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船体

结构

船体，也称船身或船壳。船体的形状会影响船舶在水中的航行速度和稳定性。船舶按船体的数量可分为单体船、双体船和三体船。[1]

船的主要部分：1-烟囱；2-船尾；3-螺旋桨和舵；4-舷；5-锚；6-球状船首；7-船头；8-甲板；9-上层建筑 (工程)（英语：Superstructure）

形状

 
船体的形状

单体船

单体船（英语：monohull）是一类只有一个船体的船舶，是水上船舶最常见的形式。单体船在水中常吃水较深。[2]

 
美军的穿浪双体船

双体船

主条目：双体船

双体船通过一个框架连接两个船体，稳定性好，在海上可承受较大的风浪，不易翻船。在高速时，两个较瘦长的船体可以大幅降低船身的阻力。由于跨越了两个船体，双体船通常有更多的空间。另外，双体船吃水浅能够接近岸边抛锚。[3]

最早的双体船是波利尼西亚人发明的[4]。在公元5世纪，印度淡米尔的朱罗王朝就用由双体船组成的舰队征服了东南亚地区。1662年，威廉•配第设计了欧洲的第一艘双体船的草图，但该船型并未获得认同[5][6]。1960年代后开始出现不同的高性能双体船设计，大致可分为：普通双体船（Basic Catamaran）、小水线面双体船（Small Water-plane Area Twin Hull, SWATH）、穿浪双体船（Wave Piercing Catamaran）和复合双体船等四类。[7][8][9]

三体船

三体船（trimaran）主要由三个船体组成，其中间为主船体（vaka），尺度约占排水体积的90%，两侧并肩各有一个大小相同的辅助船体（akas）。土著波利尼西亚人在近4,000年前就建造了第一批三体船（马来式帆船）。[1]

设计

 
船体型线图

船体工程师们发明了船体型线图，以便在图纸上反应船体形状[10]。它由三组线图构成：横剖线图、半宽水线图和纵剖线图[11]。设绘船体型线图时要考虑船型系数、线型特征等方面。首先要确定主尺度系数和外形轮廓等初始条件。然后要根据一定的步骤设绘型线图：1-设绘格子线，2-设绘横剖面面积曲线，3-设绘主甲板边线及满载水线，4-设绘船舶侧投影轮廓线，5-设绘折角线及舭部升高线，6-设绘横剖面线图，7-设绘水线面线图，8-设绘纵剖面线图，9-检查型线图是否光顺，10-标注尺寸、绘制型值表。型线图设绘是一个逐步近似的过程。图上的每一根曲线都不是一次完成的，而是经过几次，几十次修改才能完成。[12]

保养

 
航母上的一位维护技师在切割钢板。

船体可以根据中国船级社提供的《船体检查保养计划指南》进行日常保养[13]。根据美国海军人事处（英语：Bureau of Naval Personnel）的要求，船体保养技师（英语：Hull maintenance technician）应制定计划，定期检查船体，并实施安装、保养、维修等工作[14]。

测量

船体结构可用于量化以下项目：

专有名词定义：

 
专有名词示意图
  • 船宽（B）：船体的宽度。（例如：BWL 是水线最大船宽）
  • 吃水深度（d）或（T）：船底龙骨至水线（WL）的垂直距离。
  • 干舷（FB）：深度加上龙骨结构高度减去吃水深度。
  • 水线长（LWL）：自前端水线在剖面中测量至后端水线最远点的长度。
  • 垂标间距（LBP 或 LPP）：夏季载重水线[a]从艉柱到越过艏柱（英语：Stem (ship)）的位置的长度。
  • 全长（LOA）：从一端到另一端的极端长度。
  • 型深（D）：从龙骨顶部到侧面上层甲板下方的垂直距离[15]。

专有名词与船型结合，可导出以下指标：

  • 排水量（Δ）：相当于船体浸没体积的水重量。
  • 浮心长（LCB）：浸泡体积重心的纵向位置，通常给出从参考点（通常是中央）到静态浸没体积的重心的距离。请注意，当船体处于平衡状态时，船体的重心必须与浮心长对齐。
  • 浮心纵（LCF）：水面积的重心纵向位置，通常表示从参考点（通常是中央）到静态水面积的中心的距离。可以将其想像为由水面和船体定义的区域。
  • 浮心垂（VCB）：被浸泡体积的重心的垂直位置，通常表示从参考点（如基线）到静态浸泡体积的中心的距离。
  • 体积（V或∇）：船体排水的水体积。

公式

 
1.方形系数 2.中横剖面系数 3.菱形系数 4.水线面积系数

不同船体的差异，可由以下系数表示[16]。

  • 方形系数(Cb)

排水量（V），与由吃水线处的船体宽度（B）、船体长度（L）乘上吃水高度（d）的体积之比称为“方形系数（Cb）” 。油轮等大型舰船的Cb值较高，而帆船等小型船的Cb较低（像喀琅施塔得号的数值为0.61，但IIA型只有0.3986）。

 


  • 中横剖面系数(Cm)

船舯水线以下的面积（Am），与外接它的矩形B × d的面积之比称为“中横剖面系数”。这定义了船体底部的厚度。

 


  • 菱形系数(Cp)

最大横向面积乘以船体长度（L）所得的排水容积（V）与直柱容积（L × Am）比称为“菱形系数”。这用于评估底部体积的分布。低Cp表示较宽的中段和方正的船尾，高Cp表示船尾较突出。若要要求高速，倾向于更高的Cp。此外，以低福禄数行驶的高效排水型船体，往往具有低Cp。

 


  • 水线面积系数(Cw)

水线围成的水线内面积（Aw）与外接矩形的面积（L × B）之比称为“水线面系数”[17]。水线面积系数表示水线面的丰满程度，或水线面面积与相同长宽的矩形之比。较低的Cw值表示船尾较方正；反之，较高的Cw值表示船尾较突出。高Cw提高了稳定性以及在恶劣条件下的抗压能力。

 


注解

  1. ^ 这被定义为位于水线上，从龙骨顶部测量的最小型深度的85%处的96%总长度，或者如果更长，则是从艉柱前侧到该水线上的舵柄轴线的长度。

参考文献

  1. ^ 1.0 1.1 船体工程学 (PDF). TryEngineering. [2017-07-17]. [永久失效链接]
  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. （原始内容存档于2012-10-22）. 
  3. ^ 对比双体船与单体船. 中国海洋网. 驭艇网. 2016-06-06 [2017-07-17]. （原始内容存档于2017-02-11）. 
  4. ^ Polynesian History and Origin. Wayfinders: A Pacific Odyssey. PBS. [2016-01-02]. （原始内容存档于2021-01-20）. 
  5. ^ Model of a twin-hulled ship - William Petty. Royal Society. [2014-08-08]. （原始内容存档于2014-02-22）. 
  6. ^ Sailing with an Achilles' keel | General. Times Higher Education. 2000-09-22 [2014-08-08]. （原始内容存档于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]. （原始内容存档于2021-02-27）. 
  8. ^ History. Incat. 2016 [2016-01-27]. （原始内容存档于2013-10-05）. 
  9. ^ Our story. Austal. 2016 [2016-01-27]. （原始内容存档于2016-02-03）. 
  10. ^ 军事科技前沿. 军舰生命的起点：船体型线图. 新华网. 科普中国. 2016-08-23 [2017-07-17]. （原始内容存档于2016-09-01）. 
  11. ^ 船体型线图. 国际船舶网. 2013-12-30 [2017-07-17]. [永久失效链接]
  12. ^ 龙范宜. 船体型线图设绘 (PDF). 船舶设计技术交流. 2002, (3): 19. [永久失效链接]
  13. ^ 船体体检查查保养计划指指南. 北京: 中国船级社. 2014-09 [2017-07-17]. （原始内容存档于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]. （原始内容存档于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 ‘日本の戦舰 上’ グランプリ出版 2001年4月20日初版発行 ISBN 487687221X
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