本帖最后由 强而有力Montana 于 2023-8-27 14:34 编辑
网络游戏《战舰世界》（World of Warships）中展示的CL-154“奥斯汀”（Austin）号巡洋舰
CL-154级轻巡洋舰设计史
本文主要是基于美国海军舰船局对CL-154的设计概要完成的。此外，本文的镇楼图是来自网络游戏《 战舰世界》（World of Warships）的图片，其版权归Wargaming公司所有，仅用于展示CL-154的外观，但是其与历史方案并不完全一致。
参考资料
档案
CL-154 Summary, 1944-1945, Bureau of Ships
网络图像资源
Armada: Austin, Wargaming Group Limited
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海军部舰船局420区
备忘录
1.根据Rowcliff上将的要求，已经进行了几项关于确定主炮的所需减少数量和功率的所需增强以达到35节的研究。Rowcliff上将对CL119改进案进行了修改，体现他的喜好。此外，还进行了在5''/54双联装炮座安装5''/38的研究。 2.为了进一步提升速度，第一步是用100000SHP的动力装置代替75000SHP的动力装置。445处提供的信息表明，有必要将机械装置上方的舱室高度增加1英尺以在后锅炉舱和后轮机舱提供足够的高度。机械装置将增重112吨。这些研究的结果和CL119和1944年7月的修改方案已经在附件中列出。 3.功率研究的结果显示，如果表现水平和亚特兰大的海试相同，则可能在试航状态达到35节。然而，水池拖曳实验的数据显示100000SHP只能达到34.5节的速度。如果长度增加20英尺，则可以确保在100000SHP达到35节。
| CL119（原始方案） | CL119（1944年7月8日修改案） | CL119（1944年9月14日修改案） | CL119（1944年9月15日修改案） | CL119（1944年9月23日修改案） | CL119（1944年9月25日修改案） | CL119（1944年9月26日修改案） | | 标准排水量 | 6500 | 6300 | 6120 | 6200 | 6310 | 6500 | 6510 | | 试航排水量 | 7830 | 7650 | 7510 | 7590 | 7700 | 7900 | 7925 | | 轴马力 | 75000 | 75000 | 100000 | 100000 | 100000 | 100000 | 100000 | | 全功率速度（基于考虑空化效应的模型测试） | 32.7 | 32.9 | 34.6 | 34.5 | 35.2 | 35.2 | 35.2 | | 全功率速度（基于CL51试航） | 32.7 | 32.9 | 35.4 | 35.3 | 36.0 | 36.0 | 36.0 | | 20节续航，含25%燃油余量 | 6440 | 6680 | 6680 | 6680 | 6500 | 6500 | 6500 | | 平均吃水 | 19'-7.5'' | 19'-3.75'' | 19'-0.375'' | 19'-2.25'' | 18'-10.75'' | 19'-0.375'' | 19'-1.5'' | | 主甲板干舷高度 | 13'-1'' | 13'-4.75'' | 14'-0.375'' | 13'-10.5'' | 14'-2'' | 14'-3.8'' | 13'-11.25'' | | 到第二甲板的装甲干舷高度 | 4'-0'' | 4'-4'' | 5'-7.125'' | 5'-5.25'' | 5'-8.75'' | 5'-7.125'' | 5'-6'' | | 装甲盒长度，不含舵机 | 344' | 344' | 312' | 344' | 344' | 364' | 344' | | 主炮 | 6-5''/38双联装 | 6-5''/38双联装 | 4-5''/38双联装 | 4-5''/54双联装 | 4-5''/54双联装 | 5-5''/54双联装 | 6-5''/38双联装 | | 40mm炮 | 4座四联装
6座单装 | 4座四联装
6座单装 | 4座四联装
6座单装 | 4座四联装
6座单装 | 4座四联装
6座单装 | 4座四联装
6座单装 | 4座四联装
6座单装 | | 20mm炮 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | | 鱼雷发射管 | 2座四联装 | 2座四联装 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | | 深水炸弹投掷装置 | 2具轨道 | 无 | 2具轨道
6具弹射器 | 2具轨道
6具弹射器 | 2具轨道
6具弹射器 | 2具轨道
6具弹射器 | 2具轨道
6具弹射器 | | 垂线间长 | 530' | 530' | 530' | 530' | 550' | 560' | 560' | | 20英尺吃水线的型宽 | 51'-3.5'' | 51'-3.5'' | 51'-3.5'' | 51'-3.5'' | 51'-3.5'' | 51'-3.5'' | 51'-3.5'' | | 型深 | 32'-8.5'' | 32'-8.5'' | 33'-0.75'' | 33'-0.75'' | 33'-0.75'' | 33'-0.75'' | 33'-0.75'' |
420区
备忘录
主题：单一口径5英寸主炮巡洋舰性能参数——100000SHP——方案C和方案C-1的额外研究
1.在1944年10月19日的总委员会听证会之后，已经要求开始未来的研究，包括CL-119改进方案包含的5寸/54倍径炮座，鱼雷，深弹，装甲和先前方案包含的续航能力。附件A中的表格概括了方案C和方案C-1的性能参数。方案C和方案C-1的唯一区别是40mm弹药携带量。方案C的每门40mm炮弹药量为1200发，还有8400发灵活供应弹药。方案C-1的每门40mm炮弹药量为2400发，没有额外供应弹药，装甲盒延长了12英尺以容纳更多弹药库空间。
2.表格中的5''/54双联装炮座是军械局正在研发的最新型号。重量估测计入了军械局代表提供的最新炮座重量数据。草图显示了这些炮座的最新空间尺寸。
武器修改
| CL-119修改版 | 当前研究 | | 6-5''/38 | 6-5''/54自动装填 | | 4座四联装40mm炮 | 3座四联装40mm炮 | | 6座双联装40mm炮 | 8座双联装40mm炮 | | 20座20mm单装炮 | 15座双联装20mm炮 |
3.指挥仪
为5''/54双联装炮座提供了2座额外的指挥仪。5寸炮的指挥仪和40mm指挥仪类似，每个重1万磅。两个指挥仪都船体中线上，区别是一个在领航员室前方，另一个在6号5''/54炮塔的后面。
4.续航
为了实现6500海里的续航，试航状态下的燃油和柴油增加了142吨.增加的燃油可以缓解在较低的功率下增加的耗油量和在20节时增加的输出功率。
5. 下表显示了方案B向方案C和方案C1演化过程中的重量变化。
| 方案C1试航状态 | 方案C1标准排水量 | 方案C标准排水量 | | 1944年10月6日提交给总委员会的方案B | 7975 | 6550 | 6550 | | 1944年9月25日提交给总委员会的方案B | 7925 | 6510 | 6510 | | 最终估计的方案B | 7923 | 6518 | 6518 | | 增加20英尺长度的增重 | 126 | 126 | 126 | | 增加1英尺宽度的增重 | 45 | 45 | 45 | | 增长装甲盒的增重 | 58 | 58 | 49 | | 武器修改（包括增加的指挥仪，减少的提弹机） | 14 | 14 | 14 | | 增加的舾装件、船体和锚具的重量 | *49 | 49 | 49 | | 增加的弹药重量 | 137 | 160 | 52 | | 增加的燃油重量 | 139 | 无 | 无 | | 增加的柴油重量 | 3 | 无 | 无 | | 增加的储备淡水重量 | 4 | 无 | 无 | | 方案C和C1的估算 | 8498 | 6970 | 6853 | | 方案C和C1的最终完成数据 | 8550 | 7020 | 6900 |
*：这部分重量在方案B被忽略。
J.C.NIEDERMAIR
附件A：5寸炮轻巡洋舰研究性能参数表
| | CL119修改案（1944年7月8日） | 新设计方案B | 新设计方案C | 新设计方案C-1 | | 标准排水量 | 6300 | 6550 | 6900 | 7020 | | 试航排水量 | 7650 | 7975 | 8460 | 8550 | | 水线长度 | 530' | 560' | 580' | 580' | | 宽度 | 51'-3.5'' | 51'-3.5'' | 52'-3.5'' | 52'-3.5'' | | 试航排水量吃水 | 19'-4'' | 19'-2'' | 19'-0'' | 19'-2'' | | 功率 | 75000 | 100000 | 100000 | 100000 | | 全功率试航速度 | 32.9 | 35 | 35.0 | 34.9 | | 20节续航，含25%燃油余量 | 6680 | 6500 | 6500 | 6500 | | 主炮 | 6-5''/38
双联装炮塔 | 6-5''/38
双联装炮塔 | 6-5''/54
双联装炮塔 | 6-5''/54
双联装炮塔 | | 40mm炮 | 4座四联装
6座双联装 | 4座四联装
6座双联装 | 3座四联装
8座双联装 | 3座四联装
8座双联装 | | 20mm炮 | 20座单装 | 20座单装 | 15座双联装 | 15座双联装 | | 鱼雷发射管 | 2座四联装 | 无 | 2座四联装 | 2座四联装 | | 深水炸弹投掷装置 | 无 | 2组轨道
4组弹射器 | 4组轨道 | 4组轨道 | 5寸弹药
每门炮弹药量
照明弹
总量 |
350
300
4500 |
350
300
4500 |
350
300
4500 |
350
300
4500 | 40mm炮弹药
每门炮弹药量
额外补给
总量 |
1200
8400
42000 |
1200
8400
42000 |
1200
8400
42000 |
2400
无
67200 | 20mm弹药
每门炮弹药量
总量 |
3000
60000 |
3000
60000 |
3000
90000 |
3000
90000 | | 鱼雷 | 8枚 | 无 | 8枚 | 8枚 | 深水炸弹
600磅
300磅 | 无 |
14
30 |
14
30 |
14
30
|
所有方案都具备和CL119修改案（1944年7月8日）一样的STS防护
海军部舰船局420区
致：400
主题：5''/54主炮轻巡洋舰——2烟囱VS1烟囱布局
附件（A）：5''/54主炮轻巡洋舰方案C修改版总布置图
附件（A）包含双烟囱和单烟囱的设计方案。目前尚未决定使用哪种烟囱方案。单烟囱方案的好处是主炮指挥仪和烟囱的距离较远，双烟囱方案的好处是防止一次中弹导致烟道被摧毁，但是单烟囱方案也可以通过配备更多独立进气口来弥补这方面的劣势。单烟囱方案中，前后烟道的较长距离是一个缺点。目前，决定性因素似乎是主炮指挥仪和烟囱的距离，在下表可见。
| | 5''/54轻巡洋舰（单烟囱） | 5''/54轻巡洋舰（双烟囱） | CL119（双烟囱） | | 前指挥仪到烟囱的最近侧的距离 | 58英尺 | 30英尺 | 21英尺 | | 后指挥仪到烟囱的最近侧的距离 | 46英尺 | 30英尺 | 25英尺 | | 烟囱间的距离 | 0 | 50英尺 | 39英尺 |
单烟囱方案的大间距有利于舰桥尽可能远离烟囱排出的废气，这可能是最重要的因素，而且此方案的功率有所增加。
海军部舰船局420区
发自：400
致：440
主题：5寸巡洋舰（CL154-159）——转送初始设计数据
参考资料： （a）海军作战部长会议信件 Op-23A-AT（Ser.068423）（ SC）Al-3/CL，1945年1月17日及其参考资料 （b）型线图 （c）纵剖面图 （d）平台甲板图 （e）外板展开图 （f）舯部横截面 （g）上层建筑图纸 （h）甲板结构图 （i）重量概要，1945年3月1日 （j）重量、剪切力和弯矩曲线 （k）满载应力曲线 （l）特殊情况应力曲线 （m）截面惯性矩 （n）初始SHP和RPM曲线，1945年3月7日 （o）排水量和其他曲线图 （p）稳定性交叉曲线图 （q）回复力臂曲线图 （别想看了已经确认被销毁了）
1.本型舰艇的设计由初始设计部门根据总委员会的要求，于1944年夏季开始，一开始是对5寸改进型亚特兰大级（CL119）的审查修改。由于对速度、续航和武备的更高需求，很快演变为一种全新的设计，最终状态就是上述参考资料（a）中批准的参数，参考资料（b）到（q）是提交的初始设计。
2.自从三月上旬，440处一直在提供图纸的预印本。随着设计的发展，448处完成了动力舱可用空间的相关工作，机舱空间的要求已经被纳入总布置图。进一步的信息会在得到后提供，包括浸水长度、受损稳定性以及从模型水池取得的速度和功率数据。
3.设计过程中的最大问题是缺少关于武器设备的可靠数据。由于高平两用5''/54双联装炮座将弹药直接从下部处理室运输到炮尾的弹药处理方法是全新的，所以无法准确计算设备重量。随着船舶和炮塔设计的进步，主炮组的重量可能大大增加。类似的情况出现在辅助指挥仪上面，前后主炮的指挥仪和40mm炮的指挥仪缺少可用的尺寸数据。根据军械局的要求，每个指挥仪预计重10000磅，旋转直径8.5英尺。
4.由于特殊的弹药处理方式，它没有通常可以存储一部分弹药的上部弹药处理室，因此需要特别注意弹药库及其处理室的空间尺寸以保证有足够的空间储存炮弹和发射药。这也会影响前后平台的高度。
5.根据参考资料（a），尽管修改后的性能参数包含鱼雷发射管，但后来根据美国舰队总司令的要求取消。很可能在鱼雷发射管的位置安装速射武器，但是考虑到武器配置已经基本满足需求，以及目前初步确定的武器重量数据，在未来确定更加准确的武器重量之前，不建议增加任何新的武器。
| 垂线间长 | 580英尺 | | 型宽 | 55英尺6英寸 | | 型深 | 54英尺6英寸 | | 标准排水量 | 7370吨 | | 试航排水量 | 8930吨 | | 试航吃水 | 19英尺 | | 船尾纵倾（试航状态） | 19英寸 |
稳定性
在设计过程中已经提供了足够的稳定性。在轻载条件下允许船舶重心垂直上升1英尺，相当于在试航状态下上升9英寸。在此基础上，试航状态下，40度横倾时最大扶正力臂为2.3英尺。试航状态下，定倾高度为4.5英尺时，自然横摇周期为11.5秒。
船体强度
在L/20波（波长为船长的1/20）中，在将燃油、弹药和淡水等可能增加弯矩的物体去除的特殊情况下，船体可以承受的最大应力为10.5吨/平方英寸。在这种特殊情况下的中垂，龙骨承受的应力基本达到这个级别。
下表给出了不同情况下的舯部最大弯曲应力
| 状态 | 甲板应力 | 龙骨应力 | | 满载（中拱） | 7.91 | 7.27 | | 满载（中垂） | 7.54 | 9.58 | | 特殊情况（中拱） | 9.17 | 8.42 | | 特殊情况（中垂） | 8.42 | 10.52 |
单位为吨/平方英寸 所有数据基于L/20波 拉应力为其1.18倍 截面惯性矩考虑到主装甲的强度
最大剪应力
| 肋位 | 最大剪力（吨） | 中性面剪应力（吨/平方英寸） | | 41 | 1517 | 2.12 | | 107 | 1482 | 2.08 |
速度和排水量
420处完成的初始速度估算显示，长580英尺，宽54英尺的船体在8550吨试航排水量下可以达到略高于35节的速度。模型测试显示，这种船体相比标准型号，在极速下阻力减少5%，在20节速度下阻力增加5%。这相比CL51-54的船体是一种进步。此前为了提升CL51-54型线进行了大量研究，我们认为已经在这种巡洋舰的性能参数限制内开发出了一种优秀的船型。 在初始速度和功率估算完成之后，各方面的重量增加导致试航排水量已经增加到8930吨，包括机械重量、适应5''/54弹药库结构做出的船体修改、增加18英寸宽度。参考资料（E）记录了8930吨排水量下达到12-35节速度所需的功率。排水量增加导致估测的试航速度下降到34.8节，低于总委员会要求的35节。为了克服这一速度损失，需要增加功率或者长度。由于在不增加主轴数量的情况下功率无法超过10000SHP，唯一的办法是将长度增加到580英尺以上，同时有利于配备5''/54炮座。
在制定合同图纸时应当尽可能控制重量。在这方面，需要注意的是初始设计图纸上的液体容量超过了燃油、储备淡水和饮用水的需求，所以需要将额外的载荷改为空舱，仅保留满足续航所需的燃油，140吨储备淡水和每人40加仑的饮用水。
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发表于 2023-6-10 02:45
发表于 2023-6-10 18:17
