船
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。
船舶是隨着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。
術語 編輯
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]。
分類 編輯
按用途 編輯
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- 科考船 : 執行海洋科學研究的船隻。
- 工程船 : 對航行中的船隻施行維護修理工作，或是執行水上與水下工程作業的船隻。
- 漁船：漁業用於商業捕魚的船隻。
- 貨櫃船：專門運輸貨櫃的船舶，如躉船。
- 液貨船：用來運送液體（比如原油）的船。
- 客輪：運送乘客的大型船隻。
- 非商船：非商業行為目的所使用的船隻。
- 軍艦：海軍使用的船舶，本身不用於直接戰鬥的戰鬥勤務支援船舶也歸為此類。
- 水面作戰艦艇：指直接參與海戰交火的水面船隻，比如巡洋艦、驅逐艦、護衛艦、輕型護衛艦、瀕海戰鬥艦、武庫艦、導彈快艇、魚雷艇、炮艇等，已退役的艦種還包括戰列艦、戰鬥巡洋艦等主力艦。
- 作戰輔助艦艇：指不直接參與交火但會為其它艦艇提供間接火力、情報、警戒或後勤支援的艦艇，比如航空母艦（提供艦載機起降爭奪海上制空權但本身並不參與交戰，甚至要儘可能遠離戰場）、兩棲戰艦（兩棲攻擊艦、船塢登陸艦、直升機登陸艦等）、指揮艦、岸防艦、掃雷艇、登陸艇、巡邏艇、輔助艦（如補給艦、醫療艦）等。
- 潛水艇：一種特殊的水下船舶，分為主要負責用魚雷攻擊其它艦艇的攻擊型潛艇和負責打擊遠處陸地目標的導彈潛艇（分彈道導彈潛艇和巡航導彈潛艇）兩類。
- 無人海面載具和無人水下載具：海軍使用的無人載具，通常用於情報收集，但也可用於偷襲或自殺式攻擊其它水面或近岸目標。
- 潛水器：通常用於海底科研考察和工程維修等水下作業的小型潛水載具，在商業上亦可用於海底觀光等。
按材料 編輯
- 鋼鐵船
- 木造船
- 合金船
- 鐵絲網混凝土船——以混凝土來減少使用鋼材（例如「古田」號）
- 玻璃纖維（Glass Reinforced Plastic，GRP）船
按構造 編輯
- 單體船（monohull）
- 多體船（multihull）
- 有些船在設計上會採用多於一個浸水結構來抵禦風浪造成的滾動力矩。雙體船（catamaran）會配有單側的舷外托臂（outrigger）來幫助穩定船身（與訓練幼兒騎行的自行車上通常配有側輪來防止翻倒一樣），或乾脆就在兩個瘦長船體之間建有一個主甲板並共用上層結構。三體船（trimaran）則是在主船體兩側分別配有一個舷外托臂。這些船可以使用風帆，也可以使用渦輪噴嘴發動機，通過向後噴水獲取反作用力向前推進，比普通螺旋槳推動更快速，而在高速時，雙體瘦長的船身能降低阻力。而且船體穩度高，不易翻船（但若風浪過大，翻過90度後，因為沒有單體船的靜穩度扶正力矩，反而有滅頂之虞）。常被應用於渡輪及軍事運輸上。
- 水翼船（wingship）
- 水翼船是一種能高速航行的船舶。船底部有支架，裝上如飛機機翼般的水翼。當船加速後，水翼能產生浮力把船身抬離水面，從而減少水的阻力和增加航行速度。其轉向機構不使用常見的舵，而是控制左右兩支水翼的攻角來達成。
- 氣墊船（hovercraft）
- 氣墊船是一種能高速航行的船隻，利用空氣在底部形成高壓襯墊承托船身減少水的接觸面和阻力。很多氣墊船的速度都可以超過五十節（約92.59km/hr）。
按動力 編輯
設計考量 編輯
水靜力學 編輯
船舶可以浮在水面上的原因有以下三種：
- 大部份的船舶稱為排水型船舶（displacement vessel），船舶的重量因為被船殼排開的水產生的浮力所平衡。
- 對於平底的船隻，例如水翼船，升力是因為船的速度變快，和水相對運動時其升力會增加，直到水翼航行狀態為止。
- 像氣墊船等非排水型船舶，船隻是因為船隻產生的高壓空氣（氣墊）支持其重量，因此可以和水面保持一定距離。
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。
水動力學 編輯
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着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。
浮力 編輯
浮着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。若船浮着，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。
動力計算 編輯
船艦的動力計算可利用下列公式
- 值介於0.0025-0.0035之間
- 為船艦排水量（單位：噸）
- 介於0.8-10
- 對排水船而言約為3（立方定律）若為半滑航式設計(Semi-planing)則降低至2
- 為船艦速度（單位：公尺／秒）
相關條目 編輯
相關列表 編輯
參考文獻 編輯
引用 編輯
- ^ UNCTAD 2007, p. x and p. 32.
- ^ How Many Ships are there in the World?. Shipping Research and Finance. [4 May 2015]. （原始內容存檔於2021-04-03）.
- ^ "The Columbian Exchange Wikiwix的存檔，存檔日期2011-07-26". The University of North Carolina.
- ^ Cutler 1999, p. 620.
- ^ Cutler 1999, p. 611.
- ^ Chief of Naval Operations. The Saga of the Submarine: Early Years to the Beginning of Nuclear Power. United States Navy. March 2001 [2008-10-03]. （原始內容存檔於2009-01-14）.
- ^ Roger Boyes, Alex Spence Published at 12:01AM, July 9, 2012. The Times Style Guide. Timesonline.co.uk. [2012-07-09]. （原始內容存檔於2011-08-04）.
- ^ George, Rose. All at Sea. Slate Magazine. 29 November 2010 [4 December 2010]. （原始內容存檔於2011-09-07）.
- ^ 例如： The Chicago Manual of Style, 15th edition, p. 356. 2003. ISBN 978-0-226-10403-4.
- ^ Feigin, M I. ru:Проявление эффектов бифуркационной памяти в поведении динамической системы [Manifestation of the bifurcation memory effect in behaviour of dynamic system]. Soros Educational Journal (journal). 2001, 7 (3): 121–127. （原始內容存檔於2007-11-30） （俄語）.
- ^ Feigin, M; Kagan, M. Emergencies as a manifestation of effect of bifurcation memory in controlled unstable systems. International Journal of Bifurcation and Chaos (journal). 2004, 14 (7): 2439–2447. ISSN 0218-1274. doi:10.1142/S0218127404010746.
來源 編輯
- 書籍
- Cutler, Thomas J. The Bluejacket's Manual (Bluejacket's Manual, 22nd ed). Annapolis, MD: Naval Institute Press. 1999. ISBN 1-55750-065-7.
外部連結 編輯
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