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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
船或船舶是水面載具的俗稱,泛指任何利用水的浮力並依靠人力、風帆、發動機(如蒸氣機、燃氣渦輪、柴油引擎、電動機、核動力)驅動螺旋槳、以及風扇或高壓噴嘴的反推為動力進行划、牽、拉、推,使其能在水面上移動的交通工具。在中文中,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),小型船稱為艇(無引擎動力的小型船稱為舟、 筏或舢舨),統稱艦艇。
船舶是隨著人類的發展而開發的。不論是戰鬥時或是平時,都有船舶的出現。世界上有數百萬的漁民用漁船拿來捕魚。戰時的海戰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]。
在世界歷史發展上,船舶對於地理探索及科學技術的發展都有重要的角色。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]。航運也使世界的經濟成為能源密集的形式。
輪船(ship)和小艇(boat)的區別通常在於尺寸和航行時間。[4]一個經驗法則是,如果一艘船舶能攜帶另一艘,那麼較大的那個就是輪船[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,兩種都不算是輪船。
在大航海時代,輪船定義為具至少有三個橫帆桅杆和一個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」,潛水艇就是最好的例子[6]。
在通常的航海傳統里,船通常都有自己的名字,現代船隻可能還有船級(通常以該級的第一艘船的船名命名)。英語中,船通常被稱為「她(she或her)」[7][8],即使船名是男士名字。但這也不是絕對的,有些寫作指南里也用「它(it)」來指船[9]。
船舶可以浮在水面上的原因有以下三種:
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、橫搖(rolling)及縱搖(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橫搖及縱搖,最後會翻船或沈船。
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:
或是用以下的公制公式:
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。
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點記憶的效應而快速下降。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。
船艦的動力計算可利用下列公式
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