[ZT]古代有桨战舰
古代有桨战舰 原载于《Scientific American》1981年4月号
作者：Vernard Foley（Purder大学历史学副教授，博士）
Werner Soedel（Purder大学机械工程学教授，硕士，博士）
（马景增译 陈朗秋校） 提要：古代希腊的城邦采用了具有快速冲击战舰的舰队，战舰上备有多达三排的桨手。这些战舰后来发展成为大型武器站台，拥有几千名桨手。 在希腊和罗马帝国的黄金时代，主要是设计有桨的战舰，这种战舰在维持长程贸易和帝国联系方面起着决定性的作用。帆船大约在公元前3500年时创始的，主要用于商船，由于受到劳动力费用的限制，船上的船员保持最低的数额。商船只是在进出港口或风平浪静时才用桨助一臂之力。战舰同样也尽可能地靠帆航行，但是当战斗迫在眉睫时，将主帆降下并置于某个近便的海滩上。桨较之顺风提供的能量要小，但是在短暂的时间里桨赋予战舰足够的速率和优越的机动性。桨手的新陈代谢提供了一种大量储存能量的方法，然后迅速地将能量释放出来，所取得的效益是靠帆难以达到的。 虽然荡桨对远程航行的效率较低，但古代有桨战舰仍实现了一项技术改进方面令人佩服的水平。希腊优势时代的标准战舰是像英语中所通常称为的三层桨战舰（trireme）。这个词来源于拉丁文的triremis，而后者又来自希腊语的trieres，大意是“用三组装备起来的”。这一名称的实际意义一度是古典学者之间一场争论的问题。这一争论今日已圆满解决，主要是由于J．S．Morrison所做的工作。他根据诸如文献参考、造船厂的记录、图纸证据和贮存船台处的船台尺寸这样一些资料设计了一幅这些著名船只的似真实的图象。 三层桨战舰主要是由希腊和迦大基的简单设计演变而来的。这类早期的小船是一种沿船身两侧各有一排桨手划桨的敞开型船只。根据希腊古瓶画和荷马史诗的章节，这类小船看来是为了迅速和有效地利用船员的能力而建造的，但是另外的一个要素就是必须要使这种船有十分充足的效率。大约在公元前800年，当战舰的撞角出现从而引起一场古代造船学的革命时，这一项革新就产生了。早期的海战是人和人的海战，大都采取攻入敌部的办法。而现在人们的目的则为破坏对方船只的部身；使船员遭受伤亡则成为次要的事。 战舰撞角的出现大大增加了对速率和机动性的需要。因此，荷马以前时代结构简单的古希腊和罗马的战舰不久就发展为具有狭长、低船身的船只，这种部的每一侧具有可容纳多达25名桨手的空间。这类船称为前后甲板50桨手战舰（Penteconter），即50桨船。经过大致可靠的推断，其船身的尺寸显示出在以后较复杂的战舰的发展中所保留下来的若干设计原理。 船在水中航行时的阻力是由4个主要因素决定的。其中一个因素是摩擦阻力，这是由于水（像所有其它的液体那样）是粘性的这一事实所引起的。另一个因素是型面阻力，或称为流线型程度。当水分子不能接连不断和平稳地紧靠船身流过时，那么它们就脱离船身并增加排水量的体积。假如水分子分离得足够充分时，就会形成涡流。引起涡流所需的能量就从能够推动船只的能量中耗损掉，因此涡流阻力是第三个阻碍的因素。 所有这三个因素是密切相关的。第四个阻力来自兴波作浪，可以把这个因素看作为较独立的因素。它同其它因素一样随船速而增加，但是它给船速带来的差率如此之大，以致终于成为主要的阻碍因素。兴波作浪主要是由船的长度与船的航行所引起的波长之间的比率决定的。要想知道为什么是这样，就必须观测到当船速增加时由船的运动所形成的波浪与船身起相互作用的方式。 当船头接触到新的水流时，它就会使一些水流产生一种随速度而升高的加速度。重力则阻碍这个运动而使水流终于下降到水平面和低于水平面。因而形成波浪。同时船就向前运动。两种运动的综合作用就形成一个或多个波浪，当船速不变时波浪对于船身来说是平稳的。当各单独的水分子在船越过它们之前来得及升降数次时，许多波峰就会在船速低时产生。 形成这种波浪的船头压力增加量被从开始就使水平面下降的船尾压力衰减量所超过。两组激波将能量从船上传导到水中，进而借扩大船身湿面积以增加对船身的阻力。假如船身的速度是这样，即船头产生的驻波同船尾激波后的尾流是同时协调的，那么上述压力造成的水位差就增强了。假如船头波浪与船尾的尾流是完全不协调的，那么水位差大体上就被抵消掉。船身速度增高使干扰系统的波长增加，因此从零点加速的船经过连续速度区域，在那里阻力起初以较快的速度增加，随后又减少下来，换句话说，阻力曲线是以之字形上升的。 最后影响到船的纵顷。船尾下降而船头升起，因此船必须尽力爬上其本身所造成的水波。当船头的驻波波长达到船身长度时，影响就变得严重了。当这种情况发生时，就需要比达到这一点所提供的大得多的动力来进一步增加船的速度。可见船身愈长，速度危机也就推迟得愈久。狭长的船身也可借助以下措施将船头和船尾的激波降低到最低限度，就是将支承船所必需的压力总额中一大部分从船头与船尾这两点上移开，并使它改为沿船的两侧方向分布开来，在船的两侧这部分压力经由速度较低的表面摩擦而对阻力总增长量产生影响。 傅汝德氏比率提出了具有固定动力供应的船舶最高速度的决定性限度，该比率是关于船身长度与速度平方根之比（因为阻力往往会随速度平方根而增加）。这一比率是以英国造船工程师威廉·傅汝德（William Froude）的名字命名的，他于19世纪中期阐明了这些问题。 （由于不能帖图，原附图改用文字简单说明，下同）
（图1：莱诺曼浮雕，这是希腊早期的三层桨战舰外观的最好图证，现保存在雅典Acropolis博物馆） 当然，人们不能期望古代人能作出上述分析。然而，他们通过试试改改的办法对船的高速的主要障碍得出了实际的理解。50桨手战舰的船身长达38公尺，船身最大宽度大约不超过4公尺。其长宽之比约为10：1，这是为达到最高速度而设计的战舰所具有代表性的比率，它一直保持到古代有桨战舰结束时为止。人们一致认为，对这类舰艇而言，上述长度非常接近于用木料建造舰艇的最大可行限度。事实上，就更加狭长的三层桨战舰而言，用木料建造的限度看来已经超过了。即使把一个复杂的榫眼、榫头和固定栓系统通过将应力大量分散到船壳上来连接船壳板，那么除非从船头到船尾都安装上粗大锚索并使其处于起锚机的重大拉力之下，否则三层桨战舰下到水中也并不安全。锚索确实置于何处固然并不知晓，但是当锚索受到力时，看来就必须使其对船的压缩作用不致于极易地减弱。木料靠其本身却难以适用于受到应力的接头。 这类船身的宽度是对两个并肩而坐并将其桨的转轴放在舷缘（船身顶部外板）上的桨手留出空间所需的将近最小宽度。桨的转轴不能太近手柄，否则划桨就非常费力。现代的作法是把浆的三分之一（或稍少于三分之一）部分延伸到转轴内侧。由于三层桨战舰的桨与现在仍然通用的桨的长度相同，那么同样允许的限度对于古代也似乎适宜。最后考虑到对相邻桨手的肩部需在桨端之间留有一定的空隙，那么人们可以发现50桨手战舰的船身节省地把它的推进装置封闭在不大的舱室里。船身的吃水深度同样也很小，大约为半公尺。因此排水量很小而结果摩擦力也很小。 由于战舰的船身是节省地使用轻而软的木料制作的，它们的吃水深度很浅。船身厚度仅为约3．5厘米，有的部位还要更薄一些。在文件中所写的商船的船身通常建造得沉重一些，可是古代诗人描写这种商船船身时，指出把水手与死亡相隔开的木料只有三指厚。船身的最小限度似乎是要使船员约占该系统总重量的三分之一。我们估计，包括桨手在内的三层桨战舰的排水量低于40公吨。
船身的构造细致对其速度具有进一步的作用。现在超级油轮的船身型线图是一种人们所熟悉的看法，它具有在水下向前凸出的球形船头，借助于避开水中突然的动量变化来使船头波的形成减少到最低程度。古代的撞角构造上有所不同，但是至少其中有些撞角都具有同样的作用。两层桨战舰的舰尾如同所有现代竞赛快艇一样都是逐渐地和干净利落地从水中升起，从而最低限度地减少旋涡和尾波的形成。两层桨战舰实际上可能有比较现代舰艇干净利落的起航，后者往往装有支持舵用的鳍板。古代船只用吊在船尾两侧的桨来掌舵。这样可能阻碍旋涡形成，同时使湿面最小。 这类舰艇在水上部分显示出同样的设计上的考虑周到：船身低可使风阻力减到最小，而在尾部上则为例外，在尾部，船身的逐渐升起的曲线延伸成脊状或扇形。这种特征不仅有助于防止后浪使低船身沉没，而且靠增加船身转动惯量来减少这类船只在典型的轻压载物的条件下所往往会引起的颠簸。假如狂风袭击船时尾脊也可以帮助把船转入风内，以减少由于波浪打击船侧而使船有沉没的意外事件。 因此，甚至在三层桨战舰时代以前，两层桨战舰就开始体现了很多的造船专门知识。在速度方面收到了效果：最快的前后甲板50桨战舰所具有的最大速度估计为9．5节（17．6公里／时），它只比性能最好的现代竞赛快艇约慢一节。 除了性能方面以外，两排桨战舰还具有表现出情感的一方面，似乎它本身喜爱历史上大多数巨型船只的设计。将船身涂上沥青以便防水，装置通气孔，或者将有对比色的斑纹涂在刚好在撞角的上面和后面看得到的船头上，今天有些船只仍然以此来炫耀。撞角往往用铜包复并饰以多剑形图案，或者使之具有巨大公猪嘴的形状。例如有的两层桨战舰在撞角附近是黑色的和耀眼的，其尾脊象一只野兽的尾巴高高举起。有时沿着船的上舷还装有带毛的鞣制兽皮作成的波幕。船桨则增添了动物形状的作用：盐渍变白的桨柄同时上下闪动常常被古代诗人比作鸟翼的动作。甚至还模拟动物的彩虹；亚里土多德指出，当桨击水时，闪光是正面的，溅起的浪花就成了一道道的彩虹。 但是，推动两层桨战舰设计者的、主要还是这种船只的各种功能方面，在荷马时代到公元前约500年之间，有一些基本步骤是尽力把更多的动力装进到50桨战舰的基本船身中。详细情节并没有完全搞清楚，整个情况过于繁复，不能简单地说明，但实质上就是用增添叠加甲板或增添容纳更多桨手座位的办法将船身向上扩展。一种双层船产生了两层桨战舰，或称为“双层装置”船，增添第三批桨手时就产生三层桨战舰。 采取这些步骤而不危及船身的稳定性，就是因为已经慎重地采取了最低的必要措施。即使在两排桨战舰中，假如将第二组桨手简单地安置在第一组桨手的头顶上面，那么船只就可能会危险地出现顶重的情况。最后的设计仅仅是将船缘稍稍向上扩展大约不到半公尺的长度。在船缘处，像以前的那样，安排一列桨手，只是他们现在是三人一组中的中间层。在他们之下将桨手安排到船的底舱中，这些人员距离水面太近了，大约只有半公尺，他们要冒船身边缘降低到水面的危险。因此他们的桨从船线上的舷窗中伸出，皮的衬垫防护着舷窗边缘，而且桨柄可防止海水侵入。 在船的顶层荡桨平面上有一个舷外支架，这一革新可能使两层桨战舰改变为三层桨战舰。舷外支架使造船工人能够将顶排桨的转轴从船缘向外移动60厘米。这样顶排桨手就可以与中排桨手并肩坐着，而不是在他们头的上面，将上层结构的高度调整约50厘米。 船身中桨手密集情况是经采取梯队排列而进一步完成的，即顶排人员坐在中排人员前面约半公尺，中排人员又坐在底舱人员的上面和前面大致相同的距离。每排人员仍然很拥挤，他们彼此之间只有约一公尺的空间。这意味着若有一人荡桨即使稍不合拍，就会使他的背部与后面人员的指关节相碰，或者他的指关节碰到前面人员的背上。 底舱人员还有另一个间隙问题。正象喜剧作家阿里斯多芬（Aristophanes）在他的剧本《蛙》中所谈论的那样，当他们伸手向前开始划桨时，他们的鼻子接近于坐在上面和前面人员的臀部。有时划桨用力使得桨手恰好在此刻放屁了。 最严密配合的必要条件就是要使三个人的位置排成梯形。从侧面图所展示的三层桨战舰可以看出，每三个人的桨在划时必须使其桨柄极密切地保持平行，假若桨叶并未纠缠在一起的话，那么最好保持在30厘米之内的距离。如果发生了彼此纠缠的情况，按照多米诺骨牌的效应就可能使那一例大多数其余的桨受到牵连。并因此不但严重地影响到船速，而且还影响到船的航向。 （图2：一艘公元前五世纪的希腊三层桨战舰的剖视图，它表明怎样把三排桨手配置成梯形以达到最大密度。170名桨手各顶排31名，各底排27名。） 为了适当地管理这一系统，持续的训练和演习是必要的。同时对鼓励的因素也给予应有的关心。古代桨手主要是从自由市民阶层中招募来的。因此他们与其古代城邦的生存利害攸关。一般说来，只有发生紧急情况时才使用奴隶，而经常的使用则是在他们获得自由以后。不难看出，船上只要有一个不满分子就会使航行遭到破坏。从来没有使用过鞭打；一个领唱者喊出了同步的划桨声。桨手获得较高报酬作为进一步的鼓励。这对于他们的操作起非常大的作用，因为他们一般是从城市各贫苦阶级中招募来的，重步兵所穿戴的精制防护服费用对他们是办不到的。 人们可以想像，在三层桨战舰上汗水湿透的桨手与庄严地留驻在甲板上作船上战斗的全付武装的水师士兵之间必然存在着某种社会间的紧张关系。仅在像雅典这样的一些较民主的古代城邦里，对于以桨手作为动力的撞角则给予极大的信赖，并将水师的分道部队削减到最少程度。在伯罗奔尼撒（Peloponnesian）战争中所使用的三层桨战舰里雅典人只携带了14名水师士兵。可是，在船员密集的情况下可使170名桨手挤进船身里，而这种船身在长度和宽度上并没有对50桨手战舰的长度和宽度有多大的改变。 这种辛勤努力的成果是在于速度和机动性的惊人水平。对一艘三层桨战舰最大速度所作合理的估计是高达 11．5节（21．3公里／时。的确，这些估计可能是过于保守，因为他们设想船身在战舰行进中排水，而且有的造船工程师说三层桨战舰很像一艘现代快艇，既轻且决，足以适应设计不周的情况。在这种情况下，最大速度可以增加多达50％。这种速度在船员们疲劳之前仅能保持5分钟或10分钟，可是在速度达到顶峰时，它们可以与中古时代的一支骑兵队负重的马所达到的速度相媲美。 大概三层桨战舰从停止状态开动约30秒钟就可以达到最高速度，但是由于在大约8秒钟内就可达到半速和在少于两秒钟内就达到四分之一速度，所以不必花长时间来向战舰提供充足的动力以进行决定性打击。显然三层桨战舰非常适立于疾驰。而且，它们是高度机动性的。例如，让一边向后划桨而另一边向前划桨，那么船员们就能够使船旋转得比船本身长度稍大一些。看一看拥有许多这种战舰的一支舰队机动地在水面疾驰或者演习后全速疾驰返航以确定哪一艘先入港口的情况必然会得到深刻的印象。 公元前427年曾举行过那一时期的最著名的远程三层桨战舰的冲击。列斯堡（Lesbos）岛上的密提林（Mitylene）城全城居民反抗其雅典的主人，该城以后又被雅典人夺回去了。雅典的煽动民众的领袖克里昂（Cleon）提议处死这个隶属城市的全城居民，他的发言在民众会议上取得了胜利。因此，一艘三层桨战舰就出发把这道命令送往雅典的驻军。在雅典人的政治激情如此高涨的情况下，该三层桨战舰大约在会议通过决定后不久就在当天下午早些时候起程了。但是，正如修昔底斯（Thucyddes）所写道的，因为这一战舰所担负的使命性质是可怕的，所以它并不急速地航行。由于用一层桨手或两层桨手轮流操作并且安排了慢划，该舰的时速大约不会超过4节或5节。第二天清晨又召集了民众会议。冷静的头脑取得了优势并撤消了屠杀的命令。期待着这一改变的密提林驻雅典的使节们安排了一艘快速舰艇和一队精锐的船员，航行中给他们提供高能量的食品并答应假如他们能赶在第一艘战舰将命令送达以前就给他们一大笔钱。 第二艘舰艇显然是在前一艘离开以后大约24小时才起程前往列斯堡的，这是一次约345公里的航行。他们在黄昏之前就到达了公海上，船员们整夜都在接连不断地划桨。他们甚至边吃边划，吃的是用酒润湿了的麦饼。航行时夜色非常明朗，而且也没有逆风。指挥官们为了最高程度地加大速度，要么是另行配备一排足够的桨手以轮换原有的三排的桨手，要么是使三排桨手中的两排保持夜间连续值勤，而轮换第三排桨手去睡觉。随便哪一种办法都用上了，这样，在中午恰好第一艘战舰刚刚抵达时他们也就到达了密提林。因此，看来在整个航程中他们用了不到24小时，航行了接近于9节（16．6公里／小时）。第一艘战舰已经递交了命令，但是驻军尚未来得及把它付诸实施。一种新型的渡船在14个小时内就可以完成这一航程。 在公元前大约400年，在战舰设计方面采取了第二个重要前进步骤。在那时，称为四排桨战舰的四排桨手的舰艇得到了发展，在公元前399年，由叙拉古（Syracuse）的戴奥尼素（Dionysius）所组成的一个工程组建造了第一艘五排桨战舰（即五排桨手的船）。这些排列的数目最初看来是原先的单层桨战舰、两层桨战舰所确定下来的趋向的简单明降的延续，但事实并非如此。有许多情况表明，从来没有建造过三层桨以上的叠加桨层的古代战舰。实际上，这个结论可以认为是正确的，因为第四排桨所不可避免的桨角度将会使在那里所进行的操作较为困难。即使在三层桨战舰上，顶排桨手的操作比起其它两排来也明显地较为困难，这排桨手有时候要挣额外的工资。 看来当时所发生的情况是，一排或一排以上都是用配备双人的办法。如果三层桨战舰的船身的结构是最小的，大约首先就在顶排采取配备双人的办法，这样就使船变为四排。只有在那里才可以找到有足够配置另外两排桨手的额外空间，而无须在设计上作较大的变动。看来迦太基人曾经采取了另一个办法，他们的战舰大体上仿效腓尼基人所选择的宽大船身；显然他们从一开始就建造每层宽大得足够容纳肩并肩四名桨手的战舰。但是，战舰发展的主要路线最初还是停留在那种狭窄的船身上。 从四排桨战舰过渡到五排桨战舰是需要重新设计船身的，除非认为造船者乐意把另加的桨手配置在接近于桨的转轴，在那里是增加力量不大的地方。认为最可能作出的设计上的变动是，造船者加深舷外支架，将它作成一个双层的东西，并使上、中两排都配置为双人的。底排大约仍然是单人的，以尽量保持这个浸入水中的狭窄部分的速度上优点，虽然四排桨战舰和五排桨战舰的吃水深度当然随着另加桨手的重量而增加的。由于三层桨战舰的原来顶排每边各有31名桨手，其它两排每边各有27名桨手，因此新设计的四排桨战舰大概总共有桨手232名，五排桨战舰总计有桨手286名。 直到采用了四排桨战舰和五排桨战舰以后的一个世纪，对这一系列改变的最早图例资料才着手进行。但是，这些图例表明，根据划桨的实际需要，公元前三世纪与二世纪较大型的希腊战舰大多数的桨或全部的桨都是将其转轴装在一个大的舷外支架（一个装箱或是一个划桨的框架）上，而不是装在船身上。古罗马人往往仿效迦太基人喜用较宽的船身，船身内具有单桨的舱口。他们并非特别优良的船员，只想一有机会就抓住敌船，然后把军队开入甲板上，这样就可以使海战改变为可应用他们所擅长的步兵战术的战斗。因此，船的速度对他们来说就不像船的承载部队的能力那样重要了。 在四排桨战舰和五排桨战舰出现的最初几十年中，这类设计通过地中海的舰队缓慢地推广开来。公元前330年，雅典人的舰队中只有四排桨战舰18艘，比不上三层桨战舰有492艘。但是，在以后的六年中，这样少数的四排桨战舰则增加一倍以上，并开始建造五排桨战舰。对重型战舰最初采用缓慢的种种原因作出评价，则有助于对三层桨战舰、四排桨战舰和五排桨战舰的一些物理特性作较详尽的比较。 （组图3：船的稳定性的物理性质最初是由阿基米德系统地加以研究的。现在已经知道，稳心高度愈大，船愈稳定。） （组图4：船在水中通过时产生的波系是对船行驶的最重要的流动阻力形式。为了避免水波对船平衡和推动的不利影响，必须把船造得尽量长些。） 从三层桨战舰的设计中可以明显地看到，该战舰的设计者们所面临的主要问题之一就是要避免上部过重。决定船是否平稳和它是否能在倾斜时自行恢复平稳的这些条件，现在往往根据船的稳心高度来进行考虑。有关这方面的概念可回溯到公元十八世纪以前的情况，尽管阿基米德已经知道了大部分的基础物理学和数学的概念。的确，有一些迹象表明，阿基米德对浮体的研究受到了他对有关船的平稳问题的研究工作的启发。从图3所示一艘典型战舰剖面图的实例来看，其重心可能在船身内的某点上，并且由于对称的关系将会在中心线的某处。 可以设想，船的开动就象是它的重量集中到上述这一点上并经引力作用使其朝下拉向地心。假如船向一侧倾斜，浸入水中的船身较小部分的重心就将朝同一方向移动。水的浮力将通过浸入水中那部分的重心起作用，作垂直的推压。只要浸入水中的部分质心朝倾斜方向充分地移动，那么其向上作用的浮力通过将向下作用的重力传递到船身降低的一侧而把它抵消掉，两种力一起作用的最终效果将会使船自行恢复平稳。船的稳心高度就是其质心和浮力的向上力与船中心线相交处之间的距离。正如图例所示，稳心高度愈大，船的结构愈平稳。 对有关三层桨战舰的尺寸以及船身内的船员和其它储存品的配备情况有足够的了解以后，就可以对它们的稳心高度作出估计。人们对于船的吃水深度、用于船身的木材数量和船身内桨手的布置等因素所获得的数字易感受到设想上的变动。甚至一个或一个以上的这类因素有微小的变动时，就可导致风力中每小时五公里或六公里的变动，而可使船倾覆。但是，只要使各种类型的船舰的参数保持不变，稳心值之间的比率将是正确的，即使两者的数值都不是绝对正确的。由于这个方法是正确的，于是人们就必然会设想，从三层桨战舰过渡到四排桨战舰或五排桨战舰的船身及其内容物是尽可能地变化不大。由于造船工艺在历史上对作出这类变动方面是极端保守的，所以这种设想似乎完全是可能的。 在这个分析中所最无法估计的是船所承受的压载量，因为古代两排桨战舰有足够船身空间来容纳足够的压舱物以便对船身的平稳特性作相当大的变动。我们在估计压载物时，都愿意保持船身愈轻愈好，要与古代的船身装配工所作出的其它明显的努力协调一致，就是所制造的船身要最大程度地配合桨手们的力量。我们估计的压载物是13000公斤，这个重量足以防止小于6O公里时速的风压在船身横梁的两端上把船身吹倒。 这种估计方法的结果是，三层桨战舰的稳心高度约为O．4公尺，这个高度刚好足够，但决不是有丰富的余量。因此，除非水非常平静，否则古人为避免战争所表现出来的谨慎态度是十分合理的。就五排桨战舰来说，在船的上面两排再增添四行额外的桨手，就会造成一种麻烦，即是使得船的稳定性与其速度形成对立。如果是五排桨战舰采用同三层桨战舰一样的浸在水中的尺寸并且仍保留前面所提到的那些同样的设想，那么五排桨战舰的稳心高度只有0．1公尺。这样的一艘船对波压很难经受得住，而且在时速30公里以上的风力下必将倾覆。
这种明显地不能令人满意的状况说明造船者是在沉重的压力下修改其船身设计的。从我们已经提到的一些理由来看，对造船者可以考虑的唯一良好的选择方案就是增加他们船的船身最大宽度。可是这种作法必然要牺牲一些速度，这就是要首先设计排数较多的船只的主要理由。就五排桨战舰来说，如果船身为获得稳定性而加宽到与三层桨战舰相等的船身宽度，那么其速度只能比三层桨战舰加快14％，而其加速度则比较差些。假使顶排增加62名桨手，中排增加54名，那么船员的规模增大将近70％。如果五排桨战舰的稳定性减低到前面所设想的那样，增加的速度就会多达29％。 在已经了解到这些问题以后，人们就可以更清楚地懂得为什么在一个世纪的三分之二过去以后才开始建造数目相当大的四排桨战舰和五层桨战舰。雅典人墨守其三层桨战舰历史传统的这一倾向也可以部分地说明这一延迟的原因。曾在萨拉米（Salamis）得胜的这些战舰将不会轻易地放弃。但是，这一分析还没有说明四排桨战舰和五排桨战舰的名声于公元前330年左右开始显著地提高以及接题而来的古代海军武器的特殊竞赛。 这些被认为六层桨的战舰，其研制早在公元前340年或35O年就开始在马其顿（Macedon）和叙拉古（Syracuse）进行，但是直到公元前323年亚历山大大帝死了以后以及他的帝国分裂成为对抗的各个集团后才听得有这种二排桨战舰。到了公元前315年左右，亚历山大大帝的一个继承人Antigonus曾建造过七排桨战舰。在公元前301年，他的儿子Demetrius the Besieger在其舰队中的战舰被列为高达十三排。在Demetrius逝世以前，他建造了一艘十六排的战舰。他的对抗者建造过与此相同或超过它的战舰，但是令人诧异的是，有些战舰船桨的排数较少。例如，Lysimachus建造了一艘八排桨战舰，它被认为能够同Demetrius的十六排桨战舰相对抗。这种比赛显然意味着更多的事情正在发生于船桨排数的作用上。这一运动是以中世纪建造的一艘二十排桨战舰和两艘三十排桨战舰以及大约四十年后下水的一艘四十排桨巨型战舰而达到顶峰。 上述这些战舰还不及三层桨战舰闻名。而且它们也同样地引起了争论。但是近年来对这种战舰设计感到满意的说法已经提出来了，特别是纽约大学的Lionel Casson所提出的。他的看法是，配备双人桨才能使六排桨战舰的设计达到完成，六排桨战舰可以这样地、合乎逻辑地配置它的最低的一排桨手。在这一点上，宽船身成为必不可少的，不论各个造船者或城市的惯例早先是否曾照此方向来调整他们的设计。自从出现六排桨战舰以后，一些新的船桨配置被设计了出来。通过把每一船桨安排更多的人员（最多达到八人左右），可以达到较多的相等的船桨排数。（在文艺复兴时期这种划桨的配置再次流行时，一桨八人被认为是最大的有效数字。） 由于每桨配备有两人以上，所以桨手坐着时就可以不再操作了。船上备有长凳，可是当桨手要开始划时就必须站立起来，向前走去，而且（如果桨是很长的）踏上一个凳子将桨在船外的末端插入水中。桨手们在完成一次划桨动作时，就要向后退而把自己摔倒在长凳上作为结束。根据欧洲晚期的经验来推断，这种配置可以使全体船员中包含有少数熟练的桨手，船舱内的人员最是关键性的。桨手配置的问题不管怎样地是发生了，而且较大的体力消耗（部分地由于当时长达17．5公尺的桨所必然造成的）无疑地说明了船的操作效能下降得比单靠加宽船身所表现的还要多。 曾经一度设想过多桨手的配置，所采取的船桨排数比以前有较大程度的不肯定。当时一艘四排桨战舰可以是一般具有双人桨顶排的三层桨战舰，一艘具有两排双人浆的两层桨战舰，甚至或者是一艘具有每桨四人的单层桨战舰。Demetrius的十六层桨战舰同样地可以有两排是每桨八人，或者是有三排是以某种组合加到十六人，例如顶上两排每桨六人和底部一排每桨四人。在发生这种情况时，除了稳定性以外还有其它一些理由宁愿使船身作较宽和较浅的选择。 除了Demetrius的十六排桨战舰以外，还有一些迹象表明，由于有另外一种理由使船桨排数的意义有所改变。事实证明，这种战舰受到了Lysimachus所建造的八层桨战舰的挑战。 Casson提出了许多理由，认为这种八排桨战舰和所有其它规定为十六排以上的战舰是作为双体船（用支架将两个部身连接起来）建造的。Lysimachus的战舰中或许有两个甲板的桨手。他们在每个船身中操作，每桨配备四人。这种配置足以解决所有级别较大的有桨战舰，也包括四十排桨战舰在内，后者每个船身有三排桨，或许配备有分别依次递减的八、七、五个桨手，一个船身的每侧配备总共20名桨手。这种战舰的船身十分宽厚，这就有可能将这种战舰建造得比三层桨战舰为长。四十排桨战舰有长达128公尺的船体，可拥有4000名桨手。 大多数有关这种巨型战舰操作的报告都认为这种战舰稳定，但是速度慢。从前面对五排桨战舰所获得的结果来看，可以合理地认为船桨排数增加到五排以上时，其操作水平就不断地下降。一个大致的估计表明，它们的动力与排水量的比低至只有三层桨战舰相应数值的六分之一。假如三层桨战舰和它的船头撞角在早期已占有优势，那么亚历山大大帝及其继承者们的时代又何必非要求助于低速而机动性差的战舰呢？ 一个部分的回答是船头撞角不再流行，而为锚和甲板所代替。尤其是古罗马人在其五排桨战舰的甲板上投入了多达120名的水兵。这个数字意味着（并由残存下来的图表证实）古罗马人的船身宽大而仅有双排桨或单排桨。巨型双体战舰载有数量相当大的部队。Lysimachus的八排桨战舰在甲板上拥有1200名水兵，而四十排桨战舰曾经载有2850名水兵和400名舱面水手。显然，在由水兵所决定的舰对舰的遭遇战中，一艘这样的超级战舰就能够击溃不论多少艘（每艘载有15一30名水兵）的三层桨战舰。空间的事实表明，不可能用足够的三层桨战舰载有相当于双体战舰的部队来包围这样一艘超级战舰。 另一方面，这一论点并没有对船头撞角给予充分的注意。除非这样一艘超级战舰能够被一排较小战舰所包围，单是一艘三层桨战舰的打击就足以使它覆没。假如它的攻击能力受到低速的限制，那么为什么要建造这种战舰而且其体积愈来愈大呢？显然，向着速度较慢的战舰和甲板上战斗的转变，说明了大约在公元前330年左右就已经找到了抵消船头撞角的某种办法。 （图5：舰艇的偏航、纵摇和横摇对弹射器的射击效果的影响） 古代弹射器看来是对于这个令人困惑的事情提供了大部分的答案。很久以来人们就曾提到过重型战舰载有弹射器，并且知道这种强有力的和改良式样的武器是依靠坚韧绳索的弹力，而不是依靠易弯曲的传统船头，它是在公元前约332年崭露头角的。就在那年包围Tyre城时，亚历山大将其重型弹射器装置在战舰上用来猛轰城墙。以后，Demetrius曾经将战舰从七排增加到十六排，同时也有舰用弹射器。 要是没有地面运动的制约，这种弹射器就能够达到很大的范围。阿基米德建造了一种舰用弹射器，每个可发射重78．5公斤的石头或5．5公尺长的标枪。后者多半只是砍伐中等大小的树的大技，并将树干装上铁的尖头而制成。使用上述两者之中的一种弹射物，弹射器的射程都刚好是在200公尺以内，但是用较小的弹射物时，射程可达两倍以上。对于这类舰用弹射物的效果的注意力大都集中在石弹上。曾经有人以充分的理由怀疑这类弹射物能够打穿船壳并使船沉没。即使石弹能穿透船的上层结构，作为压舱物的砂层或石层也会有效地阻挡弹射物。 但是，这种看法忽略了水兵和桨手易于受到弹射器发射的伤害。对于这样一种攻击来说，箭和石弹还是一样地好，自从在公元前500年左右有一种新型箭头在希腊产生以后尤其如此。角锥式的箭具有强大的穿透力。儒略·恺撒（Julius Caesar）曾写过弹射箭足以穿透约一英尺的实心栎木。古代战舰必然有很少的抵抗力。Theonhrastus曾报导过三层桨战舰的上甲板是用菩提树的木料制成的，它具有适中的机械强度，但这是一种在地中海流域内可以得到的最轻而适用的木料。 我的同事，Purdue大学航空和宇航工程学院的James F．Doyle曾经测验过一个古代角锥式箭头的现代复制品，其大小足以从最小的一种加强弹射器中发射出去，可以证明这个弹射器的存在来自古代弹药堆集处。他发现该箭能穿透五厘米的椴木，后者是菩提树的美国变种，这种箭的能力相当于在它发射出去时所预期能达到的速度的一半以下。这种厚度即使是需要的也是太保守了，而且该装置要比阿基米德的舰用弹射器发生少得多的力量。即使战舰甲板是用栎木制成，而且具有与船壳板同样的厚度，较大的战舰仍可安装上许多弹射器、有强穿透力的发射栓，而且还至少可载额定数一半的分遣舰队。 对这种射击上的准确要求看来并不是太过，在中世纪，英国手弓射箭运动员曾经练习向射程为200公尺以上的“靶心”（用木桩把一块布控牢到地面上）射击。靶心准确的尺寸并不知晓，但是其全直径肯定要比三层桨战舰的宽约五公尺的甲板为小。美国全国石弓射箭手协会主席Rolfe Smith报导说，他会使用现代射击器械，而且是没有准备地立即射击，将箭集中在射程为365公尺的三公尺半径内。由于大尺寸的古代弹射器是装在可调节的支架上，它们也几乎可以很好地做到这一点。借助于大型箭在飞行中的能见度，瞄准也就更容易了。 一支弹射箭只要通过三层桨战舰的上甲板射出去，就有希望击中密集排列（这是设计上的特点）中的一名桨手。事实上，桨手梯队的排列表明，相当长大的箭可能一次击中一个以上的桨手，当箭作远程射击时，入射角几乎成直角。在一桨只配备一个装手的情况下，即使只有一个人伤亡也能使整排的划桨有几秒钟的不合拍，如果被击中者位于最易受到伤害的顶上一排而把桨落下到其他桨手中间，情况就更糟了。即使没有一人受伤，而一支长的箭杆突然在划桨的密集行列中出现，在把箭砍掉以前很可能中断某些桨手的操作，而后果也同上面所说的一样。由于一艘三层桨战舰用不了六秒钟就可以驶到其本身那样长度的距离，所以耽搁几秒钟也就足够了。 因此，为了要使来自弹射器发射的危险减到最低程度，看来已经有过改变战舰设计的重要动机。用多排长桨来代替单人桨就会减少因一人受伤而发生其他桨手都不能合拍划桨的情况。六个桨手或八个桨手的联合力量就足以将射到他们中间的标枪型箭杆抓住。较少的船桨排数可使弹射箭的目标物不是那么密集了。因此，从这种有利的地位来看，在亚历山大大帝时代以后战舰设计的主要倾向是正确的。 对于船的稳定性方面的考虑也有助于说明对冲击办法的改变。因为有许多理由说明最好的冲击方法是采取在敌船的船身侧面或船舷后部打击敌人。因此，一艘被截住停在水中的船，其船身侧面向着用撞角攻击的对方战舰是最容易受到伤害的。但是，当战舰使用弹射器以后，战术地位差不多颠倒过来了。停着的战舰就可以与轴心线垂直的角度发射全部舷炮。因为停着的战舰具有临界稳定性，而其目标则受到摇摆的干扰，后者会给发射弹的仰角带来了误差。而仰角散射又会导致命中距离的误差。战舰巨大的长度会使其前后颠簸减到最低程度，而颠簸则会转变为射击时的风阻误差。但是。由于迎面而来的战舰其长度为其宽度的10倍，这样就会出现一个几乎完全适合于防御战舰的射击特性的目标。 （图6：撞角攻击时，处于攻击和防御地位的舰艇的弹射器的射击效果分析） 另一方面，进攻战舰就会沿着实际上直接对着的一条线来发射其弹射器。该舰也不会有多大颠簸，但是它也经不起颠簸，因为它的目标只有约三公尺宽（除桨以外）。对于进攻战舰来说，摇摆会造成严重的问题，因为当仰起弹射器而使其有充分的射程时，就会将弹射物的头部升起得比其羽翼状的尾端离开战舰的旋转中心更远。 因此，当战舰摇摆时，弹射物的头部比尾端离开舷侧更远。假如在战舰垂直时完成了瞄准（船垂直时是最易做到瞄准的唯一时间），在船已过垂直线时进行发射，那么结果弹射箭就会飞得离开目标很远。船在摇摆中间行驶最为迅速，因此就难以测定准确的垂直线。对于前面所设想的那种尺寸的弹射器来说，当从200公尺处向一艘迎面而来的三层桨战舰发射一支箭时，离开垂直线只有1．5度的误差就会导致发射完全落空。 由于我们假设的目标船是舷侧向着进攻战舰的，所以这一误差问题想来或许不很严重。但是，船摇摆时在较小的程度上也会对弹射器的仰角产生影响，正像船在划行时会有突然的稍微倾斜。不管战舰长宽之间的比率很大，船头仍会在划桨时稍微抬起，随后它又会降下去。即使在平静的海上这类不规则的情况对于远程的低目标的发射是极为困难的。此外，如果目标船停留在水中，那么对其桨手造成的损害比起对行驶中的船的损害要轻一些。 （图7：各种多排桨战舰的桨手配置假想图） 因此，总的说来，弹射器似乎至少可以抵消由撞角所出现的一部分威胁，并且使攻入敌舰的战术再次受到欢迎。弹射器是在说明划船组织中所观察到的变化的适当时机中出现的；其效能水平即使不能沉船也是可使桨手受到损伤，而且它从舷侧平台发射的特点也会使撞击的办法泄了气。双体船所增强的稳定性使得它们特别适合于作为弹射器的平台。尚待解释的是，为什么在大约公元前250年之后这类大型战舰又从舞台上逐渐消失而被三层桨战舰或更小型的船所代替。 看来部分地是由于战术上的原因。大型战舰的缓慢而欠灵敏似乎促进了速度快的小战舰的骚扰战术的发展。例如公元前 201年 Chios战役中称为Lemboi的一种敞开式小船对罗得人（Rhodes）的重型战舰进行了有效的骚扰。在开始突击而使大船失掉队形以后，Lemboi小船不知不觉地混进了大船中间，损坏或扰乱大船的桨，并且破坏它们的驾驶。弹射器的设计缺点是，它们通常不能在水平线下的角度发射，这就意味着在大型战舰的周围，有局部安全地带可使那些小船能够不知不觉地混进到大船里边去。遗憾的是，看来并没有小船冲进双体船两个船身之间的记录，部分地由于它们受到外伸的舷外支架的保护，而且当小船的桨在大船的两侧滑过去时就被突然折断了。这是一个令人兴奋的想法，但是至少有一些双体船具备有伸出在两个船身之间并阻挡船只侵入的撞角装置。 （图8：根据Athenaeus和Plutarch的著作和Callixenus的描述，对亚历山大的Ptolemy IV的40排桨巨型双船身战舰的结构复制图） 重型战舰衰落的部分原因可追溯到当时较大的政治事件。在罗马帝国扩大版图并停止与亚历山大大帝的继承者敌对时，它的海军日益局限于只需要小船所能做的工作，例如镇压海盗行为等。古代的最后一次大海战是在公元前31年在Actium进行的，在那次战役中Autony的重型舰队被Octavian的舰队司令Agrippa率领的轻型快速舰队所击败。后者增添了对其小船有帮助的战术设备，例如由弹射器发射的铁钩和发射筒等，其中有一些则是按同样方式发射出去的。这些新帝国的规模和复杂情况同样也表明它们的海军应该是多方面适用的，以便执行诸如封锁和巡逻等任务。重型战舰在人力和物力方面日益增多的费用也使其在帝国时代遭到反对。即使罗马帝国也已经将其军费减少到最低程度。 当罗马帝国开始衰落以后，造船业更把重点放在完全依靠人的体力上的这一点也丧失掉了。大约在公元325年以后，再也听不到三层桨战舰了。罗马帝国晚期和拜占庭（Byzantine）时代的标准有桨战舰是大型快速帆船，它大量地依靠希腊炮火作为进攻之用。这种早期的燃烧剂可通过一种喷火器喷射，也可装在弹射器发射简内。大型快速帆船通常有两排桨，每桨配备一、二或三名桨手。 （图9：公元前1世纪镶嵌画里的罗马宽船身战舰，可装载多达120名水兵，远超过雅典时期三层桨战舰的14名） 下一个重要的战舰革新是在十四世纪初期到来的。当时意大利人采用了一种曾齐尔（Zenzile）划桨系统，其特点是把桨分成三桨一组，像在三层桨战舰那样，每桨由一人操作。新颖之点就在于把所有的三个人肩并肩地坐在一条共用的长凳上，长凳倾斜地放置在船内，以便使桨手们划桨时不致互相干扰。新系统的主要理由大概是比两排桨战舰具有较低的重心和较大的稳定性。罗盘在近代传到了欧洲，因此就可以更有把握地在暴风雨的气候中航行。在其希腊祖先所办不到的条件下可以大胆地进行战舰护航。 战舰设计的最后改变是在大约公元1550年到来的，当时由于需要装载重型大炮，不得不恢复了每桨多桨手的宽船身战舰。虽然这些船上装载的炮只作直射，但是其重量使其必须作出与早在大约2000年前的弹射器有关的许多相同的改变。但是，未来是属于这样的战舰：它能够发射重型的全部舷炮而不受船身两侧的桨和桨手的干扰。在公元1571年Lepahto战役之后，单层甲板大帆船的作用下降了，在诸如波罗的海这类浅海中作最后一次停泊以后，这种船就完全不见了。到了这种船黯然失色的时候，它们在西方的文明世界里还维持了达2500年之久。在机器日益占优势的文明环境中，它是直接使用人的体力的一个不平常的幸存者。 | 
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2003-3-16 22:59:14
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[ZT]古代有桨战舰(空) － ronin21，2003年3月16日
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