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船舶,指的是:举凡利用水的浮力,依靠人力、风帆、发动机(如蒸气机、燃气涡轮、柴油引擎、核子动力机组)等动力,牵、拉、推、划、或推动螺旋桨、高压喷嘴,使能在水上移动的交通运输手段。另外,民用船通常称为船(古称舳舻)、船舶、轮机、舫,军用船称为舰(古称艨艟)、舰艇,小型船称为、 舢舨、筏或舟,其总称为舰艇或船舶。

船舶是随着人类的发展而开发的。不论是战时或是平时,都有船舶的出现。世界上有数百万的渔民用渔船捕鱼。战时的海战海上军事补给英语Sealift都和船有关。2007年的商船约有35,000艘,货物约有740万吨[1]。2011年时,世界上已约104,304艘有船已取得由国际海事组织(IMO)发出的IMO编别号码英语IMO ship identification number[2]

在历史发展上,船舶对于地理探索及科学技术的发展都有重要的角色。像中国明朝郑和指南针火药传播到其他地区。船舶有用像殖民奴隶贸易等用途,也有用在科学、文化及人道主义上。美洲及欧洲之间的哥伦布大交换是当时世界人口成长的主因之一[3]航运也使世界的经济成为能源密集的形式。

术语

船的主要部分。1烟囱2船尾3螺旋桨456球状船首7船头8甲板9上层建筑 (工程)英语Superstructure

轮船(ship)和小艇(boat)的区别通常在于尺寸和航行时间。[4]一个经验法则是,如果一艘船舶能携带另一艘,那么较大的那个就是轮船[5]。不过也有例外:像帆船游艇英语Sailing yacht上面会载一个长2至6米的小艇英语Dinghy,两种都不算是轮船。

大航海时代,轮船定义为具至少有三个横帆桅杆和一个完整船首斜桅英语bowsprit的帆船,也会用桅杆来定义其他种类的船,像三桅帆船前桅横帆双桅船等。

有不少大型船舶通常被叫做“艇”,潜水艇就是最好的例子[6]

在通常的航海传统里,船通常都有自己的名字英语Ship naming and launching,现代船只可能还有船级(通常以该级的第一艘船的船名命名)。英语中,船通常被称为“她(she或her)”[7][8],即使船名是男士名字。但这也不是绝对的,有些写作指南里也用“它(it)”来指船[9]

分类

按用途

拖斗挖泥船
泰国河上摊贩船
  • 科考船 : 执行海洋科学研究的船只。
  • 工程船 : 对航行中的船只施行维护修理工作,或是执行水上与水下工程作业的船只。
  • 渔船:使用于捕鱼业的船只。
  • 货柜船:专门运输货柜的船舶,如趸船
  • 液货船:用来运送液体的船。
  • 客轮:运送乘客的大型船只。
  • 非商船:非商业行为目的所使用的船只。
    • 快艇:主要用于水上娱乐,或赛艇比赛的船只。种类很多,摩托艇,气垫船都属于这一类型。
    • 拖船:推拉大船进出港的専用船。
    • 引水船:带引水人上下商船的専用船。
    • 指航船:指明航道的船只。
  • 军舰:军事用途船舶,如巡洋舰驱逐舰等,船只本身不用于军事用途的军属船舶也归为此类。
    • 潜水艇也是一种特殊的船舶。军事用途的潜水艇归于军舰类。此外也有用于海底科研考察等工作的工作船类潜水艇。亦可用于海底观光等。

按材料

  • 钢铁船
  • 木造船
  • 合金船
  • 铁丝网混凝土船——以混凝土来减少使用钢材(例如“古田”号)
  • 玻璃钢(Glass Reinforced Plastic,GRP)船

按构造

  • 单体船,多体船(双体船,三体船等)。

一般常见的船只为单体船,双体船(TWIN HULL)有两个瘦长的船体共用一个主甲板及上层结构,使用涡轮喷嘴发动机,通过向后喷水获取反作用力向前推进,比普通螺旋桨推动更快速,而在高速时,双体瘦长的船身能降低阻力。而且船体稳度高,不易翻船(但若风浪过大,翻过90度后,因为没有单体船的静稳度扶正力矩,反而有灭顶之虞)。常被应用于渡轮及军事运输上。

这是一种能高速航行的船舶。船底部有支架,装上如飞机机翼般的水翼。当船加速后,水翼能产生浮力把船身抬离水面,从而减少水的阻力和增加航行速度。其转向机构不使用常见的舵,而是控制左右两支水翼的攻角来达成。

气垫船是一种能高速航行的船只,利用空气在底部衬垫承托减少水的阻力。很多气垫船的速度都可以超过五十节(约92.59km/hr)。

按动力

一艘大型三桅帆船
  • 人力船:通过人力使用桨、橹、篙等产生动力。
  • 帆船:使用风力吹动帆产生动力。
  • 轮帆船:风力、发动机双动力船。
  • 轮船:发动机动力船。
  • 驳船:无动力船。
  • 电动船:电动机动力船。

设计考量

水静力学

气垫登陆艇之类的船只,可以在不排开液体的情形下产生浮力

船舶可以浮在水面上的原因有以下三种:

  • 大部分的船舶称为排水型船舶(displacement vessel),船舶的重量因为被船壳排开英语displacement (fluid)的水产生的浮力所平衡。
  • 对于平底的船只,例如水翼船,升力是因为船的速度变快,和水相对运动时其升力会增加,直到水翼航行状态为止。
  • 气垫船等非排水型船舶,船只是因为船只产生的高压空气(气垫)支持其重量,因此可以和水面保持一定距离。

当船只往上的力和往下的力相等时,船只达到静力平衡。若船只再往下,吃水多一些,其重量不变,但其船壳排开水的重量变大了。当两个力平衡时,船可以浮在水面上。甚至即使船上的货物没有平均摆放,船也不会前仰后倾或是倾斜。

船只的稳定性一方面是考虑上述的静力学英语Initial stability层面,当船受到外力移动、横摇(rolling)及纵摇(pitching),以及有风和浪的影响时,也要考虑动力学英语Ship stability层面。稳定性不佳的船出现过大的横摇及纵摇,最后会翻船英语Capsizing或沉船。

水动力学

渔船Dona Delfina

船在水中航行时,其前缘会受到水的阻力,阻力可以分为许多成分,主要的是水作用在船壳的阻力及波阻力英语wave making resistance 。若降低了阻力,速度自然会提升,需要降低湿润表面,没水部分船体也要改用产生水波振幅较小的外形。为了达到此一目的,高速的船舶一般会较细长,其附属物较小或是较少。若定期的清理船壳上寄生的生物及藻类,也可以减少船的阻力,防污英语Biofouling油漆也可以减少船壳上的生物。像球状船首等较先进的设计也可以减少波浪的阻力。

考虑波阻力的一个简单方法是看船壳和其产生船波的关系。若船的速度比船波传播的速度慢,船波会快速的在船的两侧消散。不过若船的速度和船波传播的速度相等,船波能量增加的速度会比能量消散的速度快,因此船波振幅会增加。船必须从船波中穿过或是越过船波,其阻力会随速度,以指数形式上升。

船身极速英语hull speed可用以下方式计算:

或是用以下的公制公式:

其中L为船在吃水线的长度,单位是英尺或是米。

当船只的速度超过船身极速的94%,船会越过大部分的船首波,船身只由二个船首波的波峰支撑,略为稳定。当船只的速度超过船身极速的134%,波长较船身长,船首波已无法再支撑船尾,因此船尾会下沈,船首会上升。因此船身会开始要越过船本身产生的船首波,其阻力会快速增加。即使可以将排水型船舶运作在船身极速134%的速度,其油料的费用也会非常惊人。大部分的船舶会运作在远小于上述程度的速度,约在船身极速的100%以下。

船沿着三个轴的移动及转动:1. 垂荡(heave), 2. 横移(sway), 3. 纵移(surge), 4. 平摆(yaw), 5. 纵摇(pitch), 6. 横摇(roll)

若是有足够资金的大型计划,会用船壳测试池来测试阻力,或是利用计算流体力学的方式进行计算。

船舶也会受到海浪涌浪的影响,天气也会影响船舶。这些移动及转动对乘客或是货物而言都是不想要的,若可能的话需要加以控制。在一定程度上,横摇是可以用压载或是像鳍板稳定器英语Stabilizer (ship)等设备加以稳定。纵摇更难加以限制,若是船头沉没在波浪中(称为打浪),可能会造成危险。有时,为了停止剧烈的横摇或纵摇,船只必须改变航向或是快速停止。

船只稳定性的理论在21世纪的科学研究中已经有具有说服力的说明[10][11],可是有些船只的稳定性因着分叉点记忆英语bifurcation memory的效应而快速下降。这类船只包括有高机动性能的船只、在稳态运动下设计为不稳定的飞机及受控海底车辆(在一些应用下需要上述的技术特点)。在设计船只及其在关系情形下的控制时,需控制上述的因素。

浮力

浮着的船会排开英语displacement (fluid)和本身重量相同的流体。船本身结构的密度可以比水重,只要船的结构中有够大的空心部分即可。若船浮着,整艘船(包括货物)的质量除以其在吃水线下的体积,结果会等于水的密度(1 kg/l)。若船上的重量再加重,吃水线下的体积要增加才能使重力和浮力平衡,因此船会再下沈一点点。

动力计算

船舰的动力计算可利用下列公式

值介于0.0025-0.0035之间
为船舰排水量(单位 吨)
介于0.8-10
对排水船而言约为3(立方定律)若为半滑航式设计(Semi-planing)则降低至2
为船舰速度(单位 米/秒)

相关条目

船模

相关列表

参考文献

引用

  1. ^ UNCTAD 2007, p. x and p. 32.
  2. ^ How Many Ships are there in the World?. Shipping Research and Finance. [4 May 2015].
  3. ^ "The Columbian Exchange Wikiwix的存档,存档日期2011-07-26". The University of North Carolina.
  4. ^ Cutler 1999, p. 620.
  5. ^ Cutler 1999, p. 611.
  6. ^ Chief of Naval Operations. The Saga of the Submarine: Early Years to the Beginning of Nuclear Power. United States Navy. March 2001 [2008-10-03]. (原始内容存档于2009-01-14).
  7. ^ Roger Boyes, Alex Spence Published at 12:01AM, July 9, 2012. The Times Style Guide. Timesonline.co.uk. [2012-07-09].
  8. ^ George, Rose. All at Sea. Slate Magazine. 29 November 2010 [4 December 2010].
  9. ^ 例如: The Chicago Manual of Style, 15th edition, p. 356. 2003. ISBN 978-0-226-10403-4.
  10. ^ Feigin, M I. ru:Проявление эффектов бифуркационной памяти в поведении динамической системы [Manifestation of the bifurcation memory effect in behaviour of dynamic system]. Soros Educational Journal (journal). 2001, 7 (3): 121–127. (原始内容存档于2007-11-30) (俄语).
  11. ^ Feigin, M; Kagan, M. Emergencies as a manifestation of effect of bifurcation memory in controlled unstable systems. International Journal of Bifurcation and Chaos (journal). 2004, 14 (7): 2439–2447. ISSN 0218-1274. doi:10.1142/S0218127404010746.

来源

书籍
  • Cutler, Thomas J. The Bluejacket's Manual (Bluejacket's Manual, 22nd ed). Annapolis, MD: Naval Institute Press. 1999. ISBN 1-55750-065-7.

外部链接


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