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船體

结构

船體，也稱船身或船殼。船體的形狀會影響船舶在水中的航行速度和穩定性。船舶按船體的數量可分為單體船、雙體船和三體船。[1]

船的主要部分：1-煙囪；2-船尾；3-螺旋槳和舵；4-舷；5-錨；6-球狀船首；7-船頭；8-甲板；9-上層建築 (工程)（英語：Superstructure）

形狀

 
船體的形狀

單體船

單體船（英語：monohull）是一類只有一個船體的船舶，是水上船舶最常見的形式。單體船在水中常吃水較深。[2]

 
美軍的穿浪雙體船

雙體船

主條目：雙體船

雙體船通過一個框架連接兩個船體，穩定性好，在海上可承受較大的風浪，不易翻船。在高速時，兩個較瘦長的船體可以大幅降低船身的阻力。由於跨越了兩個船體，雙體船通常有更多的空間。另外，雙體船吃水淺能夠接近岸邊拋錨。[3]

最早的雙體船是玻里尼西亞人發明的[4]。在公元5世紀，印度泰米爾的朱羅王朝就用由雙體船組成的艦隊征服了東南亞地區。1662年，威廉•配第設計了歐洲的第一艘雙體船的草圖，但該船型並未獲得認同[5][6]。1960年代後開始出現不同的高性能雙體船設計，大致可分為：普通雙體船（Basic Catamaran）、小水線面雙體船（Small Water-plane Area Twin Hull, SWATH）、穿浪雙體船（Wave Piercing Catamaran）和複合雙體船等四類。[7][8][9]

三體船

三體船（trimaran）主要由三個船體組成，其中間為主船體（vaka），尺度約占排水體積的90%，兩側並肩各有一個大小相同的輔助船體（akas）。土著玻里尼西亞人在近4,000年前就建造了第一批三體船（馬來式帆船）。[1]

設計

 
船體型線圖

船體工程師們發明了船體型線圖，以便在圖紙上反應船體形狀[10]。它由三組線圖構成：橫剖線圖、半寬水線圖和縱剖線圖[11]。設繪船體型線圖時要考慮船型係數、線型特徵等方面。首先要確定主尺度係數和外形輪廓等初始條件。然後要根據一定的步驟設繪型線圖：1-設繪格子線，2-設繪橫剖面面積曲線，3-設繪主甲板邊線及滿載水線，4-設繪船舶側投影輪廓線，5-設繪折角線及舭部升高線，6-設繪橫剖面線圖，7-設繪水線面線圖，8-設繪縱剖面線圖，9-檢查型線圖是否光順，10-標註尺寸、繪製型值表。型線圖設繪是一個逐步近似的過程。圖上的每一根曲線都不是一次完成的，而是經過幾次，幾十次修改才能完成。[12]

保養

 
航母上的一位維護技師在切割鋼板。

船體可以根據中國船級社提供的《船體檢查保養計劃指南》進行日常保養[13]。根據美國海軍人事處（英語：Bureau of Naval Personnel）的要求，船體保養技師（英語：Hull maintenance technician）應制定計劃，定期檢查船體，並實施安裝、保養、維修等工作[14]。

測量

船體結構可用於量化以下項目：

專有名詞定義：

 
專有名詞示意圖
  • 船寬（B）：船體的寬度。（例如：BWL 是水線最大船寬）
  • 吃水深度（d）或（T）：船底龍骨至水線（WL）的垂直距離。
  • 乾舷（FB）：深度加上龍骨結構高度減去吃水深度。
  • 水線長（LWL）：自前端水線在剖面中測量至後端水線最遠點的長度。
  • 垂標間距（LBP 或 LPP）：夏季載重水線[a]從艉柱到越過艏柱（英語：Stem (ship)）的位置的長度。
  • 全長（LOA）：從一端到另一端的極端長度。
  • 型深（D）：從龍骨頂部到側面上層甲板下方的垂直距離[15]。

專有名詞與船型結合，可導出以下指標：

  • 排水量（Δ）：相當於船體浸沒體積的水重量。
  • 浮心長（LCB）：浸泡體積重心的縱向位置，通常給出從參考點（通常是中央）到靜態浸沒體積的重心的距離。請注意，當船體處於平衡狀態時，船體的重心必須與浮心長對齊。
  • 浮心縱（LCF）：水面積的重心縱向位置，通常表示從參考點（通常是中央）到靜態水面積的中心的距離。可以將其想像為由水面和船體定義的區域。
  • 浮心垂（VCB）：被浸泡體積的重心的垂直位置，通常表示從參考點（如基線）到靜態浸泡體積的中心的距離。
  • 體積（V或∇）：船體排水的水體積。

公式

 
1.方形係數 2.中橫剖面係數 3.菱形係數 4.水線面積係數

不同船體的差異，可由以下係數表示[16]。

  • 方形係數(Cb)

排水量（V），與由吃水線處的船體寬度（B）、船體長度（L）乘上吃水高度（d）的體積之比稱為「方形係數（Cb）」 。油輪等大型艦船的Cb值較高，而帆船等小型船的Cb較低（像喀琅施塔得號的數值為0.61，但IIA型只有0.3986）。

 


  • 中橫剖面係數(Cm)

船舯水線以下的面積（Am），與外接它的矩形B × d的面積之比稱為「中橫剖面係數」。這定義了船體底部的厚度。

 


  • 菱形係數(Cp)

最大橫向面積乘以船體長度（L）所得的排水容積（V）與直柱容積（L × Am）比稱為「菱形係數」。這用於評估底部體積的分佈。低Cp表示較寬的中段和方正的船尾，高Cp表示船尾較突出。若要要求高速，傾向於更高的Cp。此外，以低福祿數行駛的高效排水型船體，往往具有低Cp。

 


  • 水線面積係數(Cw)

水線圍成的水線內面積（Aw）與外接矩形的面積（L × B）之比稱為「水線面係數」[17]。水線面積係數表示水線面的豐滿程度，或水線面面積與相同長寬的矩形之比。較低的Cw值表示船尾較方正；反之，較高的Cw值表示船尾較突出。高Cw提高了穩定性以及在惡劣條件下的抗壓能力。

 


註解

  1. ^ 這被定義為位於水線上，從龍骨頂部測量的最小型深度的85%處的96%總長度，或者如果更長，則是從艉柱前側到該水線上的舵柄軸線的長度。

參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 船体工程学 (PDF). TryEngineering. [2017-07-17]. [永久失效連結]
  2. ^ Jim Howard, Charles J. Doane. Handbook of offshore cruising: The Dream and Reality of Modern Ocean Cruising. Sheridan House, Inc. : 280 [2017-07-17]. ISBN 1-57409-093-3. （原始內容存檔於2012-10-22）. 
  3. ^ 对比双体船与单体船. 中國海洋網. 馭艇網. 2016-06-06 [2017-07-17]. （原始內容存檔於2017-02-11）. 
  4. ^ Polynesian History and Origin. Wayfinders: A Pacific Odyssey. PBS. [2016-01-02]. （原始內容存檔於2021-01-20）. 
  5. ^ Model of a twin-hulled ship - William Petty. Royal Society. [2014-08-08]. （原始內容存檔於2014-02-22）. 
  6. ^ Sailing with an Achilles' keel | General. Times Higher Education. 2000-09-22 [2014-08-08]. （原始內容存檔於2012-09-23）. 
  7. ^ Forbes, John; Young, Jim. A Brief Tornado History—The Story of the Tornado, the Olympic Catamaran. International Tornado Class Association. 2003 [2016-01-27]. （原始內容存檔於2021-02-27）. 
  8. ^ History. Incat. 2016 [2016-01-27]. （原始內容存檔於2013-10-05）. 
  9. ^ Our story. Austal. 2016 [2016-01-27]. （原始內容存檔於2016-02-03）. 
  10. ^ 軍事科技前沿. 军舰生命的起点：船体型线图. 新華網. 科普中國. 2016-08-23 [2017-07-17]. （原始內容存檔於2016-09-01）. 
  11. ^ 船体型线图. 國際船舶網. 2013-12-30 [2017-07-17]. [永久失效連結]
  12. ^ 龍范宜. 船体型线图设绘 (PDF). 船舶設計技術交流. 2002, (3): 19. [永久失效連結]
  13. ^ 船体体检查查保养计划指指南. 北京: 中國船級社. 2014-09 [2017-07-17]. （原始內容存檔於2019-08-23）. 
  14. ^ US Navy Course - Hull Maintenance Technician NAVEDTRA 14119. Navy Education and Training Professional Development and Technology Center. [2017-07-18]. 
  15. ^ International Convention on Tonnage Measurement of Ships, 1969. International Conventions. Admiralty and Maritime Law Guide. 1969-06-23 [2007-10-27]. （原始內容存檔於2012-07-10）. , Annex 1, Regulations for determining gross and net tonnages of ships, Reg. 2(2)(a). In ships with rounded gunwales, the upper measurement point is take to the point at which the planes of the deck and side plating intersect. Id., Reg. 2(2)(b). Ships with stepped decks are measured to a line parallel with the upper part. Id., Reg. 2(2)(c).
  16. ^ Rawson, E.C.; Tupper. Basic Ship Theory 1 2nd. Longman. 1976: 12–14. ISBN 0-582-44523-X. 
  17. ^ 泉江三著 『日本の戦艦 上』 グランプリ出版 2001年4月20日初版発行 ISBN 487687221X
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