二战期间美国如何建造5000艘舰船:建造技术解析
二战期间美国如何建造5000艘舰船
Brian Potter 2025年5月7日
二战期间,美国最令人印象深刻的制造业成就之一就是其生产的舰船数量。战前,美国的造船业一直处于停滞状态。在第一次世界大战期间和之后,造船厂曾经很繁忙,但战时舰船的大量涌入极大地减少了对新船的需求,而且从1922年到1928年,美国的造船厂没有生产出一艘远洋船体。大萧条的开始只会使情况变得更糟,到1935年,美国商业造船商的年产量已降至100多年来的最低水平。
但在战时压力下,美国极大地扩大了其造船规模。从1933年到1939年,美国仅建造了140万总吨的商用货船,但在1939年到1945年之间,美国建造了近4000万总吨(以及数百万吨的海军舰艇)。1在战争期间,美国建造了3600多艘货船,700多艘油轮和1300多艘海军舰艇,包括8艘战列舰,128艘航空母舰和352艘驱逐舰。
如此巨大的造船产量是通过政府管理和私营企业的结合实现的。政府资助了舰船和造船厂的建设,决定了许多建造策略,并密切监视进度,并在造船厂似乎落后时进行干预。但是,实际上是私营公司(其中一些公司以前从未建造过舰船)建造了船厂和舰船,并孜孜不倦地提高了效率,缩短了建造时间,并生产了足够的舰船来赢得战争。
美国战时造船
二战期间,美国的造船工作分为两个并行的部分。一项工作是在海军的支持下建造军用舰艇——战列舰、驱逐舰、潜艇等。军用舰艇采用当时可用的一些最先进的舰船技术建造,包括radar、sonar、computers和oil-fired steam turbines,但是它们主要使用传统的舰船建造技术建造:在称为船台的长的倾斜表面上逐个铆接在一起,然后在完成后滑入水中。
另一项造船工作是在US Maritime Commission的支持下建造运输船——货船、油轮等。这些舰船在技术能力方面通常不那么先进,但是它们是使用新颖的建造技术建造的,包括焊接和预制,这使得它们能够以空前的速度生产。由于战争期间的大多数舰船(无论是按舰船数量还是按总吨位衡量)都是由 Maritime Commission 建造的,因此我将在此处重点介绍这些舰船。2
US Maritime Commission 成立于1936年,是 New Deal 的一个机构,旨在帮助振兴美国的造船业。3 其目标是“创建一个充足且平衡的商船队……在国家紧急情况下可以快速便捷地转换为运输和补给船只。” 在成立后的第二年,该委员会资助建造了美国有史以来最大的远洋班轮 SS America,并与几家造船商签订合同,建造了一系列委员会设计的“standard” cargo ships。该货船建造计划被称为“long range program”,旨在10年内建造500艘舰船。
USS Whiteside,一艘由 Maritime Commission 设计的 C2 standard cargo ship,通过 Wikipedia。
在造船专家 Admiral Emory Land4 及其助手 Vice Admiral Howard Vickery 的领导下,该委员会不想仅仅通过补贴来支持苦苦挣扎的美国造船业。5 其目标是通过促进竞争和鼓励采用大规模生产造船技术来提高效率。对于在 long range program 下建造的第一批货船,该委员会通过从一家小型、几乎倒闭的造船厂获得低价投标,然后怂恿其他造船商接受类似的条款来降低成本。该委员会创建的 standard cargo ship 设计广泛使用了焊接,这是一种当时新颖的舰船建造方法,极大地减少了建造舰船所需的钢材量。
当 Maritime Commission 开始其 long range program 时,欧洲正在酝酿战争。1938年,德国吞并了捷克斯洛伐克的 Sudetenland,并于1939年入侵波兰。作为回应,法国和英国对德国宣战时,德国潜艇开始瞄准盟军的航运。
随着欧洲局势变得越来越严峻,英国的舰船损失不断增加,Maritime Commission 的建造计划也在扩大。除了 long range program 每年建造的50艘舰船之外,该委员会还在1940年末同意为英国建造60艘舰船。在英国舰船之后,紧接着是1941年1月为美国建造的200多艘舰船的“emergency program”。4月份又向 emergency program 增加了300艘舰船,10月份又增加了更多。到12月,该委员会计划在1942年建造500万载重吨的舰船,在1943年建造700万载重吨的舰船。
在日本袭击 Pearl Harbor 并且美国正式参战后,造船目标被提得更高。1942年和1943年的1200万载重吨的目标提高到1400万,然后提高到1900万,然后提高到2500万以上。
造船厂和 Six Companies
建造如此多的舰船需要大量造船厂的努力,但是大多数现有造船厂都已完全预订了建造海军舰艇的订单。因此,Maritime Commission 不得不建造新的造船厂。
新的造船厂建设始于1940年,此前该委员会同意为英国建造60艘舰船。由于现有造船厂几乎完全饱和,Admiral Land 及其同事寻找了其他可能能够建造舰船的组织。他们被指向了由 West Coast 建筑公司组成的财团,称为 Six Companies,其领导层包括实业家 Stephen Bechtel 和 Henry Kaiser。
Six Companies 通过快速完成美国一些最大和最令人印象深刻的建设项目而取得了成功。1936年,它提前26个月完成了 Hoover Dam 的建设,Hoover Dam 是当时世界上最高的水坝。紧随其后的是在1938年完成 Bonneville Dam(提前一年完成),并在1942年完成 Grand Coulee Dam 溢洪道(提前18个月完成)。Six Companies 的成员还为 Golden Gate Bridge 建造了引桥,并为 Bay Bridge 建造了桥墩。
这些和其他成功的基础是这样一种策略:弄清楚如何尽快移动尽可能多的材料,通常是通过采用或发明新颖的技术和建造方法,并获得提前完工奖金。Henry Kaiser 是重型土方设备的早期采用者(他获得了使用 RG LeTourneau 的发明的专有权,RG LeTourneau 是一位企业家,后来提供了二战期间盟军使用的75%的土方设备),而 Bechtel 可能是第一家使用履带式建筑设备(如推土机)的公司。在 Hoover Dam 项目中,Kaiser 的一名工程师设计了一条铁路和特殊的砾石采矿设备,将砾石移动8英里到达水坝施工现场,该公司使用了卡车式“钻孔巨型钻机”来同时钻许多孔,这比手工钻孔快得多。Kaiser 和 Bechtel 都是弧焊的早期采用者,并用它代替铆接来快速完成大型管道项目。
Kaiser 和 Bechtel 还通过促进其运营中的竞争来实现速度。在 Grand Coulee Dam 上,Kaiser 的副手将工作分成两部分,两个团队竞争,看谁能先完成溢洪道的一半。在 Bay Bridge 上,由 Kaiser 和 Bechtel 领导的团队竞争,看谁能驱动更深的桥墩。这种通过新颖的生产方法和竞争精神快速移动大量材料的掌握,后来在战时造船工作中变得至关重要。
Kaiser 和 Bechtel 一直在寻找新的机会,并且从经验中得知政府工作可能非常有利可图,特别是如果项目可以提前完成。随着 Maritime Commission 扩大其建造计划,并且战争的阴云笼罩着欧洲,造船似乎提供了一个绝佳的机会。Kaiser 和 Bechtel 知道,该委员会不太可能将任何工作授予一家完全没有经验的公司,因此他们决定与一家现有的造船商 Todd Shipyards 合作,成立位于 Seattle 的 Seattle-Tacoma Shipbuilding Corporation(“Sea-Tac”)。1939年,Sea-Tac 赢得了一份 Maritime Commission 合同,建造五艘舰船,作为评估其能力的试订单。Six Companies 随后在 Seattle 建造了一个新的造船厂来完成订单,然后密切观察 Todd 管理的运营,以尽可能多地了解造船知识。
1940年,部分由于 Bechtel 的恳求,最初的 Maritime Commission 订单之后是一个更大的订单:鉴于现有造船厂缺乏空间,Todd 和 Six Companies 将建造该委员会同意为英国建造的60艘舰船。30艘舰船将在缅因州 Portland 的一个新的 Todd 拥有的船厂建造,30艘将在加利福尼亚州 Richmond 的一个尚未建造的造船厂建造。Henry Kaiser 于1940年12月下旬开始建造 Richmond 造船厂(根据一些报道,在签署合同仅10个小时后就开始了工作),78天后,它铺设了第一艘龙骨。
除了缅因州和 Richmond 的地点之外,Maritime Commission 还资助建造了其他七个新的造船厂,遍布 East Coast、West Coast 和 Gulf Coast。其中五个( Los Angeles、Richmond、Houston、Oregon 和 Maine)将由 Todd-Six Companies 造船集团的成员运营。
随着造船计划在整个战争期间的扩大,emergency yards 得到了扩大和扩展。Henry Kaiser(于1942年与 Todd 分道扬镳)最终将运营七个造船厂(三个在 Oregon,四个在 Richmond),Bechtel 及其合伙人将运营两个(洛杉矶的 Calship 和旧金山附近的 Marinship。)Kaiser 运营的造船厂最终将生产近 1,500 艘舰船,占战争期间 Maritime Commission 建造的所有吨位的27%。
Liberty Ship
当英国人在1940年夏天访问美国以获得造船合同时,主要标准是尽快建造舰船。当时,英国每月损失数十艘舰船给德国潜艇,没有商船队,就无法对德国进行有效的抵抗。Winston Churchill 后来表示,“战争期间真正让我感到害怕的唯一一件事是 U-boat 的威胁。”
很快就变得清楚,建造快速的现代舰船是不可能的。快速的舰船需要蒸汽涡轮发动机,但是涡轮机供不应求,并且完全分配给了海军舰艇。英国舰船将不采用新的现代设计,而是基于英国 tramp steamer 的设计,可能是 Empire Wind,它使用了过时但易于获得的 triple expansion reciprocating steam engine。海军建筑公司 Gibbs and Cox 对该设计进行了修改,以适应美国造船厂6(其中包括将铆接更改为焊接),从而创建了所谓的 Ocean-class ships。第一艘 Ocean-class ship,Ocean Vanguard,于1941年4月在 Kaiser 的 Richmond 造船厂开始建造,并于当年10月下水。
随着 Maritime Commission 扩大其造船计划,它面临着与英国类似的限制。该委员会曾希望建造更多的 standard C1、C2 和 C3 cargo ships,但是这些舰船使用了不可用的涡轮发动机。Land 不愿建造大量缓慢过时的舰船,但别无选择,最终该委员会决定以 Ocean-class 为基础来制定其 emergency program,并进行了一些修改(例如重新布置甲板室的位置并更改锅炉类型)。由此产生的舰船被指定为 EC2(其 C2 class ship 的“emergency”版本),但很快被称为 Liberty Ship。第一艘 Liberty Ship,the SS Patrick Henry,于1941年12月30日在 Baltimore 的 Bethlehem Fairfield Shipyard 完成,几周后,日本袭击了 Pearl Harbor。
一艘 Liberty Ship,SS John W. Brown,通过 Wikipedia。
Liberty Ship 是战争期间建造的最著名(也是产量最高的)货船,但它不是唯一的货船。一旦涡轮发动机可用,Liberty Ship 就被类似但速度更快的涡轮动力 Victory Ship 取代,其中建造了414艘。为了运输大量的燃料和石油,Maritime Commission 还建造了数百艘 T2 and T3 tankers。除了货船之外,Maritime Commission 还为海军建造了数百艘舰艇,包括护卫舰、LSTs 和 escort aircraft carriers。
快速建造舰船
当美国参加第二次世界大战时,大多数舰船的建造方法与19世纪后期建造的第一艘铁船所使用的方法没有太大区别。舰船在泊位上逐个铆接在一起,直到它们足够完整以漂浮,之后将安装其余设备(包括发动机和锅炉)。整个过程花费了几个月。SS Dorrington Court 是一艘在设计上与 Liberty Ship 相似的舰船,但在英国使用传统方法建造,花费了8个月的时间才完成。
之所以使用这些造船方法,部分原因是造船商有些保守,部分原因是少量建造舰船(每艘都是独一无二的)无法证明创建大规模生产风格的流程所需的大量前期成本是合理的。但是,由于现在要建造数百艘相同的舰船,并且 Maritime Commission 鼓励建造商采用新颖、更有效的方法来减少建造时间,因此新的造船方法应运而生。
用于建造 Liberty 和其他 Maritime Commission 舰船的过程最终类似于装配线。大量的钢板和型材将运到造船厂,在那里它们将被存储直到需要时。从存储中,钢材将被移动到制造车间,在那里将钢板切割、弯曲并成型为合适的形状。其中一些工作是手工完成的,但大部分工作是由机床完成的,例如压力机、钻床和大型可编程火焰切割机。制造车间的不同区域配备了工具和设备,以生产不同类型的组件——一个海湾中的甲板板,另一个海湾中的龙骨板,第三个海湾中的舱口和支架——并且制造车间每天将生产超过1000吨的钢铁组件。
除了在船厂本身制造的组件之外,船厂还将存储和管理生产舰船所需的成千上万的其他组件——发动机、管道、阀门、螺钉、螺栓、电线——这些组件由全国各地的制造商生产。7
从制造车间,组件将移动到装配车间,在那里它们将被焊接成大型预制的“blocks”,这些 blocks 的重量可能达到50吨或更多。然后,这些 blocks 将被移动到船台,并连接在一起以形成舰船的结构。一旦结构完成,舰船将被滑入水中,另一艘舰船将开始在船台上建造。下水的舰船将花费几周的时间进行“舾装”,其中包括完成内部木工、安装电线、绝缘管道、安装货物吊杆等。
在 Oregonship 将大型预制 block 吊到适当位置。
与以前的逐件建造舰船的方法相比,此过程具有多个优点。由于如此多的工作是在船台外对预制 block 进行的,因此实际上允许更多的工人同时在舰船上工作。大量使用预装配的船厂可以让2400多名工人同时建造舰船,而仅有限使用预装配的船厂则仅限于700名工人。预装配还将以前在舰船狭窄内部完成的工作转移到专门的装配区域,这使得执行起来容易得多。例如,与垂直或高空焊接相比,顺手焊接(工件在焊工下方)更容易进行,而预装配允许更多的顺手焊接。在预装配车间工作的焊工(主要进行顺手焊接)平均每天的焊接量是在船台上工作的焊工的两倍。预装配还允许更广泛地使用夹具、固定装置和其他省力设备,并且通常可以更轻松地安排和安排工作,以便以最有效的方式完成工作。
在 Henry Kaiser 的 Oregon 造船厂将预制舱壁吊到 T-2 油轮上的适当位置。
焊接是使这种造船方法成为可能的关键技术:每艘 Liberty Ship 需要近50英里的焊接。焊接可以比铆接快得多,在某些情况下,可以通过机器自动完成焊接,速度甚至更快。并且可以快速培训焊工:可以在一周多的时间内培训一个完全的新手,使其成为能够完成最简单任务的高产焊工。由于铆接需要钢板重叠,而焊接则不需要,因此焊接还可以节省钢材,这在钢材极度短缺的时候非常重要。
在战争开始时,焊接在造船中并不是完全新颖的—— Maritime Commission 在战争前设计的 standard cargo ships 使用焊接结构,并且在1930年代,德国的“pocket”战列舰也使用了焊接,以减少重量,从而在《凡尔赛条约》规定的重量限制内获得更大的火力。但是,焊接从未在舰船建造中如此广泛地使用过。尽管现有的造船商通常不愿采用焊接,但 Kaiser 和 Bechtel 从建造石油管道中积累了丰富的焊接结构经验。
(造船商对广泛采用一种仍然新颖的舰船制造技术感到担忧并非没有道理。在战争期间,焊接的舰船经常遭受灾难性的破坏,舰船会完全断裂成两半。对焊接和检查过程进行了更改,以试图避免这些故障,最终确定这些故障是由劣质钢材以及焊接使钢材裂纹在接头上传播的事实引起的)。
尽管几乎每个 Maritime Commission 造船厂都采用了预制,但 Richmond 的 Kaiser 造船厂将其推到了特别远的程度。在那里,Kaiser 能够建造一个巨大的预制工厂,为两个相邻的造船厂提供服务,并使用它来制造真正巨大的 blocks,包括整个甲板室。Arthur Herman 在《Freedom’s Forge》中描述了甲板室的制造:
钢板和结构型材直接从各个供应商运到仓库,然后通过平板车或拖车运到预制中心。在那里,每个海湾设置了三个传送带,一次处理三个甲板室。传送带根本不是传送带,而是一个三英尺高的混凝土平台,平台上以两英尺的间隔安装了台车轮——在轮子上安装了巨大的夹具,夹具承载着甲板室,并由另一端的双鼓10马力绞车拉动。 首先铺设甲板,甲板由三十六块钢板制成,并经过双重喷枪处理和匹配标记以进行安装。然后将钢板设置在传送带上的“倒置”夹具上,在那里它们由两台焊接机和一组 Lincoln 300安培焊机焊接在一起。 然后是梁、加强筋和其他形状,它们焊接在适当的位置,每个都事先切割并弯曲成形,并存储在“角果园”中。然后桥式起重机吊起每个甲板室,将其翻转过来并放到一系列夹具上,以便可以将事先切割、成形和加工并存储在架子中的舱壁、游艇甲板、桥甲板、房屋顶部以及管道、管道、供暖和电气线路按工位安装在传送带上。 当甲板室到达传送带末端时,它在每个细节上都是完整的,包括临时的加强筋和索具,用于将每个甲板室吊到船台上的适当位置。
第二次世界大战并不是预制在舰船建造中得到广泛应用的第一次:在1930年代,美国造船厂已经逐渐采用更多的预装配。而使用预制进行紧急造船计划可以追溯到第一次世界大战:为了在战争期间快速建造舰船,美国政府资助建造了当时世界上最大的造船厂,该造船厂位于 费城附近的 Hog Island。与 Kaiser 甚至 Maritime Commission 相比,Hog Island 在更大程度上利用了预制。Maritime Commission 造船厂在现场使用原始钢板制造组件,因此(像传统的造船厂一样)是将原材料逐渐转化为成品舰船的运营。但是,Hog Island 只不过是全国各地工厂建造的大型预制部件的组装点。
战后,Hog Island 造船厂被拆除(今天,该地区是费城国际机场的一部分),但这极大地影响了 Maritime Commission 的舰船建造策略。Admiral Land 设想战时舰船建造的运营方式“类似于 Hog Island 的生产计划”,大量使用预制。但是,Hog Island 也是一个警示故事。在一个高度工业化的地区拥有一个单一的组装点,导致了将预制部件运送到船厂时的拥堵问题。Hog Island 舰船不仅非常昂贵(平均是类似英国舰船的三倍),而且到达速度也很慢。在 Hog Island 建造的110艘预制舰船平均花费了225天以上的时间才完成,并且第一批舰船直到战争结束后才完成。Maritime Commission 做出的许多决定(例如选择将舰船建造分散在多个海岸)都是为了避免 Hog Island 的问题。
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