【轮船的原理】轮船的原理 船舶的基本工作原理

【轮船的原理】轮船的原理 船舶的基本工作原理

轮船按不同的标准，则有不同的分类：

1、按民用运输可分为客船、货船、渡船、驳船；

2、按航行区域可分为海船、内河船和港湾船；

3、按航行状态可分为排水量船、滑行艇、水翼船、气垫船、冲翼艇；

4、按动力装置可分为蒸汽动力装置船、内燃机动力装置船、核动力船、电力推进船；

5、按推进器形式分：螺旋桨船、平旋推进器船、喷水推进器船、喷气推进器船、螺杆艇、明轮船。

在诸多船舶中，最常见的是钢质船、内燃机动力船、螺旋桨推进船等。轮船发展至今，战略用船已经越来越选进，其中包括各类战略舰船、巡洋舰等。

轮船促成了人类生活的改变，造成人类以往连做梦也没想到的世界各国相互依存的关系。今天，现代化的轮船，其中有客轮、货轮和油轮，正在从事着各种关系到人类命运的全球性商业航运。如世界上最大的发达国家美国，在20世纪70年代初期，每年海运进口货物超过3亿吨，总值超过300亿美元。其中一些奢侈品如瑞士钟表、俄国毛皮、苏格兰威士忌酒、意大利鞋、丹麦家具、法国葡萄酒，只不过占进口货物总值的一小部分；主要的进口货物是原料，包括4亿桶以上的原油、4000万吨铁矿石、1500多万吨铝土矿石以及国民生活不可缺少的其他物品。

轮船构造船舶由许多部分构成，按作用和用途可分为以下几部分：

①船体。又可分为主体部分和上层建筑部分。主体部分一般指上甲板以下的部分，由船壳（船底及船侧）和上甲板围成的具有特定形关的空心体，是保证船舶具所需浮力、航海性能和船体强度的关键部分，一般用于布置动力装置、装载货物、储存燃料和淡水，以及布置其他各种舱室。上层建筑位于上甲板围成、主要用于布置各种用途的舱室（如工作舱室、生活舱室、贮藏舱室、仪器设备舱室等）。船体结构为由板材和型材组合的板架结构，可分为纵骨架式结构和横骨架式结构以及混合骨架式结构。

②船舶动力装置。又可分为推进装置和辅助装置。推进装置是提供推进动力的成套动力设备，由主机（如蒸汽机、汽轮机、柴油机、汽油机、燃汽轮机等）、主锅炉、传动装置、轴系、推进器、各种仪表和辅助设备等组成。辅助装置是为船舶的正常运行、作业、生活杂用等提供各种能量的成套动力设备，一般由船舶电站、辅助锅炉和废气锅炉装置以及其他辅助装置等组成。

③船舶舾装。包括舱室内装结构（内壁、天花板、地板等）、家具和生活设施、门窗、梯、栏杆、桅杆、舱口盖等。

④其他装备。如锚与系泊设备、舵与操舵设备、救生与消防设备、通信与导航设备、照明与信号设备、通风与空调和冷藏设备、压载水系统、舱底水疏干系统、液体舱的测深和透气系统、海水和生活用淡水系统、船舶电气设备等。构成船舶的零件有成千上万种，所用材料品种多、数量大，而以钢材用量最大。其中船体结构用的材料主要是碳素钢和低合金高强度钢。船舶的主要技术特征有船舶排水量、船舶主尺度（如船长、型宽和型深等）、船体系数、舱容和登记吨位、船体型线图和结构图、船舶总布置图及主要设备的规格等。

动力来源

轮船可以来自两种不同的机器：涡轮机和蒸汽机。

蒸汽机由三个部分组成：蒸汽炉、汽缸和冷凝器。在蒸汽炉中，通过燃烧过程水沸腾为蒸汽。通过管道蒸汽被送到汽缸。阀门控制蒸汽到达汽缸的时间。蒸汽在汽缸内推动活塞做功，冷却的蒸汽通过管到被引入冷凝器重新凝结为水。这个过程在蒸汽机运动时不断重复。一般的蒸汽机有三个汽缸组成一个组。蒸汽机直接将活塞的上下运动转化为船轴的旋转运动。今年新造的蒸汽机中还包含了一个小的涡轮机，从汽缸中出来的蒸汽还可以利用它的余热在推动这个涡轮机来提高整个驱动装置的效率。这个涡轮机也与船的螺旋浆轴相连。

现代轮船的蒸汽机还有其它提高其效率的机构。往往有多个汽缸连在一起。蒸汽从一个汽缸出来后还被输入下一个汽缸。这些汽缸的直径一个比上一个大。这样虽然蒸汽的压力在每通过一个汽缸后不断减小，但它对每个活塞施加的总的力却是相同的。

渐渐地轮船取代了过去的帆船。轮船最主要的优点是它们不依靠风和比帆船快。它们比较可靠，到达一个港口的时间也一般与天气无关。轮船的燃料有煤、煤球、重油和木头。

轮船不沉的原理

现代的轮船一般都是用钢造的，钢远比水重得多。而且，轮船上装的许多货物如粮食、机器、建筑用材等也都比水重，但是为什么装了那么多东西的船却不会沉底呢？这里就应用到了一条重要的物理定律：“作用于水中物体上的浮力的大小等于物体排开水的重力。”这条物体浮沉的定律，改变了人类过去一直用木材造船的历史。

浮力定律

我们可以做个小实验来证明一下这个定律：找一块薄铁皮，把它放在水上，它就立刻沉下去了；如果我们用这块铁皮做个铁盒子，再放到水上，虽然重力没有变，它却能漂浮在水面上。而且即使往盒子里加点东西，盒子也只是下沉一点点，但仍能漂浮在水面上。这是因为盒子底面受到水的压力，这个压力就是竖直向上的浮力。当浮力大于铁皮的重力时，就托住铁盒让它浮在水面上。而浮力是随物体排开液体重力的增加而增加、随物体底部面积的增大而增大的。大轮船浮在水上就是根据这个定律。船越大，即船的底部面积越大，船排开水的重力也越大，它所受的浮力也就越大，即使轮船装运很多的货物，也不会沉底了。

离开水面行驶的船

船是一种重要的水上交通工具，但是很多人嫌它航行得太慢。这是因为船在水中行驶时，船体要受很大的水体阻力。如果能将船体托离水面，就可以大大地减少阻力，使船速大大加快。这就是气垫船的基本原理。气垫船在航行时，船体完全离开了水面，因而只受到空气的阻力，比在水中航行时，阻力大大地减小。这种船有的能载几百个乘客，每小时竟可以航行100千米。那么究竟是什么力量把几百吨重的船举离水面的呢？

气垫船的气压作用

气垫船上装有几台很大的鼓风机。这些鼓风机产生的压缩空气，由船四周的环形通道喷出，以很大的压力向下冲向水面。根据作用力和反作用力的原理，船体就得到一个方向向上的反作用力。当反作用力足以托起船体重量时，船体就被抬出水面。这时，在水面和船体之间，形成了一层气垫，气垫船因此而得名。然后，利用斜向插入水中的螺旋桨，或利用空气螺旋桨产生推力，来推动船舶前进。气垫船不仅能在水面航行，也可以在陆地上行驶，是一种水陆两栖的交通工具。同样，气垫船在陆地上行驶时，船和地面之间也会形成一层气垫，把船托起来。