第九十三章 木质帆船结构是最大的难题

    视察了干船坞工地后，李憬等人继续参观岸上的车间，这里主要是生产船舶构件。木材要在车间里处理好，做成组件，然后在干船坞里组装成帆船。下水后在继续舾装，安装锁具和船帆，助力绞盘等。

    可能大家会奇怪，为什么木质帆船的长度一般都不超过60米，最长的胜利号也不过67米。这和木材的性能有关。欧洲各国为了能将木头战舰造到胜利号那样60多米的“极限”程度，19世纪英法两国发展出新的造船技术，以最大限度利用木材的特性，几乎将木材这种材料的能力发挥到极致。

    那如果使用木头建造船舶，会有哪些缺点限制了舰体的加长，必须克服由此而产生的问题呢？和钢铁比起来木材自然是可塑性差得多的结构材料，一、木头的强度低，二、构件之间不容易衔接。三、木材难以变形，或者变形后损害内部纤维完整性，无法保持足够的强度。这三个问题共同制约着，让木头战舰不能造得太长。

    尤其是船舶建造需要的很多木材都不是直的，蒸煮压弯的木材多少都会造成内部纤维断裂，损失结构强度。为了获得天然形成的弧形树木，造船工程师们几乎走遍了欧洲大小的森林。

    18世纪成熟期，风帆战舰和风帆商船到底有什么区别呢。

    最大的区别在于龙骨和船肋骨。战舰的龙骨是特殊加固设计的。而船肋骨，战舰是一根三十公分见方的整根木材。船肋骨一根紧紧挨着一根，除了炮窗外几乎密密麻麻的紧紧挨着排列。肋骨外边的船板一般用的都是欧洲的橡木和缅甸的柚木。当然这些木材中国也产。这样战舰就形成了半米厚的船壁装甲带，用来抵御炮弹。

    而商船的龙骨比较简单，商船一般不需要做剧烈的机动，承受的应力小得多。而船肋骨也不需要如此粗大，一般几米才有一根。船板也非常薄，一般不到十公分。烈焰凤凰号这种荷兰战舰商船二合一船型，其实是按照商船标准建造的。为了抵御炮弹，李憬不得不在损失载重性能的前提下，给水线和炮仓覆盖钢板。

    李憬在张承等造船工场高级工头的陪同下走进一个用竹子搭建的非常高大和宽阔的车间，其他木作坊车间加工好的木材，运到这里。这里靠里边一条条硕大的铸铁长槽子冒着热气，里边沸水滚滚，铁槽子下面燃烧着煤炭。顶棚的吊车把整根的阴干好的木材放进沸水里蒸煮，等木材的纤维软化后，用铸铁的模具压弯。

    在压弯时不可以一下子压到需要的弯度，要像驯弓那样，一英寸一英寸的压弯，再恢复回来，尽量不崩断内部的木纤维，以最大限度的保持木头的张力和韧性。不论是船板还是船肋骨都需要根据设计，加工到合适的弯度。

    小师姐一直跟在李憬的身后，这次没有把她关起来，但是她很清楚，李憬现在带他看的就是李憬家族最核心的秘密。这让她更加好奇，那几天李憬到底去干什么了。

    她认真的听着李憬和这些工程师们的对话，李憬和大家讨论了很多目前涉及到的和未来会涉及到的技术难点问题。由于这些人都是老师傅，精通专业，所以讨论的比较深入。

    船舶在海上航行，在受力的时候，是六个方向的受力，上下东西南北，都有海浪和的大风，在挤压拉扯船体，桅杆和船帆锁具受力情况更加复杂。船舶摇摆、升沉、大浪拍击船体侧，木造船的木结构更容易发生形变。不管任何材料，受力不大的情况下，就只是暂时形变罢了，如果外力撤去后还能弹回去，这就是弹性形变，问题不大。

    如果突然很大的受力，或者长期不撤去的“荷载”，材料变形回不去了，甚至材料抵抗不住外力而产生裂痕。前者就是”塑性形变”，比如撞车事故中汽车外壳变形，要是后者材料就算完全废了，这个变形有多大，多恐怖，举个例子就可以非常直观的看出来。一般甲板上会有几个舱盖。在巨浪铺天盖地的情况下，一定要把舱盖用楔子钉死，否则，海浪挤压船壳，船壳形变挤压舱内的空气，空气会崩飞甲板上的舱盖。

    木头强度低还有更严重的问题，船舶承载越大的货物载重，造船木料就需要越粗大。然而，随着时间的流逝，欧洲已经造了150多年的大型帆船，天然大型木料很难找到；大明还好些，至少四川巨木还保存了很多。

    其次，粗大的木料自重也更大，于是越粗大的木头承重效率也越低，最后单纯自己的重量恐怕就把自己压弯了。甚至压折了。

    彼此之间木头构件不容易连接，“连接”就是需要一个木头构件的受力能够传递到另一个上面，这样船体结构才能成为真正连贯的一个受力的整体，所有应力都能尽量平均，不至于让局部某些结构承受超过自身强度和韧性的力量。快速疲劳、断裂。甚至直到二战前，人类主要的造船技术都还是用铆钉。

    钢铁形变小，受力不论是铆接还是焊接都可以轻易的传导给相邻的构件。木头就大大不同了，一般肉眼可见，贯通材料的纹理——“木心年轮”。木头就像肉一样，是许多纤维平行排列成的。这些木头纤维之间的连接强度，远远赶不上单独一根纤维内部，俗话说“劈柴不照着纹，累死劈柴人”。木材的强度在不同方向差异巨大。

    在这种情况下，钉子钉进木料里，原本就是破坏了木材结构的连贯性，而钉子对木料的紧固压力，也只能波及钉子附近小范围内的木质纤维，更远处的与此无关，因为木头纤维彼此之间没有钢铁显微结构那样的紧密连接。

    两个木构件、甚至数个木构件被一根铆钉紧固在一起。这时如果战舰是在风浪中航行，那么船体就会承受应力，各个构件受力就会发生弹性扭转、弯曲。如果战舰在风浪中横倾，右侧那边的大炮和上层结构件全部都要压到水线下的船体上去，如果左侧迎风一边的大炮和上层船体构件却有相互间拉散开的趋势。

    这样，受力形变的木头构件之间，就把紧固它们的铆钉来回拉扯、挫动。每一根木料都很粗大，铆钉为了不破坏木料整体结构只能尽量做得细些，这样整个木料拉扯铆钉产生的压力，全部集中在铆钉附近的木料中，铆钉和木料就不是紧密的结合，而是形成空腔。很快这些木质纤维就被铆钉压迫变形，铆钉的钉子孔就疏松、扩大了。这样木料之间就能够相互错动。这种海上波涛中承受应力、木材形变、钉子活动导致的木料松动和相互错动，在高海况的情况下，在船舱里可以观察到整条船的木梁和各种构件像蛆虫一般的扭动。

    铆接这种非常不牢靠的结构，首先会在风浪中各种产生各种松动；其次整体上存在一个很大的问题，也就是整个船体变形的问题，始终困扰风帆时代工匠与设计师的最重大的问题，限制了风帆战舰的最大长度。而最大长度不增加，就只能加宽宽度来增大容积，这样短粗胖设计，长宽比小的船，阻力巨大，也装不了太多的桅杆，桅杆少，船帆面积就上不去，利用风的效率就低，严重拖累了速度。

    小师姐听着李憬和造船的师傅们讨论着技术难题，对这个时代的帆船也有一定的了解。后续继续参观铸造车间，铆钉锻造车间，油漆车间，小师姐才发现原来造一条帆船有这么复杂和这么大的难度。
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