【正文】 量工作。在英國(guó)這項(xiàng)工作最初由同業(yè)公會(huì)來(lái)執(zhí)行，而現(xiàn)在由貿(mào)易部來(lái)做。貿(mào)易部雇傭一些檢驗(yàn)員檢查船舶，以核實(shí)這些船是根據(jù)其規(guī)范建造的，該部關(guān)注的事項(xiàng)有：載重線；噸位；船長(zhǎng)及船員 生活區(qū)；客船的水密分隔；就生設(shè)備；散糧運(yùn)輸；危險(xiǎn)貨物。其中一部分將在后面詳細(xì)討論。在 19世紀(jì)，勞氏船級(jí)社有一些簡(jiǎn)單的規(guī)范來(lái)限制吃水，但是還沒(méi)有政府關(guān)注的強(qiáng)制規(guī)定。直到 19世紀(jì)后 1/4時(shí)期，這個(gè)通過(guò)了議會(huì)立法的問(wèn)題才重視起來(lái)。她是議會(huì)成員，提出了一項(xiàng)議案 ，對(duì)船舶裝載吃水做出限制。 這里不去考慮載重線發(fā)展歷史，但是很清楚水線以上的船舶體積應(yīng)該有個(gè)最小值，主要分三個(gè)原因，從后面的章節(jié)中將變得明顯。第二，正如后將看到的，船舶在水面以上的部分越大，船的穩(wěn)性范圍也越大。 盡管最小干舷問(wèn)題實(shí)際上是個(gè)水動(dòng)力問(wèn)題，但規(guī)范中干舷計(jì)算還算是主要依據(jù)靜水力考慮。 干舷從一個(gè)稱為干舷甲板的甲板往下量取。另外，比它位置低的甲板也可以認(rèn)為是干舷甲板，只要它是永久性甲板且在首位方向和橫向均為連續(xù)的。 A類船是用于裝載散裝液貨的船舶，并且貨船之具有小的裝有密封墊的開(kāi)口。這兩類船的干舷在表 。 1969年，有國(guó)際政府間海事咨詢組關(guān)于船舶噸位丈量的國(guó)際會(huì)議在倫敦召開(kāi)。該報(bào)告旨在簡(jiǎn)化已有的噸位規(guī)范，并將總噸位和凈噸位計(jì)算量減小到公式計(jì)算，公式如下：（略） 上述公式 中的體積計(jì)算到板架的內(nèi)表面，并包括附體體積與海水連通的體積不包括在內(nèi)。在規(guī)范出版時(shí)（ 1973年），該規(guī)范還沒(méi)有取代原有的規(guī)范。 新的丈量規(guī)范大大地簡(jiǎn)化了以前采用了很長(zhǎng)時(shí)間的復(fù)雜規(guī)則。 根據(jù)本章所述的規(guī)范而計(jì)算的船舶噸位現(xiàn)在已被國(guó)際航行船舶所接受，船舶噸位登記在噸位證書上。它們是船舶通過(guò)蘇伊士運(yùn)河和巴拿馬運(yùn)河的噸位證書。類似地，使用巴拿馬運(yùn)河的費(fèi)用根據(jù)巴拿馬運(yùn)河噸位計(jì)算。出于這個(gè)目的，客船定義載客超過(guò) 12人的船舶，并頒發(fā)滿足規(guī)范要 求的客船證書。盡管世界各海運(yùn)因在 1912年之前就有客船規(guī)范，但直到那年泰坦尼克號(hào)沉沒(méi)世界上才對(duì)客船安全問(wèn)題引起重視。在這次災(zāi)難之后，因?yàn)榭痛茡p后的浮性問(wèn)題成分立法者腦中的魔影，所以英國(guó)同業(yè)公會(huì)成立了一個(gè)“艙壁委員會(huì) ”來(lái)核查客船的強(qiáng)度和艙壁的位置。 考慮到客船安全是國(guó)際范圍上研究的主題，所以在泰坦尼克號(hào)海難之后，于1914年召開(kāi)了一次國(guó)際會(huì)議。到了 1932年一些主要海運(yùn)國(guó)家在 “國(guó)際海上人命安全公約 ”上簽字。 1932年的公約在 1948年和 1960年的會(huì)議上討論，并根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)做了一定的修訂。 SOLAS公約不僅關(guān)心客船的水密分隔及破損條件下的相關(guān)安全問(wèn)題，而且還關(guān)注其他安全方面問(wèn)題，例如 ，探火、滅火和防火機(jī)器與電氣裝置，救生設(shè)備如救生艇及施放方法，無(wú)線電報(bào)和無(wú)線電換，航行安全，谷物與危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸，以及與核動(dòng)力船舶相關(guān)規(guī)則。根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，如果作用在物體上的合力和力矩為零，則物體將保持靜止或勻速運(yùn)動(dòng)。這里人們關(guān)心的是當(dāng)物體受到一個(gè)力或力矩作用后，能否回到它原有的靜平衡狀態(tài)，從力系平衡的定義角度講，包括沒(méi)有加速度和減速度，靜平衡定義為：處于靜止?fàn)顟B(tài)的物體即為靜平衡。這種情況的一個(gè)例子就是一個(gè)在面朝上的碗中的小球，如圖 （ a）所示，當(dāng)小球受到一個(gè)干擾后，總是最終回到他的靜止位置。當(dāng)小球受到外力作用而運(yùn)動(dòng)又受到外力（包括摩擦阻力）作用而停止，它將在水平面上的任何點(diǎn)處于平衡狀態(tài)。平衡位置處的任何一個(gè)小的擾動(dòng)將導(dǎo)致小球沿碗滾落。 考慮一艘船正浮于靜止的水面上，為了保持靜止或平衡，必須無(wú)不平衡力或力矩作用在船上。 垂力作用于一點(diǎn)或垂心，船體的所有力可以說(shuō)集中在該點(diǎn)上垂力總是垂直向下的 作用線通過(guò)力的中心浮力認(rèn)為在起作用，該力總是垂直向上，當(dāng)船橫傾時(shí)，浮體水下形狀發(fā)生變化，于是浮心位置也移動(dòng)了。這兩個(gè)大小相等方向相反的作用力的距離，構(gòu)成了一個(gè)力偶，即作用力（排水量）與該距離的乘積。浮力作用線經(jīng)過(guò)垂心，在新位 置上，沒(méi)有不平衡力，或換句話說(shuō)，船舶有零力臂或零力矩。 如果船舶重心往上移動(dòng)一點(diǎn)，如圖 ，當(dāng)船舶有一個(gè)小的橫傾后，兩條作用線的方向與圖 （ a）的相反。此時(shí)，船舶具有負(fù)的復(fù)原力矩，或傾覆力矩，及負(fù)的傾斜力臂（ GZ） 這三種情況解釋浮力與重力，以及它們作用線相對(duì)位置，為三種基本的平衡狀態(tài)。 因此，從前面幾節(jié)中很容易看出當(dāng)穩(wěn)心位于重心之上，如圖 （ a）所示，那么船舶傾斜時(shí)就有復(fù)原力矩，船舶處于穩(wěn)定平衡。 當(dāng)穩(wěn)心位于重心之下，如圖 （ c）就形成了負(fù)的或傾覆力矩，船舶處于不穩(wěn)定平衡。超過(guò)這個(gè)范圍，浮力作用線與船縱中面的 交點(diǎn)就沒(méi)有意義。很明顯，穩(wěn)性本身不會(huì)僅限于這樣一個(gè)范圍。 在圖 ，穩(wěn)性高度為 GM，船舶重心 G或 G1，除非特別聲明，穩(wěn)性和穩(wěn)心高指的是橫穩(wěn)性高。 如果 M在 G點(diǎn)之上，那么穩(wěn)性高是正的。 GM是初穩(wěn)性的 度量，或者死船舶抵抗從正浮位置傾斜的能力。有些船出現(xiàn)負(fù)的 GM是因?yàn)樨浳锲x中心，船在正浮位置上是不穩(wěn)定的 ，隨著傾斜角出現(xiàn)，船體水下形狀改變，該船將向左舷橫傾或向右舷橫傾直到它達(dá)到新的穩(wěn)定平衡點(diǎn)?？v穩(wěn)性將在下一章討論。；兩個(gè)作用力線間的距離 通常稱為復(fù)原力臂（ GZ）。 對(duì)于小角度傾斜（即傾斜時(shí)浮力作用線與船中心線的交點(diǎn)在 M點(diǎn)處） GZ=GMSIN⊙ (71) 復(fù)原力矩 =△ GZ RM=△ GM SIN⊙ (72) 其中 ⊙ 是橫傾角，單位是度（圖 ） 因而， GM值可用來(lái)比較同類型同尺度船舶的初穩(wěn)性。在平衡位置船 舶是靜平衡的。這個(gè)范圍表明正復(fù)原力臂的范圍，并不意味傾斜是安全的不會(huì)翻船，理論上，穩(wěn)性范圍表示船舶逐漸傾斜到一個(gè)角度不會(huì)傾覆，水也是靜止的，在任何傾角下傾斜力矩都沒(méi)有超過(guò)復(fù)原力矩。穩(wěn)性范圍、最大復(fù)原力臂、出現(xiàn)的傾角以及曲線下面積對(duì)評(píng)估船舶穩(wěn)性都是至關(guān)重要的元素?？紤]一下當(dāng)船舶在水中以速度 V運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生什么，這種前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的效果是會(huì)在船體上產(chǎn)生水動(dòng)壓力，從而改變了原先的法向靜水壓力。 當(dāng)船舶向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，還要考慮另外一組力，所以流體都或多或少地具有粘性，因而船 的浸水表面在水中運(yùn)動(dòng)時(shí)，切向力就產(chǎn)生了，將其求和之后就產(chǎn)生了與船舶運(yùn)動(dòng)方向相反的力，法向力和切向力就產(chǎn)生了一個(gè)與船舶運(yùn)動(dòng)方向相反的合力，這個(gè)總的力就是船舶阻力，有時(shí)將總阻力分解為一些分量是方便研究的，并給各個(gè)分量取名，然而，不管給它們以什么樣的阻力分量名稱，都是討論的兩種力之一，即或是垂直于船體表面的力，或者是相切于表面的力。然而，空氣密度比水小很 多，當(dāng)空氣靜止時(shí)，由于空氣引起的阻力也是非常小的，然而，如果船舶迎風(fēng)航行，那么空氣阻力將比靜止空氣的阻力大許多，因而，這種阻力僅在一定范圍內(nèi)，取決于船速，更取決于風(fēng)速。 由于向前運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致圍繞船體的法向壓力重新分布，引起自由表面的升高和下降，因?yàn)樽杂擅姹仨毷浅旱模浣Y(jié)果是在水面上產(chǎn)生了波浪，并從船邊向外傳播，波浪具有能量，因而由船產(chǎn)生的波浪代表著船舶能量的損失，從另一個(gè)角度看，船舶必須對(duì)水作工來(lái)維持波浪，由于這個(gè)原因 而產(chǎn)生的與運(yùn)動(dòng)方向相反的阻力稱為興波阻力，對(duì)于深潛物體，由于運(yùn)動(dòng)引起的圍繞在物體表面的法向壓力變化對(duì)自由表面影響很小，因而在此情況下興波阻力很小或忽略不計(jì)。實(shí)際上與濕表面接觸的那一薄層流體始終伴隨著船體，但由于粘性，在與鄰近層之間產(chǎn)生了由速度傳遞帶來(lái)的剪切力，這層流體又將速度經(jīng)相鄰的下一層流體傳遞，不斷向船體以外發(fā)展，很顯然由于粘性作用有一部分流體沿著船在拉動(dòng)，這部分流體需要力來(lái)保持運(yùn)動(dòng)，于是就產(chǎn)生了阻力，在船體表面向外，向前移動(dòng)速度逐漸減小，盡管理論 上在一定距離上仍然存在速度，靠近船體表面上的速度梯度最大，而向外一點(diǎn)距離則向前的流體速度實(shí)際上可忽略，向前的速度因而限制在鄰近船體的一個(gè)相對(duì)窄的范圍內(nèi)，這個(gè)薄層稱為邊界層，邊界層厚度在船首相對(duì)較薄，但向船尾較厚，正如將在圖 ，在整個(gè)船長(zhǎng)方向上各個(gè)位置處流體速度的下降情況。 流體在物體周圍 流動(dòng)的理論研究表明流動(dòng)是圖 ，然而在物體表面上曲線變化明顯的地方，部分由于流體粘性，流動(dòng)從物體表面分離，形成漩渦，這種分離意味著流體法向切力不能恢復(fù)，正如理論所描述的那樣，結(jié)果阻力產(chǎn)生了，通常稱該阻力為漩渦阻力，這種阻力就像興波阻力，產(chǎn)生于船體表面法向壓力重新分布，對(duì)應(yīng)地摩擦阻力因切向粘性力而產(chǎn)生。 船體形狀的確定受很多競(jìng)爭(zhēng)因素的影響，為建造簡(jiǎn)單，它應(yīng)為長(zhǎng)方形箱體，為有足夠的橫穩(wěn)性，它應(yīng)夠?qū)?；為了能像梁一樣在縱中面內(nèi)彎曲而有足夠厚度，它應(yīng)足夠深。這種作用決定了勻速向前運(yùn)動(dòng)的船體阻力。 勻速向前運(yùn)動(dòng)的阻力有四個(gè)分量： 水與船體表面的摩擦， 由船體興波引起的能量消耗， 由于船體和附體（例如舵）引起的漩渦而消耗的能量， 船體水面以上的空氣阻力。這個(gè)阻力可以通過(guò)減少船 體濕表面積使之最小化，但是在面對(duì)其他方面對(duì)船體尺寸和形狀的要求時(shí)，這個(gè)愿望是很難實(shí)現(xiàn)的，很明顯一個(gè)光滑的表面可以減小阻力，但是比普通涂漆鋼更光滑表面所帶來(lái)的利益與其成本相比是微不足道的，摩擦系數(shù)很大程度上與雷諾數(shù)的函數(shù)（水密度乘以船速乘以船長(zhǎng)，除以水粘性）；由于水密度和粘性是無(wú)法控制的船長(zhǎng)和船速大多不可避免的受其他要求左右，所以設(shè)計(jì)者是很難控制雷諾數(shù)的，摩擦阻力系數(shù)是研究熱點(diǎn)，特別是在 20世紀(jì)上半葉，但從那以后大多數(shù)船舶設(shè)計(jì)者使用由國(guó)際拖曳水池會(huì)議推薦的額標(biāo)準(zhǔn)值。事實(shí)上，興波隨著船速增加而快速增大，因此最終需要更強(qiáng)的動(dòng)力去克服它，在船上是不可行的，對(duì)常規(guī)船型實(shí)際上不可能以速長(zhǎng)比超過(guò) 行（速度單位為海里 /小時(shí)，除以水線長(zhǎng)度的平方根，單位是英尺）。 第九課螺旋槳與推進(jìn)系統(tǒng) 最早想使用機(jī)械力推進(jìn)船舶是實(shí)驗(yàn)性的嘗試，在真正實(shí)驗(yàn)之前以獲得成功。除了簡(jiǎn)易的漿或人力櫓之外，有證據(jù)表明公元前羅馬人用明輪舟（動(dòng)力為牛）來(lái)運(yùn)輸士兵去西西里。當(dāng)然，達(dá)芬奇設(shè)計(jì)了許多機(jī)械裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)船舶。很難將在什么地方，什么時(shí)候這樣的推進(jìn)首先獲得成功，但有記錄顯示1783年在法國(guó)里昂， 1個(gè)長(zhǎng) 148英尺駁船樣子的小船，裝備了一個(gè)水平的雙作用蒸汽缸來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)舷側(cè)的明輪，能夠在羅納河上逆流而行。 1790年，他的蒸汽船實(shí)驗(yàn)號(hào)，開(kāi)始在費(fèi)城和特倫敦之間以班輪的形式運(yùn)輸旅客。它的 18英寸單缸蒸汽機(jī)和火水管鍋爐驅(qū)動(dòng)船尾處的三個(gè)鴨腿槳，移動(dòng)一只 60英尺的船以 8節(jié)速度航行。這艘船準(zhǔn)備在波托馬克河上渡船作用，在成功獲得公認(rèn)之后進(jìn)塢修理，氣候速度帶到大約 。明輪、機(jī)械櫓和噴嘴器，在阿基米德螺旋槳被約翰埃里克森成功用于美國(guó)海軍和弗朗西斯。這兩個(gè)人1836年獲得了螺旋槳推進(jìn)的專利，并進(jìn)一步證明螺旋槳比明輪的先進(jìn)性。 1845年，英國(guó)海軍舉辦一場(chǎng)有名的在一艘螺旋槳船和明輪船之間的 “拉力戰(zhàn) “，螺旋槳船是蒸汽驅(qū)動(dòng)的軍船 RAHLE號(hào)。盡管 ALECO號(hào)先開(kāi)航拉著 RAHLE以 2節(jié)速度后退，但 RAHLE號(hào)在 5分鐘之內(nèi)就將 ALECO拉向后退，并且以 ALECO航行（ BROWN1977）。軍船此后都采用了螺旋槳。 19世紀(jì)中期明輪曾經(jīng)成功的用于大西洋號(hào)和其他的蒸汽船上，在大洋航行推進(jìn) 系統(tǒng)中逐漸消失。費(fèi)馳的機(jī)動(dòng)櫓再也沒(méi)有用過(guò)。船用螺旋槳及其他們的各種變種是現(xiàn)代船舶的主要推進(jìn)裝置。一個(gè)螺旋槳在槳轂上至少應(yīng)有兩個(gè)槳葉?，F(xiàn)在有三種常用的船舶螺旋槳固定螺距螺旋槳的槳葉與槳轂山一個(gè)整體，通過(guò)螺栓固定在槳轂上，在這種槳上，槳葉相對(duì)于槳轂的位置不能改變， 除非是那種螺栓固定槳葉型槳在裝配期間所做的微小調(diào)整。在下面的討論中，見(jiàn)圖 ，是一個(gè)三葉固定螺距槳。 當(dāng)槳推船前進(jìn)時(shí)，槳葉壓力面是槳葉后面（葉面） 槳葉吸力面是與壓力面相反的面。 槳葉導(dǎo)邊是 進(jìn)車時(shí)首先切如水的那個(gè)邊， 隨邊是與導(dǎo)邊相反的那個(gè)邊。 螺旋面是這樣生成的一個(gè)面：一個(gè)與軸線成一定角度的直線（母線），通過(guò)他的端點(diǎn)，繞著軸以端角速度旋轉(zhuǎn)，同時(shí)沿著軸線以固定角速度前進(jìn)所生成的曲面。 槳葉上任何點(diǎn)的螺距都是這樣一個(gè)距離：所在的螺旋面和母線繞槳軸旋轉(zhuǎn) 360度，在平行槳軸方向前進(jìn)的距離。當(dāng)壓力面是螺旋面時(shí)， 面上任一點(diǎn)都有相同的螺距，這個(gè)螺旋槳就稱為等螺距的。如果從導(dǎo)邊到隨邊，螺距逐漸增加，那么該螺距是軸向增加的。當(dāng)葉面上的每點(diǎn)的螺距都不相同時(shí)，那么壓力面就不是螺距面。為了概括這個(gè)設(shè)計(jì)的目的，可以充分地講（ 1）當(dāng)螺距在導(dǎo)邊和隨邊間變化時(shí)，那么螺旋槳可適應(yīng)一個(gè)較大范圍的船速（ 2）螺距從葉根到葉稍變化時(shí)，那么螺旋槳具有適應(yīng)槳周圍的半流的優(yōu)點(diǎn)。 第十課 操縱性、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力要求評(píng)估 如果當(dāng)一個(gè)外力或力矩作用在船上才使航向偏離增加的話，就說(shuō)船舶具有航向穩(wěn)定性。一艘方向不穩(wěn)定的船是不容易操控的，而一艘穩(wěn)定性好的船需要較少的能量就能由掌舵裝置保持在固定航向上。粗略的講，方向穩(wěn)定性和不穩(wěn)定性可以通過(guò)船舶水下側(cè)面積大小來(lái)評(píng)價(jià)。 穩(wěn)定性和不穩(wěn)定性都不可避免地需要設(shè)備來(lái)保持航向或根據(jù)命令改變航向。舵是一個(gè)附體，具有機(jī)翼狀的橫剖面，并在相對(duì)于水有一個(gè)非零攻角時(shí)會(huì)產(chǎn)生升力。 對(duì)于一個(gè)給定的攻角，舵升力正比于相對(duì)于舵的水速度的平方。對(duì)于多螺旋槳船，應(yīng)該配備多舵（每個(gè)螺旋槳后面一個(gè)）以便借告訴水流之利。經(jīng)常為每一螺旋槳安裝一對(duì)側(cè)翼舵。 在低速下的操縱性是一個(gè)特殊的問(wèn)題，因?yàn)榈退偾闆r下意味著由舵產(chǎn)生的升力不足。側(cè)向推動(dòng)船尾等于改變船體航向，但這只是權(quán)宜之計(jì)，對(duì)于低速操縱時(shí)常常是不夠的。如果一個(gè)類似的側(cè)推器裝在船尾， 那么船舶可以側(cè)向推動(dòng)或當(dāng)兩個(gè)側(cè)推器往相反方向作用時(shí)原地回轉(zhuǎn)。更一般的情況。所有多個(gè)運(yùn)動(dòng)都是不希望出現(xiàn)的，除非在特殊情況下，通過(guò)首搖而改變航向。它可以用一個(gè)強(qiáng)迫振動(dòng)來(lái)表