轮船的家族

第四节　轮船的家族

船舶指的是:举凡利用水的浮力，依靠人力、风帆、发动机(如蒸汽机、燃气涡轮、柴油引擎、核子动力机组)等动力，牵、拉、推、划或推动螺旋桨、高压喷嘴，在水上移动的交通运输工具。另外，民用船一般称为船(古称舳舻)、轮(船)、舫，军用船称为舰(古称艨艟)、艇，小型船称为舢板、艇、筏或舟，其总称为舰船、船舶或船艇。

船舶是重要的水上交通工具，按不同的使用要求而具有不同的技术性能、装备和结构。如今，船舶在国防、国民经济和海洋开发等方面都占有十分重要的地位。

一、世界船舶发展史

在石器时代就出现了最早的船——独木舟(把一根圆木中间挖空)。然后，出现了有桨和帆的船(图9-25)。后来又出现了用蒸汽或柴油发动机提供动力的船。今天人们用太阳能和喷气式发动机作为船的动力，航行的速度令人吃惊，最高时速已经可以达到500km/h以上了。

图9-25　古代及现代帆船

1879年世界上第一艘钢船问世后，又开始了以钢船为主的时代。船舶的推进也由19世纪的依靠人力、畜力和风力(即撑篙、划桨、摇橹、拉纤和风帆)发展到使用机器驱动。

1807年，美国的富尔顿建成第一艘采用明轮推进的蒸汽机船“克莱蒙脱”号，时速约为8km/h;1839年，第一艘装有螺旋桨推进器的蒸汽机船“阿基米德”号问世，主机功率为58.8kW。这种推进器充分显示出它的优越性，因而被迅速推广。

1868年，中国第一艘载重600t、功率为288kW的蒸汽机兵船“惠吉”号建造成功。1894年，英国的帕森斯用他发明的反动式汽轮机作为主机，安装在快艇“透平尼亚”号上，在泰晤士河上试航成功，航速超过了60km/h。

早期汽轮机船的汽轮机与螺旋桨是同转速的。后来，约在1910年，出现了齿轮减速、电力传动减速和液力传动减速装置。在这以后，船舶汽轮机都开始采用了减速传动方式。

1902—1903年在法国建造了一艘柴油机海峡小船;1903年，俄国建造的柴油机船“万达尔”号下水。20世纪中叶，柴油机动力装置遂成为运输船舶的主要动力装置。

英国在1947年，首先将航空用的燃气轮机改型，然后安装在海岸快艇“加特利克”号上，以代替原来的汽油机，其主机功率为1837kW，转速为3600r/min，经齿轮减速箱和轴系驱动螺旋桨。这种装置的单位重量仅为2.08kW/kg，远比其他装置轻巧。20世纪60年代以后，又出现了用燃气轮机和蒸汽轮机联合动力装置的大、中型水面军舰。

当代海军力量较强的国家，在大、中型船舰中，除功率很大的采用汽轮机动力装置外，几乎都采用燃气轮机动力装置。在民用船舶中，燃气轮机因效率比柴油机低，用得很少。

原子能的发现和利用又为船舶动力开辟了一个新的途径。1954年，美国建造的核潜艇“鹦鹉螺”号下水，功率为11025kW，航速33km/h;1959年，前苏联建成了核动力破冰船“列宁”号，功率为32340kW;同年，美国核动力商船“萨瓦纳”号下水，功率为14700kW。1961年11月，世界上第一艘核动力航母“企业”号建成服役。美国的“企业”号航母上装备核动力装置，使航空母舰具有更大的机动性和惊人的续航力，更换一次核燃料可连续航行10年。而且，它可以高速驶往世界上任何一个海域。“企业”号核动力航母的问世，使航空母舰的发展进入新纪元。

现有的核动力装置都是采用压水型核反应堆汽轮机，主要用在潜艇和航空母舰上，而在民用船舶中，由于经济上的原因没有得到发展。20世纪70～80年代，为了节约能源，有些国家吸收机帆船的优点，研制一种以机为主、以帆助航的船舶。用电子计算机进行联合控制，日本建造的“新爱德丸”号便是这种节能船的代表。

二、船舶结构

1.船舶结构及作用

船舶是由许多部分构成的(图9-26)，按各部分的作用和用途，可综合归纳为船体、船舶动力装置、船舶舾装等三大部分。

图9-26　船舶的机构组成

船体是船舶的基本部分，可分为主体部分和上层建筑部分。主体部分一般指上甲板以下的部分，它是由船壳(船底及船侧)和上甲板围成的具有特定形状的空心体，是保证船舶具有所需浮力、航海性能和船体强度的关键部分。船体一般用于布置动力装置、装载货物、储存燃油和淡水，以及布置其他各种舱室。

为保障船体强度、提高船舶的抗沉性和布置各种舱室，通常设置若干强固的水密舱壁和内底，在主体内形成一定数量的水密舱，并根据需要加设中间甲板或平台，将主体水平分隔成若干层。

上层建筑位于上甲板以上，由左、右侧壁，前、后端壁和各层甲板围成，其内部主要用于布置各种用途的舱室，如工作舱室、生活舱室、贮藏舱室、仪器设备舱室等。上层建筑的大小、层楼和形式因船舶用途和尺度而异。

船舶动力装置包括:推进装置——主机经减速装置、传动轴系以驱动推进器(螺旋桨是主要的形式);为推进装置的运行服务的辅助机械设备和系统，如燃油泵、润滑油泵、冷却水水泵、加热器、过滤器、冷却器等;船舶电站，它为船舶的甲板机械、机舱内的辅助机械和船上照明等提供电力;其他辅助机械和设备，如锅炉、压气机、船舶各系统的泵、起重机械设备、维修机床等。通常把主机(及锅炉)以外的机械统称为辅机。

船舶舾装包括舱室内装结构(内壁、天花板、地板等)、家具和生活设施(炊事、卫生等)、涂装和油漆、门窗、梯和栏杆、桅杆、舱口盖等。

船舶的其他装置和设备中，除推进装置外，还有锚设备与系泊设备、舵设备与操舵装置、救生设备、消防设备、船内外通信设备、照明设备、信号设备、导航设备、起货设备、通风、空调和冷藏设备、海水和生活用淡水系统、压载水系统、液体舱的测深系统和透气系统、舱底水抽干系统、船舶电气设备、其他特殊设备(依船舶的特殊需要而定)。

2.船舶的用途和分类

船舶分类方法很多，可按用途、航行状态、船体数目、推进动力、推进器等分类。

①按用途，船舶一般分为军用和民用船舶两大类。军用船舶通常称为舰艇或军舰，其中有直接作战能力或海域防护能力者称为战斗舰艇，如航空母舰、驱逐舰、护卫舰、导弹艇和潜艇，以及布雷、扫雷舰艇等，担负后勤保障者称为军用辅助舰艇。民用船舶一般又分为运输船、工程船、渔船、港务船等;

②按船舶的航行状态通常可分为排水型船舶、滑行艇、水翼艇和气垫船;

③按船舶的船体数目可分为单体船和多体船，在多体船型中双体船较为多见;

④按推进动力可分为机动船和非机动船，机动船按推进主机的类型又分为蒸汽机船(现已淘汰)、汽轮机船、柴油机船、燃气轮机船、联合动力装置船、电力推进船、核动力船等;

⑤按船舶推进器又可分为螺旋桨船、喷水推进船、喷气推进船、明轮船、平旋轮船等，空气螺旋桨只用于少数气垫船;按机舱的位置，有尾机型船(机舱在船的尾部)、中机型船和中尾机型船;按船体结构材料，有钢船、铝合金船、木船、钢丝网水泥船、玻璃钢艇、橡皮艇、混合结构船等。

⑥按照国籍分为国轮(指在内国登记并悬挂内国国旗的船舶)与外轮(指在外国登记并悬挂外国国旗的船舶)。

⑦按照航程远近分为近海轮与远洋轮。两者的航行能力是不同的。

3.船舶的技术特征

船舶的主要技术特征有船舶排水量，船舶主尺度、船体系数、舱容和登记吨位、船体型线图、船舶总布置图、船体结构图、主要技术装备的规格等。

①船舶排水量，根据阿基米德原理，船体水线以下所排开水的重量，即为船舶的浮力，并应等于船舶总重量。船的自重等于空船排水量。船的自重加上装到船上的各种载荷的重量的总和(载重量)是变化的，即等于船的总重量。

②船舶载重量包括货物、燃油和润滑油、淡水、食物、人员和行李、备品及供应品等的重量。通常预定的设计载货量与按预定最大航程计算的油、水、食物等的重量之和，称为设计载重量。设计载重量时的排水量称为设计排水量或满载排水量。

③船舶主尺度包括总长、设计水线长度、垂线间长、最大船宽、型宽、型深、满载(设计)吃水等。钢船主尺度的度量指量到船壳板内表面的尺寸，称为型宽和型深;水泥船、木船等则指量到船体外表面的尺寸。

④舱容指货舱、燃油舱、水舱等的体积，它从容纳能力方面表征船舶的装载能力、续航能力，它影响船舶的营运能力。登记吨位是历史上遗留下的用以衡量船舶装载能力的度量指标，作为买卖船舶、纳税、服务收费的依据之一。登记吨位和载重量分别反映船舱的容纳能力和船的承重能力。它们虽互有联系，但属不同的概念。

⑤船体形线图是表征船舶主体(包括舷墙和首楼、尾楼)型表面的形状和尺寸，是设计和建造船舶的主要图纸之一。它由三组线图构成:横剖线图、半宽水线图和纵剖线图。三者分别由横剖面、水线面和纵剖面与船体型表面切割而成。

⑥船舶总设计图是设计和建造船舶的主要图纸之一，它反映船的建筑特征、外形和尺寸、各种舱室的位置和内部布置、内部梯道的布置、甲板设备的布局。总布置图由侧视图、各层甲板平面图和双层底舱划分图组成。

⑦船体结构图是反映船体各部分的结构情况，船体各相关部分的结构既独立又相互联系。船舶主体结构是保证船舶纵向和横向强度的关键，通常把它看成为一个空心梁进行设计，并用船中横剖面结构图来反映它的部件尺寸和规格。

新中国成立后，船舶工业有了很大发展，20世纪50年代建成一批沿海客货船、货船和油船。60年代以后，中国的造船能力提高得很快，陆续建成多型海洋运输船舶、长江运输船舶、海洋石油开发船舶、海洋调查船舶和军用舰艇，大型海洋船舶的吨位已达30万以上载重吨。除少数特殊船舶外，中国已能设计制造各种军用舰艇和民用船舶。但与先进发达国家相比，仍有较大的差距。