船
术语
船的主要部分。1:烟囱;2:船尾;3:螺旋桨和舵;4:舷;5:锚;6:球状船首;7:船头;8:甲板;9:上层建筑 (工程)(英语:Superstructure)
船(ship)和小艇(boat)的区别通常在于尺寸和航行时间。一个经验法则(英语:Rule of thumb)是,如果一艘船舶能携带另一艘,那么较大的那个就是船。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),两种都不算是船。
在大航海时代,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。
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(英语:ship class)(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)”,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。
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。
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。
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。
水翼船
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
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。
设计考量
水静力学
像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。
像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(英语:Hull (watercraft))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:
knots≈ ≈ -->1.34× × -->Lft{\displaystyle {\mbox{knots}}\approx 1.34\times {\sqrt {L{\mbox{ft}}}}}
或是用以下的公制公式:
knots≈ ≈ -->2.5× × -->Lm{\displaystyle {\mbox{knots}}\approx 2.5\times {\sqrt {L{\mbox{m}}}}}
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,风及天气也会影响船舶。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,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
关联项目
船舶工业
造船
船坞
船台
航运
飞艇 (轻航空器)
租船(英语:Chartering (shipping))
动力定位(英语:Dynamic positioning)
工厂船
渡船
船籍(英语:Flag State)
航海术语表(英语:Glossary of nautical terms)
海洋电子学(英语:Marine electronics)
船用燃料管理(英语:Marine fuel management)
航海史(英语:Maritime history)
海事法
母船(英语:Mother ship)
造船工程(英语:Naval architecture)
海军
推进系统(英语:Propulsion system)
航行
帆船
船员
船葬(英语:Ship burial)
航运
遇难船(英语:Shipwreck)
太空船
火车渡轮
船舶安全调查(英语:Vessel safety survey)
捕鲸船(英语:Whaler)
参考文献
来源
Cutler, Thomas J. The Bluejacket"s Manual (Bluejacket"s Manual, 22nd ed). Annapolis, MD: Naval Institute Press. 1999. ISBN 1-55750-065-7.
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