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

  • 梦想,飞越了大山

  • 大阪世博会中国国家馆日活动成功举行

独家策划

推荐阅读
防晒,究竟该如何掌握分寸,才能在抵御伤害与拥抱健康之间找到平衡点?
2025-07-11 09:58
生命只有一次,心脏健康不容忽视。唯有提高对心梗症状的警觉性,掌握正确的急救方法,才能为生命筑起一道坚实的“心”防线。
2025-07-11 09:58
晒后背是一种传统的养生方法,符合中医“冬病夏治”的理论,其核心在于借助盛夏充沛的自然阳气,通过阳光照射背部,来提升人体自身阳气。
2025-07-11 09:58
截至7月10日,我国“北气南下”能源大通道累计输气量突破1000亿立方米,安全平稳运行超2000天,标志着这条纵贯南北的能源大动脉在保障国家能源安全、推动绿色转型方面取得重大进展。
2025-07-11 04:55
从自然资源部新一轮找矿突破战略行动办公室了解到,今年上半年,全国新发现矿产地38处,同比增长31%;新发现矿产地中,大中型矿产地25处。
2025-07-11 04:10
时下,智能手机已成为人们获取信息、社交娱乐的重要工具。多学科专家指出,当我们刷手机出现注意力极度涣散、缺乏独立思考能力、情绪化反应严重、深度学习能力下降、空虚感增加等症状时,就表明我们的大脑正在被“腐蚀”。所谓的“脑腐”,即因长期暴露于碎片化信息而引发的认知衰退与脑功能损伤。
2025-07-11 04:10
由于肉眼很难发现水污染的情况,洪水之后饮水需要特别注意,避免直接饮用自来水、山泉水、河水、湖水等。肖丹提醒,如果不适症状较为严重,出现持续高热、剧烈呕吐、严重腹泻、脱水、意识障碍等,或皮肤干燥、眼窝凹陷、少尿等情况,应及时就医。
2025-07-10 09:34
国家自然科学基金委员会近日发布消息,自然科学基金委制定重大非共识项目试点实施方案,将在2025年启动资助试点。自然科学基金委作为我国资助基础研究的主渠道,制定了一系列创新举措。
2025-07-10 09:33
嫦娥六号月球样品的相关研究成果,引起了国际学术界的高度关注。这1935.3克宝贵的月壤,使得月球样品研究进入“嫦娥时代”,开启了人类认识月球的新纪元,也为中国月球研究走向世界前列奠定了基础。 一年来,中国科学家们已经利用嫦娥六号月球样品取得许多科学突破。
2025-07-10 09:32
2024年嫦娥六号任务首次从南极-艾特肯盆地内部采回月球样品,为揭示该区域物质成因提供了直接证据。综合元素和矿物组成分析,南极-艾特肯盆地镁环物质主要为斜长石(63%~67%)和低钙辉石(25%~27%)组成的亚铁苏长岩。
2025-07-10 09:32
7月9日,在北京航天城,神舟十九号航天员蔡旭哲(中)、宋令东(右)、王浩泽在记者见面会上敬礼致意。 在神舟十九号乘组中,航天员王浩泽也是一位90后,更成为首位进驻空间站的女航天飞行工程师。
2025-07-10 09:30
随着科技创新与产业创新深度融合,人工智能技术助力建材行业向更智能、更绿色、更高端方向变革。“通过数字化转型,建材企业可基本实现研发设计数字化、生产运营一体化、客户服务敏捷化,提升决策效率、协同能力和服务水平,快速提升生产力和核心竞争力。
2025-07-09 09:40
记者8日从湖南省自然资源厅获悉,通过创新地质找矿理论,经过长期勘探,湖南省郴州市临武县鸡脚山矿区已探获超大型蚀变花岗岩型锂矿床,共提交锂矿石量4.9亿吨,氧化锂资源量131万吨。
2025-07-09 09:39
根据国家卫生健康委8日晚间发布的通知,今后“颈深淋巴管/结—静脉吻合术”将不得应用于阿尔茨海默病治疗。“颈深淋巴管/结—静脉吻合术”是将颈部深层淋巴管或淋巴结与邻近的静脉进行吻合的手术,近年来部分医疗机构将其用于治疗阿尔茨海默病,引发争议。
2025-07-09 09:39
国家发展改革委、工业和信息化部、国家能源局日前发布《关于开展零碳园区建设的通知》。支持企业对标标杆水平和先进水平,实施节能降碳改造和用能设备更新,鼓励企业建设极致能效工厂、零碳工厂。
2025-07-09 09:37
近日,中国科学院近代物理研究所科研人员依托兰州重离子加速器冷却储存环,精确测量了极缺中子原子核硅-22的质量,实验发现硅-22的质子数14是一个新幻数。
2025-07-09 09:35
国家自然科学基金委员会7日发布消息,自然科学基金委近日制定重大非共识项目试点实施方案,将在2025年启动资助试点。
2025-07-08 09:20
近日,由农业农村部南京农业机械化研究所联合有关单位研制的全自动水稻覆膜插秧技术装备在江苏省靖江市投入使用,开启了我国水稻覆膜插秧新模式。
2025-07-08 09:11
日前,全球领先的720V高压固态钠盐电池,在位于内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗的建亨奥能科技有限公司正式量产,标志着中国成为全球第三个实现固态钠盐电池商用量产的国家。
2025-07-08 09:10
从国家自然科学基金委员会获悉,该委日前制定了重大非共识项目试点实施方案,将在2025年启动资助试点。
2025-07-08 05:05
加载更多