輪船

title: 历史.
content: 轮船一般有狭义和广义两种用法,轮船的推进有两种方式,一种是原始的以人力踩踏木轮推进,一种是以螺旋浆推进。狭义的轮船是指用汽轮机推进的船只,即蒸汽船。1807年,美国人罗伯特·富尔顿建造了世界上第一艘蒸汽机动力的轮船。在这里,轮成为以连续运动代替间歇运动的机械。  近代轮船发展史上,第一艘成功的有蒸汽机动力的蒸汽船于1776年在法国下水。1807年,美国发明家和工程师罗伯特·富尔顿是第一个成功的将蒸汽轮船投入商业使用的人。不过20世纪涡轮发动机投入使用后,以蒸汽机为动力的轮船就逐渐被其淘汰。
title: 种类.
content: 因为船是依照相同的航行结构原理所设计的,其分类会依其功能来分类(这也是Paulet和Presles建议的分类法)。以下是一些船只设计师大致认同的分类:
title: 结构.
content: 在任何大小及用途的船只中,都有一些类似的元素。船都会有船体,也都会有推进系统,早期轮船的推进系统是蒸汽机,现代轮船多用涡轮发动机,有些也用内燃机或是核反应炉。大部分的船只也都有驾驶系统。轮船也会有隔间,货舱,上层建筑,以及锚和绞车之类的设备,不过不一定每艘船都有。
title: 船体.
content: 船要浮在水中,其重量需要比船体等体积的水要轻。。船只可能只有一个船体(单体船,monohull),也有可能有二个船体(双体船、catamaran)甚至三个船体(三体船、trimaran)。超过三个船体的船很少见,不过有实验曾经用到五个船体。多船体的船,各船体一般会彼此平行,而且会用刚性臂连接。  船体可分为许多部分,船首是船体最前面的部分,许多船会有球状船首。龙骨是船体的最下方,从船的最前面延伸到最后面。船体的最后面称为船尾,许多船后方有平坦的区域,称为方艉。常见的船体附件有推进用的螺旋桨,控制方向的舵,避免船只横摇的稳定器 (船只)。其他船体的特点和船只用途有关,例如渔具及声纳。  船体会考虑许多流体静力学及流体动力学的要求,最重要的流体静力学要求是可以支撑整艘船的重量,在载重不均匀分布时也可以维持稳定。流体动力学的限制包括可以承受波浪的震动、气候的影响以及搁浅的影响等。  较早期的船(或是游乐船)可能会用木制的船体。现今的船多半使用钢为船体材料,快速船只可能会使用铝,帆船及游乐船常用复合材料,有些船是混凝土船,以混凝土为船体材料。
title: 推进系统.
content: 船的推进系统可以分为三类:人力、航行或是机械推进。轮船一般是指机械推进的船只。  机械推进系统一般会包括马达或是引擎等动力源,动力源会带动螺旋桨,也有些会带动叶轮或波浪推进鳍。最早期的动力源是蒸汽机,后来就改用两冲程循环或四冲程循环的柴油引擎、舷外马达,较快的船会使用燃气涡轮发动机。军舰及破冰船会使用核能船舶推进,目前也尝试用在商船上,例如NS Savannah。  最传统的螺旋桨有固定螺距和可控螺距螺旋桨,后来也有一些变化,例如反向旋转和喷嘴式推进器。大部分的船只只有一个推进器,不过有些大型船只会到四个推进器,加上弓推进器,以便在港内航行。推进器是透过推进轴和主引擎连接,若是中速或是高速的引擎,会加上减速箱。有些现代的轮船有柴电动力系统,船上有发电机产生电力,再用电力带动马达及推进器。
title: 转向系统.
content: 若船舶的两侧都有推进系统,例如一些外轮船,就不需要转向系统。不过大部分用单一推进器驱动的船,就需要有转向系统。最常见的转向系统是舵,是在船尾水下的平面。在船要转向时,会转动舵,以产生侧向力。舵可以透过舵操纵杆、手轮或是电子油压系统来驱动。自动驾驶系统会结合机械的舵以及导航系统。有时会用导管螺旋桨来转向。  有些推进系统本身都有可转向的特性,例如舷外马达、船首推进器以及Z-Drive船。
title: 货舱、舱室及上层建筑.
content: 大型船只会有多个甲板和舱室。渔船和货船通常具有一个至多个货舱。大型的轮船会有轮机室、船上厨房及许多的工程舱。船上会有储存油料、机油及淡水的油槽及水槽。压载舱可以调整船的俯仰,并且调整其稳定性。  上层建筑(船艛建筑)是在甲板上方的结构。在现代的货船上,上层建筑一般是在船的后方。在客船和军舰上,上层建筑会延伸到船的前面。
title: 设备.
content: 船舶上的设备会受到许多因素的影响,例如时代、设计、航行区域以及用途。以下是一些常用到的设备:
title: 设计考量.
title: 流体静力学.
content: 船浮在水面的水位,会使船舶排开的水重量等于船舶的重量,因此船舶的重量会等于水的浮力。当船吃水的深度变深时,船的重量不变,但其船体排开的水会因此变多,因此浮力会增加。若船的载重平均分配,船的浮力也会沿着船长及船宽均匀分布。船舶的稳定性会考虑其初稳性,以及在移动、横摇及浮仰时,以及受到风和浪影响时的船稳定性。船若有稳定性问题,可能会造成异常的横摇及浮仰,甚至会造成倾覆和下沉。
title: 流体动力学.
content: 船在水中的前进会受到水阻力的影响。阻力会分为几个成分,主要的是水在船体的阻力以及造波抵抗力。为了降低阻力,提升船的速度,需要减少船的浸水面积,使用可以产生较小振幅波浪的浸没式船体。因此,高速的船往往会有较斜的船身,其船舶附体也会较少及较小。若定期维护船体或用生物附着涂料,去除船体上附着的海洋生物及藻类,也可以减少水的阻力。球状船首等先进设计也可以减少波浪阻力。  有个观察造波阻力的简单方式,是看船体和开尔文船波之间的关系,若船的速度比浪的传播速度慢,浪会快速的在船边消散。若船头产生浪的速度比消散的速度要快,其振幅会增加。因为水无法以够快的速度离开船体,船体需要越过或穿过船首波浪,因此随着速度的上升,其阻力会依指数函数上升。  船体速度的公式如下:  若考虑米制单位,速度如下:  其中"L"为在水中的长度,单位是英尺或米,而船体速度的单位是节(每小时1海里)。  若船的速度超过船体速度的0.94倍,船会越过大部分的船首波,船体只被二个浪的浪尖所支持,在水中会略为沈降。若船的速度超过船体速度的1.34倍,浪的波长其实比船身还长,并且船尾不再受到尾流的支撑,因此船尾会往上,船头会上升,船体会越过船本身产生的船首波,阻力会开始快速上升。有可能以超过船体速度1.34倍的的速度来驱动排水型船只,但其成本可能会过高。大部分的船只都会在船体速度以下的速度行进。  若是有足够资金的大型项目,可以用船体测试池来测试船体阻力,或是透过计算流体力学的工具来计算。  船也会受到波涛及涌浪的影响,也会受到风及天气的影响。这些造成的船只运动会影‵响船上的设备及乘客,最好可以加以控制。侧摇的运动可以透过压载舱或是稳定器 (船只)来控制。俯仰很难控制,而且若是船首浸入海浪中(称为拍底,Pounding),会格外的危险。有时为了使剧烈的侧摇或俯仰可以停止,船只需要改变速度或是航向。  透过21世纪的科学研究证实,若考虑分叉点记忆的影响,有时船舶的稳定性会快速下降。有影响的有有机动能力强的船舶,飞机和受控水下航行器,这些在特定应用下的稳态时会设计为不稳定。在设计船只以及在临界条件控制时,需要列入考虑。

Summary: 轮船指用机械发动机推动的船只,多用钢铁制造。旧时轮船是以蒸汽推动外部明轮轮桨的蒸汽船,现代轮船多用涡轮发动机,而内燃机和核动力也成为轮船新的动力来源。。

Schiff: Ein Schiff, in einer kleineren Form auch "Boot" genannt, ist ein Wasserfahrzeug, das nach dem archimedischen Prinzip schwimmt. Der Schiffbau findet auf Werften statt. Nach Fertigstellung des Rumpfes wird das Schiff mit dem Stapellauf zu Wasser gelassen, erst dann wird es endgültig ausgerüstet. Die erste Fahrt eines Schiffes wird als Jungfernfahrt bezeichnet. Schiffe werden in der Regel in sogenannten Docks repariert.