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第6章 航船世界(1)

连体婴儿——双体船和三体船

我国开发的AMD1000P型穿浪高速双体客船长715米、宽183米、吃水24米、载重1184吨、载客600人、有船员12人、航速74千米/小时。穿浪高速双体船,它具有水翼船、双体船的优点:航行时阻力低、速度高、平稳性好,所以安全可靠,乘坐舒适。

高速双体客船的航速,与目前广泛使用的水翼船不相上下,但它的可靠性比水翼船强得多,而且坚固耐用,维修起来很方便。

国外于1983年建造出一种穿浪型高速双体船。这种船的每个单体船身很瘦长,船的外形就像一只飞翔的燕子,在高速航行时阻力很小,是一种高速船(航速大于463千米/小时)。

在海浪比较大时,一般的高速船是无法航行的,而穿浪型双体船却能照常行驶。在海浪浪高在15米——2米以下,它是穿浪而过进行航行,这时中心船体不接触海面。当遇到2米以上大浪时,它只是穿浪而过,不航行,这时中心船体产生浮力,使船头不被海浪“压住”。这种船在浪高浪大的情况下,颠簸小,乘客晕船率从原来的20%降为2%。

这种航船能适应各种天气,使得因天气之故而停止航行的情况减少了,也就是缺航率低了。这种船适于在内河和沿海使用,用做餐厅游船,海上“的士”(出租船)和航班船等。

穿浪型高速双体船获得了迅速发展。

双体船是将两个大小相同的单体船用同一个甲板和上层建筑联接成一个整体。双体船甲板极宽阔,它的船身宽,所以稳定性好,在风浪中航行安全、舒适,不会有翻船的危险。

本世纪90年代初期已生产出74米型双体船(船长74米)9艘,船宽26米,航速37节(686千米/小时),载客450名,另外还可载84辆小轿车,造价2400万美元。目前世界上最大的穿浪双体船是由日本制造的,长100米,载客450人,汽车94辆,速度为36节(667千米/小时)。

当前世界最大的高速双体船叫“北大西洋探险者号”,由瑞典一家造船厂制造的,长1266米,宽40米,航速40节(74千米/小时),能载1500人和375辆汽车,总的功率相当于10万马力。在高速航行时,每小时耗油50立方米,真是巨轮。有400平方米的露天甲板,设有客舱、餐厅、酒吧间、商店、儿童娱乐室等。它在爱尔兰海运送旅客。

世界上也已经有了55节(航速102千米/小时)的高速双体客船。

三体船的三个单体船身之间有两个喇叭口通道。航行时,高速气流从喇叭口进人通道,形成气垫,产生附加的升力,使航行速度增加,另外,进入通道的高速气流喷向船尾的滑行面,增加了空气润滑作用,也使前进的阻力减小。气流水流从头部进入喇叭口通道,使得产生的横向波小,航行的阻力小。这就使得三体船不但速度高,而且节约能源。

还有,三体船的机动性好,一般的滑行艇高速回转范围要8倍-12倍船身长,而三体船回转只要45倍——55倍船身长。

美国制造出一种气垫三体船,长30米,宽11米,吃水12米,船员3人,载客149人,航速45节(834千米/小时)。后来又制成可载250名旅客的三体船。

英国泰晤士河上使用了高速三体气垫渡船,船长122米,宽37米,吃水03米,船员1人,载客12人,最大航行速度30节(556千米/小时),能连续航行6小时-7小时。

会飞的气垫船

气垫船是最为神奇的高速船,因为它既可以贴近水面航行,又可以像汽车一样在陆地行驶,还可以在空中飞行,是介于车、船和飞机之间的一种特殊的新型船。船体常用轻金属制造,靠气垫把船从水面或陆地上托起来,并通过船尾螺旋桨不断向后鼓风,产生反作用力使船前进,由于阻力小,船的时速近百千米,最高时速达200千米/小时以上。

什么是气垫?就是高压空气形成的“垫子”,这个特殊的“垫子”垫在船体与水面中间,实际上是托着船在水面上航行,前进中不再承受水的阻力而只有空气阻力,故阻力大为减小。

1953年,英国人库克雷尔首创气垫理论,经过大量试验验证,于1959年建造了世界上第一艘气垫船,并应用于横渡英吉利海峡成功。至此以后,气垫船的应用逐渐广泛起来,目前多应用于高速短途客船,交通船、渡船等。

“HT-903”型气垫船

气垫船共有两种:一种叫做全垫升气垫船,又称全浮式气垫船,即气垫把整个船体都垫起来,航行中船体不吃水。这种气垫船的结构是船底四周装有柔性围裙,压缩空气在围裙内形成气垫,船的前进靠空气螺旋桨推进,靠空气舵操纵方向。这种气垫船的特点是具有快速性和两栖性。快速性不言自明。两栖性是它不仅能在水面行驶,也能在平坦地面和沼泽地带行驶,并且具有一定超过障碍的能力;另一种叫侧壁气垫船,它的船体两侧有刚性侧壁伸入水中,仅在船头和尾部有柔性气垫装置而形成气垫,因此它不是全垫升而是局部垫升。当然这个船的速度要低于第一种气垫船,而且也不能两栖,不能在陆地上行驶。

气垫船的船身一般用铝合金、高强度钢或玻璃钢制造,动力装置采用航空发动机或燃气轮机;船底围裙用高强度尼龙橡胶布制成,磨损后可以更换。

从原理上看,气垫船可以说是航空航天技术在船舶上的应用,故气垫船一般由航空航天部门研制。

气垫船发展很快,并且大有前途。气垫船可在沼泽地或油田运送人和物,做交通船;可以做客轮或游轮,飞越激流、险滩和暗礁地区;在军事上,可作为快艇和登陆艇;还可用做水上救护艇。澳大利亚墨尔本雷特公司研制出的气垫飞行船,能漂浮、飞翔和盘旋。它能在水面或陆地上数米高掠过,速度为120千米/小时,最高可达300千米/小时,是旅游观光、巡航、货运的理想航空器。

神奇的超导船

翻开人类的船舶发展史,船舶的动力最初是人力,后来是风力,至19世纪蒸汽机应用于船舶。一个半世纪以来,一直是船用发动机和驱动螺旋桨这一方式主宰着船舶动力。

那么神奇的超导船的动力是什么呢?其全称是超导体电磁推进装置,简单地说就是电磁铁。在船上安装电磁铁后,按照左手定则原理,在海水中便会产生磁力线,并同时产生与磁力线成垂直方向的电流,在磁场和电流的作用下,就会将从船底吸入的海水向后喷去,从而形成强大的反作用力——推力,推动船体向前疾驰。

这推力的大小,取决于电磁场的强度和电流的大小,电磁场强度越强,电流越大,所产生的推力就越大。

为什么必须用超导材料制成的电磁铁呢?因为普通的电磁铁所产生的磁场强度很弱,一般只能达到2万高斯的磁场强度。这根本产生不了足够的推力,而必须要有20万高斯的磁场强度,产生这样高的磁场强度,非超导材料电磁铁莫属。自50年代发现了新的超导材料铌锆合金和铌三锡后,才为用超导体制造强磁场开辟了道路。

近年来,通过超导模型船的下水试验,取得了许多有用的资料,为超导船的实用化创造了条件。在电磁的通电方式上,研究了3种可供选择的方案。

直接通电方式。这种方式是在船底安装2块电极板,电流通过海水在极板之间流动。这种方式结构简单,制造容易,但有其负作用。当电流从海水中通过时,因电解作用会从海水的氯离子中产生氯气,而氯气是有毒的,会腐蚀电极板。

涡流电流方式。它不直接向海水通电,而是通过磁场的变动间接在海水中通电,电流从船的左舷流向右舷,产生推力,但其缺点是产生的推力小。

电路通电方式。在海水中铺设电缆,电流在电缆中通过而不接触海水,这样当然不会产生有毒的氯气,但是制造比较复杂。

美国的工程师S·韦,从1958年开始,就渴望研制成不用螺旋桨或喷射式推进器,而用电力推动的船,这是一个美好的梦想。日本神户商船大学于1976年研制成功超导模型船,3年后制成长36米、重700千克的超导船模型,能在海里以每秒1米的速度航行。日本船舶与海洋工程财团从1985年开始研究超导船,“山门1号”试验船于1992年6月在神户港完成航行试验。船长30米,宽104米,深25米,用铝合金材料制成,最大航速为8节(148千米/小时),定员10人。随着超导体研究的深入,超导船逐步从梦想走进现实,从模型实验向实用舰船发展。美国海军计划研制有超导电磁推进系统的小水线双体结构的军用舰船。目前,通用电气公司对超导电机进行了试验,一台长289米,直径155米,重113吨;另一台长198米,直径1米,重32米。它们能产生强大的电流(密度达93安/平方厘米)。看来,超导船在海上航行的日子已不远了。

超导船的优点是无振动、无噪声、无污染,航速高(可达100千米/小时以上),造价低等等。

奇妙的旅游潜艇

旅游潜艇最早出现于1964年。当时在瑞士举办的一次国家博览会上,展出了一艘非比寻常的潜艇,它的两侧各有一排透明的圆形观察窗,艇名为“奥古斯特·皮卡德”号,可以说是世界上第一艘旅游潜艇,也是第一艘商业运行的潜艇。

旅游潜艇有深潜型(下潜深度超过100米)、浅水型(下潜深度10米——50米)、半潜型(下潜深度1米-2米)。在10米-50米深度的海水中,是各种鱼类及水生物栖息繁殖的最佳环境。

在这一深度上,水下阳光比较充足,海水能见度也比较高,是进行水下观光的理想场所。正因为如此,目前世界各国所建造的旅游潜艇中,浅水型所占的比例最大,数量也最多。半潜型旅游潜艇的特点是:当其潜入水下后,它的顶部仍然露出水面。典型的半潜型旅游潜艇是法国尼摩公司设计建造的“珊瑚王后”号,其尺度为长59米,宽39米,吃水28米,可容纳5人,在水下可连续航行7小时。“珊瑚王后”号的两个压载水舱的中心部位装有气囊,这样可使该艇处于水下状态时不致于下沉到更大的深度上去,起到稳定的压载调节作用。

建造旅游潜艇所用的材料和工艺必须严格按照规定的标准。设计旅游潜艇必须充分地考虑到应急性能。当在水下发生事故时,潜艇可立即将压载重物抛掉,或将压载水舱内的压载水迅速排出,或两种方法同时并用,使水下处于危险状态的旅游潜艇迅速地上浮到水面。旅游潜艇上都备有十分完善的救生装置和生命支持设施。一般大型或中型旅游潜艇所携带的备用氧气以及其它能源,可以使旅游潜艇在水下停留3昼夜,可保证无法自行上浮的旅游潜艇获得外界的营救。每个旅客的座位下方或后方,都配有救生衣,供旅游潜艇失事时乘客穿戴逃生。每艘旅游潜艇的内部都备有高性能的消防器材,艇上还备有足够数量的应急呼吸面具。一般大型和中型旅游潜艇都有与之配套的水面支援船和水面临视船。水面支援船上设有完善的打捞、救生、抢救以及通讯联络设备,可对失事的旅游潜艇进行各种救援活动。

三十多年来,全世界已建造了近一百艘旅游潜艇,并投入了商业运营。

海上巨无霸——油轮

运油船遇难和漏油造成海洋的污染是非常严重的,因为运油船太多太大了。全世界目前油船的总吨位差不多是商船总吨位的一半。

世界商船中大型船舶最大的就是运油船。一般8万吨以上的称为大型油船;25万吨——30万吨的称为超大型油船;而50万吨以上的称为超超大型油船。世界上最大的油船为55万吨级,如果用油罐车装这种船所载的油,要一万个车皮,需用250多个火车头才能全部拉走。油轮真可称为“海上巨无霸”。

油轮上没有吊货设备,也没有大货舱开口,依靠专门的油泵和输油管装卸油。油轮一般船体不高,甲板有供船员通行的天桥(满载航行时甲板离水面很近,容易上浪),机舱设在尾部,以保证排出的烟若带有火星向后吹走,避免引起火灾。

世界上第一艘具有现代油船特征的运油船,是1886年开始运营的英国“好运”号。一般油船是单层甲板、单层底结构,并用纵舱壁1道——3道和横舱壁4道一10道将舱体隔开,一来可以防止石油流动冲击而影响油轮稳定性,二来便于装载不同类型的石油,第三,万一某一分舱被撞破可保证船的安全。由于油轮常有触礁或相撞事故产生漏油,所以国际海事组织海上环境保护委员会要求油船要能够很好地防止事故,其中规定:1996年以后交货的油船,必须是双底双壳。

现代的油轮不仅大,而且设计得更加完美。超大型E3油轮长337米,宽57米,载重295100吨,航速154节(285千米/小时)。它是双壳的,它的双基底高达3米,边舱宽4米。E3型油轮船体短,油在舱内不会振荡;船上采用无害的物质来代替有害的氯氟烃制冷剂和因素灭火剂;采取了特殊措施使这种船比一般油船节省燃料;所以特别耐腐蚀。

超大型E3油轮是由法国、西班牙、德国和意大利等四国五家公司联合开发的跨世纪油轮。

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