造了一批这样的巡洋舰。但在后来的甲午黄海海战中，中等口径速射炮暴露出在具备装甲防护的军舰面前破坏力严重不足的问题。五艘日本防护巡洋舰尽管拥有射速方面的压倒优势，但依然对两艘中国战列舰无可奈何。因此，在巡洋舰上配备大口径火炮的做法重新抬头。后来，在他那个“万能巡洋舰”的点子出来之前，大名鼎鼎的费希尔爵士也认为，由于当时大口径火炮的射击速度不高，综合破坏力和射击速度两者来考虑，为大型巡洋舰配备7.1英寸或8英寸速射炮是比较合适的。
意大利防护巡洋舰“Piemonte” 咱们回头看看19世纪最后十年英国防护巡洋舰的发展。在英国海军中，巡洋舰的设计长期围绕着海外贸易保护（trade protection）这一目的来设计，装甲巡洋舰和防护巡洋舰都被配属海外分舰队，装甲巡洋舰担任分舰队的旗舰，防护巡洋舰是分舰队主要组成部分。她们的职责就是保护殖民地和海上贸易线， 同时担负“show the flag”的任务，即显示军事存在和炫耀武力。而排水量较小的三级巡洋舰才是最初被设计为伴随战列舰编队作为前卫，担负“侦察巡洋舰（scout cruiser）”角色的舰种。 但是随后，装甲巡洋舰的角色发生了很大变化。在19世纪80年代中后期，一些缺乏广大海外利益而海军相对弱小的国家（即贸易保护巡洋舰需求不旺）如意大利，提出了将装甲巡洋舰投入舰队决战以辅助战列舰作战的思想 即operate conjunction with the fleet and fight in the line as a fast wing。其后，意大利设计的“卡洛·阿尔伯特”和“加利波第”两级装甲巡洋舰都是按此要求设计的（可见，在无法获得战列舰的情况下，她们是日本在紧急购舰备战时必然而非偶然的选择）。 德国也逐渐接受了这个思想，开始建造舰队巡洋舰（fleet cruiser）模式的装甲巡洋舰。而迅速发展的德国海军给英国造成很大的心理压力，在自从荷兰舰队没落之后成为日不落帝国内湖的北海上，可能要爆发一场与帝国生死攸关的舰队决战的噩梦，迫使英国也开始注意这种学说。现在最大的危险不在于海外贸易被切断，而是卧榻之旁崛起了一个谋逆的枭雄。数百年来，英国巡洋舰的设计重心首次从贸易保护巡洋舰向舰队巡洋舰过渡。 这种思潮除了影响装甲巡洋舰的设计以外，不可避免地也影响着防护巡洋舰的设计。具体的表现就是防护巡洋舰的大型化。因此，在19世纪的最后几年里，出现了一系列排水量7000吨级以至14000吨级的防护巡洋舰。她们分别是：1888年始件建的“Blake”级（9150吨）2艘，1890年始建的“Edgar”级（7350吨）9艘, 1894年始建的“Powerful”级(14,200吨)2艘, 1896年始建的“Diadem”级(11,000吨)8艘. 英国海军将她们称为“一级防护巡洋舰（first class protected cruiser）而与装甲巡洋舰一起划分为“一级巡洋舰”。在这些大型防护巡洋舰上，配备了口径9.2英寸的主炮，而中等口径副炮的数量更是达到20门以上。为了安装如此多的副炮，不可能再象以前那样将它们一字排开布置在舱面甲板的舷台上，而是在舰内设置层数比以往的巡洋舰要多的甲板，将副炮分层布置在两层到三层甲板的炮廓中。外观看上去就是副炮是从舷墙上伸出来的，这倒是和风帆时代有点相似。这样也使得军舰的干舷比较高而航海性能较好。但既然还是防护巡洋舰，就必须具备原来最基本的要求，就是要兼顾贸易保护需求而要保证长大的续航力和高航速，这就必须增大载煤量和安装足够多的锅炉，锅炉增加烟囱也得跟着增加，因此烟囱的数量也就从两个增加到三个或者四个，要装下这如此众多的东西，解决办法只能是加长舰体。结果舰体长得已经接近战列舰，排水量也就一增再增。 既然个头长得这么大，“猎人”自己也就得考虑考虑会否成为别人“猎物”的问题了。而且这么大这么贵的军舰也轻易损失不起。因此，需要加强装甲防护。除了没有整体的舷侧装甲带以外（否则就不是防护巡洋舰了），舰上各个重要部分都分别有装甲防护，司令塔和主炮炮塔的装甲达到了6英寸以上。但尽管武备与装甲如此沉重，得益于数量众多的锅炉和力量强劲的发动机，她们依然具有22节左右的航速。
为了建造这些庞大的防护巡洋舰，英国付出了巨大的财政支出。而为了操作这些军舰，还需要配备比原来巡洋舰上更多的海军官兵，人员雇佣费用和其后军舰本身的维护费用，都是颇为不菲。而沉重的负担所换来的，却是这些军舰在运用上的尴尬。无论在贸易线保护还是伴随战列舰，她们都显得有点高不成低不就，因此，最后也就获得了一个“贵而无用的白象”的评价。 这样的奢侈品，除了英帝国外看来谁都用不起。包括中国在内的其他国家，在订购防护巡洋舰时，都喜欢选择那些技术成熟中规中矩而被“广大群众喜闻乐见”的设计样式。 最后两艘悬挂龙旗的阿姆斯特朗巡洋舰也正是这样的产品。
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