船
本文介紹的是海上航行工具。關於其他同名意思，請見「船 (消歧義)」。
巨型客轮瑪麗皇后二號
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
船的主要部分。1：烟囱；2：船尾；3：螺旋桨和舵；4：舷；5：锚；6：球狀船首；7：船头；8：甲板；9：上层建筑 (工程)
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
拖斗挖泥船
泰國河上攤販船
- 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
一艘大型三桅帆船
- 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
像气垫登陆艇之類的船隻，可以在不排開液體的情形下產生浮力
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
漁船Dona Delfina
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×Lftdisplaystyle mboxknotsapprox 1.34times sqrt Lmboxft
或是用以下的公制公式：
knots≈2.5×Lmdisplaystyle mboxknotsapprox 2.5times sqrt Lmboxm
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。
船沿著三個軸的移動及轉動：1. 垂蕩（heave）, 2. 橫移（sway）, 3. 縱移（surge）, 4. 平擺（yaw）, 5. 縱搖（pitch）, 6. 橫搖（roll）
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×Vβdisplaystyle power=K_1times m^alpha times V^beta
- power=K1×mα×Vβdisplaystyle power=K_1times m^alpha times V^beta
K1displaystyle K_1值介於0.0025-0.0035之間
mdisplaystyle m為船艦排水量(單位 噸)
αdisplaystyle alpha介於0.8-10
βdisplaystyle 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
Vdisplaystyle V為船艦速度(單位 公尺/秒)
相關條目
- 船舶工業
- 造船
- 船塢
- 船臺
- 航運
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- 租船
- 動力定位
- 工廠船
- 渡船
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相关列表
- 虛構船列表
- 歷史船型列表
- 船隻列表
- 遇難船列表
- 世界最大郵輪列表
- 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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- http://www.khanacademy.org/cs/boat/1334639961
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