中外火器在清末的差异
然清朝在定鼎之后因罕遇大型战争或足以匹敌的对手，故并未在火炮的制作或性能上追求更进一步的发展，甚至无法维持原先水平。道光二十年的鸦片战争，迫使清廷重新大量造炮。但两当事国的军力已因欧洲所兴起的工业革命而出现明显差距，清军大多数的部队仍以冷兵器为主，虽配置有红夷大炮（乃铸造时间跨越两个世纪且出品国家多元的大杂烩），但其质量则与英军差距颇大。英国先后共派出各式船舰一百零八艘，载炮共七百二十四门，海陆军的总兵力约两万人，[32]参战船只中还可见到该国首艘锻铁外壳蒸汽战船复仇女神号（图表14.1；1839年才下水），该船只有六门火炮，虽不宜主动攻击，但因其吃水深仅1.8米，且无须倚仗风力或人力，故可凭借装甲在内河高速持续航行，有效遂行侦查或运兵任务。[33]
图表14.1：鸦片战争中参战的英国铁壳蒸汽战船复仇女神号
图表14.2：丁拱辰《演炮图说辑要》中的《火轮船图》《小火轮车机械图》
在二十一年二月初六日攻陷虎门要塞的战役中，有称英军竟只有五人轻伤，清军则伤亡五百人（包含壮烈殉国的广东水师提督关天培），遭俘一千五百人，在当天与次日虎门各炮台即共有四百六十门炮被虏获或摧毁，如以威远炮台为例，就包括一百一十一门炮：其中铁炮一百零七门，除三门英制外，余为中国炮，内含一门68磅弹炮、一门42磅弹炮以及许多32、24、12磅弹炮；另有铜炮四门，则为1627年葡萄牙人所制，[34]包含两门长330厘米、口径约27厘米者。[35]
威远炮台的68磅弹主炮应为清廷在鸦片战争前夕所铸，当时许多沿海据点乃以逾万斤的加农重炮为备战焦点。现存明清自制前装滑膛炮中最重者，或是扬州史可法纪念馆现藏的一门重达一万两千斤之道光二十三年复合铁炮（配弹为四十斤，约合53磅）。但清廷当时应还铸过更大的炮，此因道光二十三年正月署漕运总督李湘棻曾奏称：
夷人船坚炮利，人与船习，运棹灵敏。内地现在水师，固难与之角胜，即赶造大船大炮，尚须督兵演驾，非一二年不能精熟。以我所短，当彼所长，虽有制胜之具，难操必胜之权。臣愚以为拒之于水，不如拒之于陆。盖夷人船上之炮，大者八千斤，多即不能受载，而我之陆路，可加倍以胜之……是以广东善后案内，铸造一万三千斤铜炮十尊，臣亲身监造，安放大黄窖、二沙尾二尊，令兵勇演放，受子重七十斤，受药四百八十两，中靶八里之外，火力所至，两岸小船，皆为倾覆。[36]
知扼守广州城的大黄窖（西名为Tau-wang-kow或Yellow Pagoda Fort）及二沙尾炮台，均配置有一万三千斤的铜炮，其配弹为七十斤（约合95磅），威远炮台68磅弹的直径应较此略小约12%。
道光十五年间清廷在广东虎门各炮台先后添置新铸的八千斤和六千斤大炮共五十九门，但据广东水师提督关天培的报告，当其分五次逐一演放时，竟然炸碎十门，并打伤兵丁二名，经检看炸碎的铁块，发现渣滓过多，且膛内高低不平，“周身孔眼形似蜂房，并有空洞，内可贮水四碗者”（图表14.3）。此外，也有的新炮“炮尾四围出火”“炮眼炸响”“炮眼宽深”“炮身有灌补痕迹，兼有孔眼”“炮耳坏烂”“门眼吃药过多，显系另有孔洞”，由于订约时要求承造者“保固三十年，限内炸裂，由该匠赔造”，故连同“造不如法”的四门，炉匠总共赔造了十四门。亦即，当时虎门8座炮台所安设的新旧炮位虽达二百三十四尊，但其品质往往逊于明清之际的水平，能让炮手们真正信赖者恐并不多。[37]
图表14.3：鸦片战争博物馆前的道光朝大炮。炮身孔眼形似蜂房，曾于鸦片战争中使用（2007年笔者摄于广东东莞市虎门镇）
如若纯考虑火炮的内径，清军武器表面上较英军似乎毫不逊色，此因远洋 船只受限于排水量的吨位，故通常不会装载太多加农重炮，如英军旗舰梅尔维尔号（Melville）所配置的七十四门炮中，最大者乃32磅弹加农炮，共二十八门，另有二十八门18磅弹加农炮，余为12—32磅弹的卡龙炮。至于英国东印度公司的武装蒸汽船皇后号（Queen）上虽有68磅弹卡龙炮，但仅一门，[38]该炮重不过1503千克，炮长102厘米，内径25.6厘米，用6磅火药平射的有效距离为240米，若以2度仰角发射时，则可达600米。[39]
卡龙炮的设计是1774年由罗伯特·梅尔维尔将军向苏格兰的卡龙（Carron）公司建议的，此因英国政府的军械局办公室（Board of Ordnance Office）曾于1771年3月22日发出警告，指出卡龙公司新造的火炮因制程或材料有瑕疵而常膛炸，此新炮种于1779年开始在英国舰队中服役。其制程用了约翰·威尔金森（其家族为工业革命的重要领航者之一）于1774年所研发的钻孔车床（boring machine），这台机器可将实心铸就的炮身（材质为较好的展性铸铁和灰口铸铁）钻膛（图表14.4及14.5），使炮身的内径得以均匀平直，也较不易膛炸。军械局因此下令所有英国军用火炮皆必须以此法制造（原先用泥模铸造技术），但为避免垄断，在英国海军的运作之下，威尔金森的专利权于1779年被取消，但他仍然是当时主要的铸炮商之一。[40]
19世纪初英国所使用将实心铸炮钻膛的机具，也曾在某些欧洲国家同步发展，如瑞士工程师让·马里兹亦于1713年在法国发明立式车床（vertical drilling machine），以旋转的钻头钻镟缓慢下降的垂直吊炮，但因此法既费时且不精确，故他又于1734年改良出卧式车床（horizontal boring machine），并与其子让·马里兹二世一同对法国火炮的精进做出颇多贡献。[41]其制法是使用膛孔机将实心铸就的炮身钻膛，故内径较大，管壁较薄，且光滑平直，此技术可使炮管的游隙达炮弹直径的1/20，保证了火炮射程和射击精度的提高。
图表14.4：十九世纪初期英国制炮用的卧式车床[42]
鸦片战争时英国火炮的口径和炮种已逐渐标准化，弹药的品质与杀伤力亦远非清军能及。[43]此外，战船也开始大量安设新型的卡龙炮，如参战的Blenheim号和Wellesley号上，即有十二门32磅弹以及六门18磅弹的卡龙炮，另有六十二门12至32磅弹的加农炮；Conway号、Rattlesnake号及Alligator号分别配置二十门32磅弹以及六门18磅弹的卡龙炮，至于加农炮则只有两门9磅弹炮；Druid号和Blonde号上，各有十六门32磅弹卡龙炮，另有三十门加农炮，其中二十八门为18磅弹，两门为9磅弹。经笔者统计维基百科（wikipedia）所列出十八艘英国参战船舰上的武器后，发现在共六百一十一门的火炮当中，卡龙炮就占了三百零四门，数目几乎近半，其中32磅弹有二百四十门，24磅弹十门，18磅弹五十四门（规格已整编成只有三种，而24磅弹只出现于Sulphur号）。尤其在十八门或二十八门炮级的船舰上，几乎皆为卡龙炮，各仅有不到两门为加农炮；至于七十二门炮级的战舰上则以加农炮为主（一百二十四门最大的32磅弹加农炮就有一百二十二门安在此级之上），通常各只有十八门卡龙炮。[44]
图表14.5：十八世纪晚期欧洲以卧式车床镟孔制炮的方法[45]
由于卡龙炮的重量轻，机动性好，并使用特制的滑动炮架承载，而其约500—1400米的射程，颇适合“舷炮线式齐射”战术的近距离作战需要。如道光二十年十二月钦差大臣琦善奏陈大角、沙角两炮台被英军攻占情形时，即称：
查该夷进攻之始，止用中小兵船数只，排列多炮，鱼贯而入，联环施放，力量极猛，击中后墙，即致碎裂飞散。我军势不得不竭力回击，而该夷无论受伤与否，一面暂先却退，一面易船复进，旋击旋退，旋去旋来。循环数次，其船可易，而炮台不能易，其炮则各船皆有，而我军止有台内安设之炮，不但已无可换，其势亦断不及换。且从前所铸之炮甚不精良，现就其断折者观之，其铁质内土且未净，遑问其他。故连放数次后，炮已发热，而该夷待我军兵力疲乏，炮将炸裂之时，其大号兵船蜂拥前进，逞志欲为，此其水战之情形也。[46]
清楚呈现卡龙炮等舰炮在运用“舷炮线式齐射”战术时的威力。
此外，当时清军重型加农炮平均每六分钟能打出一发，而英军因采用燧发机点火以及定装炮弹，故能在六分钟内打出九发，卡龙炮的射速更可达到十八发之多。[47]亦即，卡龙炮虽因有射程较短且后坐力较大的缺陷，导致在第二次鸦片战争英法联军之前即遭西方列强淘汰（附录14.1），但此一炮种的威力却远非清军所使用的加农长炮可以匹敌。
再者，英军配发给步兵用的Baker或Bruswick来复枪（皆为前装、线膛、燧发），更远非清军前装滑膛燧发枪（每分钟只能发射一次，射程亦仅约百米）可比，因Baker来复枪的射程达200米左右，每分钟内可瞄准射出二至三发。至于1838年才开始量产的Bruswick来复枪，射程更可达约300米，每分钟三至四发。[48]
附录14.1
卡龙炮的兴衰[49]
卡龙炮打破有关船与炮相对大小的传统比例，令每艘船可配置的火炮总重可较先前增加一大截。通常加农炮的用药约为弹重的1/4—1/3，炮长为内径的14—20倍，而卡龙炮的长度则仅为内径的7倍。亦即，卡龙炮比发射同样炮弹的加农炮既轻且便宜。由于卡龙炮为求更轻，故其管壁亦较加农炮薄，为避免膛炸，火药量因此只用弹重的1/8—1/16。考虑此举将严重影响射程，遂又减小游隙加以弥补。如十九世纪初的32磅弹加农炮（内径为6.3—6.4寸），其游隙通常为0.305寸，而同口径的卡龙炮则可小至0.145寸。至十九世纪二十年代，卡龙炮的游隙更可做到0.128寸，然炮手就得要特别注意保持炮弹无锈且无尘，否则容易发生膛炸。
卡龙炮的设计通常并无一般加农炮均可见的炮耳，[50]而是在第一加强箍的下方以螺栓锁死在可滑动的重木炮车之上。至于尾珠则钻一有螺纹的洞，并透过高程螺纹以调整炮的高度（图表14.6）。以十九世纪初美制的32磅弹卡龙炮为例，炮重1918磅，而6磅弹加农炮就已重2688磅。至于发射32磅弹的加农炮，依其设计约重3024至6496磅之间。十九世纪中叶的美国海军，每门发射32磅弹的加农炮，因炮身甚重且使用重型炮车，故平均得要配置十四名船员和一名送火药男童，然32磅弹卡龙炮则因炮身较轻，炮车又获改进，故只需四名船员和一名送火药男童。此外，卡龙炮虽因用药较少，以致射程不及加农炮，但其速度刚好可穿透船舷（若过大则形成整齐圆孔，过小就无法穿透），故可较有效地产生较多具有人员杀伤力的木材碎片。
卡龙炮首度出现是被英国海军用于美国的独立战争（1775—1783），并大量见于法国大革命及拿破仑战争（1792—1815），且在英美之间的1812年战争中达到高峰。它因较轻故常置于不太适合重炮的船首和船尾，对较小的船舰尤其合宜。亦即，卡龙炮主要取代了4—12磅弹的小型加农炮。
虽然卡龙炮的优点颇多，但亦有一些重大缺失，如其后坐力颇大（32磅弹卡龙炮为16.7英尺/秒，而6496磅重的同口径加农炮则只有6.8英尺/秒），又因炮身较短，故迎风发射时易令旁边的索具或吊床发生火灾，且炮弹还需特别维护。由于卡龙炮的射程较短，故若一艘船主要配置卡龙炮，则它就需要较大的航速，以便能迅速接近敌人，并发挥卡龙炮的威力。亦即，当以卡龙炮为主的船只碰到较快且火力较强的敌船时，就常难幸免。
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图表14.6：十九世纪英国战船上的卡龙炮[51]
如1799年下水的美国巡防舰Essex号，原设计是安装二十六门12磅弹和十门6磅弹的加农炮，船总重83308磅。1812年该国海军欲“改进”其火力，遂将船上的12磅弹加农炮全拆下，改装成四十门32磅弹卡龙炮和六门18磅弹加农炮，船重因此调整为105000磅。此举虽让船重增多26%，却让火力（指可投弹量）增强约2.7倍。1812年英美战争爆发，翌年Essex号奉命打击英国在太平洋的商船，虽取得相当成效，但不幸被拥有三十六门加农炮的英国巡防舰Phoebe号以及十八门加农炮的单桅帆船Cherub号围堵在智利的瓦尔帕莱索（Valparaíso）港。英船在370米距离用其18磅弹的加农炮开始射击，Essex号上32磅弹卡龙炮平射的有效距离却无法及此，而只能倚赖六门的18磅弹加农炮，船上的四十门卡龙炮虽亦曾被抬高仰角以增加射距，但此举因船只在海上的晃动很难得到足够射击精度（只令Phoebe号的索具受损，而未能正中船体），终致难逃被击沉的命运。当类似的海战对决逐渐得到大家关切后，卡龙炮就开始逐步走下火炮家族的光鲜舞台，如美国海军至1825年即不再新铸卡龙炮，此后的二三十年间它更被许多西方列强视为过时的炮种。当后装线膛炮在1870年变成炮兵主流，且爆炸弹替代实心圆球弹之后，用于近距离战斗的卡龙炮更成为历史。
清人有关卡龙炮（被称为“有表熟铁短炮”）的具体介绍（图表14.7）首见于丁拱辰，他在道光二十一年出版《演炮图说》一册并于翌年进呈御览，二十四年又于三易其稿之后增订成《演炮图说辑要》四卷且付梓。然丁氏描述此炮之规制曰：
径三寸四分，身长三尺九寸二……此短炮用药比之长炮加增数倍，所以堪用多药者，乃用熟铁炼净铸成，坚实光滑，恍似铜炮。用弹二十四斤，配火药八斤之多……[52]
图表14.7：《演炮图说辑要》中的卡龙炮及其炮车
然卡龙炮的长度其实仅为内径的7倍，而非前引文所称的11.5（=392/34），火药量亦只用弹重的1/8—1/16（非1/3），丁氏或亦不知此炮乃镟钻实心炮筒而成。
在同治二年由黄达权（又名黄胜）编译完稿的《火器略说》中，曾图文并茂地叙及制炮时的钻膛技术，并谓卡龙炮（称作“短薄单耳铁炮”）“多用于战舶，体轻易举，粤俗呼为瓦筒口炮，以形似得名”，但该书仍误认发射此炮时得“药重于弹四分之一”（图表14.8），不知此短炮在射程上的优越表现乃因其游隙减小所致。黄达权此译著虽屡经有识人士抄传，但直至光绪七年始以“火器略说”之名初次摆印，其内容则经王韬修改润饰，惟西方列强却早在二三十年前就已将该炮种淘汰！[53]
图表14.8：《火器略说》中的卡龙炮及其制造过程中用来钻膛的机具
道光二十三年清廷铸成一批铁心铁体的双层火炮“耀威大将军”，此或是现存明清自制滑膛炮中最大者。透过金相检测，可发现其外膛的材质为铸铁、内膛为熟铁或低碳钢。此种“复合材料”虽可以克服单层体白口铸铁炮容易开裂、炸膛的缺陷，不过其制造技术较复杂，成本既高且过重，故量产不易。[54]
今人孙淑云和刘鸿亮曾对中国现存十九世纪上半叶制前装滑膛铁炮进行金相检测，他们于108个样品中明显发现英军炮身里的灰口铁大大高于清军炮（以白口铁较多）。[55]此种材质上的差异导致中英铁炮在炮膛的光滑与精确度、炮壁的厚度、内部的铸造缺陷等，均产生显著差异，从而影响到其机动性、射程、射速以及射击精度。无怪乎，鸦片战争时期英军铁炮的性能明显强于清军。[56]
受西力的冲击，中国的有识之士亦开始仿造轮船，但却均只停留在形式上的模仿，而未能掌握最核心的蒸汽机技术。迟至1865年，清朝才下水建成第一艘小型蒸汽轮船“黄鹄”号，上海《字林西报》记该船“载重二十五吨，长五十五华尺；高压引擎，单汽筒，直径一华尺，长二尺；轮船的回转轴长十四尺，直径二又五分之二寸；锅炉长十一尺，直径二尺六寸……”，而除了“用于主轴、锅炉及汽缸配件之铁”购自外洋外，其他包括雌雄螺旋、螺丝钉、活塞、气压计等器材，均是由徐寿父子亲自监制，然此轮船并未正式投入实际使用。在十九世纪最后三四十年间所推动的自强运动中，清政府设立江南制造局和福州船政局，希望能“师夷长技以制夷”，才又雇请外国人来主持轮船的制造工作。[57]
至于火器方面，清廷亦曾做过一些努力。鸦片战争中担任过副官的英国军官阿瑟·坎宁安，在其作战回忆录中记1841年镇海之战时，就称清军使用了一门9磅弹重的黄铜卡龙炮（图表14.9下图），此是模仿自海中捞获的英人船炮，惟因原炮已有部分腐蚀，故清人仿制时就误将高程螺纹与炮身铸成一体。又由于清军原以为铜炮比铁炮不易膛炸，故特别改采铜铸，然铜较不耐高温，卡龙铜炮其实并不适合连续且快速填发。此外，英国军官约翰·奥克特洛尼也指称1842年6月曾于上海看到清军安设的十六门18磅弹重的黄铜卡龙炮（图表14.9上图）。也就是说，清人对卡龙炮的仿制只及于形似，而未能搔到痒处。
图表14.9：鸦片战争时英军对中国所仿制卡龙炮的描述[58]
清军还未及跟上卡龙炮的发展步伐，该炮种在西方即已遭列强以其他新型武器取代。迨英法联军侵华时，英军于1860年8月12日的大沽口新河炮台之役，就首次在实战中使用了12磅弹（内径三寸）后装线膛的阿姆斯特朗炮（RBL 12-pounder 8 cwt Armstrong gun；参见图表14.10），[59]此炮拜工业革命之赐，成为第一门可充分发挥后膛装填效能的火器，[60]不仅可大幅减少填装弹药的时间，且所用椎头柱体炮弹在发射时，可透过膛线与炮管紧密贴合（因炮弹外裹有薄铅的涂层），并透过旋转所产生的陀螺仪效应来稳定弹道，故有效射程可达3100米，精准度亦较先前提高甚多，用药更几乎减半（因游隙已趋近消失）。此外，该炮的制造是以锻铁为内管，并紧密套上因炽热而膨胀的锻铁外管（其加热前的内径稍小于内管外径），再冷却收缩就可与内管坚固结成一体，经重复几次类似过程所制出的炮管，即可大幅减少膛炸。[61]
同年的9月21日，清政府决定集中兵力保卫北京城，由僧格林沁领军，调集了约三万名步骑兵与五千多名的英法联军在通州八里桥进行决战。清军当时所使用的火炮不少属于文物等级，其中包括长351厘米的铜制“无敌大将军”子母炮（曾于康熙年间的雅克萨之战中发挥重要作用）。结果曾经纵横中原的八旗铁骑，在Minié和Enfield两种来复枪以及重炮的火力压制下全面溃败，[62]战死两千余人，而英法联军宣称在此役中仅五人死亡，四十六人受伤，这也是清朝军事史上最后一次大规模使用骑兵。[63]痛定思痛的两江总督曾国藩因此于咸丰十一年年底成立了中国第一个近代军工机构“安庆内军械所”，制造枪炮、弹药、蒸汽机以及轮船，[64]李鸿章也竭力主张购买或仿制洋船洋炮，揭开了自强运动的序幕。
由于清朝的武备此时已全面落后于西方强权，故当北京陷落后，俄国也趁火打劫，于1860年11月14日强逼清廷签订《中俄北京条约》，夺走康熙年间由“神威无敌大将军”和“威远将军”等火炮护持下所划定的大片疆土（据1689年的《尼布楚条约》）。[65]至于第二次鸦片战争中曾发挥颇大威力的后装线膛阿姆斯特朗炮，则因炮身以及弹药的成本均过高，而在1864年被英国政府下令停造。[66]
图表14.10：清军在八里桥的败战以及英军所用当时最先进的阿姆斯特朗炮[67]
在近代火器史的发展过程中，亚洲国家的日本初与中国的情形相近，后却走出很不一样的道路。欧洲的火绳铳自大航海时代传入日本后，仅花费约30年（1540—1570）便将其普及至该国各战场（据估计，1556年全日本便拥有超过300000挺的火绳铳），此“步兵革命”加速了战国时代的终结。然随着德川幕府于1603年的建立，日本虽获得两百多年的和平，但宽永十八年（1641）所颁布的锁国令，也切断了引进西方新式武器的可能性，直到1854年，培里将军所率领的美国东印度舰队才打开其锁国的大门。[68]根据笔者2004年对日本古炮的印象（图表14.11），1850年前后日本所铸前装滑膛铜炮的品质，显然不在中国之下，但仍远远无法与美国战船所配置的派克森思炮（Paixhans）（图表14.12）等火器相匹敌。如当时培里舰队中的Susquehanna号上即有六门派克森思炮，炮重7400磅，长2.84米，内径22厘米，所填装的爆炸弹重59磅。其特色是以高速平射，因炮弹附有引信，发射时会自动点燃，稍后才爆炸，故可令敌方人员伤亡惨重。先前俄国击败奥斯曼帝国的锡诺普海战（1853），即已证明爆炸弹起火燃烧的功能是木制风帆船的梦魇，英法联军于第二次鸦片战争时亦曾使用此炮。[69]
在坚船利炮的武力威吓之下，日本于1858年分别与美、荷、俄、英、法签订了不平等的“五国通商条约”。此冲击引发了明治维新，让日本得以藩阀和资本家取代长达六百多年的武士封建制度，并于“脱亚入欧”的思维下建立起一支向西方看齐的近代化军队。
明治维新的成功使日本成为亚洲第一个工业化国家，并跻身世界强国之列，然其采行侵略扩张的军国主义，却给亚洲邻国造成巨大灾难。在甲午战争的黄海海战（1894）中，日本的六艘巡洋舰即共配置了六十门英国制阿姆斯特朗12厘米口径速炮（QF 4.7-inch Gun；图表14.13），再加上八门15厘米口径速炮，令其火力远超过北洋海军。如以在日本建造的防护型巡洋舰桥立号（Hashidate）为例，船头即安有一门32厘米口径后膛装的法国制Canet炮（可发射350千克的爆炸弹，有效距离为8000米，惟每小时顶多只可发射两发，配六十发弹药），其次则为十一门10厘米口径速炮（最大射程9000米，每分钟发射十二发，每门配一百二十发弹药），另有六门法制的6磅弹Hotchkiss速炮（最大射程6000米，每分钟可发射二十发，每门配三百发弹药），十一门3磅弹Hotchkiss速炮（最大射程2200米，每分钟可发射三十二发，每门配八百发弹药），以及四门德国制的35厘米口径Schwartzkopff鱼雷管（共配二十发鱼雷）。[70]简言之，日舰速炮的发射速度约是北洋舰队旧后膛炮的至少五倍，以至于日本舰队每分钟所能射击炮弹的总数可达清军的六倍，加上清军的弹药制作相对粗糙，遂无法与炮多且快的日军相抗衡。[71]
图表14.11：日本明治维新以前所铸造的大炮
图表14.12：美军黑船上所配置的派克森思炮
甲午战争中的清军虽亦自西方强权采购了不少武器，却因维护或操作不当而未能发挥其应有的功效，如日军于1895年的威海卫之役曾以五艘鱼雷艇发射十一枚Schwartzkopff鱼雷，共击沉三艘清军战船，然在前一年的黄海之役，清军所发射的同型鱼雷却未能缔造任何战绩。[72]北洋水师的覆没宣告历时三十多年的自强运动彻底失败，而欧美日这些军事强权，则仍不断以其日新月异的武器为后盾，试图介入中国的近代史，并透过1901年因八国联军侵华所签订的《辛丑条约》，让中国成为列强的半殖民地，从而加速了清王朝的灭亡。
图表14.13：甲午战争时日本海军的主要炮种[73]