【輪船的原理】輪船的原理 船舶的基本工作原理

輪船按不同的標(biāo)準(zhǔn)，則有不同的分類(lèi)：

1、按民用運(yùn)輸可分為客船、貨船、渡船、駁船；

2、按航行區(qū)域可分為海船、內(nèi)河船和港灣船；

3、按航行狀態(tài)可分為排水量船、滑行艇、水翼船、氣墊船、沖翼艇；

4、按動(dòng)力裝置可分為蒸汽動(dòng)力裝置船、內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力裝置船、核動(dòng)力船、電力推進(jìn)船；

5、按推進(jìn)器形式分：螺旋槳船、平旋推進(jìn)器船、噴水推進(jìn)器船、噴氣推進(jìn)器船、螺桿艇、明輪船。

在諸多船舶中，最常見(jiàn)的是鋼質(zhì)船、內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力船、螺旋槳推進(jìn)船等。輪船發(fā)展至今，戰(zhàn)略用船已經(jīng)越來(lái)越選進(jìn)，其中包括各類(lèi)戰(zhàn)略艦船、巡洋艦等。

輪船促成了人類(lèi)生活的改變，造成人類(lèi)以往連做夢(mèng)也沒(méi)想到的世界各國(guó)相互依存的關(guān)系。今天，現(xiàn)代化的輪船，其中有客輪、貨輪和油輪，正在從事著各種關(guān)系到人類(lèi)命運(yùn)的全球性商業(yè)航運(yùn)。如世界上最大的發(fā)達(dá)國(guó)家美國(guó)，在20世紀(jì)70年代初期，每年海運(yùn)進(jìn)口貨物超過(guò)3億噸，總值超過(guò)300億美元。其中一些奢侈品如瑞士鐘表、俄國(guó)毛皮、蘇格蘭威士忌酒、意大利鞋、丹麥家具、法國(guó)葡萄酒，只不過(guò)占進(jìn)口貨物總值的一小部分；主要的進(jìn)口貨物是原料，包括4億桶以上的原油、4000萬(wàn)噸鐵礦石、1500多萬(wàn)噸鋁土礦石以及國(guó)民生活不可缺少的其他物品。

輪船構(gòu)造船舶由許多部分構(gòu)成，按作用和用途可分為以下幾部分：

①船體。又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，由船殼（船底及船側(cè)）和上甲板圍成的具有特定形關(guān)的空心體，是保證船舶具所需浮力、航海性能和船體強(qiáng)度的關(guān)鍵部分，一般用于布置動(dòng)力裝置、裝載貨物、儲(chǔ)存燃料和淡水，以及布置其他各種艙室。上層建筑位于上甲板圍成、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）。船體結(jié)構(gòu)為由板材和型材組合的板架結(jié)構(gòu)，可分為縱骨架式結(jié)構(gòu)和橫骨架式結(jié)構(gòu)以及混合骨架式結(jié)構(gòu)。

②船舶動(dòng)力裝置。又可分為推進(jìn)裝置和輔助裝置。推進(jìn)裝置是提供推進(jìn)動(dòng)力的成套動(dòng)力設(shè)備，由主機(jī)（如蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)、柴油機(jī)、汽油機(jī)、燃汽輪機(jī)等）、主鍋爐、傳動(dòng)裝置、軸系、推進(jìn)器、各種儀表和輔助設(shè)備等組成。輔助裝置是為船舶的正常運(yùn)行、作業(yè)、生活雜用等提供各種能量的成套動(dòng)力設(shè)備，一般由船舶電站、輔助鍋爐和廢氣鍋爐裝置以及其他輔助裝置等組成。

③船舶舾裝。包括艙室內(nèi)裝結(jié)構(gòu)（內(nèi)壁、天花板、地板等）、家具和生活設(shè)施、門(mén)窗、梯、欄桿、桅桿、艙口蓋等。

④其他裝備。如錨與系泊設(shè)備、舵與操舵設(shè)備、救生與消防設(shè)備、通信與導(dǎo)航設(shè)備、照明與信號(hào)設(shè)備、通風(fēng)與空調(diào)和冷藏設(shè)備、壓載水系統(tǒng)、艙底水疏干系統(tǒng)、液體艙的測(cè)深和透氣系統(tǒng)、海水和生活用淡水系統(tǒng)、船舶電氣設(shè)備等。構(gòu)成船舶的零件有成千上萬(wàn)種，所用材料品種多、數(shù)量大，而以鋼材用量最大。其中船體結(jié)構(gòu)用的材料主要是碳素鋼和低合金高強(qiáng)度鋼。船舶的主要技術(shù)特征有船舶排水量、船舶主尺度（如船長(zhǎng)、型寬和型深等）、船體系數(shù)、艙容和登記噸位、船體型線(xiàn)圖和結(jié)構(gòu)圖、船舶總布置圖及主要設(shè)備的規(guī)格等。

動(dòng)力來(lái)源

輪船可以來(lái)自?xún)煞N不同的機(jī)器：渦輪機(jī)和蒸汽機(jī)。

蒸汽機(jī)由三個(gè)部分組成：蒸汽爐、汽缸和冷凝器。在蒸汽爐中，通過(guò)燃燒過(guò)程水沸騰為蒸汽。通過(guò)管道蒸汽被送到汽缸。閥門(mén)控制蒸汽到達(dá)汽缸的時(shí)間。蒸汽在汽缸內(nèi)推動(dòng)活塞做功，冷卻的蒸汽通過(guò)管到被引入冷凝器重新凝結(jié)為水。這個(gè)過(guò)程在蒸汽機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)不斷重復(fù)。一般的蒸汽機(jī)有三個(gè)汽缸組成一個(gè)組。蒸汽機(jī)直接將活塞的上下運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為船軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。今年新造的蒸汽機(jī)中還包含了一個(gè)小的渦輪機(jī)，從汽缸中出來(lái)的蒸汽還可以利用它的余熱在推動(dòng)這個(gè)渦輪機(jī)來(lái)提高整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的效率。這個(gè)渦輪機(jī)也與船的螺旋漿軸相連。

現(xiàn)代輪船的蒸汽機(jī)還有其它提高其效率的機(jī)構(gòu)。往往有多個(gè)汽缸連在一起。蒸汽從一個(gè)汽缸出來(lái)后還被輸入下一個(gè)汽缸。這些汽缸的直徑一個(gè)比上一個(gè)大。這樣雖然蒸汽的壓力在每通過(guò)一個(gè)汽缸后不斷減小，但它對(duì)每個(gè)活塞施加的總的力卻是相同的。

漸漸地輪船取代了過(guò)去的帆船。輪船最主要的優(yōu)點(diǎn)是它們不依靠風(fēng)和比帆船快。它們比較可靠，到達(dá)一個(gè)港口的時(shí)間也一般與天氣無(wú)關(guān)。輪船的燃料有煤、煤球、重油和木頭。

輪船不沉的原理

現(xiàn)代的輪船一般都是用鋼造的，鋼遠(yuǎn)比水重得多。而且，輪船上裝的許多貨物如糧食、機(jī)器、建筑用材等也都比水重，但是為什么裝了那么多東西的船卻不會(huì)沉底呢？這里就應(yīng)用到了一條重要的物理定律：“作用于水中物體上的浮力的大小等于物體排開(kāi)水的重力?！?span>這條物體浮沉的定律，改變了人類(lèi)過(guò)去一直用木材造船的歷史。

浮力定律

我們可以做個(gè)小實(shí)驗(yàn)來(lái)證明一下這個(gè)定律：找一塊薄鐵皮，把它放在水上，它就立刻沉下去了；如果我們用這塊鐵皮做個(gè)鐵盒子，再放到水上，雖然重力沒(méi)有變，它卻能漂浮在水面上。而且即使往盒子里加點(diǎn)東西，盒子也只是下沉一點(diǎn)點(diǎn)，但仍能漂浮在水面上。這是因?yàn)楹凶拥酌媸艿剿膲毫?，這個(gè)壓力就是豎直向上的浮力。當(dāng)浮力大于鐵皮的重力時(shí)，就托住鐵盒讓它浮在水面上。而浮力是隨物體排開(kāi)液體重力的增加而增加、隨物體底部面積的增大而增大的。大輪船浮在水上就是根據(jù)這個(gè)定律。船越大，即船的底部面積越大，船排開(kāi)水的重力也越大，它所受的浮力也就越大，即使輪船裝運(yùn)很多的貨物，也不會(huì)沉底了。

離開(kāi)水面行駛的船

船是一種重要的水上交通工具，但是很多人嫌它航行得太慢。這是因?yàn)榇谒行旭倳r(shí)，船體要受很大的水體阻力。如果能將船體托離水面，就可以大大地減少阻力，使船速大大加快。這就是氣墊船的基本原理。氣墊船在航行時(shí)，船體完全離開(kāi)了水面，因而只受到空氣的阻力，比在水中航行時(shí)，阻力大大地減小。這種船有的能載幾百個(gè)乘客，每小時(shí)竟可以航行100千米。那么究竟是什么力量把幾百?lài)嵵氐拇e離水面的呢？

氣墊船的氣壓作用

氣墊船上裝有幾臺(tái)很大的鼓風(fēng)機(jī)。這些鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣，由船四周的環(huán)形通道噴出，以很大的壓力向下沖向水面。根據(jù)作用力和反作用力的原理，船體就得到一個(gè)方向向上的反作用力。當(dāng)反作用力足以托起船體重量時(shí)，船體就被抬出水面。這時(shí)，在水面和船體之間，形成了一層氣墊，氣墊船因此而得名。然后，利用斜向插入水中的螺旋槳，或利用空氣螺旋槳產(chǎn)生推力，來(lái)推動(dòng)船舶前進(jìn)。氣墊船不僅能在水面航行，也可以在陸地上行駛，是一種水陸兩棲的交通工具。同樣，氣墊船在陸地上行駛時(shí)，船和地面之間也會(huì)形成一層氣墊，把船托起來(lái)。