第二课 船舶的分类
2．1 简介
船舶的种类五花八门。一艘船可能是一个豪华的海上酒店，载着乘客驶向异域他国；也可能是一个浮动的堡垒，安装有导弹发射装置；亦或是一个加长的箱子顶部装有复杂管道系统可以运输原油。上述的描述都非其本质描述，由于船舶系统作为一个整体和各个单元的集成，所以其本质应概括为在功能上可以自己自足，适于航行并且足够坚固，可以作为船员及货物的安全休憩之所。这也是造船师在设计船的时候一直要秉承的理念，并且也为本章后续及全书的讨论奠定了基础。 为了讨论造船工程，有必要把船进行分类。基于本书的写作目的，我们将根据船舶的物理支撑方式和设计目的对其进行分类。
2．2 根据船舶物理支撑方式进行分类
以船舶的物理支撑方式进行分类模式的依据是船舶在一定设计条件下运行。船舶可以在水上，水面或水下运行，因而将空气和海面的交界面作为参考基准面。由于上述三种地方的物理环境差别很大，因而用于在这些地方运行的船舶的物理特征也各不相同。
空气静力学支撑
以水面上自身诱导气垫作为支撑的船有两种类型。这种船相对重量较轻，但却能以高速运行，原因是空气阻力远远小于水的阻力，并且由于没有小波浪和海豹的阻碍从而减小了对于船舶速度的影响。这种船利用船体下舱内的提升风扇产生一种低气压气垫，这种气垫要能支撑起船在水面的重量。
第一种船有灵活的‘裙摆’，完全包覆住它的气垫使船完全从海面上升。这种船被称为‘气垫船’（ACV）；狭义地说，这是种是两栖的交通工具。
第二种气垫船拥有刚性侧壁或很薄的船体，可以在水面下延展开以减少用以维持气垫压力所需的气流量。这种船叫束缚气泡减阻船（CAB）。与ACV相比，这种船对提升风扇的功率要求低一些，方向稳定性较高，可以由喷水式推进器或超空泡螺旋桨来驱动。这种船不是两栖运行的，而且在市场上也不如ACV受欢迎，ACV可以用作客运轮渡,横跨海峡的车客渡轮,极地考察船,登陆艇和内河舰艇。 水动力学支撑
依靠由经过特殊设计的水动力构造，产生的快速前动力而获得动力支持的船也有两种，这种船即可在水面也可在水下运行。物理学原理说任何移动的物体可以产生一种不对称的流型，这种流型生成一种垂直于动作方向的提升力。就像一个带气翼的飞机穿过气体的时候会产生提升力一样，一个位于水下并通过穿透水面的支撑钩而相连的水翼，也可以依此原理支撑起水上的船体。
滑行船体的船形特点是拥有较平的底部和浅V型剖面（特别是船的前中部），这种构造可以对小排水量船或高速运行的小船提供部分甚至全部的动力支持。滑行船因其所需求的动力--重量比率及在波浪上高速行驶所产生的结构压力使其在尺寸和排水量方面普遍受到严格要求。尽管一些‘深V型’船体可以在汹涌波涛的水里航行，但大多数的滑行船则需要在较平静的水里才适于运行。 流体静力学支撑
最后一种，也是最古老最可靠的一种支撑方式，流体静力学支撑。从远古到二十世纪几乎所有的船都依靠这种极易取得的水的浮力作为船运行的动力。
流体静力学支撑，普遍上被认作是漂浮，可以用由古老的哲学与数学家阿基米德在公元前二世纪所定义的阿基米德定律，该定律属于基础物理学原理，它的内容
是，一个浸没在一种液体中的物体的浮力等同于所排掉的液体的重力。这条定律也适用于所有浮于（或浸入）盐水或是清水的船。并且基于这个陈述衍生出这类船的名字，一般被称为排水船。
虽然我们非常熟悉这类船，但是它的子范畴却值得专门讨论。举例来说，对某些船来说，高速度的前提是要能承载轻量货物或在波涛汹涌的水中比滑行船体舒适度更高为条件。高速滑行船体可以改装成半排水或半滑行的船。这些折衷而成的船，速度上当然不会比完全滑行船快，但是会比普通排水船快，而比后者动力更大，重量更轻。这些种类的船显然是经过‘权衡’的产物。
上述引用的例子界于那些不同的分类之间-它并非一种真正的排水船的变体的典型代表。首先后者必须被归类为是排水船，而且它的变体首先依靠浮力大小的不同而区别，这就是船体在水下的深度和宽度。
最普通的排水船的可以被一般性地归类为通用运输船，一种在海上航行的船。可以用作客船，轻货运输，拖网渔船，亦或是其它数以百种不需要特别容量，速度，下潜等其他性能的工作。它是最普通最容易认识的一种船，拥有适中的排水量，速度，尺寸以及承载力。这种船通常具有远距离航行能力和适航性。它是适于一年四季航行的船。同时它也是其它排水船进行分类时所参照的标准。
与这种标准船最相关，同时，不止应用于商业，也在工业世界的生存中起到重要作用的船就是散装油轮，油轮或者超级油轮。这些术语很常用但是并不是规范用语，而且这样分类也并不恰当，因为几年前被称为超级油轮的船，现在已经不能再称之为超级油轮。这个产业自己制定了一种更明确的命名方法。根据规范，具有十万吨以上油货承载能力的船类属于大型原油轮（LCC），巨型油轮（VLCC）和超级大型油轮（ULCC）.承载能在在十万吨以上但小于二十万吨的叫作大型油轮（LCC）,承载能力在二十万吨和四十万吨之间的称之为巨型油轮，而超过四十万吨的才是超级大型油轮。虽然对这些船的吨位划分的必要性很清晰，但是在1956年之前还没有出现超过五万吨的的油轮，而直到最近六十年才生产出超过十万吨的轮船。在1968年，第一艘超过三十万吨的轮船被建造出来。这种船拥有巨大的容量和体积（每块甲板可以容纳四个连在一起的足球场），这些船往往用于商业中，具有巨大的长度，宽度和深度，每次航行以极低的成本运输着成吨的原油。大多数这些油轮都只有一个推进器轴或者舵。在这种船中，航行驾驶台距离船头几乎有四分之一英里。他们的行驶速度很低，比如由阿拉伯某个油港驶向欧洲某地，通常需要两个月的时间。
此类船属于排水船的范畴，可以获得很大的浮力支撑。这种船满负荷时在水下船体下潜量非常大。甚至，货物的重量还远远超过船的重量。一艘满载的巨型油轮下潜水深度可以达到50至60英尺，而超级大型油轮更会达到80英尺。这种轮船属于排水船中一种特殊的类别叫做深排水船。
还有另外一种拥有极大吃水力的船，它和前面讨论过的原油运输船类似且并无太大差别。这种船被称之为小水线面双体船（SWATH）.概括的说，这种船比较稀有，它的设计目的是用于在中度海浪环境中高速行驶并拥有稳定操作平台。虽然这种船的前景具有争议，但是这种把船体表面以下都浸没水中，并通过狭窄的吃水线安定翼和支撑杆来增加对水面上平台或甲板的支撑力的理论是很好的。双体船通过上部的平台连接，从而提供必要的操作稳定性。
用于专门用途的最特殊的一类排水船就是潜艇，是一种可以完全浸入水中运行的船。潜水艇的性质以及对于它各种操作，包括静态和动态船位的描述在接下来的章节中将有阐述。在此仅强调，潜水艇属于一种特别的排水船，它同样适用阿基
米德原理以及所有排水船都适用的原理。
多体船
还有另外一种普遍使用的船，但是之前没有被提及，主要是因为它不属于之前上述描述过的任何一类，但同时也可以充分地说它从属于任何一类。这种船就叫做多体船—双体船和三体船。其中体型较大的通常是排水船，就像上面提到过的(SWATH)小水线面双体船，或者更普通的，需要稳定平台的海洋科考船，以及装备有发射导弹装置的战舰。还有较早之前提及过的双体CAB船以及高速滑行双体船。事实上，多体船即是任何用于特殊应用的基本船型，它要求极高的横向稳定性以及/或船体间的工作区域。
图2.1展示了上面描述过的船体剖面图（不代表规模尺寸）以及它们的物理支撑方式。它们依据速度从高到低排列，除了多体船，这类船的速度根据他们的功能目的而有所不同。
2.3 其他标准
依据船的设计的不同规格构造。对船的分类还可以有其他的标准。这些分类会考虑成本，用途，速度，耐力，负荷（运载货物或武器的能力），操作环境（稳定性，生存性及港口要求），可靠性，外观，个人舒适度和宜居性，以及政治考量。各种因素被侧重的程度取决于这艘船的设计目的，亦即取决于购买该船的商业机构，政府及个人。基于使用目的而对船进行的分类，包括如下几种：商用船，海军舰艇以及游艇。
商船及营利用船
商船及营利用船一般被买来用于赚钱。前面提到的货船在设计上具有最低‘成本运算率’，这种运算率涉及到船的‘生命周期成本’，包括购置成本，运营和维护成本，以及当船售出之后的残余价值。‘现金流分析’就是用来做出船主投资的期待回报率。
还有一些商船的新设计，包括货船，定期航班客船，渔船，近海供应船以及拖船，这些船来自世界各地的造船厂，它们必须在经济上与近似类型的船竞争。即使目前造船成本提高了，政府津贴可以保护本国的造船工业以更低的成本抵御来自国外的竞争从而供给购买商。因而政治考量在营利用船的设计和建造的经济中起着重要作用。
对豪华的定期航班客船来说，外观，个人舒适度以及可信赖度是重点考虑因素。而在渔船的设计中重点考量有效载菏，续航力，以及在恶劣海上环境中的生存能力。近海供应船在用于运输石油钻塔工和紧急任务的时候注重的是它的速度，然而钻杆以及钻井泥浆主要用作运输货物的时候，较慢的速度也是可以接受的。操作环境的因素包括海上的风和浪的条件，以及岸上港口和海湾的承载力。因而。在一些地理环境中，不能使用深水线船只。那些用作某些特殊用途的货物装载装置如滚装船上的卸货舷梯，在世界的主要港口以及发达国家港口用于快速掉头时是一定会用到的。这些港口对船舶设计者会提出其他的货物装载要求。 军船以及海岸护卫舰
尽管有一些特殊用途的船不能轻易的归类为任何类别，但军船一般分为战斗艇或辅助船。对于大型战舰如航空母舰，导弹巡洋舰，驱逐舰及核潜艇，所有前面提到过的因素都十分重要—因此，这些船的运行成本非常大。它们用于执行非常重要的军事任务，但是执行这些任务也取决于船的速度，续航力，武器的有效载荷，以及在凶险的海上环境中运行和生存的能力。在战斗条件下的可靠性，军事力量的外观，船员的适居性影响到重征服役状态，并且在政治方面重要的是谁成为主
要的承包商和主要的武器转包商：所有这些都是要考虑的因素，因而建造和运行战舰对于纳税人来说花费巨大。
虽然军船辅助船在外观上与营利用船非常接近，但是它们要执行的任务关系到战船的运行，这就对其兼容性，在速度，续航性，所需要的有效载荷力以及在恶劣的海上条件下执行供给操作的能力等方面，提出了要求。因而，我们可以想象这类船的花费比那些与之相对的营利用船要大的多。
海洋水文调查船，（美国）海岸警备队快艇以及破冰船所执行的任务中续航性，可靠性，在困难环境中的运行能力，以及适居性等都是重要的考量因素。因为小船的燃料箱容量是有限的，因而需要在速度和续航性之间作出权衡；因而经常使用两种动力装置来使其速度和续航力达到最佳水平。前面部分讨论过的特殊的船牺牲了其负荷及续航力以获得更高的速度。
游艇
游艇，即可以用发动机也可以用帆作为动力，具有多种不同的尺寸和形状，以适应个人的需求和品位。经济方面的权衡是基于那些潜在买家可以负担的或者商家认为其可以负担的能力。设计的主要标准是外观，速度，个人舒适度及适居性，以及稳定性等因素，以此来满足船的使用目的，即休闲与享乐。
第二课 船舶的分类
2．1 简介
船舶的种类五花八门。一艘船可能是一个豪华的海上酒店，载着乘客驶向异域他国；也可能是一个浮动的堡垒，安装有导弹发射装置；亦或是一个加长的箱子顶部装有复杂管道系统可以运输原油。上述的描述都非其本质描述，由于船舶系统作为一个整体和各个单元的集成，所以其本质应概括为在功能上可以自己自足，适于航行并且足够坚固，可以作为船员及货物的安全休憩之所。这也是造船师在设计船的时候一直要秉承的理念，并且也为本章后续及全书的讨论奠定了基础。 为了讨论造船工程，有必要把船进行分类。基于本书的写作目的，我们将根据船舶的物理支撑方式和设计目的对其进行分类。
2．2 根据船舶物理支撑方式进行分类
以船舶的物理支撑方式进行分类模式的依据是船舶在一定设计条件下运行。船舶可以在水上，水面或水下运行，因而将空气和海面的交界面作为参考基准面。由于上述三种地方的物理环境差别很大，因而用于在这些地方运行的船舶的物理特征也各不相同。
空气静力学支撑
以水面上自身诱导气垫作为支撑的船有两种类型。这种船相对重量较轻，但却能以高速运行，原因是空气阻力远远小于水的阻力，并且由于没有小波浪和海豹的阻碍从而减小了对于船舶速度的影响。这种船利用船体下舱内的提升风扇产生一种低气压气垫，这种气垫要能支撑起船在水面的重量。
第一种船有灵活的‘裙摆’，完全包覆住它的气垫使船完全从海面上升。这种船被称为‘气垫船’（ACV）；狭义地说，这是种是两栖的交通工具。
第二种气垫船拥有刚性侧壁或很薄的船体，可以在水面下延展开以减少用以维持气垫压力所需的气流量。这种船叫束缚气泡减阻船（CAB）。与ACV相比，这种船对提升风扇的功率要求低一些，方向稳定性较高，可以由喷水式推进器或超空泡螺旋桨来驱动。这种船不是两栖运行的，而且在市场上也不如ACV受欢迎，ACV可以用作客运轮渡,横跨海峡的车客渡轮,极地考察船,登陆艇和内河舰艇。 水动力学支撑
依靠由经过特殊设计的水动力构造，产生的快速前动力而获得动力支持的船也有两种，这种船即可在水面也可在水下运行。物理学原理说任何移动的物体可以产生一种不对称的流型，这种流型生成一种垂直于动作方向的提升力。就像一个带气翼的飞机穿过气体的时候会产生提升力一样，一个位于水下并通过穿透水面的支撑钩而相连的水翼，也可以依此原理支撑起水上的船体。
滑行船体的船形特点是拥有较平的底部和浅V型剖面（特别是船的前中部），这种构造可以对小排水量船或高速运行的小船提供部分甚至全部的动力支持。滑行船因其所需求的动力--重量比率及在波浪上高速行驶所产生的结构压力使其在尺寸和排水量方面普遍受到严格要求。尽管一些‘深V型’船体可以在汹涌波涛的水里航行，但大多数的滑行船则需要在较平静的水里才适于运行。 流体静力学支撑
最后一种，也是最古老最可靠的一种支撑方式，流体静力学支撑。从远古到二十世纪几乎所有的船都依靠这种极易取得的水的浮力作为船运行的动力。
流体静力学支撑，普遍上被认作是漂浮，可以用由古老的哲学与数学家阿基米德在公元前二世纪所定义的阿基米德定律，该定律属于基础物理学原理，它的内容
是，一个浸没在一种液体中的物体的浮力等同于所排掉的液体的重力。这条定律也适用于所有浮于（或浸入）盐水或是清水的船。并且基于这个陈述衍生出这类船的名字，一般被称为排水船。
虽然我们非常熟悉这类船，但是它的子范畴却值得专门讨论。举例来说，对某些船来说，高速度的前提是要能承载轻量货物或在波涛汹涌的水中比滑行船体舒适度更高为条件。高速滑行船体可以改装成半排水或半滑行的船。这些折衷而成的船，速度上当然不会比完全滑行船快，但是会比普通排水船快，而比后者动力更大，重量更轻。这些种类的船显然是经过‘权衡’的产物。
上述引用的例子界于那些不同的分类之间-它并非一种真正的排水船的变体的典型代表。首先后者必须被归类为是排水船，而且它的变体首先依靠浮力大小的不同而区别，这就是船体在水下的深度和宽度。
最普通的排水船的可以被一般性地归类为通用运输船，一种在海上航行的船。可以用作客船，轻货运输，拖网渔船，亦或是其它数以百种不需要特别容量，速度，下潜等其他性能的工作。它是最普通最容易认识的一种船，拥有适中的排水量，速度，尺寸以及承载力。这种船通常具有远距离航行能力和适航性。它是适于一年四季航行的船。同时它也是其它排水船进行分类时所参照的标准。
与这种标准船最相关，同时，不止应用于商业，也在工业世界的生存中起到重要作用的船就是散装油轮，油轮或者超级油轮。这些术语很常用但是并不是规范用语，而且这样分类也并不恰当，因为几年前被称为超级油轮的船，现在已经不能再称之为超级油轮。这个产业自己制定了一种更明确的命名方法。根据规范，具有十万吨以上油货承载能力的船类属于大型原油轮（LCC），巨型油轮（VLCC）和超级大型油轮（ULCC）.承载能在在十万吨以上但小于二十万吨的叫作大型油轮（LCC）,承载能力在二十万吨和四十万吨之间的称之为巨型油轮，而超过四十万吨的才是超级大型油轮。虽然对这些船的吨位划分的必要性很清晰，但是在1956年之前还没有出现超过五万吨的的油轮，而直到最近六十年才生产出超过十万吨的轮船。在1968年，第一艘超过三十万吨的轮船被建造出来。这种船拥有巨大的容量和体积（每块甲板可以容纳四个连在一起的足球场），这些船往往用于商业中，具有巨大的长度，宽度和深度，每次航行以极低的成本运输着成吨的原油。大多数这些油轮都只有一个推进器轴或者舵。在这种船中，航行驾驶台距离船头几乎有四分之一英里。他们的行驶速度很低，比如由阿拉伯某个油港驶向欧洲某地，通常需要两个月的时间。
此类船属于排水船的范畴，可以获得很大的浮力支撑。这种船满负荷时在水下船体下潜量非常大。甚至，货物的重量还远远超过船的重量。一艘满载的巨型油轮下潜水深度可以达到50至60英尺，而超级大型油轮更会达到80英尺。这种轮船属于排水船中一种特殊的类别叫做深排水船。
还有另外一种拥有极大吃水力的船，它和前面讨论过的原油运输船类似且并无太大差别。这种船被称之为小水线面双体船（SWATH）.概括的说，这种船比较稀有，它的设计目的是用于在中度海浪环境中高速行驶并拥有稳定操作平台。虽然这种船的前景具有争议，但是这种把船体表面以下都浸没水中，并通过狭窄的吃水线安定翼和支撑杆来增加对水面上平台或甲板的支撑力的理论是很好的。双体船通过上部的平台连接，从而提供必要的操作稳定性。
用于专门用途的最特殊的一类排水船就是潜艇，是一种可以完全浸入水中运行的船。潜水艇的性质以及对于它各种操作，包括静态和动态船位的描述在接下来的章节中将有阐述。在此仅强调，潜水艇属于一种特别的排水船，它同样适用阿基
米德原理以及所有排水船都适用的原理。
多体船
还有另外一种普遍使用的船，但是之前没有被提及，主要是因为它不属于之前上述描述过的任何一类，但同时也可以充分地说它从属于任何一类。这种船就叫做多体船—双体船和三体船。其中体型较大的通常是排水船，就像上面提到过的(SWATH)小水线面双体船，或者更普通的，需要稳定平台的海洋科考船，以及装备有发射导弹装置的战舰。还有较早之前提及过的双体CAB船以及高速滑行双体船。事实上，多体船即是任何用于特殊应用的基本船型，它要求极高的横向稳定性以及/或船体间的工作区域。
图2.1展示了上面描述过的船体剖面图（不代表规模尺寸）以及它们的物理支撑方式。它们依据速度从高到低排列，除了多体船，这类船的速度根据他们的功能目的而有所不同。
2.3 其他标准
依据船的设计的不同规格构造。对船的分类还可以有其他的标准。这些分类会考虑成本，用途，速度，耐力，负荷（运载货物或武器的能力），操作环境（稳定性，生存性及港口要求），可靠性，外观，个人舒适度和宜居性，以及政治考量。各种因素被侧重的程度取决于这艘船的设计目的，亦即取决于购买该船的商业机构，政府及个人。基于使用目的而对船进行的分类，包括如下几种：商用船，海军舰艇以及游艇。
商船及营利用船
商船及营利用船一般被买来用于赚钱。前面提到的货船在设计上具有最低‘成本运算率’，这种运算率涉及到船的‘生命周期成本’，包括购置成本，运营和维护成本，以及当船售出之后的残余价值。‘现金流分析’就是用来做出船主投资的期待回报率。
还有一些商船的新设计，包括货船，定期航班客船，渔船，近海供应船以及拖船，这些船来自世界各地的造船厂，它们必须在经济上与近似类型的船竞争。即使目前造船成本提高了，政府津贴可以保护本国的造船工业以更低的成本抵御来自国外的竞争从而供给购买商。因而政治考量在营利用船的设计和建造的经济中起着重要作用。
对豪华的定期航班客船来说，外观，个人舒适度以及可信赖度是重点考虑因素。而在渔船的设计中重点考量有效载菏，续航力，以及在恶劣海上环境中的生存能力。近海供应船在用于运输石油钻塔工和紧急任务的时候注重的是它的速度，然而钻杆以及钻井泥浆主要用作运输货物的时候，较慢的速度也是可以接受的。操作环境的因素包括海上的风和浪的条件，以及岸上港口和海湾的承载力。因而。在一些地理环境中，不能使用深水线船只。那些用作某些特殊用途的货物装载装置如滚装船上的卸货舷梯，在世界的主要港口以及发达国家港口用于快速掉头时是一定会用到的。这些港口对船舶设计者会提出其他的货物装载要求。 军船以及海岸护卫舰
尽管有一些特殊用途的船不能轻易的归类为任何类别，但军船一般分为战斗艇或辅助船。对于大型战舰如航空母舰，导弹巡洋舰，驱逐舰及核潜艇，所有前面提到过的因素都十分重要—因此，这些船的运行成本非常大。它们用于执行非常重要的军事任务，但是执行这些任务也取决于船的速度，续航力，武器的有效载荷，以及在凶险的海上环境中运行和生存的能力。在战斗条件下的可靠性，军事力量的外观，船员的适居性影响到重征服役状态，并且在政治方面重要的是谁成为主
要的承包商和主要的武器转包商：所有这些都是要考虑的因素，因而建造和运行战舰对于纳税人来说花费巨大。
虽然军船辅助船在外观上与营利用船非常接近，但是它们要执行的任务关系到战船的运行，这就对其兼容性，在速度，续航性，所需要的有效载荷力以及在恶劣的海上条件下执行供给操作的能力等方面，提出了要求。因而，我们可以想象这类船的花费比那些与之相对的营利用船要大的多。
海洋水文调查船，（美国）海岸警备队快艇以及破冰船所执行的任务中续航性，可靠性，在困难环境中的运行能力，以及适居性等都是重要的考量因素。因为小船的燃料箱容量是有限的，因而需要在速度和续航性之间作出权衡；因而经常使用两种动力装置来使其速度和续航力达到最佳水平。前面部分讨论过的特殊的船牺牲了其负荷及续航力以获得更高的速度。
游艇
游艇，即可以用发动机也可以用帆作为动力，具有多种不同的尺寸和形状，以适应个人的需求和品位。经济方面的权衡是基于那些潜在买家可以负担的或者商家认为其可以负担的能力。设计的主要标准是外观，速度，个人舒适度及适居性，以及稳定性等因素，以此来满足船的使用目的，即休闲与享乐。