人们从很早开始就外出寻找食物,运送、买卖货物。有时则为了探险的目的而翻山越岭、漂洋过海。一开始只能靠步行,但是第一条船在很久以前就出现了,造船者设计了更好的帆,并改进了驾驶方法。有了这些改良的船只,北欧海盗就能够横渡大西洋,寻找新的居住地。在15~16世纪,一些欧洲探险家开始进行探险。从此,交通工具的变化越来越大,发展越来越快。客轮更加豪华,货轮在重量也不断增加。水上交通工具已经在当今成为交通工具中必不可少的重要组成部分。
独木舟
独木舟是用单根树木刨挖中腹而制造的最原始的船型。长两丈有余,宽以能坐下一人为度,开口圆底,两头尖产微上翘。船浆长近一丈,中段是手握的浆把,两端是浆叶板,用时左右交替划行。
牛皮船
牛皮船属藏族交通工具。用生牛皮缝缀船衣,绷在木棒或柳条制成的船架上,做成长方形或椭圆形牛皮筏,大者可乘十余人,小者可乘三五人,货物装在船底,航行时顺流而下,速度极快。藏语叫“果瓦”,专航于拉萨河与雅鲁藏布江上。清代赵翼《陔余丛考》载:“以革为舟夜渡,是牛皮为船,由来久矣,皆出于‘番’俗也。”
帆船
帆船是继舟、筏之后的一种古老的水上交通工具,已有5000多年的历史。中国宋、元、明、清时代使用过的帆船有平底沙船、尖底的福船、广船和快速小船鸟船,以及大型战船楼船和运粮的漕船。帆船通常为单体,也有抗风浪较强的双体船。帆船主要靠帆具借助风力航行,靠桨、橹和篙作为无风时推进和靠泊与启航的手段。帆船按船桅数可分为单桅帆船、双桅帆船和多桅帆船;按船型划分有平底和尖底帆船;按首型分为宽头、窄头和尖头帆船。船体结构材质古用木质,现代也有使用其他轻质材料。结构多采用横骨架,隔舱板除起分隔舱室的作用,也起骨架作用。平底船龙骨有一道或数道,尖底船在纵向中线设一道突出于船底的方龙骨,除提高船体纵向强度外,偏风航行时还可阻止船体横向漂移。帆船使用的帆具主要是帆、挂帆的桅杆和操帆用的绳索。桅杆通常沿船纵中线布置,最大的主桅位于中部,长度近于船长,头桅长度次之,尾桅最小,首、尾桅布在舷边。帆的形状多为四角形和三角形。主帆长与桅长相适应,宽大于船宽,头帆、尾帆依次减小。进入20世纪,内燃机广泛应用于船上,出现机帆船。
气垫船
气垫船又叫“腾空船”,是一种利用空气的支撑力升离水面的船。这种船一出现立即受到全世界造船界的关注。
气垫船是英国工程师科克莱尔发明的。1950年,40岁的科克莱尔爱上了造船工业。于是辞掉了原有工作,用自己的全部积蓄,同妻子一起创办了一家小型造船公司。这时,科克莱尔脑海里所考虑的是怎样才能造出速度更快的船艇。他认为船艇速度提不高的原因是船底与水面间的磨擦所产生的阻力。经过反复的研究,他发现如果用空气作为船与水之间的“气垫”就有可能减小摩擦,从而提高船航行的速度。科克莱尔把这一设想具体化,他在空的猫食罐头上装一只空的咖啡罐,用吹头发的吹风机作动力进行实验。结果,靠排气而产生的升浮效果令他非常满意。接着他制造了长约0.5米的模型船,在河里进行实验,又获得成功。它的原理与现今实用气垫船的原理是完全相同的。后来,科克莱尔正式制造了一艘长9.1米,宽7.3米的气垫船。这艘气垫船顺利地穿过了英吉利海峡,成为世界上第一艘实际航行的气垫船。也充分显示了气垫船的优越性。
气垫船主要有两种形式:全浮式和侧壁式。世界上现有的最大气垫客船,要数英国制造的SRN4-III 型气垫船。它采用的是全浮式,特征是用空气螺旋桨推进(如同飞机的螺旋桨一样),船的底部四周装有尼龙橡胶布制成的“围裙”,高压空气自船底射出,在船底和水面之间形成气垫支持船体的重量,以减少航行阻力。航速平均每小时100千米,可载客416人,汽车55辆。速度最快的是美国的侧壁式气垫船,每小时达167千米。
拖船
拖船是为其他船提供动力的船,由于它的体积小、动力大,操纵灵活,故主要用于内河航运或近海交通拥挤或狭窄地方拖拉其他船,以快速工作、避免事故。拖船船体中有一半以上的空间被发动机占用,所以,平均动力超过任何其他种类的船只。拖船从头到尾成一曲线,不仅好看,更具功能。高船首是用来把远洋巨轮推进或推出泊位的。长而扁平的后甲板可使拖索收放自如。厚重而深的船体可增强稳定性。除了在内河或港湾内拖带远洋巨轮外,在外海协助建造离岸输油装置,援救遇难船只,横渡海面把废船拖往拆船厂等也是拖船的职责范筹。
轮船
“轮船”一词始于我国唐代,它的出现与船的动力改革有关。原来,我国唐代李皋发明了“桨轮船”。他在船的舷侧或艉部装上带有桨叶的桨轮,靠人力踩动桨轮轴,使轮轴上的桨叶拨水推动船体前进。因为这种船的桨轮下半部浸入水中,上半部露出水面,所以称为“明轮船”或“轮船”,以便和人工划桨的木船、风力推动的帆船相区别。
而最早建造蒸汽轮船的是法国发明家乔弗菜,他在1769年就建造了世界第一艘蒸汽轮船“皮罗斯卡菲”号,用蒸汽机启动。后来,英国人薛明敦在1802年也建成一艘蒸汽轮船。可惜它们均未得到实际应用。
直到1807年9月,美国人富尔敦设计、制造的蒸汽轮船“克莱蒙特”号试航成功,才使轮船开始真正成功成为水上舞台的主角。“克莱蒙特”号,全长45.72米,宽9.14米,排水量100吨,船速每小时6.4千米。蒸汽机船发明后,用蒸汽机为动力代替人力带动桨轮,沿用了100多年之久。后来螺旋桨推进器取代了桨轮,这种“明轮船”被淘汰了。因为称呼上的通俗和习惯,用螺旋桨推进的船仍称为“轮船”,并沿袭至今。
潜艇
潜艇是一种潜入水下进行活动并执行作战任务的战斗舰艇。它于1775年首先出现于美国的独立战争中,到第一次世界大战时已被广泛用于实战。第二次世界大战,潜艇是海军的主要作战舰种之一。潜艇的作战使命是对敌大、中型水面舰船实施攻击,封锁和破坏敌海上交通,同时亦可执行侦察、巡逻和扫雷、布雷等任务,是现代海军武库中的一种攻击型武器。潜艇按动力分,可分为常规动力潜艇和核动力潜艇两种。目前全世界近千艘潜艇中,80%为常规动力潜艇,核动力潜艇占20%。常规动力潜艇是指在水面或通气管状态航行时采用柴油机推进,在水下航行时则以蓄电池和电动机推进。核潜艇则是依靠设在潜艇内的核反应堆提供动力,传动装置是蒸汽轮机。潜艇按作战任务和武器装备情况,又分为攻击型潜艇和战略潜艇。攻击型潜艇主要以鱼雷对付敌方水面舰船和潜艇,任务是实施战役战术攻击和作战;战略潜艇则以远程导弹为主要攻击武器,任务是打击敌方的军事、政治和经济中心,起到战略威慑作用。潜艇由于有隐蔽性好、续航力大、核打击力量大等优点,尤其是战略核潜艇的存在,潜艇已经成为国家核威慑力量的重要组成部分。
游艇
游艇的造型依据其功能的不同而有区分,这项工业产品在外型的设计上仍以实用性为前提,尔后,考虑美学及市场的导向来变化出所谓流线型的造型。近几年来,游艇的造型如同其他工业产品一般,逐渐采用较具亲和力的圆弧线条来代替尖锐的折角或直线,当然这与生产技术的提升有相当的关系。另外游艇又可分为:
1、巡航艇:大型、快速之豪华游艇、内部布置豪华、设备完善适合长距离航行。外形的色彩线条简单。呈现出沉稳且典雅的风格。
2、无后舱式游艇:无钓鱼设备,具备上、下驾驶台及大型的沙龙间,船艉无住舱,为一开放空间,线条更圆弧化,是近年来各项工业造型上的一致趋势。
3、太阳甲板:太阳甲板船型最主要的特点,在于船艉多了一个住舱以及后甲板的开放空间加盖遮阳板。
4、敞露甲板型:无船楼之游艇,主甲板以上为露天的驾驶区及开放空间。
5、小快艇:小型快艇。甲板以下无住舱,船速高。
6、海钓船:有完整的钓鱼设备。此船型的特征在于驾驶室位于上甲板,以及后由板的高度非常接近水面,这样的造型主要是配合海钓者使用上的需要。
7、多用途游艇:与海钓船类似,但上驾驶台上方之遮阳棚及钓鱼架可拆除,成为一般用的游艇。
8、高速滑航艇:高速赛艇。甲板以上较低的受风面积为高速滑航艇在造型上最主要的特征,目的在于减少该艇于高速时受到的风阻。
9、拖网型:主要特征在于船艏线型较圆滑,船速较慢。
10、双胴游艇:此类游艇有较大的起居室宽阔之上层甲板空间,适合于招待亲朋好友同游,但也由于双船体的先天限制,在下层船体部位要配置较大空间的住舱不大可能。仅能布置数间狭窄舱房,这个是它最大的缺点。还有由于它船宽比一般的当体船要大,因此所需停泊的码头要占较多空间,停船位较难得到。
航空母舰
航空母舰是最庞大的军舰,大型的航空母舰长度可达330米,宽度达80米,高度达70米,相当于两个足球场的面积,20层楼的高度,在陆地上亦很难看到如此巨大的建筑物。
航空母舰还是一个活动的机场,可运载100余架飞机以30~40节的速度航行。舰载飞机的一个突出特点,即大多机翼是可折叠的,以便于平时放入机库中。航母的一种最重要的装置即弹射跑道,其动力可以将一个小汽车弹出2千米,以使飞机获得起飞的速度。
同时它是一个武器库,不但包括各种歼击机、攻击机、反潜机、预警机、侦察机、加油机、直升机等,而且还包括各种导弹、高炮、高射机枪等武器,以及雷达、声呐及卫星通讯等设备。它里面的飞行员、船员、机械师等约有5000到6000人,因此航母不但需要先进的武器系统,而且还要为其乘员的学习、训练、生活和娱乐营造一个较舒适的环境。现代航母上商店、图书馆、体育馆等设施一应俱全,船员可以享受与国内相近的饮食和生活习惯。
航空母舰一般编队而行。国内学术界认为航母必须具备防空、防水面、防潜艇、防电子干扰这四维防卫能力,才能在战场上生存并发挥其攻击能力。因而航母需与驱逐舰、护卫舰、补给舰、扫雷舰、潜艇、救护舰以及巡洋舰、战列舰等组成一个战斗群,以发挥攻守兼备的效力。它战功卓著,从二战时的珍珠港、中途岛海战到近期的马岛、海湾战争,航空母舰都立下了赫赫战功,在现代远海作战中,航母也发挥了重大的作用。
渔船
渔船是用以捕捞和采收水生动植物的船舶。也包括现代捕捞生产的一些辅助船只,如进行水产品加工、运输、养殖、资源调查、渔业指导和训练以及执行渔政任务等的船舶。渔船有不同的分类方法。按作业水域可分为海洋渔船和淡水渔船,海洋渔船又分沿岸、近海、远洋渔船。按船体材料又分为木质、钢质、玻璃钢质、铝合金、钢丝网水泥渔船以及各种混合结构渔船。按推进方式分为机动、风帆、手动渔船。按渔船所担负的任务可分为捕捞渔船和渔业辅助船两大类。多数捕捞船只的船型较小,但为适应在风浪中连续航行、作业,要求有较好的稳定性、耐波性和适航性,结构需特别牢固。作业期间载重量变化较大。船用设备要求结构性能可靠、坚固耐用、维修方便。主机功率较大,相对速度较高。除配置一般船用设备外,还需配备捕捞设备、保鲜和加工设备、助渔和导航设备等,渔舱要求隔热设施性能好。
另外它的设备包括:①动力装置。捕捞渔船的主机功率一般为每总吨1.5~4.5千瓦,有的高达6~7千瓦。大、中型捕捞渔船及渔业基地船因配备冻结和加工设备,其发动机功率为主机功率的65%~85%。为了提高主机效率,船上的发动机、捕捞绞机、制冷装置、空压机等往往由主机驱动,增加了动力装置的复杂程度。拖网渔船、渔业调查船、延绳钓渔船等工作状况多变,常采用可调螺距螺旋桨并装有助推器,以合理利用主机功率和提高船的机动性、灵活性和转向性能。②捕捞机械。种类多而复杂,功率较大。拖网渔船使用的绞机,其拉力和绞拉速度随水深、渔具渔法、船形大小、主机功率而变化。围网渔船的捕捞机械有的多达20多台。为配合围网作业,有的还配有3~5艘渔艇。延绳钓渔船配有理线机、卷线机、放线机、挂饵机等。鱿鱼钓船和竿钓船则装有自动钓机。③保鲜和加工设备。为保证渔获物的质量,保鲜是渔船的重要功能之一。船上的保鲜方式一般有冰藏、冷海水保鲜、盐藏、微冻、冻结等。沿岸、近海拖网渔船主要用0℃ 左右的冰藏保鲜;中小型围网渔船主要采用-1℃ 左右的冷海水保鲜;离渔港较远作业的拖网渔船或渔业基地船,采用平板冻结、隧道式吹风冻结等低温冻结;竿钓渔船、金枪鱼延绳钓渔船的渔获物以低温盐水结冻,温度-50~-55℃。还有部分渔船采用轻盐低温保藏或-3℃左右的微冻保鲜。此外,在大中型远洋渔船可将渔获物加工成鱼片、鱼段、罐头、鱼糜、鱼粉等,还备有洗鱼机、鱼片机、剖切机、去皮机、采肉机、鱼粉机等多种鱼类处理和加工机械。
汽艇
汽艇有“海上飞毛腿之称”,刚诞生的时候只是用蒸汽机为动力的小船,不过现在已经有了很先进的动力装置,速度非常快,经常出现在各种体育竞赛中。有时候也会作为短程的水上交通、游览工具,忙碌地飞驰在水面上。汽艇的构成由驾驶仓、护栏、甲板、卧室、厨房和客厅组成的。为了能够劈波斩浪地前进,汽艇船头几乎都被设计成尖形,船身整体呈流线型。大多数汽艇都被涂上了绚丽斑斓的颜色和图案,所以同型号的汽艇看上去长得都不大一样。汽艇上装有水喷式发动机,发动机是通过一跟导管把水吸进来,然后以高速、高压把水从船尾压出去,这样,船就会朝着和喷水相反的方向前进了。
船的一些辅助设施
桨
原始的独木舟由于不稳定,不能满足人们航海的需求,人们开始尝试将数根木头绑缚在一起,以增加船只的稳定性,制成了最早的筏,这种简单的船只,至今还在一些地方的水上交通中发挥着不小的作用。人类发明了船舶这种水上运载工具后,便面临着如何去推动它的问题。可以想象,最初人类是在独木舟或筏一类的简陋的水上运载工具上顺流而行的,如果要转向或逆流而行,就要用手去划水。久而久之,人类发明了桨,这等于是人类的手臂的延长。有了桨,人就可以坐在船上划水前进。如果要增加船只的推进速度,就要增加桨的数目。于是,一种划桨船在地中海海域周围首先发展起来了。
同样,在距今5000多年前的埃及法老齐阿普斯的金字塔墓里,有作为法老殉墓品的墓葬船,它就是一种配置长桨的划桨船。在爱琴海区,克里特人也是最早的航海民族之一,他们的划桨船可能吸收了埃及和腓尼基的造船技术。克里特人的战船上配置有44名划桨手,划桨手坐在上层水平甲板的长条凳上划桨。曾经垄断地中海海上贸易权的腓尼基人,凭着他们上乘的造船技术称雄一时。在船的建造上,腓尼基人第一次将商船与战船的建造分离开来,而且根据航行区域的不同和航程的远近,建造了用途各异的船舶。而且腓尼基战船的桨是双层设置的。后来又发展起来了更多层的划桨船。
橹
橹的发明是中国对世界造船技术的重大贡献之一,它最早出现的年代目前尚不可考,传说鲁班看见鱼儿在水中挥尾前进,遂削木为橹。橹的外形有点像桨,但是比较大,一般支在船尾或船侧的橹檐上,入水一端的剖面呈弓形,另一端则系在船上。用手摇动橹檐绳,使伸入水中的橹板左右摆动。橹摆动时,船跟水接触的前后部分会产生压力差,形成推力,推动船只前进,就像鱼儿摆尾前进。古人有一橹三桨的说法,认为橹的效率可以达到桨的三倍,因为从桨到橹的变化,事实上就是从间歇划水变成连续划水,提高了效率。橹不仅是一种连续性的推进工具,而且具有操纵船舶回转的功能。麦格雷戈就认为螺旋桨的发明,与欧洲人看到中国人使用橹后受到的启发不无关系。事实上,现代广为应用的螺旋桨推进器,其不间歇作旋转运动的叶片,与在水中滑动的橹板十分相似。
帆
古帆船的帆是用一的既笨重又精细的帆布裁剪缝制成的。船帆为了保证幅拼缝的强度,要将帆布布幅边沿互相折边扣在一面。然后沿加强条在帆周缘缝上帆边绳1~3条加强条。不论纵帆或横帆,帆的中下部亦缝有较大的加强块。这种,不是采取简单的联缝。为了保证受风时的强起,在以缝帆针缝两趟以上的线缝牢。而每一周边加以具有一定宽度的复条(亦称加强条)。较大面积的横帆通常在帆上还有纵横向的的各角均需要缝有补强块,某些大的横帆在帆根据需要对局部加强的帆能承受较大的风力。
船帆的最先着风之帆缘称作前缘,它位于船只的前部。后部的船翼后缘称作帆的后缘。从前缘到帆的后缘的假想水平线称作弦。船帆的曲度称作吃水,并且从弦到最大吃水点的垂直距离称作弦深。帆的种类可分为:
1、横帆帆的形状为正方形、矩形或梯形。这类帆的特点是每面帆的上边宽度与挂此帆一根帆桁长度等同,即呈等腰梯形状,如果帆两边即与上沿垂直,形成矩形或方形的帆。横帆张挂时是利用系帆索穿过帆上缘复杂的多个系帆孔系挂在帆桁上。
2、纵帆纵帆的形状多为三角形或艉斜桁,而大量等腰梯形帆则挂于各桅之间梯形帆。三角帆多张挂在船首或各桅的支索上支索和艉斜桁上。
桅
桅是指竖立于船的甲板上的长杆,用来挂帆悬旗或兼做吊杆柱等。船桅一般是沿船纵中线布置,中部主桅最长最粗,长度约等于或小于船长,头桅、尾桅依次而短小。三桅以上的帆船除主帆居中。帆船按船桅数可分为单桅帆船、双桅帆船和多桅帆船,按船型划分有平底和尖底帆船,按首型分为宽头、窄头和尖头帆船。
舵
舵是用以改变和保持船舶航行方向的设备。由舵叶和舵杆组成。航行中的船舶,水流在舵叶上产生横向作用力,根据船舶的航向转动舵叶,使船舶产生回转力矩,保持所需航向。
舵可按多种标准分类:
①按舵叶的断面形状可分为平板舵和流线型舵。平板舵结构简单,广泛应用于帆船上;流线型舵的舵叶由水平与垂直隔板为骨架,并用钢板包成空心,其阻力小、升力大,被广泛应用。
②根据舵杆轴线在舵叶上的位置,可分为平衡舵、不平衡舵和半平衡舵。平衡舵的舵压中心至舵杆轴线的距离小,故转舵力矩小,但舵在水流作用下易摆动;不平衡舵的舵杆轴线在舵叶导边处,故有较大的转舵力矩;半平衡舵上半部为不平衡式,下半部为平衡式。
③根据舵的支承方式,可分为多支承舵、双支承舵、悬挂舵和半悬挂舵,均依据与舵柱连接方式区分。
④根据舵板的数量,可分为单板舵和双板舵。前者舵叶由单层板构成;后者舵叶则由两层板制成,性能优于单板舵。
为改善船舶操纵性能和推进效率,常采用一些改善舵效的特殊形式的舵。如带导流罩舵,在舵叶中部装有导流罩;襟翼舵,舵由主舵叶和襟翼组成;多叶舵,在一舵杆上装有两个或两个以上舵叶;差动舵,由多舵叶组成,其各叶转角可不同,以及喷射舵、并联舵、反射舵等舵型。舵型的选择根据船型、吨位、船尾形状及推进装置类型选择。河船为操纵灵活,常配有双舵和三舵。根据船舶操纵需要,除通常将舵设置在船尾螺旋桨后,以利用桨的尾流外,也有装在桨前面的舵,为倒车舵。也有在船首加装首舵,以改善倒航的操纵性能。
锚
锚是在水域中固定船舶或其他浮体的设备。锚抛入水域底部,靠锚爪尖啮入泥土产生抓力,通过与船舶或其他浮体相连接的锚链,达到停泊定位。
锚是由锚环、横杆、锚干、锚臂、锚冠和锚爪等基本部分组成,其材质为铸钢或锻钢。根据结构形式的变化可分为有杆锚、无杆锚、大抓力锚和特种形状锚等。有杆锚,其锚爪与锚干为一整体,并有一垂直于锚爪面的横杆。有单爪和双爪之分,使用时一个爪入土。无杆锚,其锚爪与锚杆可相对转一定角度,使用时两个锚爪可同时入土。无杆锚无横杆,收藏方便。大抓力锚,其锚爪宽大,可转一定角度,锚爪中部有突出的杆体,可增加锚的稳定作用,由于抓力大,适应松散土质的水底。特种形状锚,与一般的锚形不同,如锚头呈伞状、菌状,入土后不易移位,适用于长期锚定的趸船及其他浮体。