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「定遠」級軍艦的外部的甲板主要分為2層，均敷設柚木地板。位置在下的一層是主甲板，由於干舷較低容易上浪，平時主要在裝煤作業和起錨作業時使用。在艦體中部的主甲板上，左右共分佈了12個類似下水道蓋的鐵蓋，這便是煤艙的填煤口；在填煤口附近，還有12個直徑稍小的蓋子，是用於給甲板下採光的採光窗，在軍艦後部主甲板上也有16個同樣功能的採光窗。在主甲板前部，艦首左右各有一塊內側高外側低的錨床，上面擺放有2大2小共4個鐵錨，由首樓甲板上的2根巨大的吊臂來吊放使用。主甲板後部，艦尾左右也各有一塊略小的錨床，擺放2個標準的海軍錨，由附近的2件吊錨桿吊放。此外在靠近船首的兩舷各有一組吊艇架，懸挂2艘8槳舢板小艇。

「定遠」級軍艦的主要作業甲板是位於首尾樓頂部的甲板，這裡是水兵的主活動區域。首樓甲板上自艦首150毫米火炮以後，分別布置有供人員出入的2處艙蓋，以及用於起錨的大絞盤，尾樓甲板自艦尾150炮以後，分別是用於給底部艙室通風採光的大型水密天窗棚、用於艦尾起錨的絞盤、以及機艙棚等。在尾樓甲板上還設置有8組擱艇架，用於搭載艦載魚雷艇以及舢板小艇，尾樓甲板的兩側有中空的舷牆，內部用於儲放吊床、繩索等雜物，上面則架設各類口徑的機關炮。無論平時、戰時，這裏都是最忙碌的地方。

碰嘴又稱撞角、沖角，是當時軍艦上的一項重要武器。自意奧利薩海戰之後在各國海軍中流行，主要用於近距離上撞擊敵艦，「定遠」、「鎮遠」艦艦首水下各有鋒利如刀的撞角，外形與「薩克森」軍艦採用的完全相同。

6磅（57毫米）單管哈乞開斯式機關炮2門，英國阿姆斯特朗公司製造，口徑57毫米，炮身長2515毫米，重440千克，彈藥分為開花彈與實心彈，均重2.72千克，測試時在274米距離上可擊穿120毫米厚的鋼板。

「定遠」級軍艦的生活區主要集中在主甲板下的第一層，簡稱下一甲板。下一甲板的艦首部位，是一間面積較大的西式軍醫院，置有手術台、病床等設施。軍醫院與鐵甲堡之間，分佈著廚房、禁閉室、警衛室等功能艙室。進入鐵甲堡區域后，首先在地板上會看到有6個大型的艙蓋，下面是全艦的彈藥庫所在，彈藥便是從這裏提升出來后，運往全艦各炮位的，與之配套，在下一甲板的天花板上裝有軌道和天車，用於提升和運送彈藥。過了彈藥艙出口，有2個巨型曲軸搖臂，數十名水兵將通過轉動這2根搖臂來驅動甲板上方的4門305毫米大炮。再往後走，整個區域被煙囪豎井和發電機房佔滿（「定遠」配備3台發電機、「鎮遠」只有2台），中間零散布置著官兵們的浴室。走過這個區域便出了鐵甲堡和圖書進入艦尾，沿襲帆船時代的傳統，艦尾是軍官們的生活區域。這塊區域的中央是2間軍官餐廳，這是軍官們用餐、聚會，以及娛樂交際的場所，裏面放置著鋼琴、酒櫃、餐桌，並與西方軍艦敬奉聖像一樣，這裏供奉著中國的戰神——關公的牌位，另外還擺放有做工精細的「定遠」級軍艦原廠模型，黃海海戰前的軍事會議便是在這裏召開的。在會議室外面，兩側則分佈著各個軍官的住艙，艙門上的歐式銅牌表明了一間間艙房的功能。軍艦最後面的空間整個都是屬於艦長的，裡面包括艦長的辦公室、卧室、浴室、個人的會客室等等，整個區域裝修異常豪華。艦長會客室的牆壁上釘著一塊橢圓形的銅牌，西式的繩紋圍繞著漢字「定遠」/「鎮遠」。相對於軍官，普通水兵們的生活空間要可憐得多，他們並沒有專門的休息場所，吃飯、睡覺、工作都在同一地點。為滿足海上航行時的生活需要，「定遠」級軍艦艙內設有20座淡水爐，海水淡化機每日製造出的淡水能供應全艦300餘人使用。

「定遠」級軍艦的艦體設計沿用了德國「薩克森」鐵甲艦，而「薩克森」軍艦原本並沒有魚雷兵器的設計，因北洋大臣李鴻章對新銳的魚雷兵器極為青睞，於是中、德兩國技術人員在「定遠」級軍艦上增設了3具14英寸（355毫米）口徑的魚雷發射管，備雷21枚，均為先進的德國刷次考甫（Schwartzkopf）磷銅魚雷，又稱黑頭魚雷。其中2具魚雷發射管分別布置在軍艦前部左右舷，位於鐵甲堡之前；另1具布置在軍艦尾部中線上，發射口位於軍艦艦尾龍紋的下方。這一改進相當成功，以至於在「定遠」級2艘軍艦建成后不久，德國在自己的4艘「薩克森」型鐵甲艦上也做了與「定遠」級完全一樣的改造。

「定遠」級軍艦的指揮中樞位於2座305炮台相接的部位，那裡豎立著一座用8英寸裝甲防護的司令塔，裏面裝有舵輪、羅經、傳話筒等指揮、通信裝置，塔壁上有很多類似碉堡槍眼的細長觀察窗，戰時軍官們就在這裏指揮軍艦。這間由裝甲保護的司令塔上方托舉著一個由鐵、木材料構成飛橋，即「定遠」級軍艦的露天指揮台。飛橋前後各有2具梯子通往首尾樓甲板，飛橋甲板上露天安裝有羅經、車鍾，飛橋兩翼翼端則安裝著左紅右綠的航行燈。在飛橋中部有一個橢圓形的開口，即是從飛橋上進入司令塔的入口，飛橋後部有一間木頭構建的小房子，裏面擺放著擁有幾組大抽屜的信號旗箱。這便是「定遠」級鐵甲艦的指揮樞紐所在。與之配套，在和飛橋甲板接鄰的前桅杆下部設有一個斗狀的桅盤，稱為望台，安裝有照度分別為8000支燭光和20000支燭光的探照燈各1具，裏面有專門負責觀察、瞭望和*圖*書任務的官兵值守；另外在「定遠」級軍艦的後桅桿附近還有一套備用的指揮系統，一座裝有標準羅經的露天指揮台，附近還有一件由3個直徑為2米的輪盤串聯起來的人力舵輪組，當司令塔里的水壓舵輪發生故障時，便有6名身強力壯的水兵分列兩旁轉動人力舵輪，來扳動水底巨大的舵葉。

在鐵甲堡防護區域之外，「定遠」級軍艦的首尾敷設有76毫米厚的裝甲甲板以加強防護能力，2座305毫米露炮台的炮座採用305毫米的裝甲，而305毫米大炮的圓柱形炮罩厚度則只有薄薄的1英寸。艦體內部結構方面，採用雙層底和水密隔艙設計，繼李鳳苞之後出任駐德公使的許景澄在檢驗報告中有詳細描述：「船底鐵板以上相距一邁當（米）余，有雙層底鐵板，用龍骨脊板上下抵連，又用直肋縱橫相連，截成隔堵五十八格，使臨戰時船底偶有觸損，水入不能通灌。雙層底上分上、中、下艙3層……上、中、下艙各以鐵板橫直成壁，為隔艙一百五十四間，為受彈時水灌之備」。

「定遠」級軍艦主炮所採用的布置方式非常特殊，在炮台形式上選擇了與「薩克森」艦相同的露炮台式，將4門火炮兩兩分裝于軍艦中部的2座露炮台內，雙聯裝的炮座底部有一套傳動裝置，通過人力和蒸汽輔助來轉動火炮。露炮台的布局則參照了「英弗萊息白」軍艦，採用的是右前左後的對角線布局，炮台內的4門火炮可以同時轉向艦首方向發射，最大程度發揚火力。與當時通常的露炮台不同的是，從外觀上看，「定遠」級軍艦的露炮台並不是露天的，在其上方安裝了類似炮塔的穹蓋式炮罩，原因是當時的軍艦上開始出現了射速相當快的機關炮，裝在桅盤裡的機關炮居高臨下，對在頂部完全敞開的露炮台里作業的水兵是個極大的威脅。中國的技術人員提出在露炮台里的大炮上架一個類似船面旋台那樣的大罩子，炮罩通過幾根支架連在火炮的底座上，隨火炮一起轉動，可以對裏面的人員起到一定的保護作用。而為了避免炮罩的份量全部壓在炮架上，中國人在露炮台厚厚的裝甲圍壁頂部鋪設了軌道，將底部裝有輪子的炮罩架在裝甲圍壁上轉動。儘管對這種科技含量比較低的做法有些不以為然，認為「非船學所重」，自負的英國人最終還是在自己的露炮台軍艦上也採用了類似中國軍艦上的穹蓋式炮罩，「定遠」級軍艦開創了一種新式的露炮台。

除4門威震亞洲的305毫米口徑主炮外，「定遠」級軍艦首尾各有1門150毫米克虜伯1880式鋼箍套炮。實際口徑149.1毫米，身管為35倍徑，長5220毫米，來複線長4800毫米，炮管重4.77噸，炮架重5.16噸，可用彈藥包括開花彈與實心彈，均重51千克，最大的發射和圖書藥包重17千克。火炮初速580米/秒，有效射程11000米。這2門火炮分裝于首尾的2個炮罩內，由人力轉動。

3磅（47毫米）單管哈乞開斯式機關炮2門，外形與6磅炮相同。同樣由英國阿姆斯特朗公司製造，口徑47毫米，炮管長2012毫米，炮管重229千克，彈藥分為開花彈和鋼彈，分別重1.405和1.46千克，在274米距離上，可擊穿90毫米厚鋼板。射速為每分鐘20發，射程4575米。6磅與3磅炮均安裝于「定遠」級軍艦的尾樓甲板上。

「定遠」級軍艦的防護設計採用的是與「英弗萊息白」、「薩克森」相同的鐵甲堡式。鐵甲堡長度達43.5米，自上層建築到舷側水線及水線以下，以305～355毫米的鋼面鐵甲將軍艦除首尾部分外的船體緊密包裹，整個軍艦中部要害部位如彈藥庫、動力部門等均處於鐵甲堡防護中（訂造「鎮遠」號鐵甲艦時，因遇原材料漲價，限於經費，被迫將水線下的鋼面鐵甲換成防禦效果略遜的熟鐵裝甲）。需要指出的是，在「定遠」級建造之時，世界上最新式的裝甲為英國發明的康邦裝甲，即鋼鐵複合裝甲，又稱鋼面鐵甲，然而當得知中國2艘鐵甲艦的訂單被德國接到后，英國政府隨即下令拒絕向德國出口鋼面鐵甲。最終德國人通過反覆試驗，生產出了自己的鋼面鐵甲，並最先應用到了「定遠」級鐵甲艦上。「薩克森」級鐵甲艦中2艘建造時間晚于「定遠」級的軍艦，即應時採用了鋼面鐵甲。「定遠」級鐵甲艦成為德國造船工業中第一型採用複合裝甲的軍艦，為德國艦船工業提供了技術積累。

除上述武備外，「定遠」級軍艦還裝備了4門75毫米舢板炮。為德國克虜伯公司製造，與當時各國陸軍中大量裝備的克虜伯行營炮類似，只是在陸軍用炮架外另備有一套供艦上安裝使用的炮架。炮身長3230毫米，重750千克，使用開花彈，重5.85千克。這種火炮主要供海軍陸戰隊上岸后使用，必要時也可以臨時布置在艦上的適當位置。

這級讓當時的中國人熱血沸騰，又讓後世的中國人魂牽夢縈的特殊軍艦，從外形看，雙桅、雙煙囪的布局顯然受了「英弗萊息白」的影響。而艦體部分，除了炮台和飛橋的設計外，幾乎就是「薩克森」級軍艦的翻版，這可能也是德國為何能以如此低廉的價格建造「定遠」的原因所在。塗裝方面，「定遠」級採用的是通行於19世紀歐洲的維多利亞式塗裝，水線下為紅色，水線帶白色，艦體黑色，飛橋、舷牆等上層建築白色、煙囪、桅杆黃色。引人注目的是，在這級軍艦首尾各有一對飛龍紋，而且和當時的海軍旗——龍旗一樣，採用的都是為皇帝專用的五爪龍紋樣式，足證當時國家對海軍的期望之殷，這也是中國軍艦上第一次hｅtuｂｏｏｋ.cｏｍ•ｃｏm出現龍紋。近代軍艦首尾的紋飾是從帆船時代沿襲而來的傳統，中國在學習西方建設近代海軍的同時，也學習了西方海軍的很多傳統，但又並不是照搬。相對西方軍艦上的船首像、卷草紋，龍是中華民族的獨特象徵，蛟龍則又是海上英雄的象徵，軍艦上裝飾龍紋，既宣示了這是中國的海軍，又寓意深遠。在「定遠」、「鎮遠」艦尾部的雙龍戲珠紋上，鑲嵌有各自的艦名，這可能是兩艘軍艦外觀上唯一的區別。

根據當時英國海軍章程所在，一艘標準的鐵甲艦應具備如下武器：大炮、魚雷、碰嘴、連珠快炮。「定遠」級的武備系統與此標準相符。

「定遠」級軍艦正常排水量7220噸，滿載排水量7670噸，艦長94.5米、寬18米、吃水6米，與「薩克森」級軍艦的數據基本接近。動力系統方面，「定遠」級軍艦配備2座複合平卧式蒸汽機（horizontalcompoundreciprocating中國史書中通常音譯為康邦機器）和8座鍋爐，雙軸推進，螺旋槳單個直徑5米，試航時「定遠」測得功率6200匹馬力，航速14.5節，「鎮遠」稍快，測得功率7200匹馬力，航速15.4節。煤艙最大容量1000噸，續航能力4500海里/10節。此外，該級軍艦早期的設計中還可以使用風帆動力，后隨著桅杆的改造而取消。為給艙內通風，「定遠」級軍艦的主甲板上各有4個大型通風筒，和4個小型通風筒，均勻分佈在軍艦中部兩舷，通風筒上的風斗可以根據需要而轉向。其中的4個大通風筒內部都裝有特殊裝置，用於將鍋爐艙內的煤渣提升到甲板上，然後通過分裝在左右舷的2個雜物筒傾倒處理。在以往的一些著作中，有觀點認為「定遠」艦隻有3座大風筒（即認為「定遠」艦左舷甲板上只有1座大風筒，比「鎮遠」少1個。見北京軍博、劉公島甲午戰爭博物館展出的「定遠」艦模型），但這實際是因為歷史資料掌握不充分而產生的誤解，「定遠」、「鎮遠」艦的大型通風筒數量完全一樣，均為4座，兩艘軍艦從外觀上並無任何明顯區別。

中國這級歷經十年努力才最終成功的鐵甲艦，集中了強大的火力和防護。建成時引起世界各國矚目。儘管和所有處於探索期軍艦一樣，設計上並不完善，但我們不難得出結論，就當時的技術水平而言，這是一級相當先進的戰艦。為建造這級軍艦，清政府在選定母型、談判、簽訂合同；保證建造質量方面均做出了不小的努力，並派技術工人前往實習，為將來維修、保養軍艦作技術儲備，最後又派出海軍軍官前往監督、實習，以保證這級軍艦能夠儘快形成戰鬥力。近代中國這次為發展海軍而做出的巨大努力應該為後世所熟記，並從中汲取有益的經驗。

「定遠」、「鎮遠」2和圖書艘軍艦各自還搭載有2艘艦載魚雷艇，分名「定一」、「定二」；「鎮一」、「鎮二」，排水量16噸，艇長19.5米，航速15節，艇首左右各有1具14英寸魚雷發射管。這一設計模仿自「英弗萊息白」號鐵甲艦，主要考慮到小型魚雷艇雖然威力較大，但因為載煤少、航程短，無法長距離航行到遠海作戰，因而搭附在大型軍艦或專用的躉船上，抵達作戰區域后再吊放至水中自行航行作戰，以發揮奇兵的效果。為吊放這2艘魚雷艇，「定遠」級軍艦在後桅上設有一根專用吊杆（以往認為「定遠」級軍艦後桅上有一前一後兩根吊杆，實際亦是誤會，只有向前的一根是真正的吊杆，而後部的一根則是在使用風帆時，控制風帆方向的使風桿）。在「定遠」、「鎮遠」回國后不久，2艦搭載的4艘魚雷艇便被卸下，交由旅順基地統一管理，不再歸北洋艦隊直接節制。

連珠快炮是一種射速很高的小口徑速射炮，一般裝有復進機構，當時以法國哈乞開斯式（Hotchkiss）和美國加特林式（Gatling）最為著名，主要用於抵禦高速逼進的魚雷艇、桿雷艇以及近距離殺傷敵方艦艇上的人員。「定遠」級鐵甲艦採用的主要是法國哈乞開斯式，大小共計12門，分別為：

2磅（37毫米）五管哈乞開斯炮8門。屬於多管轉輪式機關炮，亦阿姆斯特朗公司製造。炮身長740毫米，重200千克，彈藥也分開花彈與實心彈，均重1.1千克。274米距離上，可以擊穿24毫米厚鋼板。「定遠」級軍艦前後桅杆的上桅盤（稱為戰鬥桅盤）內各安裝2門，其餘4門安裝在從煙囪至後桅附近的尾樓甲板兩側。

大炮即大口徑炮，是當時軍艦的主要武器。「定遠」級的大炮包括4門305毫米口徑和2門150毫米口徑火炮。其中4門德國克虜伯（Krupp）公司生產的1880式305毫米口徑後膛鋼箍套炮是軍艦的主炮，身管長7625毫米，為25倍口徑，來複線72條，長4364毫米，葯膛長1406毫米（發射葯燃燒室），單炮炮管重31.5噸，上炮架重6.15噸。每門炮備彈50發，可用的彈藥包括開花彈（榴彈、爆破彈）、實心彈（凝鐵彈、教練彈），均為彈藥分裝式，開花彈（僅指彈頭，下同）重292千克，彈頭內裝葯10千克，最大的發射藥包重72千克（發射藥包為圓柱形，將火藥片包裹于絲質袋內而成，外面標有重量，可以根據射程遠近選取不同重量的藥包）；實心彈重325千克，彈頭內微量裝葯，最大的發射藥包同為72千克。火炮初速500米每秒，有效射程7800米，在當時屬於威力驚人的武器，無論相較「英弗萊息白」的16寸前膛炮還是「薩克森」的260毫米後膛炮，「定遠」的305毫米巨炮都絲毫不顯遜色。