以美国海军为例，浅析战舰桅杆的发展和演变

以美国海军在1890年代建造的“马萨诸塞”号战列舰为例，它的舰体中部设置了舰桥、桅杆和多个排气管，一对双炮主炮塔分前后布局。该战舰只有一个主桅杆，笔直地矗立在战舰前部，上面安装了瞭望、测距和指挥等设备，主要用途是指挥战舰航行和射击。当时无线电通信技术也已经开始应用到了战舰上，所以很多战舰的桅杆上架设了无线电通信天线。

英国“无畏”级战列舰采用了三脚支柱型桅杆

随着舰炮口径的不断增大和舰炮数量的不断增多，舰炮射击时对舰体产生的冲击力也越来越多，从而对桅杆的安全造成了一定影响。一些战舰的主炮在射击时，桅杆甚至会产生剧烈的晃动。因此为了加强桅杆的结构，使其更加牢固，部分大型战舰开始采用钢制三脚支柱型桅杆。这种桅杆是一种组合结构桅杆，下部采用三支柱结构作为支撑，高度约为桅杆总高度的一半，上部仍是单根支柱。在上下部的连接处设置了瞭望台等，在上部单支柱的顶部设置了无线电通信天线和信号旗等。

美国“特拉华”级战列舰采用了笼型桅

不过美国海军起初并没有采用三脚支柱型桅杆，而是选择了独特的笼型桅杆。笼型桅杆又称为格式桅杆或桁格结构桅杆，采用了像鸟笼一样的网格状设计，因此也称“鸟笼桅”。比如美国海军以“无畏”级为原型建造的“特拉华”级战列舰，采用的就是笼型桅杆。“特拉华”级的舰体中部搭建了两个笼型桅杆，桅杆的下部直径较大，往上逐渐收缩变小，接近顶部时又稍微变大，顶部设置了正方形盒状结构，用来固定网格线。

“佛罗里达”级战列舰的“鸟笼桅”

“宾夕法尼亚”级战列舰最初采用笼型桅杆

除了“特拉华”级战列舰外，美国海军同时期建造的“南卡罗来纳”级战列舰、“佛罗里达”级战列舰、“怀俄明”级战列舰、“宾夕法尼亚”级战列舰等，均采用了桁格结构桅杆。虽然桁格结构桅杆的工艺较好，但是它的设计却存在一定缺陷。1918年美国海军“南卡罗来纳”级战列舰“密歇根”号的桅杆发生了坍塌事故，原因是桅杆的钢管腐蚀穿孔，雨水进入钢管内部，遇到低温结冰，桅杆冻裂受损，从而导致了倒塌事故。作为临时性的应对措施，美国海军对笼状结构桅杆加钻了泄水孔。

改造之后的“宾夕法尼亚”级战列舰

经过对比论证，桁格结构桅杆的安全和防护性不如三脚支柱型桅杆，而两者的承载能力并无明显差别。于是，美国海军也开始采用三脚支柱型桅杆。在1930年代，“宾夕法尼亚”级战列舰进行了改装，把后桅杆从桁格结构改成了三脚支柱型桅杆，并且增加了桅楼。“新墨西哥级”战列舰同样进行了改造，拆除了笼式桅杆，取而代之的是塔式舰桥。

美国“田纳西”级战列舰采用塔式桅楼设计

到了上世纪二三十年代，随着战舰及舰炮技术的发展，桅杆需要搭载的设备也越来越多。桅杆的结构更加复杂，功能也更加多样化，桅杆和舰桥的连接也更加紧密。此时建造的大型战舰的桅杆，通常搭载了瞭望台、指挥台、探照灯、信号台等，还陆续安装了无线电通信天线和雷达天线。为了能够更好的搭载这些设备，桅杆逐渐演变成为桅楼和塔式结构。比如美国海军于1920年前后建造的“田纳西”级战列舰，已经开始在后主桅杆上加装桅楼，用于承载舰炮火控设备。

在二战爆发前后，更先进的雷达技术开始广泛应用到战舰上，一些新设备也逐渐普及开来。此时的大型战舰搭载了风向仪、风速仪、无线电定位仪等设备，战舰的桅杆结构更复杂，为桅杆的结构强度也有了更大的要求。因为雷达和无线电天线需要安定的使用环境，桅杆的晃动会影响其工作，所以为了保证雷达天线设备和通信设备的正常运转，必须加大桅杆强度，降低桅杆的重心。

“北卡罗来纳”级战列舰的桅杆结构

“北卡罗来纳”级战列舰保存了下来

在二战前后，美国海军战舰开始逐渐放弃笼式结构桅杆，过渡到三脚支柱型桅杆和塔式桅楼结构。美国海军在1940年左右建造了“北卡罗来纳”级战列舰，满载排水量44800吨，搭载了三座三联装45倍径主舰炮。该级战列舰共有前后两个桅杆，主桅杆安装在塔式桅楼上，和舰桥有机结合，桅楼搭载了大部分的设备。在两个烟囱的后部是后桅杆，结构比较简洁，下部使用三脚支柱固定，上部是一根竖立的单柱状桅杆。“北卡罗来纳”级战列舰的首舰退役后并没有被拆解，而是保留下来供人参观，所以现在能够清楚的看到它的舰体结构。

美国“南达科他”级战列舰

在“北卡罗来纳”级战列舰的基础上，美国又建造了“南达科他”级战列舰，共建造4艘，均在1942年服役。“南达科他”级战列舰的吨位和“北卡罗来纳”级相似，烟囱数量减少到一个，采用球鼻型舰艏，增加了甲板装甲厚度，加大了侧舷装甲带的倾斜度。“南达科他”级战列舰的舰桥更加紧凑，两个桅杆紧靠在一起，主桅杆设置在宝塔式结构的舰桥上，顶部搭载有雷达天线等设备，下部是桅楼和舰桥。该级舰的后桅杆采用三脚支柱型结构，顶部搭载了天线和信号旗等。

“依阿华”级战列舰

“依阿华”级战列舰的桅杆结构

二战时期，美国海军还建造了世界上舰体最长、航速最快的“依阿华”级战列舰，该级舰也是美国海军装备过的吨位最大的一级战列舰。“依阿华”级战列舰的舰长270米，满载排水量5万多吨，几乎和中型航母相当。它的最大航速高达31节，二战时的舰员编制多达2700人。“依阿华”级战列舰搭载了大量的雷达和电子设备，因此和上述几种战列舰一样，这些设备大部分安装在舰桥上，桅杆和舰桥结合在一起。该级舰的主桅杆位于舰桥后方，桅杆上部安装了格栅状天线。后桅杆位于烟囱后部的舰桥上，下部仍是三脚支柱结构，上部是单柱体，顶部安装了天线设备。

美国“佛莱彻”级驱逐舰的主桅杆安装了很多天线

二战时期美国建造数量最多的驱逐舰是“弗莱彻”级驱逐舰，在2年时间里建造了175艘。“弗莱彻”级驱逐舰采用混合骨架结构，整个舰体由32根纵向骨架和210根横向骨架构成。“弗莱彻”级驱逐舰的舰体中部安装了一个高耸的主桅杆，紧挨着舰桥。主桅杆采用单柱体设计，顶部搭载了一部网状防空雷达天线和多个线状天线。不过随着雷达重量的不断增加，桅杆强度变得日益重要，单柱体的桅杆结构已经不能满足大型雷达的需要，所以桅杆的结构又发生了显著变化。

二战结束之后，舰载电子设备又迎来了一次较大发展，各国开始建造新型的水面舰艇，作为新航电设备的主要载体，桅杆的设计也进一步发生演变。此时大部分的中大型战舰基本采用主副桅杆布局，在舰体的前部安装一个主桅杆，在舰体的后部安装一个辅助桅杆。两个桅杆通常采用三脚支柱结构或者桁格结构，上面搭载各种雷达天线、电子探测和通信天线等。

苏联核动力巡洋舰的上层建筑

进入1960年代后，防空导弹系统开始出现在一些新型战舰上，与之配套的防空雷达也应运而生。为了更好的捕捉到目标信息，防空导弹的三坐标雷达天线需要安装在较高的位置，才能发挥出最佳效果。但是这些雷达的体型和重量较大，传统的单柱体桅杆无法承载。为了解决这个难题，有的国家采用了塔式桅，将桅杆和上层建筑融为一体，和之前的桅楼很相似。美国则采用了更为轻巧的桁架网格桅和“烟囱桅”。所谓的烟囱桅就是将烟囱和桅杆合在一起，形成了筒形结构。

“斯普鲁恩斯”级驱逐舰安装了两个网格桅

美国海军在上世纪七十年代左右建造的“斯普鲁恩斯”级驱逐舰，是美国第一种采用模块化设计建造的驱逐舰，也是第一种使用全燃气轮机推进的大型战舰。“斯普鲁恩斯”级驱逐舰采用长首楼型船体设计，舰首呈V型剖面，舰尾为方形。该级舰的上层建筑安装了两个网格桅，由金属桁架组成，通过在封闭框架内搭建金属支撑的方式，使整个桅杆形成一个多面受力结构。网格桅的重量较轻，抗弯曲的强度高，有充裕的空间搭载各种航电设备。网格桅的开放式结构通风良好，不容易受到风的阻力。“斯普鲁恩斯”级驱逐舰的桅杆设计，被之后的多款战舰采用，包括仍在美国海军服役的“提康德罗加”级巡洋舰。

美国海军“诺克斯”级护卫舰的“烟囱桅”

美国海军的“诺克斯”级护卫舰采用的则是“烟囱桅”设计。“诺克斯”级护卫舰从1960年代后期开始建造，它的上层建筑较长，呈两端高、中间低的布局。该级护卫舰的舰体中央矗立着一个圆柱形结构，它就是“烟囱桅”，将桅杆和烟囱合二为一，融合到一个圆柱形桶状建筑上。这样的桅杆结构更加坚固，可搭载重量较大的雷达天线，占用的空间也较小。

“阿利·伯克”级驱逐舰的桅杆向后微倾

到了1970年代后期，随着反舰导弹的不断发展，对战舰的隐形能力提出了一定要求。如何降低桅杆的雷达反射面积，成为美国海军需要面对的一个问题。1980年代开始建造的“阿利·伯克”级驱逐舰，采用了后倾式多面体轻型桅杆，在下部安装了两个支撑脚。这种桅杆结构减轻了重量，受风面积较小，具备一定的隐形能力。同时“阿利·伯克”级驱逐舰搭载的“宙斯盾”系统配备了SPY-1D相控阵雷达，采用了多面阵固态化天线，整个系统更加的简洁，发射机和雷达数量也有所减少，这些均有助于降低桅杆和整艘战舰的雷达辐射。

为了进一步验证隐身战舰的设计和技术，美国在1985年建造了“海幽灵”号隐身舰，以及其他多种类似的舰艇。“海幽灵”号试验舰采用了小水线面双体船设计，船体由上体、下体、支柱等组成。上体由多个梯形或矩形平面封闭而成，斜面倾角45度。首尾平面呈V型，舰体上部几乎没有任何上层建筑，也看不到烟囱和桅杆。这样的设计和结构，极大地降低了雷达辐射面，具有优秀的隐身性能。法国在1990年代中期建造服役的“拉斐特”级护卫舰，同样采用了类似的隐形舰体设计。

“斯普鲁恩斯”级驱逐舰“阿瑟·雷德福”号测试全封闭桅杆

经过进一步研究，美国海军提出了全封闭桅杆系统，利用复合材料制成的外罩，把桅杆和天线等封闭在一个密闭的环境内，同时封闭罩部分采用可供电磁波穿透的材料。这样既减少了雷达反射面积，又不影响传感器和天线等设备的正常工作。1998年，美国海军在“斯普鲁恩斯”级驱逐舰“阿瑟·雷德福”号上安装测试了全封闭桅杆，将多款搜索雷达和探测装置等封闭在一个密闭罩内。封闭罩的上半部使用特殊材料制作，电磁波可以穿透。通过“阿瑟·雷德福”号的测试，美国海军发现这种设计是完全可行的。

“圣·安东尼奥”级两栖登陆舰安装了两个全封闭桅杆

“圣·安东尼奥”级两栖登陆舰在安装桅杆封闭罩

于是美国海军开始在“圣·安东尼奥”级两栖登陆舰上搭载全封闭桅杆系统（AEM/S），在该舰的上层建筑上搭建了两个全封闭桅杆，采用了八棱柱结构，桅杆从下到上横截面直径逐渐缩小，与舰体有机结合在一起。该舰的舰首桅杆高10.1米，底部直径9.5米，封闭罩内部安装了AN/SPS-73海面搜索及航海雷达天线，桅杆顶部安装了AN/SPQ-9B水面搜索及跟踪雷达天线，桅杆外罩使用特种材料制造，可允许G频段的电磁波穿透。舰尾的后桅杆高20.8米，底部直径13米，内部安装了AN/SPS-48E三坐标对空搜索雷达天线、电子战和数据链通信通信等，外罩材料可允许E/F频段的电磁波穿透。

丹麦“伊万·休特菲尔德”级护卫舰的桅杆

德国“萨克森”级护卫舰的桅杆

荷兰“七省”级护卫舰的桅杆

进入新世纪前后，世界新型战舰开始普遍采用“宝石塔”状桅杆，或者称为“金字塔”式桅杆。此时相控阵雷达技术已经较为成熟，不需要旋转扫描的固态有源相控阵雷达慢慢普及开来，使雷达天线等设备能够更好的融入到舰体的上层建筑上。除此之外，先进复合材料的出现，不仅使传感器天线乃至整个上层建筑的重量变得更轻，耐腐蚀性更强，关键是可穿透电磁波，解决了封闭式桅杆的一大难题。以上先进技术的发展，使多面阵雷达与封闭桅杆巧妙连接在一起，形成了“棱堡”式建构，进而构成了以封闭式“宝石塔”状桅杆为中心的上层建筑布局。

美国海军“自由”级濒海战斗舰

“独立”级濒海战斗舰的桅杆

美国海军在新世纪之后建造的濒海战斗舰和“朱姆沃尔特”级驱逐舰，桅杆设计各有特色。“自由”级濒海战斗舰采用的是半滑行单体船的船型，它的桅杆采用了多面体的半封闭设计，和封闭式的上层建筑有机融合。“自由”级的桅杆底座采用多面体封闭结构，底座上方设置了一个横杆，上部是一个竖直的单杆，横杆和竖杆连接处安装了电子对抗及干扰装置。“独立”级濒海战斗舰采用了独特的三体船型设计，桅杆坐落在舰桥上方，使用的是后倾式三脚支柱结构。“独立”级的桅杆下部是三脚支撑杆，高度约为桅杆总高度的三分之二，中上部设置了一个横杆，上部是竖杆，顶部是一个十字交叉结构，搭载了一个圆形传感器。

“朱姆沃尔特”级驱逐舰采用全封闭式船艛结构

美国海军最新型的“朱姆沃尔特”级驱逐舰，采用了全面隐身设计，舰体上部没有传统的上层建筑和桅杆等，而是一个全封闭式结构，称为“整合式复合材料船艛与孔径”（IDHA）。从外观上来看，该结构采用了与船体一致的多面体设计，外表十分简洁，表面几乎没有安装任何设备，仅有几个开孔。在这个全封闭结构内，整合安装了舰桥、烟囱排烟道、雷达传感器及天线等。“朱姆沃尔特”级驱逐舰可以说是彻底取消了传统的独立桅杆，保持了舰体的简洁，没有任何设备凸出在舰体外，最大幅度的降低了雷达反射截面，使其隐身性能极其出色。但是这种设计已经暴露出不少问题，因此并不能代表未来战舰桅杆的发展方向。目前世界上新建造的大型战舰，大多采用封闭式的一体化桅杆设计。返回搜狐，查看更多