船
船或船舶,指的是:舉凡利用水的浮力,依靠人力、風帆、發動機(如蒸氣機、燃氣渦輪、柴油引擎、核子動力機組)等動力,牽、拉、推、划、或推動螺旋槳、高壓噴嘴,使能在水上移動的交通運輸手段。另外,民用船通常稱為船(古稱舳艫)、船舶、輪機、舫,軍用船稱為艦(古稱艨艟)、艦艇,小型船稱為艇、 舢舨、筏或舟,其總稱為艦艇或船舶。
船舶是隨著人類的發展而開發的。不論是戰時或是平時,都有船舶的出現。世界上有數百萬的漁民用漁船捕魚。戰時的海战及海上軍事補給都和船有關。2007年的商船約有35,000艘,貨物約有740萬噸[1]。2011年時,世界上已約104,304艘有船已取得由國際海事組織(IMO)發出的IMO編別號碼[2]。
在歷史發展上,船舶對於地理探索及科學技術的發展都有重要的角色。像中國明朝的鄭和將指南針及火药傳播到其他地區。船舶有用像殖民及奴隸貿易等用途,也有用在科學、文化及人道主义上。美洲及歐洲之間的哥倫布大交換是當時世界人口成長的主因之一[3]。航运也使世界的經濟成為能源密集的形式。
目录
1 术语
2 分類
2.1 按用途
2.2 按材料
2.3 按构造
2.4 按动力
3 設計考量
3.1 水靜力學
3.2 水動力學
4 浮力
5 動力計算
6 相關條目
7 相关列表
8 参考文献
8.1 引用
8.2 来源
9 外部連結
术语
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]。不過也有例外:像帆船遊艇上面會載一個長2至6公尺的小艇,兩種都不算是轮船。
在大航海時代,轮船定義為具至少有三个横帆桅杆和一个完整船首斜桅的帆船,也會用桅杆來定義其他種類的船,像三桅帆船、前桅橫帆雙桅船等。
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,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]。
分類
按用途
- 科考船 : 執行海洋科學研究的船隻。
- 工程船 : 對航行中的船隻施行维護修理工作,或是執行水上與水下工程作業的船隻。
漁船:使用於捕鱼業的船隻。
貨櫃船:專門運輸貨櫃的船舶,如躉船。
液貨船:用來運送液體的船。
客輪:運送乘客的大型船隻。- 非商船:非商業行為目的所使用的船隻。
- 快艇:主要用於水上娱樂,或賽艇比赛的船隻。種類很多,摩托艇,氣墊船都屬於這一類型。
- 拖船:推拉大船進出港的専用船。
- 引水船:帶引水人上下商船的専用船。
- 指航船:指明航道的船隻。
軍艦:軍事用途船舶,如巡洋艦,驅逐艦等,船只本身不用於軍事用途的軍屬船舶也歸為此類。
潜水艇也是一種特殊的船舶。軍事用途的潛水艇歸於軍艦類。此外也有用於海底科研考察等工作的工作船類潛水艇。亦可用於海底觀光等。
按材料
- 鋼鐵船
- 木造船
- 合金船
- 鐵絲網混凝土船——以混凝土來減少使用鋼材(例如“古田”號)
- 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,雙體船(TWIN HULL)有兩個瘦長的船體共用一個主甲板及上層結構,使用渦輪噴嘴發動機,通过向后喷水获取反作用力向前推进,比普通螺旋槳推動更快速,而在高速時,雙體瘦長的船身能降低阻力。而且船体穩度高,不易翻船(但若風浪過大,翻過90度後,因為沒有單體船的靜穩度扶正力矩,反而有滅頂之虞)。常被應用于渡輪及軍事運輸上。
- 水翼船
这是一種能高速航行的船舶。船底部有支架,裝上如飛機機翼般的水翼。當船加速后,水翼能产生浮力把船身抬離水面,從而減少水的阻力和增加航行速度。其轉向機構不使用常見的舵,而是控制左右兩支水翼的攻角來達成。
- 氣墊船
氣墊船是一種能高速航行的船隻,利用空氣在底部襯墊承托減少水的阻力。很多氣墊船的速度都可以超過五十節(約92.59km/hr)。
按动力
- 人力船:通過人力使用槳、櫓、篙等產生動力。
帆船:使用風力吹動帆產生動力。- 輪帆船:風力、發動機雙動力船。
輪船:發動機動力船。
駁船:無動力船。
設計考量
水靜力學
船舶可以浮在水面上的原因有以下三種:
- 大部份的船舶稱為排水型船舶(displacement vessel),船舶的重量因為被船殼排開的水產生的浮力所平衡。
- 對於平底的船隻,例如水翼船,升力是因為船的速度變快,和水相對運動時其升力會增加,直到水翼航行状态為止。
- 像氣墊船等非排水型船舶,船隻是因為船隻產生的高壓空氣(氣墊)支持其重量,因此可以和水面保持一定距離。
當船隻往上的力和往下的力相等時,船隻達到靜力平衡。若船隻再往下,吃水多一些,其重量不變,但其船殼排開水的重量變大了。當兩個力平衡時,船可以浮在水面上。甚至即使船上的貨物沒有平均擺放,船也不會前仰後傾或是傾斜。
船隻的穩定性一方面是考慮上述的靜力學層面,當船受到外力移動、横摇(rolling)及纵摇(pitching),以及有風和浪的影響時,也要考慮動力學層面。穩定性不佳的船出現過大的横摇及纵摇,最後會翻船或沈船。
水動力學
船在水中航行時,其前緣會受到水的阻力,阻力可以分為許多成份,主要的是水作用在船殼的阻力及波阻力
。若降低了阻力,速度自然會提昇,需要降低濕潤表面,沒水部份船體也要改用產生水波振幅較小的外形。為了達到此一目的,高速的船舶一般會較細長,其附屬物較小或是較少。若定期的清理船殼上寄生的生物及藻類,也可以減少船的阻力,防污油漆也可以減少船殼上的生物。像球狀船首等較先進的設計也可以減少波浪的阻力。
考慮波阻力的一個簡單方法是看船殼和其產生船波的關係。若船的速度比船波傳播的速度慢,船波會快速的在船的兩側消散。不過若船的速度和船波傳播的速度相等,船波能量增加的速度會比能量消散的速度快,因此船波振幅會增加。船必須從船波中穿過或是越過船波,其阻力會隨速度,以指數形式上昇。
船身極速可用以下方式計算:
knots≈1.34×Lft{displaystyle {mbox{knots}}approx 1.34times {sqrt {L{mbox{ft}}}}}
或是用以下的公制公式:
knots≈2.5×Lm{displaystyle {mbox{knots}}approx 2.5times {sqrt {L{mbox{m}}}}}
其中L為船在吃水線的長度,單位是英尺或是公尺。
當船隻的速度超過船身極速的94%,船會越過大部份的船首波,船身只由二個船首波的波峰支撐,略為穩定。當船隻的速度超過船身極速的134%,波長較船身長,船首波已無法再支撐船尾,因此船尾會下沈,船首會上昇。因此船身會開始要越過船本身產生的船首波,其阻力會快速增加。即使可以將排水型船舶運作在船身極速134%的速度,其油料的費用也會非常驚人。大部份的船舶會運作在遠小於上述程度的速度,約在船身極速的100%以下。
若是有足夠資金的大型計劃,會用船殼測試池來測試阻力,或是利用計算流體力學的方式進行計算。
船舶也會受到海浪、湧浪的影響,風及天氣也會影響船舶。這些移動及轉動對乘客或是貨物而言都是不想要的,若可能的話需要加以控制。在一定程度上,橫搖是可以用壓載或是像鰭板穩定器等設備加以穩定。縱搖更難加以限制,若是船頭沈沒在波浪中(稱為打浪),可能會造成危險。有時,為了停止劇烈的橫搖或縱搖,船隻必須改變航向或是快速停止。
船隻穩定性的理論在21世紀的科學研究中已經有具有說服力的說明[10][11],可是有些船隻的穩定性因著分叉点记忆的效應而快速下降。這類船隻包括有高機動性能的船隻、在穩態運動下設計為不穩定的飛機及受控海底車輛(在一些應用下需要上述的技術特點)。在設計船隻及其在關係情形下的控制時,需控制上述的因素。
浮力
浮著的船會排開和本身重量相同的流體。船本身結構的密度可以比水重,只要船的結構中有夠大的空心部份即可。若船浮著,整艘船(包括貨物)的質量除以其在吃水線下的體積,結果會等於水的密度(1 kg/l)。若船上的重量再加重,吃水線下的體積要增加才能使重力和浮力平衡,因此船會再下沈一點點。
動力計算
船艦的動力計算可利用下列公式
- power=K1×mα×Vβ{displaystyle power=K_{1}times m^{alpha }times V^{beta }}
K1{displaystyle K_{1}}值介於0.0025-0.0035之間
m{displaystyle m}為船艦排水量(單位 噸)
α{displaystyle alpha }介於0.8-10
β{displaystyle beta }對排水船而言約為3(立方定律)若為半滑航式設計(Semi-planing)則降低至2
V{displaystyle V}為船艦速度(單位 公尺/秒)
相關條目
- 船舶工業
- 造船
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- 租船
- 動力定位
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- 渡船
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相关列表
- 虛構船列表
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- 船隻列表
- 遇難船列表
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- 世界總噸最大船隻列表
- 世界最长船只列表
参考文献
引用
^ UNCTAD 2007, p. x and p. 32.
^ How Many Ships are there in the World?. Shipping Research and Finance. [4 May 2015].
^ "The Columbian Exchange Wikiwix的存檔,存档日期2011-07-26". The University of North Carolina.
^ Cutler 1999, p. 620.
^ Cutler 1999, p. 611.
^ 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).
^ Roger Boyes, Alex Spence Published at 12:01AM, July 9, 2012. The Times Style Guide. Timesonline.co.uk. [2012-07-09].
^ George, Rose. All at Sea. Slate Magazine. 29 November 2010 [4 December 2010].
^ 例如: The Chicago Manual of Style, 15th edition, p. 356. 2003. ISBN 978-0-226-10403-4.
^ 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).
^ 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
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- 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.
外部連結
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