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用於在水上或水中運動的載具 来自维基百科,自由的百科全书
船或船舶是水面载具的俗称,泛指任何利用水的浮力并依靠人力、风帆、发动机(如蒸气机、燃气涡轮、柴油引擎、电动机、核动力)驱动螺旋桨、以及风扇或高压喷嘴的反推为动力进行划、牵、拉、推,使其能在水面上移动的交通工具。在中文中,民用船通常称为船(古称舳舻)、船舶、轮机、舫,军用船称为舰(古称艨艟),小型船称为艇(无引擎动力的小型船称为舟、 筏或舢舨),统称舰艇。
船舶是随著人类的发展而开发的。不论是战斗时或是平时,都有船舶的出现。世界上有数百万的渔民用渔船拿来捕鱼。战时的海战及海上军事补给都和船有关。2007年的商船约有35,000艘,货物约有740万吨[1]。2011年时,世界上已约104,304艘有船已取得由国际海事组织(IMO)发出的IMO编别号码[2]。
在世界历史发展上,船舶对于地理探索及科学技术的发展都有重要的角色。美洲及欧洲之间的哥伦布大交换是当时世界人口成长的主因之一[3]。航运也使世界的经济成为能源密集的形式。
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]。不过也有例外:像帆船游艇上面会载一个长2至6公尺的小艇,两种都不算是轮船。
在大航海时代,轮船定义为具至少有三个横帆桅杆和一个完整船首斜桅的帆船,也会用桅杆来定义其他种类的船,像三桅帆船、前桅横帆双桅船等。
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]。
船舶可以浮在水面上的原因有以下三种:
当船只往上的力和往下的力相等时,船只达到静力平衡。若船只再往下,吃水多一些,其重量不变,但其船壳排开水的重量变大了。当两个力平衡时,船可以浮在水面上。甚至即使船上的货物没有平均摆放,船也不会前仰后倾或是倾斜。
船只的稳定性一方面是考虑上述的静力学层面,当船受到外力移动、横摇(rolling)及纵摇(pitching),以及有风和浪的影响时,也要考虑动力学层面。稳定性不佳的船出现过大的横摇及纵摇,最后会翻船或沉船。
船在水中航行时,其前缘会受到水的阻力,阻力可以分为许多成份,主要的是水作用在船壳的阻力及波阻力 。若降低了阻力,速度自然会提升,需要降低湿润表面,没水部份船体也要改用产生水波振幅较小的外形。为了达到此一目的,高速的船舶一般会较细长,其附属物较小或是较少。若定期的清理船壳上寄生的生物及藻类,也可以减少船的阻力,防污油漆也可以减少船壳上的生物。像球状船首等较先进的设计也可以减少波浪的阻力。
考虑波阻力的一个简单方法是看船壳和其产生船波的关系。若船的速度比船波传播的速度慢,船波会快速的在船的两侧消散。不过若船的速度和船波传播的速度相等,船波能量增加的速度会比能量消散的速度快,因此船波振幅会增加。船必须从船波中穿过或是越过船波,其阻力会随速度,以指数形式上升。
船身极速可用以下方式计算:
或是用以下的公制公式:
其中L为船在吃水线的长度,单位是英尺或是公尺。
当船只的速度超过船身极速的94%,船会越过大部份的船首波,船身只由二个船首波的波峰支撑,略为稳定。当船只的速度超过船身极速的134%,波长较船身长,船首波已无法再支撑船尾,因此船尾会下沈,船首会上升。因此船身会开始要越过船本身产生的船首波,其阻力会快速增加。即使可以将排水型船舶运作在船身极速134%的速度,其油料的费用也会非常惊人。大部份的船舶会运作在远小于上述程度的速度,约在船身极速的100%以下。
若是有足够资金的大型计划,会用船壳测试池来测试阻力,或是利用计算流体力学的方式进行计算。
船舶也会受到海浪、涌浪的影响,风及天气也会影响船舶。这些移动及转动对乘客或是货物而言都是不想要的,若可能的话需要加以控制。在一定程度上,横摇是可以用压载或是像鳍板稳定器等设备加以稳定。纵摇更难加以限制,若是船头沉没在波浪中(称为打浪),可能会造成危险。有时,为了停止剧烈的横摇或纵摇,船只必须改变航向或是快速停止。
船只稳定性的理论在21世纪的科学研究中已经有具有说服力的说明[10][11],可是有些船只的稳定性因著分叉点记忆的效应而快速下降。这类船只包括有高机动性能的船只、在稳态运动下设计为不稳定的飞机及受控海底车辆(在一些应用下需要上述的技术特点)。在设计船只及其在关系情形下的控制时,需控制上述的因素。
浮著的船会排开和本身重量相同的流体。船本身结构的密度可以比水重,只要船的结构中有够大的空心部份即可。若船浮著,整艘船(包括货物)的质量除以其在吃水线下的体积,结果会等于水的密度(1 kg/l)。若船上的重量再加重,吃水线下的体积要增加才能使重力和浮力平衡,因此船会再下沈一点点。
船舰的动力计算可利用下列公式
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