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第1章 轮船(1)

每个人对船都有一定的了解,但是,如果让你准确地说出船到底是什么、船是由什么构成的,我想大部分人很难说清楚。不过没关系,下面我们就将带你一同来了解这些有关船的知识。

船,指的是利用水的浮力,依靠人力、风帆或者发动机等动力牵、拉、推、划,或推动螺旋桨、高压喷嘴,使其能在水上移动的交通运输工具。另外,随着时代的发展,船的用途比古代丰富了很多,大体说来,可以分为民用和军用:民用船一般称为船、轮、舫;军用船称为舰、艇。小型船称为舢舨、艇、筏或舟,总称为舰船、船只或船艇。

无论是在遥远的古代,还是在科技发达的今天,船都是作为重要的水路交通工具存在的。在人类历史发展初期的中石器时代(石器时代,分为旧石器时代、中石器时代和新石器时代),就出现了最早的船——独木舟(把一根圆木中间挖空),这差不多可以算是最原始的水上航行工具了。后来,独木舟逐渐发展为带有桨和帆的船。

再后来,又出现了用蒸汽或柴油发动机提供动力的船。今天,人们甚至可以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,最高时速达500千米以上。

第一节水上行客——轮船

轮船是水上的行客。生活在海边的人就能经常看到轮船。

船是轮船的前身,就像先有了飞机后来有了直升机一样。说到轮船,我们有必要对这个“轮”字进行一些简单的介绍。过去,我们常把用机器推进的船称为轮船,因为那时的船只带有“轮子”。我国明代曾出现过有轮的船,就叫做轮船,当然,那时的轮船是靠人力转动“轮”来推进。蒸汽机发明改进后,通过装在船的两侧或船尾的轮状推进装置来推动船只前行,这也是最早出现的机动船只,这种船也可称为轮船。

按照其用途的不同,我们可以对轮船进行分类。比如运货的就叫货轮,载客的就叫客轮,兼运客货的就叫客货轮,专运油的就叫油轮,等等。

随着科学技术的发展,人们发现“轮”的推进效率远不及后来发明的螺旋桨的推进效率高,于是就不再用“轮”而改用螺旋桨来推进船只。现代建造的船只已经很少用“轮”来推进,只有在某些极浅的水域或水上娱乐场所还有装“轮”的船。现在,有些机器动力的船渐渐不叫某轮或轮船,而改称某船或机动船了,或者干脆简称船,机动客船简称客船,机动货船简称货船;但是“轮船”一词却一直沿用至今。

在汉语中,轮船一般有广义和狭义两种分法。广义的轮船泛指所有大的、机动推进的船只;狭义的轮船是指用汽轮机推进的船只。

轮船的推进方式有两种,一种是以蹼轮推进,一种是以螺旋桨推进。

轮船发展至今,可以说,它已变得非常豪华、先进和强大。那么,轮船又经历了哪些发展过程呢?

人类最早使用的水上航行工具是水筏,人类主要用它来捕鱼和航行。很早的时候,美洲的印第安人与北美的爱斯基摩人就知道,挖空木头可以增加水的浮力,因此他们发明了十分精良的独木舟作为水上的运输工具。在中国的周朝或更早的时候,就已出现了独木舟。据说,春秋时期的吴国就能建造出能乘载92人的中型木船。到了汉武帝时期,还建造了能乘载千余人的大木船。而后,人类又发现,在舟筏上迎风鼓起动物的皮毛可以加速舟筏的航行速度,这便是帆船的前身。

人类进入文明时期以后,帆船首先得到了改良。船帆是用编织物做成的,而且,船身下面还有了骨架的结构作为支撑,这可能是后来船只建造中龙骨的雏形。同时,船具的装置方法也得到了改进。到了希腊罗马时代,帆船在性能与尺寸方面都有了进一步的发展。罗马的运货船甚至可以装载400吨以上的货物,并且可以从埃及的尼罗河谷远航至罗马。这种发展状况一直维持到19世纪,直到后来才有所突破。

詹姆士·瓦特发明的蒸汽机,于19世纪初被应用于水路运输,标志着海上运输机械化时代的开始。

1807年,富尔顿将他发明的汽船“克莱蒙托”号展示于哈德逊河上,证明了使用蒸汽机的汽船可以在海上及河上航行。到1833年,一艘名叫“皇家威廉”号的加拿大汽船首次横渡了大西洋。其后的50年内,汽船的发展一日千里。船身由木制变成铁造,然后又发展为钢制。

早期的明轮推进器,于19世纪中叶被螺旋桨推进器所取代。1854年、1897年这两年里,第一个复合往复式蒸汽机及蒸汽涡轮先后由英国人首次成功应用于轮船上。进入20世纪后,蒸汽涡轮取代了蒸汽机,由客轮开始,然后用于货轮。

18世纪,欧洲出现了蒸汽船。到19世纪初,欧洲又出现了铁船。到了19世纪中叶,船开始向大型化、现代化发展。

我国幅员辽阔,江河交错,海岸线漫长。自古以来,我国航海事业及造船工业就很发达,是造船最早、最好的国家之一。

“轮船”一词始于我国唐朝。唐朝的李皋发明了“桨轮船”(车轮船)。它的两舷装着会转动的桨轮;桨轮外周装上叶片,下半部分浸入水中,上半部分露出水面。这种桨轮船,由人力踩动车轮,叶片拨水,从而推动船只前进。

因为它的桨轮在水面就可以被人看到,所以被称为“明轮船”或“轮船”,以便和人工划桨的木船、风力推动的帆船相区别。

到了宋代,船上普遍使用了罗盘针(指南针),并有了避免触礁沉没的隔水舱,同时,还出现了十桅十帆的大型船只。15世纪,中国的帆船已成为世界上最大、最牢固、适航性最优越的船只。在古代,中国航海造船的技术,在国际上处于领先地位。

蒸汽机出现以后,1690年法国的德尼·巴班提出用蒸汽机作动力推动船只的想法,并且进行了具体的设计。但因为当时还无法提供实用的蒸汽机,因此无法实现。1769年,法国发明家乔弗莱把蒸汽机装上了船。但所装的蒸汽机既简单又笨重,而且带动的是一组普通木桨,航速很慢,不能显示出机动船的优越性。1783年,乔弗莱又建成了世界上最早的蒸汽轮船“波罗斯卡菲”号;但是在航行30分钟后,船上蒸汽锅炉便发生了爆炸。1786年,美国的约翰·菲奇将一台瓦特蒸汽机装在船上,用来转动舵,而不再作为动力,船只的动力靠12支桨划水。因此,从真正意义上讲,这并不能算是蒸汽机轮船。1790年,菲奇用蒸汽机带动桨划水。因其效率极低,他的发明并没有受到人们的重视。1802年,英国人威廉·西明顿利用瓦特改进的蒸汽机,制造成世界上第一艘蒸汽动力明轮船“夏洛蒂·邓达斯”号,在苏格兰的福斯·克莱德运河下水,试航成功。这是一艘30英尺(1英尺=30.48厘米)长的木壳船,船中央装有西明顿设计的蒸汽机,推动一个尾部明轮。轮船的出现对拖船业主们是一个打击,他们以汽轮船产生较大的波浪为由,拼命反对。就这样,第一艘汽轮船被扼杀在摇篮里。美国的约翰·史蒂芬森于1840年建成具有四叶螺旋桨的“利特尔·朱莉安娜号”轮船,这是世界上最早有螺旋桨的轮船。由于推动螺旋桨的蒸汽机转速太低,所以他当时认为推进器还是轮桨较好。到1870年,他又建造了带轮桨的“菲尼克斯号”轮船。“菲尼克斯号”从纽约沿海岸驶向费城进行试航,虽然途中遇到风暴,但经过13天的航行,最后还是平安地到达费城。

这是世界上轮船首次在海上航行。

史蒂芬森父子对轮船的发展作出了很大贡献。

被人们称为“轮船之父”的罗伯特·富尔顿是美国机械工程师、画家。他在英国学习绘画期间,就对河中试航的“夏洛蒂·邓达斯”汽轮产生了浓厚的兴趣。他对船只结构和工作原理进行了研究,并且考察了英国内河航运状况,发现汽轮船具有广阔的前景,且已具备了制造的条件。1803年,他在法国设计并制造了汽轮船,制成后在塞纳河上试航成功,但速度很慢,逆水航行时只相当于人在地面上步行的速度。尽管如此,富尔顿并没有灰心,他回到祖国后又继续研究,终于在1807年7月设计出了排水量为100吨、长45.72米、宽9.14米的汽轮船“克莱蒙托”号。该船的动力由72马力的瓦特蒸汽机来带动车轮拨水。8月17日,载有40名乘客的“克莱蒙托号”从纽约出发,沿着哈德逊河逆流而上,31小时后驶进240千米以外的奥尔巴尼港,平均时速7.74千米,由此拉开了轮船时代的帷幕。此后,“克莱蒙托号”在哈德逊河上定期航行,成为世界上第一艘蒸汽轮船。在接下来不到5年的时间,欧洲与美国就出现了50艘蒸汽轮船在定期航线上航行。1829年,奥地利人约瑟夫·莱塞尔发明了可使用于船只技术的螺旋桨,并由瑞士工程师翰·埃里克森等人进行改进,制成了没有“轮”的轮船,克服了明轮推进效率低、易受风浪损坏的缺点。

在螺旋桨推进器诞生初期,许多人还担心螺旋桨的推进效率能否胜过明轮。1845年4月,英国建造的以蒸汽为动力、螺旋桨推进的“响尾蛇”号战舰与另一艘吨位和尺寸相同、动力不同的战舰同时开动,经过多次复赛,螺旋桨推进的船只取得了无可争议的胜利。

从此,螺旋桨推进器便逐渐取代了明轮。

船用发动机和推进器的进步,不但解决了船只技术的动力问题,建造船只的材料也由木材向钢铁转变。早期的轮船以蒸汽机为动力,由于煤炭在锅炉里喷着火,烟囱冒着浓浓的黑烟,因此曾被称为“火轮”。1884年,英国发明家查理斯·帕森斯设计出汽轮机。汽轮机以燃油为燃料,不但提高了发动机的效率,而且减少了燃料的消耗,缩小了动力装置占用的空间。从此,汽轮机成为轮船采用的主要动力装置,并具备了现代轮船的基本形态。进入20世纪后,又出现了船用柴油机,进一步推动着轮船向现代化迈进,并出现了油轮、集装箱船等专用轮船。

第三节轮船的基本组成

我们都知道,轮船在现代生活中充当着非常重要的角色,尤其是运输方面。那你知道轮船的基本组成是什么吗?

轮船的各个组成部分都有它特定的结构和名称。对于一艘轮船来讲,船的前端叫船首;船首两侧的船壳板弯曲处叫艏舷;船的后端叫船尾;船尾两侧船壳板弯曲处叫尾舷;船两边则叫船舷;船舷与船底交接的弯曲部叫舭部;连接船首和船尾的直线称为首尾线。首尾线将船体分为左右两部分:从船尾向前看,在首尾线右边的为右舷;在首尾线左边的为左舷;与首尾线中点相垂直的方向叫正横,在左舷的叫左正横,在右舷的叫右正横。

船体水平方向布置的钢板称为甲板,甲板可以将船体分为上下若干层。

最上一层船首尾的统长甲板称上甲板。该层甲板如果所有开口都能密封并保证水密,这层甲板则可称为主甲板,在丈量时又称为量吨甲板。少数远洋船只在主甲板上还有一层贯通船首尾的上甲板,因为其开口不能保证水密,所以只能叫遮蔽甲板。

在主甲板以下的各层统长甲板,从上到下依次叫做二层甲板、三层甲板等等。在主甲板以上的均为短段甲板,我们习惯上按照该层甲板的舱室名称或用途来命名,如驾驶台甲板、救生艇甲板,等等。

主甲板把船分为上下两部分,主甲板以上的部分统称为上层建筑;主甲板以下部分为主船体。在主船体内,根据需要,用横向舱壁将其分隔成很多大小不同的舱室。这些舱室都以各自的用途或所在部位来命名。如下图所示,从首到尾分别叫艏尖舱、锚链舱、货舱、机舱、尾尖舱和压载舱等。货舱中两层甲板之间所形成的舱间称甲板间舱,也叫二层舱或二层柜。

其中,上层建筑又分为船楼和甲板室两大类型。所谓船楼,是指两侧都延伸至船舷,或很接近船舷的上层建筑;甲板室是指两侧不接近舷边的上层建筑。船楼又有首楼、尾楼和驾驶台之分。上层建筑的各舱室一般按舱室的用途来命名。

在了解了轮船的基本组成之后,我们接下来为你介绍船体的基本结构。

船体主要由甲板、侧板、底板、龙骨、旁龙骨、龙筋、肋骨、船首柱、船尾柱等构件组成。实际船只的船体结构是十分复杂的,下面只给大家做简单的介绍。

龙骨。龙骨是船体结构中最重要的承重结构,它位于船的底部。在龙骨的上面还有横过的船肋,船肋能使龙骨更加牢固。龙骨绕过艏柱,通常是船壳第一个被建造的部分,龙骨的铺设也是造船过程中最重要的事件。除了承重外,龙骨在流体动力学上也有很重要的作用。它不仅扩大了船的侧面面积,提高了船在水中的并联阻抗,而且能防止侧风转向,而这一作用对逆风航行尤为重要。当然在不同的船只中,龙骨还会有它特殊的性能,如在帆船中龙骨会受到中部或是骨架边的斜撑的支持。此外,龙骨还对船的重量稳定有重要作用,它能减少船的倾斜或是反向转动。

旁龙骨。旁龙骨是龙骨两侧的纵向构件。它承受部分纵向的弯曲力矩,并且能提高船体承受外力的强度。舰船的旁龙骨一般用长方形截面松木条制作。

肋骨。肋骨是船体内的横向构件。它主要用于承受横向的水压力,并保持船体的几何形状。舰船模型的肋骨一般都是用三合板制作。

龙筋。龙筋是船体两侧的纵向构件。它和肋骨一起形成网状结构,用来固定船侧板,并增大船体的结构强度。舰船模型的龙筋也通常用长方形的松木条制作。

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