19.1 船舶的性能和类型
1797年出版的《不列颠百科全书》（Encyclopaedia Britannica）第三版中，关于航海技术这一条目的作者注意到了这样的事实，即船舶领域在18世纪没有出现突破性进展。作者写道：“一门如此重要、如此困难而且与机械特性不变法则如此密切相关的技术，竟然被其拥有者如此把持而无所改进，只能随之而逝去，何其令人遗憾。”船员由于没有教育方面的优势，也就“不会思考”。但是，船舶是一种机器，应该能够得到改进，特别是在18世纪下半叶，历史学家已能勾勒出当时在哲学家与机械师中引起轰动的思想——虽然这种思想并未引起公众的普遍关注，预示了即将在下个世纪彻底改变船舶领域的一些明显变化。如果我们考虑到18世纪中叶的某些一般船舶的性能，就不难理解当时人们对水路运输方法的改进总体上表现得比较冷淡的原因。由于战争因素，海上贸易发展很快，与此同时，一些非常著名的航海发现是由一些本来并不显眼的小船完成的。在航海能手的驾驭下，木帆船也能证明自己是一种令人满意的工具，因而对其进行改进的需要尚不迫切。人们也并没有特别刻意将新的数学理论引入像惠特比运煤船的设计中，英国海军部曾连续购买过这种船只，经过仔细装备，用于由库克（James Cook，1728—1779）船长领导的三次环球航行（1768—1780年）。这些运煤船被称为“坎特式三桅船”（catbuilt barks）。bark原是由莎士比亚（Shakespeare）和哈克卢特（Hakluyt）使用过的一种称呼小型三桅船的普通术语，cat一词源于斯堪的纳维亚语，指的是一类船体形式。这种船多见于北欧的海洋国家，船上有一个陡峭的船首和笔直的首柱，不太大的船一般是有鸟嘴形船头和船头雕饰的。宽阔浑圆的艉部横梁上方有一狭窄扁平的部分，上开尾窗，借此可看到后舱或船长舱的外部。这种艉被称为“尖”艉。就其大小而言，坎特式船有宽阔的空间，不仅能装煤，而且能装载货物穿越北海和大西洋。这类船是最负盛名的一种运煤船，有平的船底，可在浅水处把货物卸到停在海滩上的马车上。由于船尾部狭窄的上方能够使用转帆索急速转动主帆桁，船就可以逆风行驶。船头的绞盘能强有力地将船锚起出。
库克认为采用这种船去探索未知海岸是最理想不过的了，这是有缘由的。“奋进号”（Endeavour）在澳大利亚大堡礁撞出了一个洞后，还可以被拉到海岸上修理，但对较大一些的船就不能这么做了。“奋进号”（图版40A）底层甲板有97英尺长，29英尺宽，载重量368吨。库克就是在这艘船上重新发现了新西兰，围绕北岛和南岛航行，发现并探索了大堡礁。一条类似于“奋进号”的“坚定号”（Resolution）被派往南半球的高纬度地区，117天中航行了3660里格，没有看到一块陆地。但是，“坚定号”可能还是不要出航的好，因为它在库克第二次远航前从德特福德出发沿着泰晤士河航行，却显得头重脚轻，摇摇晃晃。这艘船的首席副官写道：“我认为它是到目前为止我所看到和听到过的最不安全的船。”为了给约瑟夫·班克斯爵士（Sir Joseph Banks，1743—1820）以及他的艺术家和植物学家随从提供住宿，英国海军部官员专门在“坚定号”的船尾部增加了一个尾楼，但是班克斯放弃了这次探险。库克后来写道，“在我们得到此船之前，它是一艘很不灵活的船”。他建议去掉船上部多余的船具及用物，“坚定号”随后证明了自己是有史以来最好的海船之一。
作为当时小型欧洲商船的典型，库克的船的经历表明，这种船如果经过很好的打造和熟练操作，在公海航行遇到坏天气时，一般说来是不会被海浪打翻的，至于海难则是另一回事。例如，船只在浅水滩上卸货时，一阵强风会突然袭来，而当潮汐涌来时，船只也有可能失事。航海中的失误经常会出现。事实上，由于海图（第20章）不全，即使最有经验的船长，失误也不可避免。尽管如此，纳尔逊（Nelson）曾兴奋地写道，当他指挥他特别喜爱的拥有64门炮的“亚加米农号”（Agamemnon）时，“对我来说，不管到世界上的任何角落都无关紧要，只要有好的船，好的船员，我们就可以去，不会有任何危险”。库克同样感到在“奋进号”上很安全。他写道：“它最好的航行状态是处于船正横后一或两个罗经点的上风位置，这时它能跑7—8节，并操一偏向上风的舵。”他还写道：“在主帆或后纵帆平衡的情况下，大海不可能让它止步。”他很少有机会驾驶“奋进号”与其他船一起出航，但他充分注意到该船航行时比别的大部分船只更易偏离航线一到一个半罗经点。
当时最大的商船是那些从事东方贸易的船只，由英国、法国和荷兰东印度公司经营（图版42B）。18世纪末，英国公司采用了3种大小不同的船只，最大的一种按通常的说法是1200吨，实际可达1500吨。这些船配备有30—36门炮，虽然航速不快，但制造工艺精良，有良好的操纵性，航行非常安全。它们通常在海上来回航行3次，花6年时间，然后全面修理一次，或许还会被公司投入航行。尽管这些用来与印度做生意的大商船笨重的艏部十分陡峭，但据记载，一种护卫3艘大商船的快速战舰，很难不丢失往往航行到其前方视野之外的舰队，因为这类护航舰的桅上有时不张帆，商船则张满包括翼帆在内的风帆在海上航行。不过，这些用于印度贸易的商船外表看来与小型战舰几乎没有区别。小型战舰在建造时主要是考虑速度、重型武器装备以及操纵的方便性，而不会考虑载货空间及不必要的大载货量。大型军舰则比任何商船都要大得多。
根据大小和武器装备，皇家海军的军舰从营运级别上可分为六级，前三级被认为是适合处于战列中。英国建造的军舰通常比同炮筒口径的法国、西班牙或荷兰的军舰要小，这也是英国海军军官经常抱怨的一个原因，因为较大的军舰既有较大的空间和较快的速度，还能在波涛汹涌的海面上更好地作战。英国军舰安装的炮位还要求比军舰设计师设定的位置更近水面，这是一个常识性错误——用小者去容纳大者，做不可能办到的事。1782年，英国有105艘战列军舰，法国89艘，西班牙53艘，荷兰32艘。为维持这一领先地位而产生的财政上的麻烦，是英国军舰造得过小以便节约成本的原因，而许多法国、西班牙和荷兰的军舰已经赶上了皇家海军的水平。
当时的战列舰中唯一的幸存者——英国皇家海军“胜利号”（Victory），仍现役作为朴次茅斯舰队司令的旗舰。“胜利号”作为一艘成功的战舰值得我们思考，它是如此受欢迎，在漫长而又活跃的战斗生涯中总是被选做旗舰。它于1759年在查塔姆开始建造，1765年下水，炮甲板长186英尺，船宽52英尺，装备有100门炮，较重的炮能发射32磅的炮弹，艏楼上装有2门能发射68磅炮弹的重型短炮。在1778—1812年间，它担任过14位海军司令的旗舰，参加过8次主要战斗，包括1797年的圣文森特角之战和1805年的特拉法尔加角之战。“胜利号”的使用寿命很长，并非因为木材是精心选用的，而是因为在特拉法尔加角之战前，它于1787—1788年和1800—1803年经历了两次耗资巨大的大修。1814—1816年，它再次经过修理，并根据特拉法尔加角战役获得的经验更新了装备。1922年，这艘船被放在了干船坞中，并复原成当年参加特拉法尔加角战役时的原样。登舰参观的游客可以想象得出当年舰上狭窄的生活空间，建造一艘木船需要的大量木材，或许还有驾驶这样一艘航行中的帆船和人力操纵帆桁、船锚及救生小艇时所需的技巧和工作强度。参加过特拉法尔加角战斗的军官里弗斯（Lieutenant Rivers）把“胜利号”与同尺寸的“无畏号”（Dreadnought）进行了对比，1801年在朴次茅斯下水的后者是一艘笨重迟钝的帆船。里弗斯还提供证据指出，“胜利号”的航行姿态非常漂亮，能经受各种恶劣天气的考验，还能像渔船那样操纵自如。这位军官请大家注意这样一个众所周知的事实，两条船即使建造的吃水深度一样，但表现却大不一样。(https://www.daowen.com)
在已经出版的关于造船的各个领域的书籍中，我们可以发现当时人们为提高造船理论和实践所付出的努力。由法国人撰写的被广泛研究、翻译、改编和翻印的著作有布格（P.Bouguer）的《船舶概论》（Traite du navire，de sa construction，et de ses mouvements，1746年）以及迪蒙索（H.L.Duhamel du Monceau）的《关于军舰建造的实践之船舶构造学部分》（Élémens de l'architecture navale ou traité pratique de la construction des vaisseaux，1752年）。瑞士数学家欧拉（Leonhard Euler，1707—1783）论述了关于船体的形状和为何要逆风行驶等问题，他的著作最初是用拉丁文撰写，在圣彼得堡出版后翻译成其他文字，他也被认为是船舶设计领域最大的权威，赞成用肥胖的船首、匀称的船尾或鳕头鲭尾的船身。然而，数学家的科学推理似乎产生的是无法付诸实践的理论。一条具有陡峭船首满载货物的船，航行时其前端会产生很大的水面隆起，不仅在暴风雨条件下，就是在风平浪静的好天气时也很难掌舵和驶帆。在恶劣天气下顺风航行时，即使由一流的舵手驾驶，这种船在首摇时也易于引起首甩，而其瘦的尾部线型又易于在随浪时受到海浪的冲击。另一方面，一艘有着楔形船首的船在汹涛骇浪中迎风或抢风行驶时，也不能有效地驾驶，因为船会作十分危险的升沉运动，海水也会冲上船身并溢上主甲板。
船舶制造者一般不太重视理论，而是根据自己的经验力求寻找代表着折中了各种相对因素的成功设计。在18世纪和19世纪为皇家海军设计军舰的很多草图，大部分被保存了下来可供研究（图版41A）。建造商船时常采用丰满的船体，以承载尽可能多的货物，而军舰的设计则有许多细微的变化，尽管只在很小的限度内，却代表了对改进设计的各种建议的试验结果。一种成功的设计会得到很好的应用，经常会作为后继船只的基础被利用数十年之久。当一艘船被俘获后拉到海军造船厂，其船体线型就会被记录下来，这样就能直接把那些法国、西班牙、荷兰、美国以及其他所有与英国海军交战过的舰队中的船只拿来与英国军舰进行对比。这种比较非常耐人寻味，表明英国海军部对船舶设计很感兴趣。但是，对被俘的法国船只如此仰慕，结果会产生另一种倾向，即把它们的缺点与优点一起照搬过来。东印度公司的监督斯诺德格拉斯（Gabriel Snodgrass）写道：“在我看来，对法国船只的赞扬实在过多了。我本人看不出除了它们巨大的体积之外，还有什么值得照搬的地方。”
战舰在建造时，其舷侧顶边一般向内缩进，以使得吃水线处的船宽比上甲板水平面处的船宽更大些，人们通常称之为“内倾型”（tumble-home）。这种形状能支撑住上甲板内舱炮的重量，船体因此会变得较为结实。但另一方面，当船发生横倾时，这种内倾会使浮力减小。直的舷侧也可使甲板上有更大的空间。斯诺德格拉斯不赞成这种内倾型设计，东印度公司的商船以及其他商船也都不采用这种形式。法国军舰上的内倾就较为过分。“这肯定是非常离奇的举动”，斯诺德格拉斯说道，“现在正在为政府建造（1796年）的几个整列的战列舰和大型护卫舰，其设计图纸是从这些滑稽可笑的船只那里照搬过来的。”他从不采用这种“滑稽而过时的内倾型”，这种设计也浪费弯曲形或“半圆形”木材。英国政府在此期间非常关心木材资源的状况，并进行了一次查明许多有趣的事实真相的调查，这些情况在其他航海国家可能也普遍存在。皇家造船厂储备的大量木材导致了浪费，因为许多木材在使用前已经腐烂，但如果对林地从根本上进行系统补种的话，木材不一定会出现短缺。
从为东印度公司建造和检查船只的经验中，斯诺德格拉斯提出了一些具有实用意义的建议，它们虽未被立即采纳，但后来一般总是会被采纳的。他认为船只应该造得更坚固些：“我不相信建造精良的战舰会沉没，或在最糟的天气里不能在海上航行。”他的建议包括采用更厚的船底板，对于战列舰要有4—6英寸厚；直的舷侧，可以为桅支索腾出更大的伸展空间，以使桅杆固定得更加牢固；结实齐平的上甲板，可以加强船体，并避免船腰部位甲板间存在大量积水；后移前桅，以减轻船首负荷；拆去船尾瞭望台，以减轻尾部负荷，还应该用坚固的舷窗内盖取代强度较弱的尾窗以加强尾部。他建议使用铁肋材、标准件和避免“误操作”的对角线转帆索，这也是重大进步。铁材的使用不仅节省了木材，而且增大了强度。自1771年起，斯诺德格拉斯向海军部及其他政府机构提出了很多建议，并从各个国家所造的船只中积累经验。
从18世纪末开始出现的改进船舶性能的迫切要求，似乎对于欧洲所有拥有航运能力的国家都是共同的。法国在把造船理论与实践相结合方面走在了前列。例如，法国书本上有很大篇幅涉及对古希腊三层桨战船的各种可能的划行方法的描述，并根据库克和安森（Anson）的描述对南海诸岛的独木舟进行了全面图解。但是，正如现代使用试验水池所表明的那样，要把理论应用于船舶设计是非常困难的，改进一般来自谨慎的反复试验。1791年，伦敦一个私人组织在格陵兰船厂进行了一系列试验，虽然由于遇到了很多困难，由他们组成的致力于改善船舶建造水平的团体失败了，但这个团体办的学报却被私下印刷并发行出去。与此同时，尚克（John Schank，1740—1823）船长在试验滑动龙骨或中心板。各种具有独特船型和帆装的船只也被建造出来，虽然获得了一定的成功，但并未一直受人欢迎。例如塞缪尔·边沁爵士（Sir Samuel Bentham，1757—1831）设计的“箭号”（Arrow）和“标枪号”（Dart）单桅帆船，有着尖锐的艏艉端，首、尾柱倾斜，舷侧呈外飘状，所以甲板的船宽比吃水线位置要宽，这使船体更为结实，配备有安装在无后坐力架上的大口径短炮。这两艘船获得了相当的成功，并有更多这种船被建造出来。1800年，东印度公司的官员高尔（Richard Gower，1767—1833）在伊钦诺建造并下水了一艘四桅船，也采用了舷侧外飘和由他自己设计的帆装，这艘“中天号”（Transit）的风帆都很平，在逆风中行驶得特别快。很多人也饶有兴趣地接着进行这样的尝试，还被鼓励进行进一步的试验。
