第三章 船舶航行性能

第三章船舶航行性能學(xué)習(xí)目標(biāo)

知識(shí)目標(biāo)

1．能理解船舶航海性能的含義；

2．能理解船舶主尺度比對(duì)船舶性能的影響；

3．能簡(jiǎn)單敘述船舶的浮性、穩(wěn)性、抗沉性、快速性、耐波性、操縱性所包含的主要內(nèi)容。能力目標(biāo)

1．能讀懂船舶載重線標(biāo)志；2．能描述船舶穩(wěn)性的意義；3．能描述船舶操縱性的含義第一節(jié)概述

各種船舶從事運(yùn)輸生產(chǎn)或執(zhí)行特定任務(wù)時(shí)，經(jīng)常航行于洶濤駭浪的海洋或急流險(xiǎn)灘的江河里，它們之所以能順利地完成預(yù)定的任務(wù)，在于船舶本身具有一些特定的性能，我們稱之為船舶航海性能或航行性能。它包括：（l）浮性―在一定的裝載情況下，船舶在水中具有正常浮態(tài)漂浮的能力。（2）穩(wěn)性―船舶在外力（或外力矩）的作用下偏離原平衡位置時(shí)，當(dāng)外力（矩）消除后船舶回復(fù)到原平衡位置的能力。（3）抗沉性―當(dāng)船舶破艙淹水后保持浮性和穩(wěn)性不致沉沒和傾彼的能力。（4）快速性―船舶主機(jī)功率一定時(shí)所能達(dá)到最高航速或者在一定的航速要求下船舶消耗最小功率的性能。（5）耐波性―船舶在波浪里具有緩和的搖擺性能。（6）操縱性―船舶保持航向和改變航向的能力。船舶的航行性能與其主尺度比和船型系數(shù)密切相關(guān)（l）L/B―－此值對(duì)船舶的快速性有較大影響，一般說來，L/B越大，表示船越瘦長(zhǎng)，其在水中航行時(shí)的阻力就越小。高速船L/B值比低速船高。

(2)B/T－－此值影響船舶穩(wěn)性，此比值越大，其初穩(wěn)性越好。

(3)D/T―－此值影響船舶的大傾角穩(wěn)性和抗沉性，比值越大，干舷就越大，船舶就具有更多的儲(chǔ)備浮力及更強(qiáng)的回復(fù)到原平衡位置的能力，抗沉性和大傾角穩(wěn)性就優(yōu)良。

(4)L／T－－與船舶的操縱性有密切關(guān)系。通常認(rèn)為，比值大，船舶保持航向穩(wěn)定的能力強(qiáng)，航向穩(wěn)定性好；比值小，則變化航向的能力強(qiáng)，船舶的回轉(zhuǎn)性和應(yīng)舵性能好。（5）L/D－－該值關(guān)系到船體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，此值超過某個(gè)限度時(shí)，對(duì)船體的強(qiáng)度不利。此外，水線面系數(shù)Cw，主要影響船舶的穩(wěn)性，對(duì)快速性也有某些影響；縱向棱形系數(shù)Cp與船舶的快速性有相當(dāng)密切的關(guān)系。第二節(jié)船舶噸位和水尺圖船舶噸位是用來表示船舶的大小和運(yùn)輸能力的，它分為容積噸位和重量噸位兩種。一、容積噸位容積噸位是以容積來表示船舶的大小。國(guó)際間統(tǒng)一以每2.83m,（或100立方英尺）作為一個(gè)容積噸位。

容積噸位又可分為總噸位和凈噸位兩種。

1、總噸位

凡船上四面封閉的空間減去駕駛室、雙層底、公共用的艙室等所占去的容積，如以立方米為單位則除以2.83，如以立方英尺為單位則除以100，所得的結(jié)果即為該船的總噸位?？倗嵨坏挠猛緸椋?/p>

（l）表明船舶大小及作為一國(guó)或一船公司擁有船舶的數(shù)量；

（2）計(jì)算造船費(fèi)用、船舶保險(xiǎn)費(fèi)用；

（3）作為海事賠償費(fèi)計(jì)算之基準(zhǔn)等。

2．凈噸位

從總噸位中減去不能運(yùn)送客貨的噸位（如機(jī)艙、鍋爐艙、船員艙室等），即為凈噸位。凈噸位是作為實(shí)際營(yíng)運(yùn)使用的噸位。

凈噸位的用途為：

（1）計(jì)算各種稅收的基準(zhǔn)；

（2）計(jì)算停泊及拖帶等費(fèi)用；

（3）計(jì)算過運(yùn)河的費(fèi)用等。

在船舶登記及丈量證書內(nèi)，都明確地記載總噸位和凈噸位。

二、重量噸位它是以重量的大小來表示船舶的運(yùn)輸能力的，以“噸”計(jì)算。

常用的重量噸位有排水量和載重量?jī)煞N。

1．排水量排水量是指船舶所排開同體積水的重量，即整個(gè)船的重量。它因載貨的多少而不同，故排水量又分為：

（1）空船排水量：是指船舶出廠時(shí)空船的排水量，它包括船體、機(jī)器、鍋爐、設(shè)備、船員及行李等的重量。

（2）滿載排水量：是指船舶滿載時(shí)，即吃水達(dá)到某一規(guī)定載重線時(shí)的排水量，它包括空船排水量、燃料、淡水、貨物及船舶常數(shù)的總重量。

（3）實(shí)際排水量：只裝一部分貨物時(shí)的排水量。2．載重量

（l）總載重量：船舶根據(jù)載重線標(biāo)志規(guī)定，所能裝載最大限度的重量，即：

總載重量＝滿載排水量－空船排水量

＝貨物重量＋燃料、淡水和供應(yīng)品的重量＋船舶常數(shù)

（2）凈載重量：表示船舶所能裝載最大限度的貨物重量，即：

凈載重量＝總載重量－燃料、淡水及其他供應(yīng)品的重量－船舶常數(shù)載重量是判斷船舶生產(chǎn)能力的主要指標(biāo)之一。對(duì)船員來說，合理的計(jì)算每一個(gè)航次的燃料、淡水和物料儲(chǔ)存量，減少不必要的儲(chǔ)藏物品和貨艙腳底，就能增加載重量。三、水尺圖

表示吃水的標(biāo)記叫做水尺。它刻畫在首和尾左右兩側(cè)的船殼板上（大船還在船中的左右舷標(biāo)明水尺）。我們一看水尺就知道船底離開水面的距離。水尺標(biāo)注目前通用的有公制和英制兩種，一般以阿拉伯字和羅馬字表示。

如以公制標(biāo)記時(shí)，每個(gè)數(shù)字高10cm，字與字的間隔也是10cm。英制的寫法是每字高6英尺，間隔也是6英尺。

讀取吃水時(shí)，看水面與字相切的位置。例如水面剛在“0.4”字體的下邊緣時(shí)，則吃水是0.4m，當(dāng)水面淹沒“0.4”字體的一半時(shí)，則吃水是0.45m，當(dāng)水面剛淹沒“0.4”字體的上邊緣時(shí)，則吃水是0.5m。圖3-1水尺圖第三節(jié)浮性船舶在一定裝載情況下漂浮于水面一定平衡位置的能力就是浮性。

當(dāng)船舶浮于一定水平位置時(shí)，首先受到地球引力的作用，這就是重力P，它的方向是垂直向下的，作用點(diǎn)通過船的重心。其次，船體浸水表面的每一部分都受到水的壓力，如圖3-2所示。這些壓力都是垂直于船體表面的，其大小和深度成正比。從圖中可以看出，水壓力的水平分力互相抵消，垂直分力則形成一個(gè)垂直向上的合力，此合力就是支持船舶漂浮于水面一定位置的浮力。根據(jù)阿基米德定律，物體在水中所受到的浮力大小等于物體所排開水的重量。因此，船舶所受到的浮力就等于船舶所排開水的重量（通常稱為排水量）浮力垂直向上，作用于排水體積的形心C點(diǎn)，稱C點(diǎn)為浮心。綜上所述，船舶漂浮于水面一定位置時(shí)，它受兩個(gè)作用力：一個(gè)是作用于重心點(diǎn)并垂直向下的重力P；另一個(gè)是作用于浮心C而垂直向上的浮力。船舶漂浮于水面一定位置既不下沉也不上浮就表示它處在了平衡狀態(tài)。很顯然，它必然是：（1）重力P和浮力二的大小相等，方向相反。（2）重心和浮心C在同一垂直線上。當(dāng)船內(nèi)載重減少時(shí)，重力小于浮力，船舶必然上浮，待浮力減小到與重力重新相等時(shí)，達(dá)到新的平衡。當(dāng)船內(nèi)載重增加時(shí)，重力大于浮力，船舶必然下沉，使船舶的排水體積增加，船的浮力也就隨之加大，直到浮力和重力相等達(dá)到新的平衡為止。

船舶在風(fēng)浪中航行，由于受到的水壓力隨波浪的變化而改變，所以船舶在靜水面上浮力和重力之間的平衡狀態(tài)常被破壞，迫使船舶始終處在不停的上浮和下沉運(yùn)動(dòng)中。為確保航行安全起見，船舶除在設(shè)計(jì)水線以下需要足夠的排水體積以提供足夠的浮力之外，在水線以上還必須有相當(dāng)?shù)乃荏w積，這一部分水密體積可以保證船舶繼續(xù)下沉?xí)r提供更大的浮力，通常我們稱這部分水密體積能提供的浮力為儲(chǔ)備浮力。

儲(chǔ)備浮力通常以干舷來表示。干舷大，表示船舶的儲(chǔ)備浮力也大，當(dāng)然干舷還同船體強(qiáng)度有關(guān)，干舷越大，強(qiáng)度越好。為了確保船舶安全，船舶就必須具有最起碼的干舷值，這是最低要求。對(duì)于每一艘船舶所必須具有的最小干舷值，國(guó)際上和我國(guó)都有明確的規(guī)定。我國(guó)在《海船載重線規(guī)范》和《長(zhǎng)江鋼質(zhì)船舶載重線規(guī)范》中，對(duì)航行于不同區(qū)域的各類船舶都有相應(yīng)的明文規(guī)定。驗(yàn)船部門還規(guī)定，為便于監(jiān)督，每艘船必須在舷側(cè)船中勘繪船舶載重線標(biāo)志。它標(biāo)明了該船在不同區(qū)域、不同季節(jié)中航行時(shí)所允許的最大吃水線。為中華人民共和國(guó)（以拼音字母Z代表）船舶檢驗(yàn)局（以拼音字母C代表）所規(guī)定的國(guó)際航行船舶載重線標(biāo)志，為航行于長(zhǎng)江內(nèi)河船舶的載重線標(biāo)志。

在不同的季節(jié)和海域，海上風(fēng)浪情況不同，允許具有不同的干舷。通常在夏季，在熱帶海域因風(fēng)浪較小，干舷可相應(yīng)地減??；而在冬季，特別是在北大西洋冬季，因風(fēng)浪較大，要求有較大的干舷。海船航行到淡水區(qū)域，由于淡水的密度比海水小，在同樣載重情況下，其排水體積和吃水都相應(yīng)地有所增加，所以允許干舷可相應(yīng)地減少。

若船舶的實(shí)際吃水超過了規(guī)定的載重線，則表明該船已處于超載情況，其結(jié)果使儲(chǔ)備浮力減小，損害了航行安全，港務(wù)監(jiān)督機(jī)構(gòu)將不準(zhǔn)其出港。

第四節(jié)穩(wěn)性如上所述，船舶漂浮于水面某一水平位t時(shí)受兩個(gè)作用力，即重力和浮力，其大小相等方向相反，作用點(diǎn)重心和浮心在同一條垂直線上，這時(shí)船舶處于一種平衡位置，我們稱之為正浮。但是，這種平衡狀態(tài)是相對(duì)的，不是絕對(duì)的，因在航行中經(jīng)常遇到風(fēng)、浪等各種外力的干擾作用而被破壞。船舶在受到外力或者外力矩的作用下發(fā)生傾斜，當(dāng)外力或外力矩消除后，該船能否回復(fù)到原先的平衡位置，這就是我們所研究的船舶穩(wěn)性問題。下面以船舶在橫方向受到外力作用而發(fā)生橫傾為例。船舶因受外力作用發(fā)生橫傾時(shí)，船舶排水體積的形狀就會(huì)改變，這一體積的形心－－浮心的位置也隨之發(fā)生變化，由圖3-5可見，浮心C從正浮時(shí)的位置向傾斜的一舷移動(dòng)。此時(shí)，重力P和浮力方向相反，而它們的作用點(diǎn)不再在一條垂線上，這兩個(gè)大小相等方向相反而作用點(diǎn)不在一條垂直線上的力就構(gòu)成了一個(gè)力矩，我們稱這力矩為回復(fù)力矩。圖3-5中所示的回復(fù)力矩的方向與船舶橫傾方向相反，起著抵抗外加的使船傾側(cè)的力矩作用，它力圖使船舶回復(fù)到原來的正浮位置。如重力和浮力作用線之間的垂直距離是GK很顯然．這回復(fù)力矩的值是隨著傾側(cè)過程而逐漸增大的。若外力矩不是突加在船上，亦即船舶的橫傾是很緩慢的，則在回復(fù)力矩的數(shù)值增大到與外力矩相等時(shí)，船舶就停止橫傾。而此時(shí)若外力矩消除了，船舶就在只有回復(fù)力矩這一個(gè)力矩的作用下回復(fù)到原先的正浮位置。在傾側(cè)角度不大，如小于10度~15度時(shí)，傾斜前后浮力作用線的交點(diǎn)M可認(rèn)為是固定不變的，我們把這一點(diǎn)稱之為穩(wěn)心，船舶橫傾時(shí)就是橫穩(wěn)心。在某個(gè)排水量狀態(tài)，關(guān)系到船舶回到原平衡位置能力的回復(fù)力矩的大小與GM的數(shù)值有密切關(guān)系，GM越大，則船舶抵抗傾側(cè)的能力越強(qiáng)，亦即船舶的穩(wěn)性就好，所以通常把GM數(shù)值作為衡量船舶穩(wěn)性的標(biāo)志之一。而GM值實(shí)際上就是穩(wěn)心在重心以上的高度，我們習(xí)慣稱之為初橫穩(wěn)性高度，常以h來表示。由此可見，在某排水量狀態(tài)時(shí)的船舶，橫穩(wěn)心M點(diǎn)是一定的，若重心越低，則初橫穩(wěn)性高度h就越大，船舶抗沉傾側(cè)的能力就強(qiáng)，穩(wěn)性就好。

很明顯，若船體形狀太窄，致使點(diǎn)M離基線較低，而重心G又較高，再加上航運(yùn)過程中配載不注意，有可能出現(xiàn)下述兩種情況：

（1）如圖3-6所示，重心在穩(wěn)心M之上，當(dāng)船舶受外力矩作用而橫傾時(shí)，浮力與重力所構(gòu)成的回復(fù)力矩的方向與外力矩的方向相同，即回復(fù)力矩為負(fù)值，或者初穩(wěn)性高度h是負(fù)值，加劇船舶的傾側(cè)。這種船的穩(wěn)性屬極差之列。

（2）如圖3-7所示，重心和穩(wěn)心M重合，初穩(wěn)性高度h為零，回復(fù)力矩也等于零。這種船舶傾斜任一小角度之后都可以達(dá)到平衡，即所謂隨遇平衡。由于沒有回復(fù)到原正浮位置的能力，故也屬穩(wěn)性甚差之列。上述兩種情況是設(shè)計(jì)、建筑和使用過程中所不允許的。為確保安全，《海船穩(wěn)性規(guī)范》中有明確的要求：一切海船經(jīng)過自由液面修正后的初穩(wěn)性高度不得小于0.15～0.20m;《長(zhǎng)江船舶穩(wěn)性規(guī)范》中對(duì)內(nèi)河船舶的最小初穩(wěn)性高度也有具體的計(jì)算公式來規(guī)定。

為保證船舶具有足夠的穩(wěn)性，我們可以采用各種辦法，但不外乎是降低重心和提高穩(wěn)心。（l）降低重心：應(yīng)使設(shè)備和載重盡量布置在較低的位置，上層建筑不能過于龐大，且宜采用較輕的材料。有時(shí)為降低重心可在艙底加設(shè)壓載物。船舶常設(shè)雙層底的目的之一是，裝載壓載水，以降低重心。降低重心是改善船舶穩(wěn)性的最根本措施。

（2）提高橫穩(wěn)心：穩(wěn)心M點(diǎn)距基線的高度主要受船寬吃水比B/T和水線面系數(shù)C，的影響，為保證船舶具有足夠的穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)之初就必須予以充分的注意。當(dāng)船舶建成后，船舶主要尺度及船型系數(shù)已定，橫穩(wěn)心M點(diǎn)也難以變動(dòng)了。

然而，必須注意的是船舶是集各種性能的工程建筑物，在保證初穩(wěn)性的同時(shí)，也要兼顧其他性能，即穩(wěn)心不能太高，亦即GM值不能過分地大，否則船舶將像玩具不倒翁那樣，劇烈搖擺。最后應(yīng)當(dāng)指出的是，上述分析是限于小角度傾斜而言的，式（3-4）也稱之為初穩(wěn)性方程。但是，實(shí)際上船舶常會(huì)產(chǎn)生較大角度的傾側(cè)，且因外力矩是突加上去的，船舶的傾側(cè)過程還具有動(dòng)能，在較大角度傾側(cè)時(shí)，船體水下的形狀、干舷以及上層建筑的形式對(duì)船舶的回復(fù)力矩都有很大影響，這時(shí)就不能用h來表征船舶的穩(wěn)性了，而必須用船舶在各個(gè)傾角時(shí)回復(fù)力矩或回復(fù)力矩所做的功來表征。各類船舶滿載時(shí)的初穩(wěn)性高度值，大致如表3-1所列，表中B為船寬。第五節(jié)抗沉性

1912年4月10日，英國(guó)大西洋郵船“泰坦尼克（Titanic)”號(hào)新建落成并開始第一次航行。航行的第四天夜晚，在紐芬蘭島附近與冰山相撞。只有10S的接觸，冰山就把船殼撕裂了100m長(zhǎng)的破洞，船首部的5個(gè)艙淹水，使船首部先下沉。與冰山相撞2小時(shí)后，船橋開始沒人水中，只有船尾部的船艙還露在水面上，閃爍著眩目的燈光。此后全船被黑暗所籠罩，接著爆發(fā)了震耳欲聾的響聲，鍋爐發(fā)生爆炸，不久全船沉沒在冰海之中。由于救生艇只能容納乘員的半數(shù)，全船2500多乘員中有1320人死于非命。這一嚴(yán)重的海難事件使全世界的航運(yùn)界大為震驚。

在這一事件的直接影響下，各主要航海國(guó)家代表1914年集會(huì)于英國(guó)倫敦，于l月24日簽訂了《國(guó)際海上人命安全公約》，但因第一次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)而未付諸實(shí)行。之后，于1929年、1948年和1960年又召開了第二、三、四次國(guó)際海上人命安全會(huì)議，簽訂和修改了《國(guó)際海上人命安全公約》。公約對(duì)于航行于公海的船舶提出了關(guān)于船舶救生設(shè)備、無線電通信設(shè)備和助航設(shè)備的基本要求，還特別規(guī)定了船舶的抗沉性要求。

所謂船舶的抗沉性，就是船舶在破艙并淹水后仍能保持一定的浮性和穩(wěn)性，不致沉沒和傾覆的能力。

船體破損，海水進(jìn)人船艙，船身即下沉。為不使船舶沉沒，其下沉應(yīng)不超過一定的限度．這就要對(duì)艙的長(zhǎng)度有所限制。

在《國(guó)際海上人命安全公約》和我國(guó)的《海船抗沉性規(guī)范》中，對(duì)于客船的艙壁位置、船體結(jié)構(gòu)、開口處的封閉裝置以及排水設(shè)置等都作了詳細(xì)的規(guī)定，對(duì)于船舶抗沉性的衡準(zhǔn)也提出了具體的方法和標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范還規(guī)定，民用船舶任何一艙破洞并淹水后，船舶下沉的極限是艙壁甲板頂面的邊線以下76mm。也就是說，船舶在破艙淹水后至少要有76mm的剩余干舷。在船舶側(cè)視圖L，艙壁甲板線以下76mm處的一條與甲板邊線相平行的曲線稱為安全限界線，簡(jiǎn)稱為限界線，如圖3-8所示。限界線上各點(diǎn)的切線即表示所允許的最高破艙淹水后船舶的吃水水線，稱之為極限海損水線。為了保證船舶在破艙后的水線不超過限界線，對(duì)艙的長(zhǎng)度自然要加以必要的限制。船艙的最大許可長(zhǎng)度，表示如此長(zhǎng)度的艙破損淹水后，船舶的海損水線恰好與限界線相切。船艙在船長(zhǎng)方向的位置不同，其最大許可長(zhǎng)度自然不相同，即沿船長(zhǎng)方向的可浸長(zhǎng)度是不同的。因而，在船舶技術(shù)文件中就會(huì)有一表示該船舶沿船長(zhǎng)方向最大許可長(zhǎng)度數(shù)值的曲線，這曲線稱之為可浸長(zhǎng)度曲線，通常按船舶原理教程中闡述的方法通過計(jì)算確定。規(guī)范還對(duì)破艙淹水后船舶的初穩(wěn)性有具體的要求。

當(dāng)船舶一艙淹水后能滿足上述諸要求時(shí)，稱為一艙不沉制，兩艙進(jìn)水后能滿足上述要求的稱兩艙不沉制，以次類推。海上客船至少應(yīng)滿足一艙不沉制要求。

改善抗沉性最有效的措施是增加船舶的儲(chǔ)備浮力，通?？刹扇∠率龈鞣N辦法：（l）增加干舷。增大型深D或者在多層甲板船上將水密艙壁通到更高一層甲板。（2）減小吃水。當(dāng)型深不變時(shí)，這與增加干舷有類似的效果。

（3）增加舷弧以及使橫剖線外傾。

（4）使水下體積瘦削也可以認(rèn)為是相對(duì)地增大了儲(chǔ)備浮力。

（5）合理分艙，即合理地確定各水密艙壁的位置。

當(dāng)然，為改善船舶的抗沉性而采取的措施有時(shí)會(huì)與船舶的使用要求或其他性能要求產(chǎn)生矛盾，設(shè)計(jì)人員必須針對(duì)具體船舶作具體分析，抓主要矛盾進(jìn)行正確的處理。第六節(jié)快速性船舶快速性是船舶很重要的一個(gè)航行性能，它所研究的是船舶在一定排水量和航速要求下，尋求優(yōu)良的船體型線和高效率的推進(jìn)方式，使船舶主機(jī)消耗最小的功率。從另一角度來說，就是在一定的主機(jī)功率下，如何獲得最大的航速。只有當(dāng)船舶具有一定的快速性時(shí)，它才能完成所負(fù)擔(dān)的運(yùn)輸或其他任務(wù)。所以，快速性具有很重要的經(jīng)濟(jì)意義。例如，目前的長(zhǎng)江下游客貨船的靜水航速為23km/h，上游客貨船為25km/h

，若能通過改進(jìn)型線或提高推進(jìn)效率，使航速達(dá)到31km/h

，則在不增加船只和不增加機(jī)器功率的情況下，增加運(yùn)輸能力50%，更不用說由于加快了人員、貨物流通所帶來的社會(huì)效益了，可見船舶的快速性是與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展密切相關(guān)的。由快速性包含的內(nèi)容可知它涉及到船舶阻力和推進(jìn)兩方面的問題。若設(shè)船舶的航速為以而v(m/s)，此時(shí)之阻力為R(N)，則阻力R在單位時(shí)間內(nèi)消耗的功率為Rv，稱之為有效功率。推船前進(jìn)所需的功率由主機(jī)供給，主機(jī)發(fā)出的功率為Ps，通過減速裝置、推力軸承及軸系等傳送到推進(jìn)器，冉由推進(jìn)器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使船獲得前進(jìn)的功率，推進(jìn)器發(fā)出推船前進(jìn)之功率稱為推功率。由于主機(jī)功率傳遞過程中存在損耗，因此推功率總是小于主機(jī)功率的。船的有效功率P。在推進(jìn)系數(shù)中包含了減速箱效率、軸系傳送效率和推進(jìn)器本身在船后工作的效率。要使航速v高，或者主機(jī)功率盡可能地小，這就要降低船舶的阻力R和提高船舶的推進(jìn)系數(shù)。在推進(jìn)系數(shù)中前兩部分是屬機(jī)械性質(zhì)的效率，而推進(jìn)器本身的工作效率還與其所在的尾部型線，即水流狀態(tài)有關(guān)。船舶快速性所要解決的問題就是降低船舶的阻力和提高推進(jìn)器本身的效率。一、船舶阻力當(dāng)船舶在水面勻速前進(jìn)時(shí)，周圍的水會(huì)出現(xiàn)三種現(xiàn)象：（l）水面興起波浪。

（2）靠近船體表面有一薄層的水伴隨船體前進(jìn)，這一薄水層稱之為邊界層。（3）船尾后方留有尾流，其中往往產(chǎn)生有漩渦，見圖3一10。

水本來是平靜不動(dòng)的，由于船的航行而產(chǎn)生了上述三種物理現(xiàn)象，很顯然，水流的上述物理運(yùn)動(dòng)的能量必定是由船舶的運(yùn)動(dòng)所提供的，因而這種能量的消耗對(duì)船舶來說就構(gòu)成了阻力。

球鼻首的研究在20世紀(jì)前期就開始了，但當(dāng)時(shí)只限于在軍艦和高速船舶中使用，五六十年代后已廣泛運(yùn)用到油船和散裝貨船上去了。例如我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造的遠(yuǎn)洋干貨船“風(fēng)光”號(hào)，油船“大慶40”號(hào)和25000t散裝貨船“鄭州”號(hào)上都采用了球鼻首。

球鼻首在發(fā)展過程中曾出現(xiàn)很多種形式，見圖3-13（l）水滴型：這是采用得較早的一種形式。其橫剖面呈水滴形狀，因此而得名。該種形式的球彝首滿載航行效果甚好，但壓載時(shí)減阻效果較差，且在風(fēng)浪中球鼻首易受波浪拍擊，比較適合于航速較高的定期貨船上。

（2）撞角型球鼻：球鼻前端呈尖角并仲出首部，尖角的端點(diǎn)約與壓載水線相齊平，所以在壓載航行時(shí)效果很好，但在滿載時(shí)效果稍差。這種球鼻適用于豐滿的油船、礦石船和散裝貨船上。

（3）圓筒型：該類球鼻首突出于船首柱之前，圓筒型橫截面，半球型端部、筒體長(zhǎng)度隨船的肥瘦程度和航速高低而不同。這種球鼻首在壓載時(shí)的效果比滿載時(shí)好。

(4)s-v型：突出于首柱之前，在壓載水線之上具有導(dǎo)彈形截面的球鼻首。側(cè)投影輪廓呈S型，從正面看去，球鼻又呈V型，因而得名。這種球鼻在滿載時(shí)效果顯著，壓載航行時(shí)效果也不差。此外，在風(fēng)浪中遭受波浪拍擊不嚴(yán)重，故此型目前應(yīng)用最廣。

一般說來，加裝球鼻首可提高航速0.5kn左右。球鼻首還使浮力有所增加，同樣尺度的船其載重量可以稍有增加，對(duì)于機(jī)艙在船尾的船，球鼻首可用來作調(diào)節(jié)船舶縱傾的壓載水艙。但是球葬首也存在不足之處，例如在拋錨和起錨時(shí)，錨與球奔易發(fā)生撞擊。球葬首船的操縱性能相對(duì)要受影響，靠離碼頭有些不便。

二、船舶推進(jìn)

凡是能利用各種動(dòng)力源并把它轉(zhuǎn)換成推力推動(dòng)船舶前進(jìn)的，均可稱為推進(jìn)器，因而槳、篙、櫓等都屬船的推進(jìn)器。帆能利用自然界的風(fēng)力推進(jìn)船舶，也是船的推進(jìn)器。而當(dāng)前最為普返采用的則是螺旋槳推進(jìn)器。

螺旋槳由若干槳葉葉片（2～6葉）組成，槳葉固定在槳轂上，且扭轉(zhuǎn)適當(dāng)角度，各鄰近葉片之間相隔的角度相等，如圖3-15所示。當(dāng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，槳葉撥水向后，而自身則受到水流的反作用力，這反作用力就是推力，它通過槳軸和推力軸承傳遞至船體上推船前進(jìn)：螺旋槳構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、使用方便、效率較高，因而是目前應(yīng)用最廣泛的推進(jìn)器。根據(jù)不同船舶工作條件，在上述普通螺旋槳的基礎(chǔ)上發(fā)展出另外一些船用推進(jìn)器，主要的有：1．導(dǎo)管螺旋槳

在螺旋槳的外圍套上一個(gè)縱剖面為機(jī)翼型或類似于機(jī)翼剖面的折角線型套筒。導(dǎo)管螺旋槳推進(jìn)器可以提高重負(fù)荷螺旋槳的效率，其主要原因是導(dǎo)管內(nèi)外部的壓差產(chǎn)生一個(gè)附加推力以及能減少螺旋槳后水流的收縮，同時(shí)又能減少葉片本身在葉尖部分的效率損失；導(dǎo)管推進(jìn)器又可分為固定式和轉(zhuǎn)動(dòng)式兩種。前者稱為定導(dǎo)管螺旋槳推進(jìn)器，后者稱為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)管螺旋槳推進(jìn)器轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)管是導(dǎo)管可繞垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，能兼起舵的作用，增加使船同轉(zhuǎn)的力矩．螺旋槳負(fù)荷過重時(shí)，采用導(dǎo)管推進(jìn)器，其效率較普通螺旋槳高，因而它主要用于拖船、推船、拖網(wǎng)漁船等。2．可調(diào)螺距螺旋槳

它是一利用設(shè)置于槳毅中的操縱機(jī)構(gòu)，能使槳葉繞垂直于槳軸的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以改變扭轉(zhuǎn)角

度（螺距角）的螺旋槳。由于槳葉的螺即可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此在不同航行狀態(tài)時(shí)，主機(jī)均能充分發(fā)揮其功率，但機(jī)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)和維修費(fèi)較高。這種推進(jìn)器多數(shù)用于獎(jiǎng)的負(fù)荷有較大變動(dòng)的船舶。3．對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳

對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳又稱雙反槳。它由裝在同一軸上兩個(gè)以等速或不等速反向旋轉(zhuǎn)的普通螺旋槳組成。單個(gè)的普通螺旋槳后之水流是旋轉(zhuǎn)的，對(duì)螺旋槳來說就存在一個(gè)尾流旋轉(zhuǎn)的能量損失，利用雙反槳?jiǎng)t可減少尾流旋轉(zhuǎn)的損失并提高推進(jìn)器本身的效率，但其機(jī)構(gòu)復(fù)雜。4．串列螺旋槳

它是裝在同一軸上以同速同向旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)螺旋槳所組成的推進(jìn)器。這種推進(jìn)器多數(shù)使用在主機(jī)功率很大，但受吃水的限制，螺旋槳的直徑受限制而效率很低的情況下。同時(shí)，利用前后兩槳槳葉之間合適的角度差也可提高推進(jìn)器本身的效率。

5.360”回轉(zhuǎn)式螺旋推進(jìn)器

這種推進(jìn)器的特點(diǎn)是推進(jìn)器可繞垂直軸作360度的旋轉(zhuǎn)，通常它都帶有導(dǎo)管，見圖3-17。這種推進(jìn)器因其能在水平面360”內(nèi)任憊位置上發(fā)出推力，故使船舶能獲得良好的操縱性，尤其突出的是它能使船舶后推的推力基本上和使船前進(jìn)的推力相同。因而，這種推進(jìn)器在一些拖船和港口工作船上使用很為適宜。其缺點(diǎn)是機(jī)構(gòu)復(fù)雜，因主機(jī)軸與推進(jìn)器軸之間不能直線相連接，必須經(jīng)過兩個(gè)90”轉(zhuǎn)向呈“Z”型，故此種推進(jìn)器又稱Z型推進(jìn)器。

6．直翼推進(jìn)器

直翼推進(jìn)器也稱豎軸推進(jìn)器或平旋輪推進(jìn)器，由若干垂直的葉片（4-8片）組成。葉片在圓盤上等間距布置，圓盤與船體底部齊平，如圖3-18所示。圓盤繞垂直軸在水平方向旋轉(zhuǎn)，各葉片以適當(dāng)?shù)慕嵌扰c水流相遇，因而產(chǎn)生推力。通過偏心裝置可以調(diào)節(jié)葉片與水流的相遇角度．故能發(fā)出向前、后、左、右任何方向的推力。裝有直翼推進(jìn)器的船舶具有良好的操縱性能．且在船舶倒航時(shí)也不用主機(jī)反轉(zhuǎn)。此外，直翼推進(jìn)器的效率也比較高，約與普通螺旋槳相當(dāng)。多數(shù)安裝在操縱性要求良好的港口工作船上。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴、葉片的保護(hù)性差，因而這種推進(jìn)器的推廣就受到了限制。7．噴水推進(jìn)器

它也是一種依靠水的反作用力推船前進(jìn)的推進(jìn)器。由布置在船體內(nèi)的水泵裝置和吸水、噴射管組成。噴口有在水上、水下和半水下幾種型式。噴水推進(jìn)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、船尾震動(dòng)小，它還可使機(jī)器保持固定轉(zhuǎn)速而通過水泵或噴管出口面積的變化進(jìn)行速度控制。還可用噴水方向的變動(dòng)進(jìn)行回轉(zhuǎn)和倒航，甚至可原地回轉(zhuǎn)，故其操縱性良好。由于推進(jìn)器在船體內(nèi)部，因而具有良好的保護(hù)性。8．現(xiàn)代風(fēng)帆

風(fēng)帆是最古老的一種推進(jìn)器，后被螺旋槳所取代。隨著現(xiàn)代船舶的大型化和節(jié)能的重要性，風(fēng)帆又重新被重視起來，不過現(xiàn)代使用的風(fēng)帆和過去的已大不相同，它利用機(jī)翼原理配以計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)整風(fēng)帆迎風(fēng)的最佳角度，以獲得最大的推力，現(xiàn)代風(fēng)帆在海洋船舶上作為一種輔助推進(jìn)裝置使用，據(jù)報(bào)道可節(jié)省主機(jī)功率10%～20％。這種船稱作風(fēng)帆助航節(jié)能船。第七節(jié)耐波性

船舶在波浪的作用或其他因素影響下會(huì)產(chǎn)生橫搖、縱搖和升沉運(yùn)動(dòng)。通常在風(fēng)浪中見到的搖擺，實(shí)際上是上述三種基本運(yùn)動(dòng)的疊加。過劇的搖擺能引起以下后果：（l）由于過劇的橫搖和產(chǎn)生額外慣性力的結(jié)果，使固定不良的或散裝的貨物移動(dòng)，可能迫使船舶過分傾斜而傾覆（2）由于縱搖和升沉運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的附加應(yīng)力導(dǎo)致船體折斷或局部損壞。（3）由于船舷或船舶首、尾淹沒在波面下而使甲板浸水。（4）由于搖擺尤其是縱搖和升沉運(yùn)動(dòng)，不僅使阻力增加，而且使推進(jìn)器的效率降低，導(dǎo)致航速嚴(yán)重下降，稱為船舶失速。（5）引起乘員暈船，1作條件惡化。（6）由于橫搖運(yùn)動(dòng)而影響機(jī)器設(shè)備及航海儀器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和使用。

耐波性就是指船舶在波浪上克服搖擺等運(yùn)動(dòng)的性能。搖擺及升沉運(yùn)動(dòng)越緩和，擺幅越小，船舶的耐波性能越佳。對(duì)于海船來說，耐波性是和穩(wěn)性、操縱性、快速性同樣重要的航行性能之一。而橫搖是船舶耐波性的重要內(nèi)容，具有良好耐波性的船舶，其橫搖一定是緩和的，其擺幅也肯定是小的。橫搖緩和的程度常以船舶的橫搖周期來表示。所謂橫搖周期是指完成一個(gè)全搖擺過程所需的時(shí)間，就是圖3-1中船舶從原始正浮位置向左、右舷擺動(dòng)到最大傾斜位置e