船舶是一種主要在地理水中運行的人造交通工具。另外,民用船一般稱為船,軍用船稱為艦,小型船稱為艇或舟,其總稱為艦船或船艇。內(nèi)部主要包括容納空間、支撐結(jié)構(gòu)和排水結(jié)構(gòu),具有利用外在或自帶能源的推進系統(tǒng)。外型一般是利于克服流體阻力的流線性包絡(luò),材料隨著科技進步不斷更新,早期為木、竹、麻等自然材料,近代多是鋼材以及鋁、玻璃纖維、亞克力和各種復合材料。
船舶從史前刳木為舟起,經(jīng)歷了獨木舟和木板船時代,1879年世界上第一艘鋼船問世后,又開始了以鋼船為主的時代。船舶的推進也由19世紀的依靠人力、畜力和風力(即撐篙、劃槳、搖櫓、拉纖和風帆)發(fā)展到使用機器驅(qū)動。
1807年,美國的富爾頓建成第一艘采用明輪推進的蒸汽機船“克萊蒙脫”號,時速約為 8公里/小時;1839年,第一艘裝有螺旋槳推進器的蒸汽機船“阿基米德”號問世,主機功率為58.8千瓦。這種推進器充分顯示出它的優(yōu)越性,因而被迅速推廣。
1868年,中國第一艘載重600噸、功率為288千瓦的蒸汽機兵船“惠吉”號建造成功。1894年,英國的帕森斯用他發(fā)明的反動式汽輪機作為主機,安裝在快艇“透平尼亞”號上,在泰晤士河上試航成功,航速超過了60公里。
早期汽輪機船的汽輪機與螺旋槳是同轉(zhuǎn)速的。后約在191[2] 0年,出現(xiàn)了齒輪減速、電力傳動減速和液力傳動減速裝置。在這以后,船舶汽輪機都開始采用了減速傳動方式。
1902~1903年在法國建造了一艘柴油機海峽小船;1903年,俄國建造的柴油機船“萬達爾”號下水。20世紀中葉,柴油機動力裝置遂成為運輸船舶的主要動力裝置。
英國在1947年,首先將航空用的燃氣輪機改型,然后安裝在海岸快艇“加特利克”號上,以代替原來的汽油機,其主機功率為1837千瓦,轉(zhuǎn)速為3600轉(zhuǎn)/分,經(jīng)齒輪減速箱和軸系驅(qū)動螺旋槳。這種裝置的單位重量僅為2.08千克/千瓦,遠比其他裝置輕巧。60年代先后,又出現(xiàn)了用燃氣輪機和蒸汽輪機聯(lián)合動力裝置的大、中型水面軍艦。
當代海軍力量較強的國家,在大、中型船艦中,除功率很大的采用汽輪機動力裝置外,幾乎都采用燃氣輪機動力裝置。在民用船舶中,燃氣輪機因效率比柴油機低,用得很少。
原子能的發(fā)現(xiàn)和利用又為船舶動力開辟了一條新的途徑。1954年,美國建造的核潛艇“鸚鵡螺”號下水,功率為11025千瓦,航速33公里;1959年,前蘇聯(lián)建成了核動力破冰船“列寧”號,功率為32340千瓦;同年,美國核動力商船“薩瓦納”號下水,功率為14700千瓦。
現(xiàn)有的核動力裝置都是采用壓水型核反應堆汽輪機,主要用在潛艇和航空母艦上,而在民用船舶中,由于經(jīng)濟上的原因沒有得到發(fā)展。核電池的出現(xiàn),解決了這些問題,意味著可以批量的制造核電池為動力的船舶。70~80年代,為了節(jié)約能源,有些國家吸收機帆船的優(yōu)點,研制一種以機為主、以帆助航的船舶。用電子計算機進行聯(lián)合控制,日本建造的“新愛德丸”號便是這種節(jié)能船的代表。
船舶是由許多部分構(gòu)成的,按各部分的作用和用途,可綜合歸納為船體、船舶動力裝置、船舶電氣等三大部分。
1、船體是船舶的基本部分
可分為主體部分和上層建筑部分。主體部分一般指上甲板以下的部分,它是由船殼(船底及船側(cè))和上甲板圍成的具有特定形狀的空心體,是保證船舶具有所需浮力、航海性能和船體強度的關(guān)鍵部分。船體一般用于布置動力裝置、裝載貨物、儲存燃油和淡水,以及布置其他各種艙室。
為保障船體強度、提高船舶的抗沉性和布置各種艙室,通常設(shè)置若干強固的水密艙壁和內(nèi)底,在主體內(nèi)形成一定數(shù)量的水密艙,并根據(jù)需要加設(shè)中間甲板或平臺,將主體水平分隔成若干層。
上層建筑位于上甲板以上,由左、右側(cè)壁,前、后端壁和各層甲板圍成,其內(nèi)部主要用于布置各種用途的艙室,如工作艙室、生活艙室、貯藏艙室、儀器設(shè)備艙室等。上層建筑的大小、層樓和型式因船舶用途和尺度而異。
2、船舶動力裝置
推進裝置——主機經(jīng)減速裝置、傳動軸系以驅(qū)動推進器(螺旋槳是主要的型式);為推進裝置的運行服務(wù)的輔助機械設(shè)備和系統(tǒng),如燃油泵、滑油泵、冷卻水水泵、加熱器、過濾器、冷卻器等;船舶電站,它為船舶的甲板機械、機艙內(nèi)的輔助機械和船上照明等提供電力 ;其他輔助機械和設(shè)備,如鍋爐、壓氣機、船舶各系統(tǒng)的泵、起重機械設(shè)備、維修機床等。通常把主機(及鍋爐)以外的機械統(tǒng)稱為輔機。
3、船舶電氣包括船上的主輔機及其他一些用電氣設(shè)備
船舶的其他裝置和設(shè)備中,除推進裝置外,還有錨設(shè)備與系泊設(shè)備;舵設(shè)備與操舵裝置;救生設(shè)備;消防設(shè)備;船內(nèi)外通信設(shè)備;照明設(shè)備;信號設(shè)備;導航設(shè)備;起貨設(shè)備;通風、空調(diào)和冷藏設(shè)備;海水和生活用淡水系統(tǒng);壓載水系統(tǒng);液體艙的測深系統(tǒng)和透氣系統(tǒng);艙底水疏干系統(tǒng);船舶電氣設(shè)備;其他特殊設(shè)備(依船舶的特殊需要而定)。
按用途
船舶一般分為軍用和民用船舶兩大類。軍用船舶通常稱為艦艇或軍艦,其中有直接作戰(zhàn)能力或海域防護能力者稱為戰(zhàn)斗艦艇,如航空母艦、驅(qū)逐艦、護衛(wèi)艦、導彈艇和潛艇,以及布雷、掃雷艦艇等,擔負后勤保障者稱為軍用輔助艦艇。民用船舶一般又分為運輸船、工程船、漁船、港務(wù)船等。
按船舶的航行狀態(tài)
通??煞譃榕潘痛啊⒒型?、水翼艇和氣墊船;
按船舶的船體數(shù)目
可分為單體船和多體船,在多體船型中雙體船較為多見;
按推進動力
機動船和非機動船 ,機動船按推進主機的類型又分為蒸汽機船(現(xiàn)已淘汰)、汽輪機船、柴油機船、燃氣輪機船、聯(lián)合動力裝置船、電力推進船、核動力船等;
按船舶推進器
可分為螺旋槳船、噴水推進船、噴氣推進船、明輪船、平旋輪船等 ,空氣螺旋槳只用于少數(shù)氣墊船;按機艙的位置,有尾機型船(機艙在船的尾部),中機型船和中尾機型船;按船體結(jié)構(gòu)材料,有鋼船、鋁合金船、木船、鋼絲網(wǎng)水泥船、玻璃鋼艇、橡皮艇、混合結(jié)構(gòu)船等。
按照國籍
國輪(指在內(nèi)國登記并懸掛內(nèi)國國旗的船舶)與外輪(指在外國登記并懸掛外國國旗的船舶)。
按照航程遠近
近海輪與遠洋輪。兩者的航行能力是不同的。
按目的
客輪 : 旅客輸送用船。
貨船 : 貨物輸送用船。如油船,散貨船,集裝箱船等。
渡輪 : 主要運載貨物,乘客,汽車。
鉄道車兩渡輪 : 能運送大型鉄道車兩的渡輪。
貨客船: 兼貨物輸送與旅客輸送用船。
救助作業(yè)船:用于海上救護工作。
工程船:處理打撈等工作打撈船,從事科研考察工作的科考船,事對航行中的船只的維護修理工作的工程船。都屬于這一范疇。
指航船:指明航道的船只。
漁船 : 用于捕魚業(yè)的用船。
快艇 : 主要用于水上娛樂,或賽艇比賽的船只。種類有很多摩托艇,氣墊船都屬于這一類型。
軍用艦艇 :軍事用途船舶,如巡洋艦,驅(qū)逐艦,潛艇等,船只本身不用于軍事用途的軍屬船舶也歸為此類。
按材料
鋼制船、木船、合金船、玻璃鋼船、水泥船。
按構(gòu)造
單體船,多體船(雙體船,三體船等)。一般常見的船只為單體船,雙體船有兩個瘦長的船體,使用渦輪噴氣發(fā)動機,通過向后噴水獲取反作用力向前推進,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。而且船體穩(wěn)定,不易翻船。常被應用于渡輪及軍事運輸上。
按動力
人力船/畜力船 : 通過人力、使用槳櫓篙等產(chǎn)生動力。
帆船: 使用風力吹動帆產(chǎn)生動力。
輪帆船 : 風力,發(fā)動機雙動力船。
輪船 : 發(fā)動機動力船。
核動力船:利用核反應堆產(chǎn)生動力的船。
水翼船:這是一種能高速航行的船舶。船底部有支架,裝上水翼。當船加速后,水翼能產(chǎn)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。
氣墊船:氣墊船是一種能高速航行的船只,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(jié)。
(1)浮性
船舶在一定裝載情況下的漂浮能力叫做船舶浮性。船舶是浮體,決定船舶沉浮的力主要是重力和浮力。其漂浮條件是:重力和浮力大小相等方向相反,而且兩力應作用在同一鉛垂線上。
船舶的平衡漂浮狀態(tài),簡稱船舶浮態(tài)。船舶浮態(tài)可分為四種。
1. 正浮狀態(tài)
是指船舶首、尾、中的左右吃水都相等的情況。
2. 縱傾狀態(tài)
是指左右吃水相等而首尾吃水不等的情況。船首吃水大于船尾吃水叫首傾;船尾吃水大于船首吃水叫尾頃。為保持螺旋槳一定的水深,提高螺旋槳效率,一般未滿載的船舶都應有一定的尾頃。
3. 橫傾狀態(tài)
是指船首尾吃水相等而左右吃水不等的情況,航行中不允許出現(xiàn)橫傾狀態(tài)。
4. 任意狀態(tài)
是指既有橫傾又有縱傾的狀態(tài)。
(2)穩(wěn)性
穩(wěn)性是指船舶在外力矩(如風、浪等)的作用下發(fā)生傾斜,當外力矩消除后能自行恢復到原來平衡位置的能力。船舶穩(wěn)性,按傾斜方向可分為橫穩(wěn)性和縱穩(wěn)性;按傾斜角度大小可分為初穩(wěn)性(傾角100 以下)和大傾角穩(wěn)性;按外力矩性質(zhì)可分為靜穩(wěn)性和動穩(wěn)性。對于船舶來說,發(fā)生首尾方向傾覆的可能性極小,所以一般都著重討論橫穩(wěn)性。
(3)抗沉性
抗沉性是指船舶在一個艙或幾個艙進水的情況下,仍能保持不致于沉沒和傾覆的能力。為了保證抗沉性,船舶除了具備足夠的儲備浮力外,一般有效的措施是設(shè)置雙層底和一定數(shù)量的水密艙壁。一旦發(fā)生碰撞或擱淺等致使某一艙進水而失去其浮力時,水密艙壁可將進水盡量限制在較小的范圍內(nèi),阻止進水向其他艙室漫延,而不致使浮力損失過多。這樣,就能以儲備浮力來補償進水所失去的浮力,保證了船舶的不沉,也為堵漏施救創(chuàng)造了有利條件。
(4)快速性
船舶在主機輸出功率一定的條件下,盡量提高船速的能力叫船舶快速性??焖傩园?jié)能和速度兩層意義,所以提高船舶快速性也應從這兩方面入手,即盡量提高推進器的推力和減小船舶航行的阻力。
(5)搖擺性
船舶在外力的影響下,作周期性的橫縱向搖擺和偏蕩運動的性能叫船舶搖擺性。這是一種有害的性能,劇烈的搖蕩會降低航速,造成貨損,損壞船體和機器,使旅客暈船,影響船員生活和工作等。
船舶的搖擺,可以分為橫搖、縱搖、立搖和垂直升降四種運動形式。橫搖是船舶環(huán)繞縱軸的搖擺運動;縱搖是船舶環(huán)繞橫軸的搖擺運動;立搖是船舶環(huán)繞垂直軸偏蕩運動;垂直升降是船舶隨波作上下升降運動。船舶在海上遇到風浪時,往往是以上四種搖擺的復合運動。由于橫搖比較明顯,影響也較大。為了減輕船舶橫搖,一般船舶在船體外的舭部安裝舭龍骨,其結(jié)構(gòu)簡單,不占船體內(nèi)部位置,且有較明顯的減搖效果,實踐表明舭龍骨約能減小擺幅 20%~25%,舭龍骨的缺點是增加水阻力,影響航速。大型
客輪也有用減搖水柜、減搖鰭、陀螺平衡減搖裝置等來減小船舶在風浪中的搖擺。
(6)操縱性
船舶能保持和改變運動狀態(tài)的能力叫船舶操縱性。所謂運動狀態(tài)指航向和航速,所以操縱性應包括船舶能迅速改變航向的旋回性和保持指定航向的穩(wěn)定性,也包括船舶改變航速和保持航速以及船舶停車和倒車時的慣性等性能。
船舶操縱性能主要是通過車和舵來實現(xiàn),但在靠離泊作業(yè)時,還通過錨、纜和拖輪來協(xié)助,提高船舶操縱性。
船舶速度性能是運輸船舶的重要技術(shù)營運性能之一。運輸船舶速度性能包括:
(1)交船速度
交船速度又稱試航速度,是指船舶的最大速度。它是船舶建造后在航行試驗中測得的速度。
(2)技術(shù)速度
技術(shù)速度又稱靜水速度,是由航運企業(yè)機務(wù)部門對船舶進行熱工試驗所測得的速度。通常測定滿載和空載兩種技術(shù)速度,并記入船舶證書中。技術(shù)速度是確定速度定額的依據(jù)。
(3)平均營運速度
平均營運速度是一個統(tǒng)計概念上的航速,是指船舶航行距離與實際航行時間的比值。反映了船舶在營運過程中的實際周轉(zhuǎn)速度。
(4)其他船舶航速
①滿載航速:船舶滿載航行時的平均營運速度。
②壓載航速:空船壓載航行時的平均營運速度。
③限制航速:限制航速即船舶速度受限制時的航速。如船舶通過狹窄水道及船舶來往頻繁的航道上;洪水期間船舶航行于防洪區(qū)時,應使用限制航速等。
④臨界航速:航行于受水流影響的內(nèi)河水道上的船舶,為使該船上下平均速度正好等于該船的靜水速度時,所要求的船舶技術(shù)速度。
⑤技術(shù)下限速度:也稱功率下限速度,是指技術(shù)上所允許的最低減速航速,常以60%額定功率時所能達到的航速表示。
⑥最佳航速:也稱最佳減速航速,因?qū)ψ罴迅拍畹牟煌斫?,有?jīng)濟航速與盈利航速等名稱及計算方法的不同。最佳航速常低于技術(shù)速度,高于技術(shù)下限速度。
(1)船體放樣
線形放樣:分手工放樣和機器(電腦)放樣,手工放樣一般為1:1比例,樣臺需占用極大面積,需要較大的人力物力,目前較少采用;機器放樣又稱數(shù)學放樣,依靠先進技術(shù)軟件對船體進行放樣,數(shù)學放樣精確性較高,且不占用場地和人力,目前較為廣泛的采用機器放樣。
結(jié)構(gòu)放樣、展開:對各結(jié)構(gòu)進行放樣、展開,繪制相應的加工樣板、樣棒。
下料草圖:繪制相應的下料草圖。
(2)船體鋼材預處理:對鋼材表面進行預處理,消除應力。
鋼材矯正:一般為機械方法,即采用多輥矯夾機、液壓機、型鋼矯直機等。
表面清理:a.機械除銹法,如拋丸除銹法噴丸除銹法等,目前較為廣泛采用;b.酸洗除銹法,也叫化學除銹,利用化學反應;c.手工除銹法,用鎯頭等工具敲擊除銹
(3)構(gòu)件加工
邊緣加工:剪切、切割等;
冷熱加工:消除應力、變形等;
成型加工:油壓床、肋骨冷彎機等。
(4)船體裝配:船體(部件)裝配,把各種構(gòu)件組合拼接成為各種我們所需的空間形狀。
(5)船體焊接:把裝配后的空間形狀通過焊接使之成為永久不可分割的一個整體。
(6)密性試驗:各類密性試驗,如著色試驗、超聲波、X光等。
(7)船舶下水:基本成形后下水,設(shè)計流水線以下的所有體積均為浸水體積。
重力下水:一般方式為船臺下水,靠船舶自重及滑動速度下水;
浮力下水:一般形式為船塢;
機器下水:適用于中小型船舶,通過機器設(shè)備拖拉或吊下水。
(8)船舶舾裝:全面開展舾裝系統(tǒng)、系泊系統(tǒng)、機裝、電裝、管裝等方面的工作。
(9)船舶試驗:系泊試驗、傾斜試驗,試航(全面測試船舶各項性能)。
(10)交船驗收。