《海底两万里》中“鹦鹉螺”号的原型：与众不同的雪茄形怪船
《海底两万里》中“鹦鹉螺”号的原型：与众不同的雪茄形怪船
儒勒·凡尔纳的小说《海底两万里》一书中虚构的潜水艇早已成为现实，但这并不会撼动该书科幻经典的地位
著名的科幻作家儒勒·凡尔纳在他的经典小说《海底两万里》中，描写了神秘的潜水艇“鹦鹉螺”号传奇的海底历程，书中引人入胜的海底奇观和种种冒险情节吸引了众多读者。凡尔纳笔下的“鹦鹉螺”号潜水艇拥有雪茄似的外形，长70米，宽8米；艇艏装备有用来撞击敌舰的冲角，艇身采用了双层壳体结构，由安装在艇艉的大型螺旋桨推动，最高航速可达50节！这是一艘理想化的潜艇，依靠艇内的电动机提供动力，而电力则是通过开采海底煤矿，利用煤的燃烧从海水中提取钠做成的钠汞电池供电。
根据儒勒·凡尔纳在他的科幻小说《海底两万里》中的描述、制作的“鹦鹉螺”号潜水艇的轴测剖视图
其实就在该书出版的时代，已经有几艘非常成功的潜水艇建成下水并进行了试航，而总是做足功课的凡尔纳当然也知道了这些大胆的发明创造。显然，他书中的“鹦鹉螺”号在很大程度上是结合了那个时代多种潜水艇特征的混合体——那么，尼摩船长那艘神话般的潜水艇的主要灵感到底来自哪艘潜水艇呢？其实的确有一艘非常可能的原型，不过有点讽刺意味的是，它竟然根本就不是一艘潜水艇。
木刻版画：罗斯·温南斯的雪茄船在海上航行。注意其舯部的大型推进器。这幅画错把船上的烟囱画成了4根，其实只有2根
该船是罗斯·温南斯（Ross Winans，1796-1877）与他的长子设计的第一艘雪茄船，温南斯与他的两个儿子先后一共设计过四艘这种与众不同的船。1861年他们设计的第二艘雪茄艇在俄国圣彼得堡建成下水；1865年第三艘雪茄艇在法国勒阿弗尔建成下水；而第四艘也是最大的一艘雪茄艇，于1866年在英国伦敦下水。这艘雪茄艇其实是一艘豪华游艇，艇身艏艉都装有巨大的9叶螺旋桨以提供动力，游艇上的装修和家具等生活设施也都非常奢华考究；同时，游艇上还集中应用了许多当时的新兴技术，包括很多温南斯家族拥有专利的新技术。
《海底两万里》书中的插图：“鹦鹉螺”号潜水艇打开探照灯在深海潜航的情景
尤其是第四艘雪茄船“罗斯·温南斯”号游艇，其艏艉两端安装的大型螺旋桨，被当时的报刊描述为“半浸没在水中的巨大的风扇，旋转时像甩棍一样抽打在海面上。”这恰恰让人联想起凡尔纳曾在小说中多次提到“鹦鹉螺”号上装备的超大螺旋桨，以及它在水面航行时螺旋桨的桨叶旋转着划破海面卷起巨大浪花的情景。“鹦鹉螺”号的这一特征显然是受到了“罗斯·温南斯”号的影响，否则无法解释这一特别现象。正如《怪船》（1936年版）一书的作者评论的那样，温南斯的船“让人一下子想起了儒勒·凡尔纳的‘鹦鹉螺’号……”，甚至《美国海军图片史》（1956年版）的作者也将温南斯的船与“鹦鹉螺”号进行了比较。显然，这不是没有原因的。
《神秘岛》书中的插图，泊于山洞深处的“鹦鹉螺”号潜水艇
当温南斯的雪茄船在欧洲试航时，凡尔纳恰好正在构思《海底两万里》一书；当时欧洲各国的报刊对雪茄船的试航进行了广泛报道，因此这些新闻很难不引起凡尔纳的关注。事实上，凡尔纳在小说中所描写的“鹦鹉螺”号的“外形非常像雪茄，这种外形已经在伦敦的几艘同类船只上被采用了”。凡尔纳笔下的“鹦鹉螺”号与温南斯所设计的雪茄船在尺寸比例上几乎完全相同，同样是流线型的雪茄形船体，拥有一副超大尺寸的螺旋桨，这是凡尔纳明确强调过的一个特征。另一方面，“鹦鹉螺”号与现代潜水艇的相似之处并不多；但只要将温南斯雪茄船的照片与凡尔纳所著的《海底两万里》、《神秘岛》的插图里“鹦鹉螺”号的形象进行比较也就无须多言了……
建造中的“温南斯”号雪茄船，可见分别施工的前后两节圆锥形船体尚未合拢
罗斯·温南斯原本是巴尔的摩的铁路工程师，后来发展成为蒸汽机车和铁路机械设备制造商，是美国最早的百万富翁之一。他与长子托马斯·温南斯设计并出资建造的第一艘雪茄形蒸汽轮船于1858年在美国巴尔的摩费里湾下水。温南斯把这种怪船称为“滚轴船”，而当时的普通大众则叫它为雪茄船。这艘雪茄船被命名为“温南斯”号，该船的船体长180英尺（约55米），直径16英尺（约5米），排水量为350吨。
雪茄船的前后两节船体已经合拢，其雪茄形的船体一览无余，船体舯部的叶片其实是推进器护罩的支撑板
“温南斯”号由前后两节船体和环绕在船体舯部的一台非常独特的轴向推进器组成，这台推进器是个绕船体转动的大型铁轮，轮缘上沿周向等距安装着许多叶片，其外形看起来有点像是19世纪末期才出现的汽轮机叶盘。在这台推进器的叶片之外有一个大型的环形护罩包裹着整个推进器的所有叶片，护罩两侧的支撑板也起到连接前后两节船体并增加船体强度的作用。
建造中的雪茄船，注意环绕在船体舯部的推进器已经完工，不过船体顶部的甲板、护栏和烟囱等设备尚未安装
这种舯部推进器看上去很前卫，颇有点类似现代潜艇上的泵喷推进器的结构。但是，试航时发现这个硕大的环形护罩带来的是更大的阻力，抵销了流线型船体所具有的减阻效果。从保存至今的历史照片上可以看到，雪茄船推进器护罩的水下部分后来被拆去了，仅保留了水线之上的半圈推进器护罩，护罩的下端开口接近船体的吃水线。
木刻版画：从船艏向船艉看雪茄船，可以清楚地看到船体舯部推进器的叶片、护罩及其支撑板等细节结构
“温南斯”号的船体上没有龙骨，没有桅杆，也没有索具；船体上仅有的上层建筑是沿弧形船体设置的一条装有护栏的狭窄甲板，甲板上布置有一台强制通风机，推进器的护罩上方设置有瞭望塔，前后两节船体上各有根高高挺立的烟囱。船体艏艉尖端下各装有一副4×3英尺（1.2米×0.9米）的船舵，而舵手坐在船头的隔舱内，隔舱上开有朝向前方的小型观察窗。整个船体都采用熟铁板铆接建成，船体内部被分成若干水密隔舱，客舱内可以搭载20名乘客。
泊于岸边的“温南斯”号雪茄船，可见其舯部推进器护罩的水下部分已经被拆掉了
前后两节船体内各布置有两台铁路机车用的高压蒸汽机，并串联在同一根轴上输出动力，船内的煤舱可装200吨煤。当该船满载航行时，船体的中心线正好没入水线以下。当时的报纸盛赞它“将开创海军造船工程的新时代”。在1859年1月的试航中，这艘雪茄船的航速达到了12英里/小时（约19公里/小时）。后来，温南斯把该船的船体长度加长到了194英尺（约59米），最后更是加长到了235英尺（约72米），他试图通过进一步加大船只的长宽比来减阻增速。
“温南斯”号雪茄船侧视图，注意其舯部推进器护罩只有水线以上部分了，1860年
温南斯曾乐观地估计他的船将在四天内越过大西洋……大约是目前记录时间的一半。他解释说对于远洋航行的船舶来说，最有利的形状是纺锤形的流线型船体，没有任何多余的重量。海浪的冲击力量会沿流线型船体被消减，从而减少波浪对船体的摇晃增加船体的稳定性；尖锐的船体能以最小的阻力穿波越浪，可以在提高船只的航速同时减少燃料的消耗。温南斯希望他的雪茄船能彻底改变横跨大西洋的航行，成为海上最快和最稳定的船只。温南斯夸口说他的船将是很安全的，因为船体全部采用熟铁板建成可以避免发生火灾，并且“即使在发生碰撞或其他事故的情况下也不会有沉没的危险。”
然而，试航的结果却全然不是如此：“温南斯”号艏艉舵的舵效都很差，波浪中的船体横摇不已且侧倾角度过大；航行时船头上水严重、进一步加大了航行阻力；同时该船的拱形干舷高度很低，即使是小浪也很容易冲上甲板，以致甲板上没有一块地方能保持干燥；由于船上没有任何可以防止船体横摇的设施，这对于容易晕船的乘客来说完全是一场噩梦。三年之后的1861年，南北战争爆发，温南斯由于其鲜明的反联邦立场还曾被短暂逮捕过；而联邦军队由于担心他的雪茄船会落入南方军队手中用于军事目的，因此扣押了他的雪茄船。于是，温南斯家族将雪茄船的设计、建造移往欧洲。
木刻版画：“温南斯”号雪茄船在海上试航
此前，由于温南斯家族的铁路工程业务扩展到了俄国，温南斯的次子威廉·温南斯被派往俄国圣彼得堡的亚历山德罗夫斯基工厂参与铁路工程工作。克里米亚战争（1853-56年）期间，威廉还曾协助俄军装备炮艇以保卫圣彼得堡。1861年7月，威廉向俄国政府提交了一份题为“基于纺锤原理的作战载具”的提案。他向俄国海军总司令康斯坦丁·尼古拉耶维奇大公强调了雪茄船所具备的军事潜力，并表示愿意为俄国建造“一艘雪茄形铁甲炮艇，作为更稳定的火炮平台”。
威廉给了尼古拉耶维奇有关巴尔的摩雪茄形蒸汽船的照片和其他材料，以及一个小巧的铜制雪茄船模型。这给大公留下了深刻印象，他任命了两个委员会，一个负责评估该船的航行性能，另一个负责测试装甲的防护性能。俄国人在评估威廉的设计之后要求对其进行修改，“特别是削掉圆拱形艇体的顶部，在降低重心的同时可以为艇体预留出甲板空间”。此外，其父罗斯·温南斯建议放弃巴尔的摩雪茄船上那种舯部大型推进器
威廉根据这些意见，在圣彼得堡新建造了“一艘雪茄形铁甲炮艇”。俄国的这艘雪茄形原型炮艇只在艇艉下方安装了一副常规的3叶螺旋桨。该艇吃水很深且干舷低矮，艇体背部敷设有龟背形的装甲，所以当时使用的球形实心炮弹很容易从这种拱形装甲上弹开，而且威廉还在该艇上装备了升降式火炮（地阱炮）。该艇于1861年11月1日至2日在涅瓦河上进行了试航。随后，该艇于7日前往喀琅施塔得港，并于8日在芬兰湾进行了试航。
威廉在1861年12月写给当时的美国驻俄公使卡西乌斯·马塞勒斯·克莱的信中，描述了当年夏天为俄国建造的这艘长84.5英尺（约26米）、直径8英尺（2.4米）、装有一副螺旋桨的雪茄形炮艇。他也在信中描述了该艇的试航：“非常成功……除了艇身斜穿波浪时，转向有些困难”他认为：“主要是由于该艇的舵面太小”，尺寸上不到巴尔的摩雪茄汽船的一半。他说他已经要求改装新舵，并增加一条“滑动龙骨”，看看这是否会“有所改进”。
其实原型艇在芬兰湾的试航中出乎意料地表现不佳，说明该艇的可操作性远没有达到预期。但该艇在炮击测试中令人印象深刻，艇身的特殊形状成功地抵挡住了炮火的打击。不过，炮击测试对象是一个专门建造的雪茄形船靶而不是原型艇本身。俄国海军科学委员会批准了威廉的改进计划，但造船技术委员会却根据试航中观察到的结果并不赞成这个决定，但威廉坚持认为最终会取得成功。
由于种种原因导致的延误，使该艇的试航一直拖拖拉拉地进行到1865年。但是，这些试航显然并不太成功，俄国人认为该艇不但没有提供必要的航速，而且与其尺寸不一致的适航性也没有明显改善，雪茄形汽艇并不适合作为军用舰艇。最终，俄国人对雪茄炮艇失去了兴趣，转而设计建造装甲浅水重炮舰。
“瓦尔特·S-温南斯”号雪茄艇多角度试图，1865年
1865年，温南斯又在法国勒阿弗尔建成下水了“瓦尔特·S-温南斯”(Walter S. Winans) 号雪茄形汽艇，该艇长72英尺（约22米），直径9英尺（约2.7米），排水量33吨。该艇的推进器布局很特殊，除在艇体艏艉尖端上各布置有一副大型6叶主螺旋桨外，还在这两副螺旋桨的下方还各布置有3副辅助双叶螺旋桨。艇体外形光滑没有龙骨，艇体的强度是通过艇体内的框架、艇壳板、隔舱板和环形角铁的组合来实现的。
“瓦尔特·S-温南斯”号雪茄艇的承力框架与隔舱布局示意图
六块隔舱板将艇体内部分成七个舱室，所有舱室都是前、后对称布局。艇体的艏艉舱主要用于布置艏艉螺旋桨轴的密封组件和轴承，长度略大于5英尺（1.5米），最大直径不到4英尺（1.2米）；二号舱为舵机舱，长不足6英尺（1.8米），最大直径为6英尺。舵轴横向弯曲了大约6英寸（152毫米），以避开布置在艇体中心线上的主螺旋桨轴。舵轴下端接艇舵、上端是转向链轮，其上的传动链穿过舱壁上的开口与舵盘轴下端的链轮相连。
“瓦尔特·S-温南斯”号雪茄艇内部结构示意图，1865年
艇艏的三号舱应该是客舱，长近13英尺（约4米），最大直径为8英尺（2.4米），前舱布置有一个带涡卷护栏的阶梯直通甲板，艇上的中心线螺旋桨轴贯穿整个舱室和阶梯，使舱内的活动空间受到严重限制，客舱地板下是艇身下方辅助螺旋桨的传动轴和轴承等部件，客舱顶部是连接舵轴链轮和舵盘轴链轮的传动链与导向轮等部件。艇艉方向对应的舱室为船员舱。
“瓦尔特·S-温南斯”号的客舱内部布局示意图
艇上最大的舱室是位于艇体中部的轮机舱，长18英尺（约5.5米），直径为9英尺（约2.7米）。一台双缸高压蒸汽机占据了轮机舱的前半部，而大型锅炉则布置在轮机舱的后半部。蒸汽机的曲轴通过柔性联轴器与艇体中心线上的主螺旋桨轴联接，通往甲板的梯子布置在发动机后面的启动平台上，机舱两侧的弧形舱室可能是煤舱。
“瓦尔特·S-温南斯”号的轮机舱内部布局示意图，左侧是双缸蒸汽机，其右是通往甲板的铁梯，最右侧是锅炉
该艇的上层建筑和甲板凸出于雪茄形艇体的顶部，甲板平面呈狭长的椭圆形，周围环绕着一圈舷墙，其上还布置有护栏。甲板的前后端布置有水平舵盘，前甲板上有通往客舱的大型阶梯舱门，甲板中部靠前处是通往机舱的圆形舱门，另一个类似的圆形舱门位于烟囱后方，那是船员进出船员舱的舱门，锅炉的高温过热器穿过船体凸出于甲板之上，位于烟囱前方并与烟囱底部相连。
“瓦尔特·S-温南斯”号雪茄艇的甲板及上层建筑布局示意图
“瓦尔特·S-温南斯”号在经过试航以后，艇艉中心线下方的螺旋桨轴被延长并换装了一副直径4英尺10英寸（约1.5米）的3叶螺旋桨。其余的所有辅助螺旋桨和艇艏艉尖端上的大型6叶螺旋桨都被拆除了。1866年3月28日早晨5：30，载有7名乘客的“瓦尔特·S-温南斯”号汽艇从法国勒阿弗尔启航横渡英吉利海峡。
该艇上的煤舱也装满了煤，艇体中心线被淹没在水线以下，但该艇依然能在波涛汹涌的海面上顺利航行，于当天下午抵达英国纽黑文。第二天，该艇沿着布莱顿海岸线继续航行。30日3：50该艇开始转向朝格雷夫森德进发，途中在多佛尔暂停以便让一名领航员登艇，最终于31日9：30抵达了目的地。
“瓦尔特·S-温南斯”号延长艇体的改装示意图。仅保留了中间的轮机舱及其前后的部分舱室
1877年，“瓦尔特·S-温南斯”号汽艇在南安普顿的一家造船厂进行了重大改装，艇体长度增加了一倍多，排水量增加了三倍。原艇体艏艉两端各有21英尺（约6.4米）长的艇体被拆除，剩下的艇体被切割成两半并插入一个58英尺（约17.7米）的圆柱形新艇体，然后在艇体两端换装上大约36英尺（约11米）长的圆锥形艇体，使新的艇体总长度达到了151英尺（约46米）左右。
1877年，经过改装的“瓦尔特·S-温南斯”号雪茄艇多角度视图
艇艉的螺旋桨和传动轴采用了更常规的布局被布置在艇艉的水线之下，两根传动轴上各装有三副双叶螺旋桨，并且采用了间隔数英尺串联安装这样的非常规布局。艇上原来的艏艉双舵也被放弃了，仅在艇艉布置了方向舵。尽管进行了如此大规模的改装，但是该艇的试航结果依然不能令人满意，航速与横摇稳定性的问题并未得到多少改善。
木刻版画：“罗斯·温南斯”号游艇下水，出自1866年3月3日的《伦敦新闻画报》。艇艉尖端上的螺旋桨安装位置清晰可见，但此时螺旋桨尚未安装
就在“瓦尔特·S-温南斯”号建造的同时，温南斯父子还设计了一艘雪茄形的豪华游艇，该游艇于1864年在伦敦狗岛的赫普沃斯造船厂开工建造，并于1866年建成下水。这艘游艇被命名为“罗斯·温南斯”（Ross Winans）号，艇体长256英尺（约78米），直径16英尺（约5米），排水量约为400吨，是温南斯父子设计的雪茄船中最大的一艘。该艇由装在艇体艏艉两端的两副大型9叶螺旋桨驱动，其直径高达22英尺（约6.7米），旋转速度约为50转/分钟，并且该艇也采用了艏艉双舵布局。艇内最独特设备是一块巨大的钟摆形移动式铅制压舱物，重达12吨，由一台小型蒸汽机驱动，使游艇可以自动平衡由艏艉螺旋桨旋转时形成的反力矩造成的艇体侧倾。
“罗斯·温南斯”号雪茄形游艇的侧视图与顶视图
这说明艏艉螺旋桨的旋转方向是相同的，采用这样奇怪的设计让人难以理解。其实只要将艏艉螺旋桨改成不同的旋转方向，即可让两副螺旋桨产生的反力矩相互抵消，根本用不着那个笨重的移动式压舱物。该艇的设计吃水线大约在艇体的中心线处，当该艇满载时艇体的中心线会没入水下30英寸（0.76米）深。该艇上应用了许多巧妙的机械发明，其中有不少是温南斯家族的专利。该艇是第一艘装备了高压蒸汽机、强制空气通风、自定心传动轴和用来放下救生艇的吊艇杆的船只，这些发明专利中的许多技术在进入20世纪后才被广泛应用于其他舰船上。该游艇当时的建造成本约为6万英镑，相当于今天的650万美元。
木刻版画：“罗斯·温南斯”号雪茄形游艇在海上试航，注意其向后倾斜的烟囱和桅杆
艇体内部的舱室也采用了前后对称布局，艏艉两端的小舱室用于布置舵机和传动齿轮，以及一间储藏室；接下来位于艇艏的舱室是消防员、司炉工和轮机工人的宿舍，共布置有14个铺位；而艇艉的对称舱室是其他船员的宿舍，布置有8-10个铺位以及起锚机；接下来的艇艏舱室是前沙龙酒吧或吸烟室，然后是船长和高级船员的起居室；艇艉的对称舱室是客舱和大沙龙酒吧，是一间经过豪华装修、铺有地毯，装有镜子和两盏水晶吊灯的舱室。艇体舯部是轮机舱，其内安装有4座锅炉和3台蒸汽机，驱动着贯穿全艇艏艉的螺旋桨轴。艇体上部主甲板之下的隔舱是煤舱，能储煤175吨，可在需要时将煤送往轮机舱。
石板画：航行中的“罗斯·温南斯”号游艇。画家很可能是根据上文中该艇下水的木刻版画而创作的，不但没有画出艇身艏艉的螺旋桨而且画家还搞错了游艇的艏艉，所以画面上的游艇其实是在倒车航行
位于艇体舯部的上层建筑长130英尺（约40米），宽10英尺（约3米），前后两端逐渐变尖呈流线形。在散步甲板前后端的舱房里布置有舱梯间，厨房和食品、餐具储藏室，甲板上还布置有一个半开放的舵手位，以及两座烟囱和两根桅杆，而且烟囱和桅杆的上部可以伸缩。甲板两侧的舷墙上都装有专用的吊艇架，每侧的吊艇架上可以挂载两艘救生艇。游艇上的全套家具由Holland & Sons公司提供，该公司是那个时代最大的家具制造公司之一，是提供奢华居住设施的理想选择。他们为该游艇提供的家具共花费了1440英镑，相当于今天的114000英镑！由此可以想见该艇内部陈设之奢华。
停泊在南安普敦码头上的“罗斯·温南斯”号雪茄形游艇，此时已经拆掉了艇上的烟囱和桅杆
“罗斯·温南斯”号游艇在下霍普河和泰晤士河口附近进行了一系列的试航和实验，不过这些试航是“完全失败的”。特别是该游艇的“速度几乎为零”，而且游艇“在大海中侧倾到令人震惊的程度，而拖船则完全没有受到影响”。其艏艉的9叶螺旋桨尽管尺寸巨大，但在风浪中大半露于水面之上，其推进效率之低下可想而知。并且艇体上既没有龙骨和舭龙骨也没有减摇鳍等增稳设施，光滑的船体在海浪中根本不能克服横摇保持稳定，而这对乘客来说无疑是连起码的舒适性都不能保证，也就失去了作为游艇的实际意义。
水彩画：“罗斯·温南斯”号雪茄形游艇在风浪中航行，注意其艏艉处安装的巨大螺旋桨卷起了大片的浪花
“罗斯·温南斯”号游艇与在法国建造的“瓦尔特·S-温南斯”号两艘雪茄艇从未在劳埃德船级社注册过，并在接下来的20年里再也没有离开过它们在南安普敦的泊位。两艘雪茄艇继续得到很好的维护，成为南安普敦吸引观光客的旅游热点。直到1897年，这两艘雪茄船的原船主威廉·温南斯去世后，它们都当作废铁被出售给了布里斯托尔的一家拆船公司。
尽管温南斯的雪茄船从技术角度来说是失败的，甚至被当时的报刊嘲笑为浪费金钱的偏执蠢行，但这不会妨碍他们的设计对凡尔纳的科幻构思产生巨大的影响，并最终化身为《海底两万里》中神奇的“鹦鹉螺”号潜水艇，不仅完全超越了它们原来的设计初衷，成为激励后人继续沿科技之路探索奋进的号角，更以汇集众多神奇科技于一身的科幻图腾的形式成功地永存于读者心中。或许这样的结局，对温南斯父子失败的大胆创新来说是一种最好的报偿。
根据《海底两万里》中的描述制作的“鹦鹉螺”号潜水艇的比例模型
“鹦鹉螺”号潜水艇比例模型的舯部特写
