点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:船上小小一条线连着大学问,从钢铁巨轮的“吃水线”说开去
首页> 军事频道> 军事要闻 > 正文

船上小小一条线连着大学问,从钢铁巨轮的“吃水线”说开去

来源:中国军网-解放军报2024-08-09 10:03

从钢铁巨轮的“吃水线”说开去

  ■张志友 黎明宇

吃水线是怎么来的?点击或扫码看吃水线的历史。

  我国古典名著《易经》中,有一句卦辞是:“包荒,用冯河”。这句话的意思是,抱着空心葫芦去渡河。在阿基米德发现浮力定律之前,人们已经懂得利用大自然中的浮体去渡水了。

  后来,类似空心葫芦这种用来渡水的浮体,迭代出浮力更大的浮具:把很多葫芦用绳子绑在一起,捆在背上或扎在腰间,这也被称为“腰舟”。人们开始饲养牲畜后,有些地区的人会用兽皮充气后制成皮质的浮具来渡水。

  从物理学的角度看,一艘万吨钢铁巨轮浮在海上,和古人抱着葫芦浮在水面在原理上并无不同。不过,钢铁毕竟是钢铁,密度远大于水。那么,钢铁巨轮究竟是如何做到稳定地浮在海面上呢?这种稳定状态又会在什么情况下被打破呢?

“中国海监1001”号船上的“吃水线”。图片由作者提供

  船是怎么浮起来的

  如果一个人走近一艘船仔细观察,就会看到船体上有一道刻度尺似的标记,这个就是船的吃水线。在预期的设计中,当船自由地浮在静水上时,船体表面和水面的交线对应的刻度,就是此时船体浸在水中的深度。

  船要想航行,首先要能稳定地浮在水上。浮性,就是指在一定装载情况下,船浮于一定水面或者水中位置的能力。如果浮性不足,船就会下沉,甚至沉没。

  和水中任何物体一样,船漂浮在静止水面时会受到两种力的作用:一个是重力,一个是浮力。

  在这里,重力大小不仅仅是船体本身的重量,比如军舰,还包括机电设备、武器装备、弹药、人员以及各种载荷的重量。这些重量形成一个垂直向下的合力,重心的位置则取决于全船重量的分布情况。

  一张钢板会沉入水底,但钢板制成的船为什么能漂浮于水面?因为它是一个中空而水密(指在一定的水压作用下,船体内部保持不透水的密闭性能)的壳体,能排开相当重量的水而获得很大的浮力。

  浮力是竖直向上的,作用点通过船的浮心。船漂浮在静止水面时,浸在水中的船体表面上每一部分都受到水的压力,这些压力都和船体表面垂直,力的大小则和水的深度成正比。不论物体或船体是什么形状,从水平方向来看,来自水的压力都是互相抵消的;而从垂直方向来看,则会形成一个垂直向上的合力,这个合力就是船受到的浮力。

  所以,当船舶静止漂浮在水面一定位置时,就处于平衡状态。此时,重力和浮力大小相等,方向相反。

  排水量是什么

  行业内的人在交流一艘船的基本信息时,常会先问:“多少吨?”这个“多少吨”,指的就是船的排水量。因为排开水的重量也就是船受到的浮力,所以排水量也可以理解成船本身的重量吨位。

  即使是万吨级别的巨轮,要计算排水量也脱不开这个简单的物理公式:Δ=ρV。其中,V指船排开水的体积,ρ指水的密度,淡水密度为1.000g/cm3,海水密度为1.025g/cm3,计算的结果Δ就是船的排水量,也就是“船的吨位”。

  不过,在实际使用过程中,船的载重量往往会发生变化,特别是在装卸时体现得最为明显。当载重减少时,船的重力小于浮力,船舶就会上浮一些,排水体积减小,这个过程中浮力减小,而当浮力减小到与重力相等时,又会达到新的平衡;反之亦然。所以,货船和军舰在装卸货物或装备的过程中,船也会随着吃水量的变化而浮浮沉沉。

  船的载重基本上分两类:不变重量(A)和可变重量(B)。其中,不变重量是船使用过程中,重量和重心位置固定不变的载重,比如船体、武器装备、各种装置设备和固定压载等。可变重量则是指,在使用过程中重量和重心位置会发生变化的载重,其中,燃油、滑油和备用锅炉水属于B2,余下的都是B1,包括人员、食品、淡水和弹药等。

  随着可变重量装载情况的不同,船的排水量又可以分为:空载排水量、标准排水量、正常排水量、满载排水量和最大排水量。

  其中,空载排水量是指舰船装备齐全,但没有可变重量时的排水量。这是舰船建造之后可能达到的最轻装载状况,也就是说,只有完整的船和装备。

  标准排水量是指空载排水量加上全额的B1,但不包括B2。这相当于舰船上燃油、滑油和备用锅炉水全部消耗完时的装载状况——这时候,人可以在船上正常生活,但船没法开走。

  正常排水量是在标准排水量基础上再加一半的B2,也是我们通常所指的舰船排水量。正常排水量常常作为舰船设计时的指标。

  满载排水量是指空载排水量加上百分百可变载重(B)的排水量。这是一般情况下舰船出航时的装载状况,装满了人员、食品、淡水、弹药以及满满的燃油和锅炉用水。

  最大排水量指舰船满载状态下,再加上超额的燃油、滑油、锅炉水、弹药以及超编的人员、粮食、淡水等。这也是舰船可能达到的最大的装载情况。

  船为什么要储备浮力

  船的吃水线反映了船的装载状态。船上的载重越多,吃水线也就越深。如果超过了一定的刻度,可能意味着“船需要卸掉一些载重”。

  为了保证航行安全,吃水线上会有个安全刻度,只要保证水面在这个安全刻度以下,就意味着排水量足够,浮力“达标”。

  但仅仅达标还不够,设计师往往会多留出一些份额。所以,吃水线之上的空间也会设计成不透水、不进水的密闭空间,作为船的水密体积,必要时产生储备浮力。2017年,美国军舰“菲茨杰拉德”与民船相撞,舰体受损严重,舱底进水,但船并没有沉,就是因为舱底上方还有一些水密空间,可以产生储备浮力。

  保证规定的储备浮力,是保证船浮性的主要措施。船舶的储备浮力通常用“干舷”表示,也就是船舶中部由满载吃水线到甲板上缘的垂直距离。干舷越大,储备浮力就越大。

  储备浮力的大小通常以正常排水量的百分数来表示。军舰从作战的安全性考虑,一般都会预留出自身排水量一倍的储备浮力,具体数值随舰种的不同而有所区别。例如,驱逐舰通常储备浮力为100%~150%,巡洋舰为80%~130%,潜艇相对较小,一般为16%~50%。

  与军舰相比,民船的储备浮力较小,其大小根据船舶的类型、航海区域以及载运货物的种类而定。内河驳船的储备浮力为10%~15%,海船为20%~50%。

  储备浮力有多重要呢?要知道,很多海上沉船事故源自船舶超载。超载除了会降低船舶的操纵性,还会使得干舷降低,储备浮力减少。所以,作为船舶预留的抵抗外界不利条件的水密空间,储备浮力十分重要。

  要保证航行的安全,方方面面都要做储备保障,不管是看得见的“粮草”,还是看不见的“浮力”。

[ 责编:丁玉冰 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 2026世界互联网大会数字丝路发展论坛剪影

  • “冰城夏都”活力涌动 多彩文旅解锁清凉盛夏

独家策划

推荐阅读
7月22日,美国佛蒙特大学研究团队在《自然》杂志发表论文称,他们在北美鲶鱼体内发现一种可传染的黑色素瘤。换言之,肿瘤细胞本身就是“感染因子”,如同寄生虫一般,从一条鱼传到另一条鱼。这些带病的鲶鱼,正为科学界提供一个观察癌症演化的难得机会。
2026-07-23 09:57
《自然》杂志22日发表了一项天文学研究,可能揭示了人类对首个已知的系外卫星(exosatellite)的观测。在三层等级系统中,一颗恒星周围有一颗伴星,如行星或褐矮星,而第三个天体围绕伴星,这第三个天体可称为系外卫星。
2026-07-23 09:57
生物腐烂是生态系统养分循环的关键过程,但腐烂区域同时也是病原微生物高度活跃、可能对活体植物造成侵害的“危险区”。
2026-07-23 09:49
习近平总书记在国家科学技术奖励大会、两院院士大会、中国科协第十一次全国代表大会上的讲话中指出,“科学的未来在青年”,强调“要把青年科技人才队伍建设作为一项战略工程,全方位做好培养、引进、使用工作”。
2026-07-23 09:49
黄瓜是受到全球广泛喜爱的蔬菜,它源自喜马拉雅山脉南麓,由其野生祖先驯化而来,历经2000余年的传播扩散,遍布世界。中国科学院院士、崖州湾国家实验室副主任钱前评价,该研究为黄瓜分子设计育种提供了坚实支撑,兼具重要基础科学价值与育种应用前景。
2026-07-23 09:48
中国水稻研究所研究员王克剑团队近日在杂交水稻育种领域取得重要进展——成功研发出克隆效率稳定超过99%、结实完全正常的一系法杂交水稻,团队将其命名为“一系1号”。图为团队创制的无融合生殖株系在试验田大群体种植下表现出的克隆效率与结实率情况。
2026-07-22 09:35
今年新增农业机器人、盐碱地科学与工程、智慧渔业三大新农科专业,分别由江苏大学、山东农业大学、宁波大学首批开设,为涉农人才培养开辟了新跑道。
2026-07-22 09:31
这场举世瞩目的盛会,凝聚共识,密集发布国际合作倡议与行动计划,为促进全球人工智能朝着向上向善、造福人类的方向发展注入了更多新动能。
2026-07-22 09:29
虽然现阶段机器人能做的事还很有限,但这种“人机搭档”的新模式,让我们的生活服务向高品质、多样化和便利化发展。我想,这就是科技落地的意义吧。
2026-07-22 09:28
重离子加速器是探索基本相互作用、物质结构和宇宙演化的重要工具,研究中产生的新知识、技术和方法被广泛应用于航天、医疗、农业等多个领域。
2026-07-22 09:26
无法驶出的化肥运输船,迟迟不散的热浪,突然生效的出口禁令……近期,一系列事件叠加,或许正给全球粮食安全带来显著不确定性。
2026-07-21 03:40
拔尖创新人才作为国家战略科技力量的核心支撑,其培育成效直接关系到高水平科技自立自强的进程。科学教育是拔尖创新人才培养的基础工程,必须把握青少年成长的关键期,构建全链条、一体化的科学教育新生态,推动教育、科技、人才深度融合,为强国建设筑牢人才根基。
2026-07-21 03:40
以人工智能为代表的新一轮科技革命和产业变革,正深刻重塑产业形态与劳动方式,职业教育作为对接产业最紧密的教育类型,面临的根本性问题已不再是如何培养标准化、重复性的熟练操作者,而是要回答人机协同时代究竟需要什么样的高技能人才。
2026-07-21 03:40
暑假已至,以中小学生为主力的研学游市场持续升温。外出研学已成为不少中小学生家庭的假期常规安排。家长往往将研学活动视作教育由家庭、学校向社会课堂的延伸,是学校教育的重要补充。
2026-07-21 03:40
毕业论文AI率检测,已成为无数大学毕业生关心的热点话题。AI工具引发的学术不端如何界定?为规避高AI率而拆解论文、打乱表达的无奈如何化解?AI检测产品缺少国家标准、质量参差不齐的困局如何突破?这些追问,热度居高不下,答案却远未清晰。
2026-07-21 03:40
未来产业是重塑全球技术竞争格局和引领全球经济变迁的重要力量,“十五五”规划纲要对“培育壮大新兴产业和未来产业”作出系统部署。
2026-07-21 03:40
当前,全球能源转型加速推进,海洋能正处在由技术探索迈向规模化应用的关键阶段。准确把握发展形势与现实基础,对于我国海洋能发展具有重要意义。
2026-07-20 10:00
如何破解制约早期科技成果转化的瓶颈?加强国家技术转移体系建设,培养一批全链条参与成果转化的技术经理人迫在眉睫。
2026-07-20 04:20
今年7月,全球人工智能治理的讨论在短短几天内完成了一次耐人寻味的“接力”。从在日内瓦举行的联合国人工智能治理全球对话、“人工智能向善”全球峰会,再到在上海举办的2026世界人工智能大会暨人工智能全球治理高级别会议,来自政府、国际组织、企业和学术界的讨论都聚焦于同一个问题:面对快速发展的人工智能,国际社会如何把已有的治理理念真正转化为国际合作行动?
2026-07-20 04:20
中国农业科学院和中国农业绿色发展研究会18日在北京发布《中国农业绿色发展报告2025》。报告显示,我国农业绿色发展水平持续向好,农业绿色发展机制创新不断拓展,理论研究与技术突破协同发力,区域农业绿色发展实践走深走实。
2026-07-20 04:20
加载更多