书城科普乘风御波
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第13章 钢铁蒸汽时代

1.动力革命——蒸汽机上船在19世纪以前的几千年中,船舶的动力一直是由人力划桨和风帆来提供的。这两种动力有很大的局限性:一是动力小,船跑得不快,一般只有几节,最大也只有十三四节;二是靠人力划桨,不能持久;

三是靠风帆作动力,受风向、风速甚至潮流的影响大,碰到无风天气,就只好停航了。长期以来人们都在不断地探索寻找新的动力。自从瓦特发明蒸汽机以后,给船舶的发展古代福船模型带来了千载难逢的机遇,成为船舶动力革命新的里程碑。

瓦特发明蒸汽机以后,很快在纺织业中得到了应用,随即很快推广到化学、采掘、冶金、机器制造等部门。

蒸汽机能不能用到船上作推进动力呢?这是人们梦寐以求的事。

法、英、美、西班牙等许多国家中不少人都在探讨利用蒸汽机推进船舶的方案。但遗憾的是都未能达到实用阶段。1797年,美国工程师罗伯特·富尔顿(1765-1815)在巴黎,得到美国驻法国大使里文斯顿的帮助,于1803年在塞纳河造蒸汽机船,因船体结构的强度不够,难以承受机器的重量,还没进行试验就沉没了。罗伯特·富尔顿毫不灰心,第二年打捞出该船的主机,重造新船,船长20.12米,宽2.44米,试航成功,蒸汽动力火车航速达4.5节。1806年,罗伯特·富尔顿与里文斯顿先后返美国,着手建造吨位大、蒸汽机功率也大的蒸汽机船。船长40.56米,宽5.46米,型深2.74米;蒸汽机为单缸,缸径610毫米,冲程1219毫米,14.7千瓦,燃料为煤或木材;明轮直径4.57米,划水叶板宽1.22米。该船是一艘内河客船,以里文斯顿的家乡“克莱蒙特”命名。因为该船的叶轮大部分都露出水面,故人们称它为“明轮”。1807年8月17日,“克莱蒙特”号在纽约市的哈德逊河上进行试航。船内炉火通红,蒸汽机隆隆轰鸣,高耸的烟囱浓烟滚滚,船旁两只大直径明轮飞快地转动。满载旅客的“克莱蒙特”号以5节的速度航行32小时,逆水航行240千米,试航获得了圆满成功。岸上的观众,掌声雷动,欣喜若狂,争相观看这一划时代的处女航。这一航程若用当时的单桅帆船行驶,则需要4昼夜。“克莱蒙特”号既是第一艘蒸汽机明轮船,同时也是第一艘近代蒸汽机客船。它的试航成功,显示了蒸汽机船的强大生命力,在船舶发展史上写下了光辉的篇章。

什么是明轮

明轮,又称明轮推进器,是船舶的一种推进工具,利用明轮转动,叶片拨水来推进船舶。明轮推进器比桨、橹等推进工具前进一步,但是,它结构笨重、效率低,所以,明轮推进器后来被螺旋桨所代替。

蒸汽机船问世以后,这一新生事物受到了各国的重视,争相试制。

例如:1811年,贝尔建造了英国第一艘蒸汽机船“彗星”号。建成后在格拉斯哥和柯林斯堡间作客运班轮,它证明了蒸汽机明轮推进的可靠性是很高的,航速达6.5节;

1815年,俄国建成了“伊丽莎维塔”号商船,干脆取消了风帆,只采用蒸汽机明轮推进。在这之后的几年中,美洲、欧洲的内河和沿海航线上,就有50多艘蒸汽机船投入营运,取得了可观的经济效益。

蒸汽模型

2.第一艘蒸汽舰第一艘蒸汽舰也是罗伯特·富尔顿的杰作。富尔顿为了寻求打破1812年在同英国的战争中英国对纽约窒息性的封锁,他设计建造了“迪莫洛戈斯”号蒸汽舰,后来人们称做“富尔顿一世”号。该舰采用坚固的双壳船体结构,这使位于船中部的明轮推进器得到了很好的保护。

它的船舷夹层最宽部分有1.52米,舰上装备有30门大炮,航速可达5.5节,排水量达2.475吨。不幸的是由于政府缺少资金,它的完工推迟到战争结束后。富尔顿死后的1815年春天,该舰建成并试航成功,但一直默默地停泊在布鲁克林海军造船厂内,直到1892年该舰爆炸烧毁。

美国是第一个使用蒸汽舰进行海战的国家。1823~1825年,商船队队长戴维·波特在同西印度海盗作战时,一艘作为货船的小型内河蒸汽船“海鸥”号当时被编入海军服现役,因而也就成为美国第一艘蒸汽舰。当时因无风,其他风帆战舰停止不动时,而“海鸥”号在蒸汽机推动下驶近海盗船并发射了第一炮。

在以后的20年里,英国和法国的海军也相继造了几艘蒸汽舰,这些明轮蒸汽舰在使用中人们发现,用它们作运输或牵引因无风而停止不动的帆船是有用的,但作为战舰参加海战,确实存在两个缺点。一是舰上的明轮体积大,大部分在水线以上,易受敌方炮火的攻击,同时也影响舰上火炮的布置;二是安装在水线以上的蒸汽机也易受到敌方炮火的攻击。以上缺点引起了舰长们和造船家的重视,都在积极探索解决的办法。

3.最早的铁壳船18世纪以前,几乎所有的船舶都是用木材建造的。随着社会的发展,造船技术的提高,需要很多吨位大、航速快的船舶来满足交通运输日益增长的需要。但是木船限制了船舶向大型化、高速化方向发展。

自从英国进行产业革命以后,钢铁和蒸汽机大量应用到许多工业部门。人们自然会想到能否用铁和钢取代木材造船呢?有些受传统思蒸汽舰模型想束缚的人提出了疑问,总认为铁比水的比重大得多,造出的铁船容易沉掉,但更多的人敢于去闯新路。

1787年,英国苏格兰造出了世界上第一艘铁制驳船“试验”号,船长21.05米,能装载很多货物,并安全地浮于水面,从而证明了铁能用来造船。1801年,一艘完全用金属造的船“克莱蒙”号下水。

1818年,英国苏格兰人T.威尔逊建造了一艘铁壳帆船,并用于内河和沿海运煤。可是由木船发展到铁船,进展十分缓慢,主要原因还是旧思想根深蒂固,有些人总认为铁船容易沉掉。

然而事实教育了人们:1821年,船长为32.33米的铁壳船“艾伦·曼比”号安全地驶过了英吉利海峡,经受住了海上风浪的考验;1834年,有一艘名叫“加里文”号的蒸汽机铁壳船和几艘木制蒸汽机船一起航行,突然遇到大风暴。那几艘木船不是沉没,便是遭到严重损坏,只有“加里文”号铁壳船毫无损伤;

1841年,英国建造的第一艘用于海上航行的铁壳蒸汽机客轮“大不列颠”号,安全地在大海中破浪前进。

这以后,才逐渐打破了人们对铁壳船的疑虑,铁壳船才有了较大发展,在航运中得到广泛应用。1860铁壳船年,铁壳船在世界造船总吨位中占38.5%;1865年占69.4%;1875年达到89.9%。实践证明,铁壳船的强度好,能经受住海上狂风巨浪的考验,而且造价低廉,载重量大,寿命长等。从此,铁壳船进入了黄金时代,铁成为主要的造船材料,从1850~1880年,铁逐渐取代了木材造船。1880年以后,由于炼钢业的大力发展,同时钢具有比铁的强度高、韧性好等多种优点,又逐渐取代了铁成为造船的主要材料,造出了强度更高、重量更轻的船体。

虽然人们在20世纪初就认识到用钢铁造船,焊接比铆接要好,但对焊接的质量总不尽放心,很长一段时间,还是用铆接建造钢铁船。

直到1939~1945年的第二次世界大战期间,由于战争需要大量舰船,才开始广泛应用焊接来造船。