第一章船舶基础知识第一节船舶形状一、船舶尺度1.船舶主要尺度船舶作为一种外形庞大的工业产品，一个复杂的空间几何体，它的大小也用尺
寸标注来表示，如同某些产品标注其外形尺寸一样，这些表征船舶大小的尺寸称为船舶的主要尺度。钢质船体的内表面称为船体的型表面，凡是量
到型表面的尺寸称为型尺寸钢质船舶的主要尺度通常都是指的型尺寸。总长LOA―船体型表面首尾两端点之间的水平距离；设计水线长L
WL―设计水线面上船体型表面首尾端点之间的距离；也称满载水线长，是沿设计夏季载重水线自船首垂线至船尾端点的距离垂线间长Lpp―
首垂线和尾垂线之间的水平距离，又称两柱间长；首垂线是通过设计水线首部端点所作的垂线。尾垂线在有舵柱时为舵柱后缘，无舵柱时为舵杆中
心线；型宽（B）―船体型表面之间垂直于中线面的最大水平距离；型深（D、H）―通常指在中站面处，沿舷侧自龙骨线量至上甲板边线的
垂直高度；型吃水（T）—通常指在中站面处，自龙骨线量至设计吃水的垂直距离。在船长中点处从平板龙骨上缘至夏季载重水线的垂直距
干舷(F)—在船长中点处，沿舷侧自夏季载重水线量至上层连续甲板边线的垂直距离，2.主尺度比值从船舶主尺度的比值可以看出船舶长短
肥瘦的形状特征，它还反映出船舶某些航海性能的好坏和船体结构的强弱。主尺度比有以下几种。（1）长度宽度比L/B该值对船舶快
速性影响较大。L/B值大表示船体狭长，阻力较小而航速较高。(2）型宽吃水比B/T该值与船舶的稳性、阻力关系比较大。
B/T越大，稳性越好，但阻力也较大。B/T过大时容易造成过快的摇摆，不利于船上人员的生活和工作。（4）型深吃水比D/
T该值影响船舶大角度横倾时的稳性和抗沉性。D/T大船的储备浮力大，对提高大倾角稳性和抗沉性有利。（5）长度型深比
L/D该值影响船舶的结构强度，L/D越小，则纵总强度越好。不同用途不同类型的船舶都有其相应的主尺度比值。二、船体型
线图基本知识1.标高投影与平行剖切2.三个基本投影面船体型线图中的三个基本投影面如图所示。中线面（中纵剖面）将船体分为左
右对称两部分的纵向垂直平面。设计水线水平面通过设计吃水，将船体分为水上和水下两部分的水平面。中站面（中横剖面）通过船舶垂线间长
中点，将船体分为前体和后体两部分的横向垂直平面。中线面、设计水线水平面和中站面是三个互相垂直的平面，它们在船体图中的作用，相当于
机械图中的正投影面、水平投影面和侧投影面。船体型线图就是投影在这三个基本投影面上的三组平行剖切面图。船体型线图就是用一系列平行于
三个基本投影面的平面去剖切船体，将这些平面与船体型表面的交线投影到三个基本投影面上得到的。3.型线的形成及其投影图为船体型
线的示意图，仅取首部一般船体加以说明。船体型线图第二节船舶航行性能一、概述通常，船舶航行性能包括以下六个方面：（1
）浮性；（2）稳性；（3）抗沉性；（4）快速性；（5）耐波性；（6）操纵性。二、浮性1、
浮性―船舶在一定装载情况下，在水中具有以正常浮态漂浮的能力2、浮心浮力垂直向上，作用于船舶排水体积的几何中心B，我们称该点
为浮心。3、平衡状态：1）重力和浮力大小相等，方向相反；2）重心G和浮心B在同一垂线4、储备浮力在设计水线（满载
水线）以上的船体还保留有一定的水密体积。这部分水密体积所具有的浮力称为储备浮力。船舶的储备浮力通常用干舷表示，干舷大储备浮力就大
。船舶必须具备最低限度的干舷值以确保航行安全。航行于不同水域的各类船舶必须具有的最小干舷值，国际和我国都在有关规范中作了明确规定
。5、区带或区域为保证船舶的航行安全和最大的载重能力，根据海洋上风浪的大小和变化规律，将世界上具有相似风浪条件的海域分成若
干区域，称为区带或区域；在同一区域或区带内，按风浪变化的不同时期，划分为季节区带，此种季节区带，称为季节期。如分为热带、夏季、冬
季、北大西洋冬季。船舶航行在不同的区带、区域和季节区带、季节区域、分别规定使用不同的最小干舷，即规定了最高的吃水线。在不同的季节
和海域，海上风浪情况不同，允许具有不同的干舷。通常在夏季，在热带海域因风浪较小，干舷可相应地减小；而在冬季，特别是在北大西洋冬季，
因风浪较大，要求有较大的干舷。海船航行到淡水区域，由于淡水的密度比海水小，在同样载重情况下，其排水体积和吃水都相应地有所增加，所以
允许干舷可相应地减少。三、稳性稳性―船舶在外力作用下偏离正浮位置而倾斜，当外力消失后能自行恢复到正浮位置而不倾覆的能力；
船舶因受外力作用发生横倾时，船舶排水体积的形状就会改变，这一体积的形心--浮心的位置也随之发生变化重力和浮力方向相反，而它们的
作用点不再在一条垂线上，这两个大小相等方向相反而作用点不在一条垂直线上的力就构成一个力矩，我们称这力矩为回复力矩。稳心：把倾斜前
后浮力作用线的交点M称为稳心（在这里是指横稳心），初稳性高度：把稳心和重心之间的距离GM称为初稳性高度，该值是船舶稳性的
衡量标准。决定稳心位置的主要因素：重心G的位置、浮心B的位置船舶重量的分布影响重心G的位置船舶排水体积的形状影响
浮心B的位置由此可能出现以下三种情况：(1)稳心M在重心G之上，回复力矩为正值，船舶倾斜后将被扶正；(2
)M点在G点之下，回复力矩为负值，船舶将继续倾斜直至倾覆；(3)M点和G点重合，回复力矩为零，船舶停留倾
斜位置，但在外力作用下可能继续倾斜直至倾覆。保证船舶稳性的措施(1)降低船舶重心G使船上设备和负载尽可能布置在较低的位置。
上层建筑不过于庞大-压载则是经常采用的方法，尤其在船舶空载航行时。(2)提高横稳心M它与船舶横倾后浮心水平移动的距离有密切关
系。M点的高度决定于船体的形状，尤其是水下部分的形状。必须注意的是船舶是集各种性能的工程建筑物，在保证初稳性的同时，也要兼顾其他
性能，即稳心不能太高，亦即GM值不能过分地大，否则船舶将像玩具不倒翁那样，剧烈摇摆四、抗沉性抗沉性―船舶在局部破损浸水后，
仍能保持一定的浮态和稳性而不致沉没的能力在复杂的海洋环境中航行的船舶，局部损坏进水是难以完全避免的，船舶在这种情况下如何避免沉没
，这是抗沉性所要讨论的问题。泰坦尼克号和冰山相撞后，船壳被撕开100多米长的破洞，造成首部5个舱淹水而终于沉没。抗沉性
规范（1）设定安全限界线极限海损水线:76mm（2）对船舱长度的限制（3）对破舱后船舶稳性的要求一舱不沉制两舱不沉制
依此类推，海上客船至少应满足一舱不沉制要求。提高船舶抗沉性的措施除按照规范要合理分舱外，在船舶设计时还采取一些其他措施以提高
抗沉性。(1）增加干舷(2）减小吃水(3）加大舷弧和使横剖线上端外倾，或使水线下船体适当瘦削都可以起到相对增加
储备浮力的作用。上述措施有时会同船舶使用要求或其他性能相矛盾，需要加以综合考虑。五、快速性1、快速性―船舶以较小的主机功
率消耗而获得较高航速的能力使船舶在不加大主机功率的前提下尽可能地提高航速，这就是快速性所要讨论的问题。经济性：功率、航速的经济
性2、方法：减小航行阻力提高推进效率。3、船舶航行阻力（1）粘性阻力：水是有一定粘性的，船在水中运动，将因粘性而产生阻力
，粘性越大阻力越大粘性阻力包括两部分水阻力摩擦阻力形状阻力。摩擦阻力：在船体表面和水流之间就因存在相对运动而产生摩擦阻力。
摩擦力的方向就是该处船体表面的切线方向。这种切向摩擦力在船长方向的分力的总合力，就是船舶航行中的总摩擦阻力。由上述分析可知，摩擦力
的大小与水的粘度、船体浸水面积以及船的航速相关，是可以比较准确地计算出来的。(2）兴波阻力船在水中航行时，船体使周围的水
压力发生变化。原来平静的水面有的地方升高，有的地方下陷，不同的水面在重力和惯性力作用下形成波浪并向外扩散传播。这种由航船引起的波浪
称为船行波，不同于海洋上由风兴起的海浪，船行波的形成需要外界供给能量，这个能量就是由行驶中的船舶提供的，相当于船舶对周围的海水做
功使其产生波浪，这就是船舶航行中的兴波阻力。航速是影响兴波阻力的最主要因素，它要消耗主机相当大的功率。降低阻力的措施：对于低速
船，主要设法降低摩擦阻力和形状阻力对高速船则主要考虑降低兴波阻力。降低摩擦阻力的主要途径减少船体水下湿表面积：低速船的船长较
短，长宽比L/B较小。减小船体表面的粗糙度。改善船用水下漆的性能，更有效地防止海生物生长附着，减轻钢板的锈蚀，保持表面的光滑以
减小水的摩擦力。减小兴波阻力途径一个途径是通过系列船模试验的方法，研究主尺度、尺度比、船型系数等对兴波阻力的影响，从而得到一系
列阻力图谱，利用这些图谱可以找到阻力胜能优良的船型系数，设计出相对具有较小兴波阻力的船型。另一个途径是在主船体上加设附属体，如装
于船首部两侧水面的消波翼。使附体所产生的波和船体产生的波互相叠加、千扰而使波浪得以削减，从而达到减小兴波阻力的目的。目前应用最为普
遍的是设球鼻首。这是位于船体首端水线以下的凸出体，常见的有水滴型、圆筒型等不同形状，大多成球面状向前凸出，它和船体连接处以平缓光顺
的曲线过渡。它的形状和尺寸经过精心的设计，使球鼻首和主船体产生的波浪互相叠加而削减，减小兴波阻力。球鼻首可使航速提高约0.5kn
。船舶推进效率凡是能利用各种动力源并把它能换成推力推动船前进的，都称为推进器。采用高效率的推进器能提供较大的推力，它是主机功
率一定而获得较高航速的主要途径螺旋桨的效率与直径、螺距、盘面比、叶片的切面形状以及某些附属设施有关六、耐波性耐波性―船舶
在波浪中抵抗摇摆，保持稳性和航速的能力摇摆造成的不良后果1.乘员居住条件变坏，影响船员工作，引起晕船呕吐2.剧烈的横摇使船
身横倾过大，可能导致倾覆。3.航行阻力增加，螺旋桨工作条件恶化（负荷不均匀，桨叶局部出水），航速下降，燃料消耗增加。4.纵
摇和垂荡使首部甲板上浪，底部出水，船体与水面砰击，船体结构振动，应力增加。5.摇摆产生的加速度，特别是砰击加速度，严重影响
各类设备、仪器的正常工作。6.波浪产生的弯矩和运动产生的附加应力可能导致船体折断或局部损坏。7．甲板浸水、影响甲板机械设备
的正常运转和船员的工作。耐波性好的船舶大体上应满足以下几方面的要求在波浪中的运动幅度和加速度不大；运动比较和缓，乘员可以适应
；在风浪中失速小，螺旋桨不出水不产生飞车；没有严重的船体砰击和波浪激发的振动；波浪中附加的动力弯矩不致对船体结构造成损害；
甲板上浪不严重。船舶减摇装置1．舭龙骨2．减摇鳍3．减摇水舱4．陀螺减摇装置七、操纵性操纵性―船舶在
航行中保持和改变航向，控制船舶运动的能力在水面或水下航行的船舶，是怎样控制其运动方向的，这就是船舶操纵性所要讨论的问题对船舶而
言，操纵性反映在以下两个方面：1航向稳定性：这是船舶能够保持既定航向作直线航行的能力。以为保持定向航行，单位时间内所需的
操舵次数和平均转舵角度来衡量船舶航向稳定性的优劣。由校正航向偏差而增加的功率消耗约占主机功率的2％-3％。航向稳定性较差的船
甚至高达20％。可见操纵性对船舶经济性的重要影响。2回转性：这是船舶由直线航行进入曲线运动的能力，也是船舶能迅速灵活地改
变其方向和位置的能力。在最大舵角和全速航行时船作回转运动时的直径Φ称为稳定回转直径或定常回转直径，它是衡量船舶回转性的指标。Φ
小值越小，船舶回转性越好。八、船舶其他常用术语船舶吨位船舶航速续航力自持力1、船舶吨位船舶吨位是用来表示船舶的大
小和运输能力的分为两种重量吨位容积吨位1）重量吨位它是以重量的大小来表示船舶的运输能力的，以“吨”计算。常用的重量吨位
有排水量载重量A.排水量排水量是指船舶所排开同体积水的重量，即整个船的重量。它因载货的多少而不同，故排水量又分为：空船排
水量：是指船舶出厂时空船的排水量，它包括船体、机器、锅炉、设备、船员及行李等的重量。满载排水量：是指船舶满载时，即吃水达到某一规
定载重线时的排水量，它包括空船排水量、燃料、淡水、货物及船舶常数的总重量。实际排水量：只装一部分货物时的排水量。排水量是一个可
变的数，通常说明一条船的排水量是满载排水量。B．载重量（1）总载重量：船舶根据载重线标志规定，所能装载最大限度的重量，即总
载重量＝满载排水量-空船排水量=货物重量＋燃料、淡水和供应品的重量＋船舶常数（2）净载重量：表示船舶所能装载最大限度的货
物重量，即：净载重量=总载重量-燃料、淡水及其他供应品的重量-船舶常数C.水尺图表示吃水的标记叫做水尺它刻画在首和尾左右两
侧的船壳板上（大船还在船中的左右舷标明水尺）--公制和英制如以公制标记时，每个数字高10cm，字与字的间隔也是10cm英制的写
法是每字高6英尺，间隔也是6英尺2）船舶的容量量度--吨位tonnage在航运中常以船舶容量代替重量来衡量船的大小。运输船
尤其是货船的排水量在营运过程中变化很大。在许多情况下载重量也不能确切地表明船舶的大小。譬如，相同载重量的普通货船的尺度就比滚装船小
得多。容量的单位是立方米。吨位或登记吨位：对于国际航行的船舶，国际上规定了一个统一的量度单位，称为吨位或登记吨位。一个登记吨位
相当于100立方英尺或2.83立方米。船舶登记吨位分总吨位和净吨位。a．总吨位（GT)指船上所有封闭的舱室根据
一定的丈量规则丈量而得的容积总和。用公制量得除以2.83立方米，用英制量得除以100立方英尺，所得结果即为该船的总吨位。
总吨位的用途是表明船舶的大小；作为国家统计船舶吨位的依据；作为计算净吨位的基础；作为汁算海事赔偿费的基准。b净吨位（
NT)从总吨中扣除不用于装载旅客、货物的吨位，即为净吨位。净吨位是实际营运使用的吨位。净吨位的用途是：作为税收和向有
关港口交纳各种费用的计算基准；作为计算港口停泊及拖带、领港等费用的依据；作为船舶买卖或租赁的计算基准。2、航速海船的航速单
位是“节”，用kn表示。1节＝1海里/小时，即Ikn=1nmile/h.海里（nmile）并不是一个固定的长度，它
是地球子午圈1分角所张的弧长。各国对1nmile长度的规定不完全一致。我国规定1nmile为1852.0m，即
1.852km。其换算关系如下：民用船舶的航速一般为15-25kn高速船可达30kn以上军用舰艇为20-40
kn水翼船、气垫船可超过50kn。3、续航力续航力是指船舶携带额定燃料，中途不再补给，以一定航速连续航行所能达到的最大航
程，以海里表示。续航力对远洋航行的运输船是极为重要的性能指标。目前，远洋船舶的续航力都在1万海里以上4、自持力自持力是
指船舶出航后，在海上不添加燃料、淡水、食物和其他消耗品而能维持的最多天数或称昼夜，是船舶耐航性的一个指标。自持力对于离岸较远航行
的远洋船，南极捕鱼船、海洋考察船以及在海上作业时间较长的某些特殊船舶，都是很重要的性能。船舶自身具备的续航力和自持力都是有一定限
度的。课后练习附体阻力：水下的船体表面常有突出的附属结构，如舵、轴支架、舭龙骨、减摇鳍等，航行中也产生阻力，我们把这部分阻力从
主船体阻力中分出来，称为附体阻力，约占总阻力的3％一10％。裸体阻力：而剩下的主船体水阻力称为裸体阻力。对于一般船舶都只
计算裸体阻力，然后根据附体的设置情况增加一个百分数（10％一25%）作为附体阻力。2％一4％左右。以阻力的性质则分为粘性阻力和兴波阻力两种。粘性阻力船体周围水流的变化不同形状物体的漩涡阻力形状阻力：在边界层紊流区的后部，在船体形状急剧变化的部位，会产生水流分离现象。在分离点以后，船体周围产生涡漩，涡漩处的压力比水流未分离时的压力低，就好像对船体产生一种向后的“吸力”。实际上正是这种压力差在船长方向分力的总合力，造成了航行中的形状阻力或称涡漩阻力。所以称为形状阻力，水流的分离情况或涡漩阻力的大小，主要同水中运动物体的形状有关。船舶的航行阻力是随航速而增加的。但在不同航速时各阻力所占总阻力的比例变化是很大时。兴波阻力成为高速航行时的主要阻力。球鼻首旋转的陀螺有维持其转轴位置不变的倾向。陀螺减摇装置就是利用这一原理起到减摇作用的，抑制船舶横摇减摇鳍减摇水舱夏季吃水线冬季吃水线热带吃水线北大西洋吃水线夏季淡水吃水线热季淡水吃水线载重线圈稳心初稳性高度GM |
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