Skibspanser er et beskyttende lag, der har en tilstrækkelig høj styrke og er designet til at beskytte dele af skibet mod virkningerne af fjendens våben.
Panser blev også brugt på quinquerems af den antikke romerske flåde , derefter på de koreanske skildpaddeskibe , men med udviklingen af artilleri blev deres beskyttelse praktisk talt ubrugelig. Indtil begyndelsen af 1800-tallet holdt man en vis balance i skibsbygningen mellem forsvars- og angrebsmidler. Sejlskibe var bevæbnet med glatløbede mundingskanoner, der affyrede runde kanonkugler. Skibenes sider var beklædt med et tykt lag træ, som beskyttede ret godt mod kanonkugler.
Der er en opfattelse af, at den første til at beskytte skibets skrog med metalskjolde blev foreslået af den britiske opfinder sir William Congreve , efter at have offentliggjort sin artikel i London Times den 20. februar 1805, men tilbage i 1782, under belejringen af Gibraltar , spanierne beklædte tagene og siderne af flydende batterier med jernstænger [1] , og det første skib, der modtog kobberbelægning i 1761 , var fregatten HMS Alarm fra Royal Navy of Great Britain . Et lignende forslag blev fremsat i USA i 1812 af John Steveno fra Hoboken, New Jersey. I 1814 talte franskmanden Henri Peksant også om behovet for at booke skibe . Disse publikationer vakte dog ikke opmærksomhed [2] .
De første jernskibe, der dukkede op på det tidspunkt [ca. 1] - bygget til den britiske flåde i 1845, blev dampfregatterne "Birkenhead" og "Trident" opfattet af søfolk ret koldt. Deres jernbeklædning beskyttede mod skud værre end en træbeklædning af samme vægt [3] .
Ændringer i status quo skete i forbindelse med fremskridt inden for artilleri og metallurgi.
Tilbage i 1819 opfandt general Peksan en eksplosiv granat, der kunne affyres fra en direkte ildkanon, hvilket forstyrrede den etablerede balance mellem beskyttelse og projektil, eftersom træsejlskibe blev udsat for alvorlig ødelæggelse fra de eksplosive og brandfarlige virkninger af nye våben. På trods af en overbevisende demonstration af det nye våbens destruktive egenskaber i 1824 under testskydning på det gamle todækkerslagskib Pacificator , var introduktionen af denne type våben ganske vist langsom. Men efter de fænomenale succeser med dens brug i 1849 i slaget ved Ekern Fjord og i 1853 i slaget ved Sinop , forsvandt tvivlen selv blandt hans største kritikere [4] [5] .
I mellemtiden udviklede ideer til konstruktion af pansrede skibe sig. I USA udførte John Stevens og hans sønner på egen regning en række eksperimenter, hvor de studerede lovene for passage af kerner gennem jernplader og bestemte den mindste tykkelse af pladen, der var nødvendig for at beskytte mod kendt artilleri stykke. I 1842 præsenterede en af Stevens' sønner, Robert, resultaterne af eksperimenter og et nyt design til et flydende batteri for en kongreskomité. Disse eksperimenter vakte stor interesse i Amerika og Europa [2] [4] .
I 1845 udviklede den franske skibsbygger Dupuy de Lom på instruks fra regeringen et projekt for en panserfregat. I 1854 blev Stevens flydende batteri lagt ned. Få måneder senere blev fire panserbatterier nedlagt i Frankrig, og få måneder senere tre i England [2] . I 1856 blev tre franske batterier - "Devastation", "Lave" og "Tonnate", usårlige over for artilleriild, med succes brugt til at beskyde Kinburn-forterne under Krimkrigen . Denne vellykkede ansøgning fik de førende verdensmagter - England og Frankrig, til at bygge pansrede sødygtige skibe [3] .
Processen med interaktion mellem panser og projektil er ret kompleks, og indbyrdes modstridende krav gælder for rustning. På den ene side skal materialet til pansret være hårdt nok til, at projektilet kan splintre ved sammenstød. På den anden side skal det være tilstrækkeligt tyktflydende til ikke at revne ved stød og absorbere energien fra fragmenterne af det ødelagte projektil. De fleste hårde materialer er skøre nok til at være uegnede til rustning . Derudover skulle materialet være ret almindeligt, ikke dyrt og relativt nemt at fremstille, da det var nødvendigt i store mængder for at beskytte skibet [2] .
De eneste egnede materialer på det tidspunkt var smedejern og støbejern. Under praktiske test viste det sig, at støbejern, selvom det har høj hårdhed, er for skrøbeligt. Derfor blev smedejern [2] valgt .
De første pansrede skibe blev beskyttet af flerlags panser - jernplader 100-130 mm (4-5 tommer) tykke blev fastgjort til træbjælker 900 mm tykke. Storskalaforsøg i Europa har vist, at en sådan flerlagsbeskyttelse med hensyn til vægt er dårligere end massive jernplader med hensyn til effektivitet. Men under den amerikanske borgerkrig havde amerikanske skibe for det meste flerlagsbeskyttelse, hvilket blev forklaret med de begrænsede teknologiske muligheder for fremstilling af tykke jernplader [2] .
De første sødygtige panserskibe var det franske slagskib " La Gloire " med en deplacement på 5600 tons og den engelske fregat "Warrior" med en deplacement på 9000 tons [3] . " Warrior " var beskyttet af panser 114 mm tyk. En 206,2 mm kanon fra den tid affyrede en 30 kg kanonkugle med en hastighed på 482 m/s og trængte igennem et sådant panser i en afstand på kun mindre end 183 meter [5] .
En af måderne at få en panserplade med en hård overflade og et tyktflydende underlag var opfindelsen af panserblandingen. Det blev fundet, at stålets hårdhed og sejhed afhænger af kulstofindholdet i det. Jo mere kulstof, jo hårdere, men også mere skørt stål. Panserpladeblandingen bestod af to lag materiale. Det ydre lag bestod af et hårdere stål med et kulstofindhold på 0,5-0,6 %, og det indre lag bestod af et mere duktilt smedet jern med et lavt kulstofindhold [2] . Sammensat rustning var lavet af to dele: tykt jern og tyndt stål.
Den første metode til fremstilling af sammensatte rustninger blev foreslået af Wilson Cammel . Stål fra en støbeovn blev hældt på den opvarmede overflade af en smedejernsplade. En anden mulighed blev foreslået af Ellis-Brown ( Eng. Ellis-Brown ). Efter hans metode blev stål- og jernplader loddet til hinanden med Bessemer-stål. I begge processer blev pladerne yderligere rullet [2] . Afhængigt af typen af projektil varierede effektiviteten af sammensat rustning. Mod de mest almindelige støbejernsprojektiler svarede 254 mm (10 tommer) sammensat panser til 381-406 mm (15-16 tommer) jernpanser. Men mod de specielle panserbrydende projektiler lavet af stærkt stål, der dukkede op på det tidspunkt, var sammensat panser kun 25% stærkere end smedejern - en 254 mm (10 tommer) sammensat plade svarede omtrent til et 318 mm (12,5 tommer) jern plade [2] [6] .
Omtrent samtidig med sammensatte rustninger dukkede stålpanser op. I 1876 afholdt italienerne en konkurrence for at vælge rustning til deres slagskibe Dandolo og Duilio . Konkurrencen i Spice blev vundet af Schneider & Co., der tilbød bløde stålplader. Kulstofindholdet i det var omkring 0,45%. Fremstillingsprocessen blev holdt hemmelig, men det er kendt, at pladen blev opnået fra en billet 2 meter høj ved at smede den til den ønskede tykkelse. Metallet til pladerne blev opnået i Siemens-Marten åbne ovne. Pladerne gav god beskyttelse, men var svære at arbejde med [2] [6] .
De næste 10 år var præget af en konkurrence mellem sammensatte og stålpanser. Kulstofindholdet i stålpanser var normalt 0,1 % lavere end i den forreste del af sammensat panser - 0,4-0,5 % mod 0,5-0,6 %. Samtidig var de sammenlignelige i effektivitet - man mente, at stålpanser med en tykkelse på 254 mm (10 tommer) svarede til 318 mm (12,5 tommer) jernpanser [2] [6] .
I sidste ende sejrede stålpanser, da man som et resultat af udviklingen af metallurgi mestrede stållegering med nikkel. Det blev første gang brugt af Schneider i 1889. Ved at udføre forsøg på prøver med et nikkelindhold på 2 til 5 %, blev der eksperimentelt valgt et indhold på 4 %. Under stødbelastninger var nikkelstålplader mindre tilbøjelige til at revne og splinte. Derudover lettede nikkel varmebehandlingen af stål - under hærdning vred pladen sig mindre [2] .
Efter smedning og normalisering blev stålpladen opvarmet til over den kritiske temperatur [ca. 2] og nedsænket til en lav dybde i olie eller vand. Efter bratkøling fandt anløbning ved lav temperatur sted [2] .
Disse innovationer gjorde det muligt at forbedre styrken med yderligere 5 % - 254 mm (10 tommer) nikkelstålplade matchet 330 mm (13 tommer) jernpanser [2] [7] .
Ifølge Schneiders patenter var Bethlehem Iron og Carnegie Steel involveret i produktionen af nikkelpanser i USA . Pansringen af deres produktion blev brugt i konstruktionen af slagskibene "Texas", "Maine", "Oregon". Sammensætningen af denne panser omfattede 0,2 % kulstof, 0,75 % mangan, 0,025 % fosfor og svovl og 3,25 % nikkel [2] .
Men fremskridtet stod ikke stille, og amerikaneren G. Harvey brugte i 1890 karbureringsprocessen til at opnå en solid frontflade af stålpanser. Da stålets hårdhed stiger med stigende kulstofindhold, besluttede Harvey kun at øge kulstofindholdet i pladens overfladelag. Således forblev bagsiden af pladen mere tyktflydende på grund af det lavere kulstofindhold [2] .
I Harvey-processen blev en stålplade i kontakt med trækul eller andet kulholdigt materiale opvarmet til en temperatur tæt på dets smeltepunkt og holdt i ovnen i to til tre uger. Som følge heraf steg kulstofindholdet i overfladelaget til 1,0-1,1 %. Tykkelsen af dette lag var lille - på de 267 mm (10,5 tommer) plader, som det først blev brugt på, var overfladelaget 25,4 mm (1 tomme) tykt [2] .
Derefter blev pladen hærdet i hele sin tykkelse, først i olie, derefter i vand. I dette tilfælde fik den cementerede overflade superhårdhed. Endnu bedre resultater blev opnået ved anvendelse af hærdningsmetoden patenteret i 1887 af englænderen Tressider ved at påføre små vandspray under højt tryk på den opvarmede pladeoverflade. Denne metode til hurtig afkøling viste sig at være bedre, da den blot blev nedsænket i vand, opstod et damplag mellem varmepladen og væsken, hvilket forværrede varmeoverførslen. Nikkelstål med hærdet overflade, hærdet i olie og hærdet med vandspray, og fik navnet "Harveys rustning". Denne amerikansk fremstillede rustning indeholdt omkring 0,2% kulstof , 0,6% mangan og 3,25 til 3,5% nikkel [2] .
Det blev også fundet, at styrken er positivt påvirket af den endelige smedning af pladen ved lav temperatur, hvilket reducerer dens tykkelse med 10-15%. Denne "dobbelt smedning" metode blev patenteret af Carnegie Steel [2] .
Harvey panser fortrængte øjeblikkeligt alle andre typer panser, da det var 15-20% bedre end nikkelstål - 13 tommer Harvey panser svarede cirka til 15,5 tommer rustning af nikkelstål [2] [7] .
I 1894 tilføjede Krupp krom til nikkelstål. Det resulterende panser modtog betegnelsen "blød Krupp" eller "Qualitat 420" og indeholdt 0,35-0,4% kulstof, 1,75-2,0% krom og 3,0-3,5% nikkel. En lignende sammensætning blev brugt tilbage i 1889 af firmaet "Schneider" [8] . Men Krupp stoppede ikke der. Han introducerede processen med at cementere sin rustning. I modsætning til Harvey-processen brugte han gasformige kulbrinter - tændgas (methan) blev ledt hen over ovnens varme overflade. Igen var dette ikke et unikt træk - denne metode blev brugt i 1888 før Harvey-metoden på den amerikanske fabrik i Bethlehem [2] , og på den franske fabrik Schneider-Creusot. Krupps rustning blev gjort unik ved hærdningsmetoden [9] .
Essensen af hærdning er at opvarme stålet til en kritisk temperatur - når typen af krystalgitter ændres og austenit dannes . Ved en skarp afkøling opstår dannelsen af martensit - hårdt, stærkt, men mere skørt end det originale stål. I Krupp-metoden blev en af siderne af stålpladen og enderne belagt med aluminiumoxid eller nedsænket i vådt sand. Pladen blev anbragt i en ovn opvarmet til en temperatur over den kritiske. Forsiden af pladen blev opvarmet til en temperatur over den kritiske, og en fasetransformation begyndte. Bagsiden havde en temperatur lavere end den kritiske. Fasetransformationszonen begyndte at skifte fra forsiden til dybden af pladen. Da det kritiske temperaturniveau nåede 30-40 % af pladedybden, blev den trukket ud af ovnen og udsat for drypafkøling [2] [9] . Resultatet af denne proces var en plade med "faldende overfladehærdning" - den havde en høj hårdhed op til en dybde på omkring 20%, ved de næste 10-15% var der et kraftigt fald i hårdheden (den såkaldte skibakke ), og resten af pladen var ikke hærdet og tyktflydende [8] .
Over 127 mm tykke var Krupps cementerede rustning omkring 15 % mere effektiv end Harveys - 11,9 tommer af Krupps panser svarede til 13 tommer af Harveys panser [2] . Og 10 tommer Krupp-panser svarede til 24 tommer jernpanser [7] .
Denne rustning blev først brugt på tyske slagskibe af Brandenburg-klassen . To skibe i serien - "Elector Friedrich Wilhelm" og "Wörth" havde et bælte på 350 ... 400 mm sammensat panser. Og på de to andre skibe - Brandenburg og Weissenburg - var bæltet lavet af Krupp-panser og på grund af dette blev dets tykkelse reduceret til 225 mm uden forringet panserbeskyttelse [10] .
På trods af kompleksiteten i fremstillingsprocessen erstattede Krupp-panser på grund af dets fremragende egenskaber alle andre rustningstyper, og i de næste 25 år var det meste af rustningen kun Krupp-cementeret panser [2] .
| skibsrustning | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||
| |||||||||||