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巴伐利亚级沿用了德国大型军舰的长首楼舰型,首楼一直延伸至C炮塔处。巴伐利亚级战列舰从上至下依次是上甲板、副炮甲板、中甲板、装甲甲板、第一平台甲板、第二平台甲板和底舱板，共7层甲板。舰首有30－300毫米厚的破冰加强筋，舰体从前到后共设145个肋骨站，分成16个主横隔舱，舰体内有6道主纵隔壁将舰内空间分割为各水密舱室，船底为双重底结构，占舰体全长的88%。
巴伐利亚级乘员组编制1158人，其中包括军官32人，军官候补生4人，军官见习学员33人，士官和水兵1083人，另有主厨3人和餐厅勤务兵3人。除此之外，舰上还有1个54人的预备军官队和118名机动替补人员。“巴登”号担任公海舰队旗舰时，舰上还增加了1个117人的司令部编制，包括舰队司令，17名军官及其他人员。这样旗舰“巴登”号上一共有1393人，仅有舰队司令拥有1个约60平米的独立舱室。
巴伐利亚级是第一级采用了三足主桅的德国战列舰。这是因为海上交战距离的不断增加，用于了望和修正炸点的观察哨的位置也必需随之上升。德国战列舰传统的单柱桅虽然具有结构简单重量轻的优点，但抗振性和抗损性差，易产生摇动，无法在其上布置较多的设备。英国已经开始在战列舰和战列巡洋舰上配备中央火力控制系统，德国也要求为巴伐利亚安装同类系统。不难想象，火控系统的瞭望台要比只能占几个瞭望手的平台重的多，而且要求更好的稳定性还需要一定的装甲防护。巴伐利亚级的强力三足桅保证可以在顶部布置了望所，主桅钢管直径900毫米，斜支架钢管直径800毫米，水线至桅顶高达66.02米，水线至天线高66米，至了望所高35米，至桁架高32米。由于三足桅占地面积大，烟囱不得已向后挪了4.2米 。
巴伐利亚级的长宽比国王级的5.92上升到5.98，方形系数也从0.592增加到0.623 。巴伐利亚级虽然是国王级的后续舰，在主尺度和排水量增加有的情况下，将火力一举由10门305毫米炮增强到8门380毫米炮，付出的代价仅仅是舰体长了4.7米，宽了0.5米，舰体干舷高度增加了0.5米，排水量大了2750吨而已。由于舰体长度较小，巴伐利亚级保持了国王级强劲的防护，在许多部位还有所加强。380毫米炮塔是305炮塔的两倍，因此特意加强了炮座和附加承力结构。 作为内燃机的发明国，德国在柴油机技术上处于世界领先地位。与蒸汽轮机相比，柴油机推进机组结构简单不需要主锅炉、燃烧器、冷凝器和工质输送管道等复杂辅助机械设备，启动和运行操作更加方便，其较低的油耗率也能使舰艇获得更大的续航力。德国在多艘试验船上尝试安装柴油机，也取得了一定成功。并试图在国王级战列舰上正式安装（未实施）。 但是柴油机却无法满足战列舰独特的战术需求。倘若使用一台功率较低的柴油机驱动中央螺旋桨，那么必需在两侧配备更大功率的蒸汽轮机。而且必需在三根主轴间配置齿轮分动箱，以使军舰高速航向时由两侧汽轮机向中央螺旋桨输出动力。这将极大增加传动装置的复杂程度。而且限于当时的技术水平，2000马力级以上的柴油机对蒸汽轮机已经没有重量优势。1912年德国功率最大的柴油机仅为2000马力，而战列舰至少需要12000马力的柴油机推进机组。最终巴伐利亚级不得不选择了单一的蒸汽轮机动力。 巴伐利亚级安装了14台桑尼克罗夫特/舒尔茨式细管径三锅筒水管锅炉，每台锅炉均布置在独立的水密锅炉舱内，前部燃油锅炉舱与后部混烧舱间布置辆锅炉控制室。除最前部一排3台锅炉为燃油炉外，其余11台均为油－煤混燃炉。德国人出于本国煤资源较丰富，而石油大部依赖进口的实际情况考虑，在锅炉的搭配上做出了这样的处理。每台燃油锅炉有3台燃油输送泵，混燃锅炉则只有1台。巴伐利亚级舰锅炉系统性能如下：工作压力16个大气压，炉篦总面积116.6平方米，油－煤混燃炉受热总面积5830平方米，燃油炉受热总面积1833平方米，锅筒最高液位和最低液位给水总容量分别为126和56立方米。为向锅炉提供足够的空气，巴伐利亚级总共布置了14台引风机，每台均由2台透平机驱动。其中3台布置在装甲甲板下的舱室内。 为了增加烟气排气自然吸力和将烟气送到更高的地方，减轻对甲板和上层建筑的污染，“巴伐利亚”号布置了2根高达24米的烟囱。值得一提的是，巴伐利亚级战列舰安装了2套海水制淡设备。该设备为锅炉蒸发式，每套均有2台蒸发器、水泵和1台冷凝器组成，另有2台饮用水过滤器。1套布置在舰体舯部的舱室里，周围是锅炉舱，另1套安装在尾部轮机后部。单台设备额定制淡量为每天150吨，足够舰上锅炉给水和人员饮用水之用，在很大程度上改善了舰员的生活舒适性。不过波罗的海和北海均不宽阔，再加上英国舰队的封锁，巴伐利亚级从未有机会到大洋进行过远航，德国海军又长期困在港内，舰上淡水其实一直不缺。 巴伐利亚级战列舰可携带燃煤3560吨，其中1740吨位于在侧舷装甲甲板以下，1020吨位于在纵装甲隔舱外，剩下的800吨位于纵装甲隔壁内。德国设计师认为把煤仓围绕在主炮弹药和军官住舱外，可以将其纳入侧舷弹道防护体系，但是距锅炉舱相对较远的煤舱则不易快速向锅炉输送燃料。舰内还有620吨重油，布置在独立的双层油舱内，侧舷各有1台低压输油泵，工作压力2公斤。军舰的续航力为5000海里/12节，4485海里/15节，3740海里/17节和2390海里/21节，对于暂时没有远洋作战要求的德国公海舰队来说已是绰绰有余了。 巴伐利亚级战列舰安装了3台帕森斯冲动式齿轮减速蒸汽轮机，每台机组包括高压、中压和兼做倒伡机组的低压汽轮机个一台，单台机组均备有独自的冷凝器（换热面积1050平方米）、压力循环润滑系、滑油风冷散热器及其他附属装置。为了提高汽轮机在中压工况下的效率，还在高－低压机组间增加了蒸汽膨胀器。军舰巡航时旁路掉膨胀器，蒸汽乏汽从高压机组派出后直接引入低压机组以充分利用蒸汽能量。 动力装置总功率56000轴马力，倒伡最大功率15600轴马力，主轴转速205转/分。轮机舱进行了仔细的分划，每台汽轮机均布置在独立的水密纵隔舱内，高低压汽轮机间又用隔壁分割开。
巴伐利亚级采用了三轴三桨并列双舵的推进方式，右舷螺旋桨右旋，中央和左舷螺旋桨左旋。推进器为青铜制三叶螺旋桨，直径3.88米，应特别说明的是采用了高效率的径向不等螺距设计，桨稍螺距3.65米，叶中螺距3.5米，螺旋桨投影面积7平方米。螺旋桨叶梢厚度11毫米，叶根厚度133毫米。根据英国造船师后来对“巴登”号的研究，德式不等螺距螺旋桨推进效率比英国的常规定距桨略，重量增加约1~1.5%，中央螺旋桨推进效率为0.56.侧舷桨为0.6。主轴采取了战列巡洋舰的安装方式，即尽量缩短主轴在舰体外的的湿润长度，取消了舰体外主轴支架，以减少阻力。不过该设计后来证明得不偿失，增加的舰体湿润面积在中低速时带来的摩擦阻力更大，而且由于螺旋桨离舰体太近，来流更加紊乱，影响螺旋桨的实际效率。巴伐利亚级在主轴转速260转/分时的航速为21节 。
巴伐利亚级采用了双主舵操纵系统，两面舵的面积各为38.36平方米，舵轴与舰体夹角6度，与水平面夹角12度。各舵均以蒸汽机为动力，通过蜗杆－蜗轮传动机构由舵机舱前部的操舵室进行控制。紧急情况下也可人力操舵，但实际操作非常困难。最大舵角35度，舵从正舵位置打到满舵位置仅需15秒。当巴伐利亚级战列舰以21节航速进行满舵转向时，战术回转半径较小，仅为320米，有利于在海战中尽快占位。军舰具有较好的航向操纵响应性，21节航速舵角35度时航行50米内即开始转向，低速时最多延迟100米即开始转向。由于舰体重量很大，惯性很大，操纵滞后较驱逐舰之类的轻型舰艇慢，操舵需要很高的技巧。例如军舰需要右转8个罗经点时，需向右转3圈舵轮，军舰接近预定航向时，迅速左舵打到底，舰体逐渐停止转向后再快速回舵，以防止军舰转向超偏或不到位。只有操作老手才能够根据经验只需几次转舵就能迅速准确的把军舰的航向控制好。军舰在全速前进时若下达全速倒伡命令，轮机只需1分半钟即可完成转换，军舰向冲780米即可停住。
巴伐利亚级舰有3个主锚，各重8380公斤，艏部左舷2个右舷1个，其中左舷2号锚为应急锚，用一条短锚链固定在甲板上，紧急情况下如主锚走锚时可将固定绳砍断将锚抛下，只不过想重新起回应急锚就得费一番功夫了。主锚链连锁直径750毫米，长达525米，全重66740公斤，艉部两舷各有1个辅锚，重4000公斤。锚机均为电动蜗杆－蜗轮式，直接在甲板工作面上操作。 双联装主炮炮塔采用与伊丽莎白女王级相同的船体前后对称各布置两座背负式的布局。设计了坚固的三脚桅，桅楼上设立射击指挥仪。巴伐利亚级侧重防护能力，其舷侧和水平装甲厚度都超过英海军的伊丽莎白女王级，装甲总重比较伊丽莎白女王级多出约1000吨，而且防护范围更为全面。因为担忧战时波斯湾和巴库两个主要的石油产地的原油都会被英国和俄国所垄断，该级舰动力系统全部使用燃煤型锅炉（萨克森号曾计划搭载巡航用的柴油机，未完工）。
巴伐利亚级战列舰同级舰4艘：巴伐利亚号(Bayern)、巴登号(Baden)、萨克森号(Sachsen)、符腾堡号(Wuerttemberg) 。该级别后两艘萨克森号和符腾堡号舰体稍有改动，有资料将其单独划为一级（萨克森级）。两舰均未完工，1920年代初期解体。
1916年日德兰海战爆发时，最先竣工的巴伐利亚号仍在海上试航。之后巴伐利亚号在波罗的海针对俄国的一场战斗中，船艏触雷，艏鱼雷发射室进水，回到德国后巴伐利亚号取消了艏鱼雷发射管。巴登号服役之后作为德国海军公海舰队的旗舰。德国战败投降后，协约国发现原定列入扣留名单的马肯森级战列巡洋舰尚未竣工后，决定扣留巴登号，与德国舰队一起被扣押在斯卡帕湾。1919年6月21日德国舰队在“彩虹行动”中集体自沉。巴伐利亚号沉入海底。巴登号则被拖往岸边搁浅，不久被打捞出水，1921年作为靶舰被击沉。
“萨克森”号和“符滕堡”号舰体比姊妹舰加长了2.4米，而且“萨克森”号中央轴使用柴油机推进，柴油机功率10000马力，应急功率可达12000马力，混合动力装置总重2224吨，比全蒸汽动力增加了近200吨重量。由于柴油机比蒸汽轮机高，因此“萨克森”号柴油机舱比另两个机舱高出1米，突出部分增加了80毫米侧装甲防护。“符滕堡”号则准备将艉部舵机舱外围装甲加厚到200毫米。两舰均采用了1914式主炮塔设计，把主炮最大仰角增加到20度。“萨克森”号与“符滕堡”号下水后，德国在陆地战场上已日现颓势，海上则完全依赖潜艇战。大型军舰建造工程的供应经常被紧急开工的潜艇打断，由于钢铁产量不足，主装甲板的生产计划迟迟不能完成。德国海军期望两舰能够于1917年春完工，可是直到1918年1月海军部与造船工业界举行了联合会议后，才发现巴伐利亚级后续舰的工程存在太多问题，已基本出于停工状态。由于看不到两舰有服役的希望，德国海军把7门380毫米主炮改为海岸炮，已经安装完毕的柴油发电机组的柴油机也被拆下挪用做U-151和U-157号潜艇的主机。 1918年上半年，“萨克森”号与“符滕堡”号完全停工，此时两舰的施工完成量已达到了10800吨和10930吨，舰体工程完成率达90%。“萨克森”号已经完成了4个主炮座圈和部分上层建筑的工程。德国投降后根据凡尔赛和约，两舰于1919年11月3日被开除德国海军序列，并于次年出售解体。1921年，“萨克森”在基尔“符滕堡”在汉堡被拆毁。 1916年10月－1918年8月，维克托·哈德尔上校 1918年8月－1918年11月，戈尼克斯·朗格曼上校 1918年11月－1919年6月21日，奥托·齐索夫中校
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