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 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 来中国科技馆,和科学家击掌!

  • 理响中国·幸福有“理”

独家策划

推荐阅读
当前全球生态环境挑战日益严峻,科技创新是应对可持续发展挑战的核心力量。
2026-10-16 16:29
10月16日是第四十六个世界粮食日,所在周是全国粮食安全宣传周,主题为“创新当下,粮安未来”。从良种选育、智能农机到数字农业、精准储运,创新正成为粮食增产、节粮减损、营养提升的关键引擎。即日起,光明网联合科普中国推出系列科普视频,深入解读科技创新绘就的粮安答卷。
2026-10-16 08:46
在显示技术升级与人工智能赋能的双重驱动下,行业正跳出传统数字阅读的固有边界
2026-10-16 08:45
打造集技术研发、模型训练、系统验证及场景测试于一体的创新基地,推动人形机器人及具身智能技术从实验室研发阶段走向大规模产业应用。
2026-10-16 08:39
工业和信息化部、中央网信办、市场监管总局高度重视,在前期调查工作基础上,成立联合调查组开展核查,并依法依规处理。有关情况将及时公布。
2026-10-16 08:40
大会延续“零碳·科技”永久主题,以“智储新程 绿动全球”为年度主题
2026-10-16 08:35
“戈壁荒滩老风口,飞沙走石雁不留。托里县老风口蝶变的三部曲,为生态脆弱地区推动高质量发展、树立和践行正确政绩观,提供了深刻启示。树立和践行正确政绩观,就要算大账、算长远账、算整体账,既做显功、也做潜功,把生态优势转化为发展优势、民生福祉。
2026-10-15 09:51
常压下,水到0℃会结冰,这就是人们熟悉的相变,0℃即是相变的临界点。两篇论文的共同通讯作者、宁波东方理工大学助理教授余雪佳,把这个难题比作“在沸水中完好保存一件冰雕”。
2026-10-15 09:49
长久以来,古生物学界与教科书普遍认为琥珀皆源自种子植物(裸子或被子植物),最古老的确切记录定格在美国约3.2亿年前的石炭纪晚期。
2026-10-15 09:48
在芯片制造、航空发动机等高端硬核制造领域,技术迭代具有长周期、累积性、阶梯式特征,遵循循序渐进、层层突破的线性攻关规律。新征程上,持续深耕创新生态建设、迭代升级现代化创新体系,必能培育形成扎根中国、联通世界、内生增长、开放共生的创新新格局。
2026-10-15 09:46
受困于“小散弱”的格局,长期以来,我国科技期刊在国际学术传播体系中缺少属于自己的“拳头产品”与平台话语权——“在精品化发展方面,经过70余年积淀,我国已形成以《中国科学》《科学通报》《国家科学评论》等刊群为代表的高水平期刊方阵。
2026-10-15 09:45
AI时代,科研的“源头活水”是什么?不是算力,不是数据,而是人对未知世界的好奇与追问。
2026-10-14 11:28
截至8月末,三家基础电信企业的固定互联网宽带接入用户总数7.04亿户,比上年末净增1365万户;三家基础电信企业及中国广电的移动电话用户总数18.49亿户,其中5G移动电话用户13.11亿户。
2026-10-14 09:34
自然资源部会同国家发展改革委12日发布《矿产资源目录》。自然资源部矿产资源保护监督司负责人表示,矿产资源目录是矿产资源管理制度的重要基础,是制定矿产资源规划、实施矿业权管理、规范矿产资源勘查开采行为、征缴矿产资源税费、制定产业政策等工作的依据。
2026-10-14 09:40
与共康村相邻的巴达村,是第一批参与试种的村,也是西藏首个高海拔水稻实测亩产破千斤的村子,村民把“海拔3175米种水稻”写进村史。一粒水稻种子,不只改写了亩产数字,更改变了“西藏水稻只能在察隅、墨脱海拔1500米以下种植”的历史,为高原水稻纳入地方主粮增添可能。
2026-10-14 09:41
如今,AI正改变许多行业的底层逻辑,固守单一思维模式将面临严峻挑战,文理兼备、跨界融合才是稀缺能力——既有理科生的技术思维和逻辑能力,又有文科生的人文洞察和情感素养。未来更有竞争力的,可能不是最典型的文科生或理科生,而是既有专业深度,又能跨学科解决问题的人。
2026-10-14 09:48
不久前,在海南三亚崖州湾科技城,一场名为“青年π”的海洋主题对话临海开讲。高频下潜试出的不只有装备可靠性,也不断刷新人们对深海的认识。同一园区,由哈尔滨工程大学南海研究院孵化的海南水之声海洋科技有限公司,正给海洋装备搭水下“Wi-Fi”。
2026-10-14 09:49
目前各地正在开展流感疫苗接种。今年开始,国家对农村地区“一老一小”重点人群实施免费接种等相关支持性政策。为什么要接种流感疫苗?去年接种过,今年是否还需要接种?到哪里接种?
2026-10-13 10:03
我国城市盲道总里程以万公里计,公共场所无障碍设施持续铺开。数字世界的“盲道”畅通起来。精神文化的“视界”也在扩大。中国传媒大学师生发起的“光明影院”项目,近十年间每年制作上百部无障碍电影,把电影送到视障朋友耳边,今年还走进联合国教科文组织总部举办专场放映。
2026-10-13 10:01
记者近期从中国互联网络信息中心获悉:截至今年上半年,我国生成式人工智能用户规模超7亿人,普及率超50%。
2026-10-13 09:58
加载更多