鱼鹰社对决系列#139

美国海军潜水艇对决日本海军航空母舰

USN Submarine vs IJN Aircraft Carrier: The Pacific 1942–44

讲述第二次世界大战期间，美国海军潜水艇与日本海军航空母舰的5次交战战例。

原作者：马克·拉达斯（Mark Lardas）

鱼雷问题：指的是在潜艇和目标的位置、速度、航向等参数已知的情况下，计算出鱼雷发射时所需的陀螺仪角度，以确保鱼雷能够准确命中目标。

TDC：鱼雷数据计算机（Torpedo Data Computer），是二战时期美国海军潜艇上用于计算鱼雷发射参数的设备，能够自动跟踪目标并生成发射方案。名为Computer，但实际与现代计算机差别很大，你可以认为它是个大号数据计算器。

TDC-3型（Mk III）：在二战期间美国海军广泛使用的鱼雷数据计算机型号，具备位置保持和角度解算功能，能够显著提高鱼雷的命中率。

（5）美国海军舰队潜艇技术特点

美国海军舰队潜艇是一种专门设计用于击沉敌方主要战舰（包括航空母舰）的兵器。它的所有特性——航程、水面和水下速度、鱼雷发射管数量、下潜能力以及下潜深度——都是围绕这一目标设计的。潜艇配备的传感器系统使其能够在不易被发现的情况下探测目标。潜艇的成功依赖于隐蔽性和出其不意地发起攻击。本节将描述这些特性。

二战时期的舰队潜艇采用了双壳结构。内壳是耐压壳，呈圆柱形，两端为半球形。它的内部保持了一个大气压的压力，潜艇乘员在其内部生活和工作。圆柱体上开有孔洞，通过密封的压力舱盖进行出入，包括船员舱口和密封的鱼雷发射管。耐压壳被分为多个水密舱室，通过舱口连接。

建造过程中的“无鳔石首鱼”（SS-220 USS Barb，猫鲨级），舰队潜艇的双壳体清晰可见。内部圆柱是耐压艇壳的一部分。外部椭球体是非耐压的外壳，可以减小航行阻力，并提供了压载舱的空间。

从V级潜艇开始，舰队潜艇的耐压壳分为两部分。第二个圆柱体位于主耐压壳的顶部，大约在船体中部。这个指挥塔包含了进行鱼雷攻击所需的设备，如潜望镜、鱼雷数据计算机（TDC）、声呐室以及（后来出现的）雷达室。它可以通过水密舱口与主耐压壳隔离。

潜艇“鲤鱼（USS Carp，巴劳鱵级）”的指挥塔，在海狼公园（Seawolf Park）展出。

耐压壳决定了潜艇的下潜深度，并保证能够安全到达最大深度：V级和猫鲨级潜艇的最大深度为300英尺；鼠海豚级到平鮋级为250英尺；巴劳鱵级为400英尺。这一下潜深度并不算特别深——德国U型潜艇可以下潜720英尺——但最大深度是保守的测试数据。潜艇在和平时期的下潜从未超过最大深度，但在战时这一极限下潜深度经常被突破。

外壳是非耐压的，它提供了一个流线型的外形，以便在水下航行中减少阻力。压载水舱位于耐压壳和外壳之间，可以通过注入空气或水使潜艇上浮或下潜。外壳通常有一个平坦的甲板，以便船员进出。此外，指挥塔周围还有一个外壳，称为流线型外壳，以改善流体动力学性能，并为舰桥乘员和高射炮提供平台。

所有二战时期的潜艇都采用了柴油发动机和电动机的组合：柴油发动机用于水面航行和充电，电动机则用于水下推进。在大多数海军中，水面推进是通过将部分或全部柴油发动机通过离合器系统连接到螺旋桨来实现的，而未连接到螺旋桨的柴油发动机则用于驱动发电机为电池充电。美国海军早期的潜艇，包括V级潜艇，使用直接驱动的柴油发动机进行水面推进。

然而，后续级别的潜艇采用了真正的柴油-电力推进系统，即柴油发动机连接到发电机，发电机为驱动螺旋桨的电动机供电或为电池充电。电流根据可用电力流向电动机。柴油发动机的转速与电动机的转速无关，从而使柴油发动机能够以最佳速度运行。速度由电流流量决定，通过操纵室的面板进行控制。

这个电控面板是舰队潜艇轮机舱的核心。它可以将柴油发电机生成的电力储存在电池中，或者将电力传送到潜艇的电动机上。

柴油-电力推进系统比柴油机直接驱动螺旋桨更占空间，但它有许多优点。它使柴油发动机能够避免临界转速；并且即使关闭一台或多台柴油发动机进行维护和大修，也不会影响推进。通过利用电池，潜艇可以在不使柴油发动机过载的情况下达到最高水面速度。柴油-电力推进系统更安静，因为电动机产生的噪音比运转中的柴油发动机和离合器传动装置更小。每艘潜艇由两个螺旋桨驱动，螺旋桨由四个连接到减速齿轮的高速电动机驱动。

美国海军为舰队潜艇配备了四台相同的发动机，使潜艇能够在25%柴油功率（一台柴油发动机）到100%柴油功率（四台柴油发动机）之间的任何组合下运行。这需要轻量化的柴油发动机，每15至30磅发动机重量产生1马力。在20世纪20年代，现有的船用柴油发动机通常每60磅发动机重量产生1马力。美国海军工程局推动了轻量化柴油发动机的研发。

美国海军花了十年时间才完全接受全焊接结构。铆接结构是传统模式，而焊接技术则较为陌生。在焊接质量，尤其是深潜时的焊接质量得到保证之前，美国海军不愿意冒险让潜艇乘员乘坐全焊接潜艇。

从“魟鱼（V-4，Argonaut）”开始，V级潜艇引入了焊接技术，焊接与铆接相比，强度更高而且重量较轻。在魟鱼上，非关键结构采用了焊接，包括上层建筑、管道支架和支撑框架。耐压壳、外壳、压载水舱和内部框架则采用铆接或螺栓连接。海豚（Dolphin）进一步增加了焊接的使用，部分外壳、压载水舱和内部框架采用了焊接。

在鼠海豚（Porpoise）级潜艇中，由新罕布什尔州朴茨茅斯海军造船厂建造的5艘潜艇（鼠海豚、狗鱼、吸盘鱼、青鳕鱼和北鲳鯵）遵循了魟鱼的模式：内壳和外壳采用铆接，非关键结构使用焊接。而由新罕布什尔州格罗顿电船公司建造的5艘潜艇（鲨鱼、大海鲢、鲈鱼、小梭鱼和大鯵鱼）则全部采用焊接，此后所有美国海军潜艇也都采用了全焊接结构。

潜艇唯一能有效对抗航空母舰的武器是鱼雷。在本节所涉及的时期内，美国海军舰队潜艇携带了两种鱼雷：马克14（Mk 14）和马克18（Mk 18）。它们的直径均为533毫米（21英寸），长度为6.25米。

蒸汽动力的马克14通常用于攻击航空母舰，因为它速度更快且射程更远。它有两种速度设置，可以在46节的速度下航行4500码，或在31节的速度下航行9000码。它的重量为3000磅，携带507磅的TNT或668磅的铝末混合炸药（Torpex炸药）弹头。它采用湿式加热蒸汽涡轮推进系统，将压缩空气、燃料和水的混合物注入燃烧室产生蒸汽以驱动涡轮机。蒸汽到达水面时会留下一串气泡。马克14于1931年投入使用，并在二战期间及之后的1970年代继续使用。

鱼雷是潜艇的主要攻击手段。舰队潜艇的舰首鱼雷舱配备六个鱼雷发射管，在战斗巡逻时，通常携带16枚备用鱼雷。

西屋电气公司根据德国533毫米G7e电动鱼雷改进的马克18鱼雷在29节的速度下只能航行4000码。它的重量为3041磅，携带600磅的铝末混合炸药弹头。与马克14鱼雷相比，它的主要优势是不留下任何尾迹，因此不会暴露其存在或指向发射它的潜艇。马克18于1944年投入使用，但在最初的使用年份中表现出不稳定的性能。

这两种鱼雷都使用Mk 12 Mod 3陀螺仪进行制导。陀螺仪使鱼雷保持直线运行，但也可以设置为在鱼雷离开鱼雷发射管后，按照预设的角度（最多90度）改变鱼雷的方向。这种能力允许鱼雷在目标的长度范围内散布发射，从而增加成功命中的机会。鱼雷数据计算机（TDC）提供了这些角度，并在发射鱼雷之前进行设置。

1，马克14型蒸汽动力鱼雷，2，马克18型电动鱼雷。

到1933年，美国有四家制造商生产轻量化柴油发动机：温顿、费尔班克斯-莫尔斯、通用汽车（GM）和胡佛-欧文斯-伦茨勒（HOR）；但温顿和HOR存在生产问题或可靠性问题。因此，到美国加入二战时，美国海军几乎完全转向使用费尔班克斯-莫尔斯和通用汽车的柴油发动机。在潜艇进行改装时，甚至将其他制造商（尤其是HOR）提供的旧发动机替换为费尔班克斯-莫尔斯和通用汽车的柴油发动机。这包括将旧V级潜艇上的直接驱动柴油系统替换为费尔班克斯-莫尔斯和通用汽车的柴油发动机。

费尔班克斯-莫尔斯的两冲程八缸柴油发动机可产生1600马力。通用汽车的两冲程V-16柴油发动机也能产生1600马力。两者的重量均为18磅/马力，并且都非常可靠且易于维护。除曲轴外的所有运动部件都足够轻，可以快速更换。美国海军的舰队潜艇现在拥有了可靠、耐用且燃油效率高的推进系统。

二战时期的舰队潜艇配备了多种探测目标的手段，包括声呐、雷达、潜望镜观测以及甲板上瞭望员的目视观察。尽管许多人认为大多数潜艇攻击仅依赖于目视观察，但实际上，早在1942年就有声呐攻击的记录；到1944年，许多成功的攻击是在目标未被目视观察到的情况下完成的。

舰队潜艇配备了两台潜望镜。在较早的设计中，一台潜望镜位于指挥塔，另一台位于控制室。控制室的潜望镜用于攻击备用和一般的水面搜索。战时建造的猫鲨级和巴劳鱵级潜艇在指挥塔内配备了两台潜望镜（攻击型和搜索型）。潜望镜配备了测距仪，可用于测距。

1941年，潜艇上的标准声呐设备称为WCA和WDA。它们工作在18–24kHz，结合了主动和被动声呐以及测深仪。战争中引入的方位偏差指示器（BDI）使潜艇能够使用声呐跟踪目标。声呐测距通常比潜望镜测距更准确（WOWS潜艇玩家应该很熟悉了）。战争后期，安装了能够探测鱼雷、水雷和物体位置的WFA声呐设备。这些设备在避免危险方面比攻击目标更有用。

美国海军在美国加入二战前不久开发了雷达。潜艇上最常用的两种雷达是SD空中搜索雷达和SJ水面搜索雷达。SD雷达于1941年引入，SJ雷达于1942年6月引入。两者均工作在10厘米波长。

到1943年初，所有执行战斗巡逻的舰队潜艇都配备了雷达。SD雷达是全向的，提供接触距离，但不提供方位。SJ雷达是定向的，提供距离和方位。它可以在12海里外探测到航空母舰。这两种雷达都安装在潜望镜后方的雷达桅杆上。它们可以在桅杆露出水面、潜艇潜航的情况下使用。

舰队潜艇夜间潜望镜的后面是雷达桅杆，雷达安装在雷达桅杆上。SJ水面搜索雷达的天线位于雷达桅杆顶部（上图10），而SD空中搜索雷达的天线是位于SJ天线下方的弧型天线（上图11）。

来自所有来源的测距数据都被输入鱼雷数据计算机（TDC）。这种机电模拟计算机为鱼雷提供火控。它是一种复杂的设备，能够根据输入的数据自动跟踪目标。TDC-1型（Mk I）于1938年引入，并改装到所有美国海军潜艇上。TDC-3型（Mk III）在二战期间是标准配置，于1940年在平鮋级潜艇中引入。TDC-4型（Mk IV）于1943年投入使用，能够为马克18电动鱼雷提供解决方案。

美国海军舰队潜艇将鱼雷发射到日本航空母舰上需要精确的计算和大量信息。潜艇和目标的速度和航向都需要准确获知并输入鱼雷数据计算机（TDC）。到1942年，所需的数据来自潜望镜观测和声呐读数。1942年开始使用雷达测量，到1943年已成为标准。

为了协调这些不同的信息来源，设备和操作员都挤在指挥塔内，与通信设备和潜艇的舵轮一起。这包括潜艇的舵轮和主控制单元、平面位置指示器、雷达显示器和方位指示器、TDC以及武器控制台。在某种意义上，将所有这些设备整合到一起，在战斗信息中心概念出现之前，在不知不觉中创建了第一个战斗信息中心（CIC）。

在大众眼中，潜望镜是潜艇使用的主要传感器。实际上，尽管潜望镜很重要，但在二战期间它只是攻击准备所需的一个工具，指挥官更愿意看到被攻击的目标。

再加上用于导航的图表桌、两台潜望镜（及其周围的工作空间）、雷达桅杆、无线电和空调设备，以及操作所有设备所需的10–12名人员，空间变得非常拥挤。两个舱口——一个通往控制室和潜艇的其他部分，另一个通往舰桥——进一步减少了可用空间。

舰队潜艇使用无线电进行远程通信。在“狼群”作战中，潜艇也使用SJ水面搜索雷达进行通信。短距离和聚焦雷达波束提供了信号安全性。二战时期潜艇的无线电通信始于雷达桅杆露出水面时。岸对潜艇的通信通过福克斯广播进行，由太平洋潜艇部队司令部（COMSUBPAC）每两小时发送一次。潜艇在预定广播时间上升到潜望镜深度以接收加密的通讯。

美国鱼雷的弹头威力比其他国家海军的鱼雷弹头威力小，但美国海军开发了磁性引信以克服这一限制。鱼雷被设置为在目标船体下方运行，磁性引信在检测到船体的磁力影响后会在龙骨下方爆炸，从而将其击沉。磁性引信及其相关的一切，包括训练手册，在战争开始前一直保密。

最初，引信的故障被认为是因为训练不足。虽然训练不足确实会导致其不可靠，但真正的问题是鱼雷引信设计在战前测试不足。充分的测试会显示地球磁场在远离实际测试地点的地方影响了磁性引信的灵敏度。美国鱼雷还有其他缺陷。它们经常在比预设深度更深的水下航行，这意味着即使磁性引信起作用，鱼雷也离目标船太远而无法触发，鱼雷弹头经常提前爆炸。

最后，触发引信的撞针太弱，需要加强。直到1944年1月，所有鱼雷的缺陷才被修复，此后美国海军潜艇才获得可靠的鱼雷。

鱼雷数据计算机（TDC）

鱼雷配备了陀螺仪，使其能够在预定深度直线航行。在鱼雷离开潜艇后，它会按照预设的距离（称为“到达距离”）转向到最终方向。“鱼雷问题”（如上图所示）涉及在给定潜艇和目标的方位、速度和距离的情况下，确定击中目标所需的陀螺仪角度。

不同国家的海军使用不同的设备来解决鱼雷问题。美国海军使用鱼雷数据计算机（TDC），这是一种机电模拟计算机，使用电气继电器和物理齿轮进行计算。用户输入潜艇和目标的方位、速度和距离信息，TDC会返回鱼雷陀螺仪的角度设置，使鱼雷能够在不需要潜艇朝向鱼雷行进方向的情况下瞄准目标。

图中展示了鱼雷问题（顶部）、组装好的TDC（左下）以及TDC内部的解构图（右下）。虽然TDC不是我们今天所理解的计算机，但在当时它是一种非常复杂的设备。

图中展示的TDC-3型（Mk III）由两部分组成：位置保持器（左侧）和角度解算器（右侧）。位置保持器跟踪目标并预测其当前位置。它自动提供潜艇的航向和速度，而目标的长度、航向、速度和船首角度通过手摇曲柄输入。角度解算器将位置保持器的解决方案与鱼雷的特性结合，生成鱼雷陀螺仪的角度设置。

~（未完待续）~