二战战列舰水下防护能力对比：美日战列舰的水中弹防御解析
二战战列舰水下防护能力对比：美日战列舰的水中弹防御解析
二战时期的战列舰在设计时不仅要考虑甲板装甲的防护，还要考虑水下防护。本文将通过分析水中弹存速公式，探讨美日战列舰在面对特定口径炮弹时的防护效果。
水中弹存速公式是评估战列舰水下防护能力的重要工具。该公式主要考虑了压差阻力和粘滞阻力两种阻力的作用。压差阻力与物体的面积和速度的二次方成正比，而粘滞阻力与物体的直径和速度的一次方成正比。这些阻力的比值可以用雷诺数来衡量。
仅考虑压差阻力的存速公式推导
设炮弹的面积为S、直径为D、质量为M、水中行程为l，仅考虑压差阻力的存速公式推导过程如下：
昭和造船史给出的表达式没有包含质量项，存速仅与路程/弹径有关。但是我们要注意到面积与质量均与弹径D有关，因此表达式可以改写为：
如果弹重系数保持不变，则可视为一个常数c/m。可见增加弹重系数也可以提高水中弹的存速能力。综合实际存速表，c/m=0.0147，带入具体火炮，例如三年式410，再使用穿甲计算公式，可以得到不同距离、不同深度的穿深曲线。
考虑粘滞阻力的存速公式推导
然而，昭和造船史给出的存速公式忽略了粘滞阻力。对比20cm实弹测试的距离-存速表，可以看到随着速度的降低，c/m不断增加：
这是由于低速下粘滞阻力相对增加。尽管炮弹在水中运动的速度较快、雷诺数较大，粘滞阻力影响较。然而衣阿华等战列舰在外侧布置了大厚度的油舱，而重油的粘度远远高于水，可以达到水的50-500倍，粘滞阻力非常明显，减速效果比水更强。
包含粘滞阻力的存速公式推导如下：
修正后的表达式如下：
与原始数据点、原始公式对比如下：
黄色是原始数据点、红色是c/m=0.0147的公式，蓝色是考虑粘滞阻力后的修正公式，可见修正公式更符合实测。
实战应用分析
以衣阿华级和大和级为例，分析其水下防护能力。衣阿华级外侧有较厚的油舱与较薄的空舱：
大和水下装甲带外侧有较厚的空舱：
空舱几乎不能降低水中弹的速度，而油舱由于重油的密度接近水而粘度远高于水，将会有超过水的减速效果。
通过上文的计算，我们可以得到以下结论：
- 抵御水中弹是一件困难的事情，即使是大和也只能勉强在一定条件下抵御三年式410，更遑论九四式46。
- 水下装甲带厚度随深度的变化需要尽可能的合适，衣阿华水下装甲带中段减薄的过快不利于水中弹防。
- 舱室布置影响水中弹防护，液舱外置有利于提升防御水中弹的效果，同时也利于减少储备浮力损失，当然会增加燃料的易损性。