第六章船舶原理2023/7/241

前言1、化繁為簡；2、側重基礎知識；3、強調實際應用；4、不考慮復雜計算；5、不研究太深理論；6、了解基本規范；7、以安全為主線。2023/7/242研究船舶平衡和運動的一門學科；從基本概念、原理分析和規范等基本方面闡述船舶的裝載狀態和航海性能；是航海專業的專業基礎課；基礎課程有：立體幾何、高等數學、理論力學、材料力學。☆內容簡要介紹：2023/7/243本章結構第一節現代船舶發展史第二節船舶構造第三節船舶形狀第四節船舶尺寸第五節船舶重量第六節船舶性能第七節船舶相關知識2023/7/244第一節現代船舶發展史1807年，美國的富爾頓建成第一艘采用明輪推進的蒸汽機船“克萊蒙脫”號，時速約為8公里/小時；1839年，第一艘裝有螺旋槳推進器的蒸汽機船“阿基米德”號問世，主機功率為58.8千瓦；1858年，第一艘全鋼船在英國問世。2023/7/245第一艘蒸汽機船第一艘全鋼船2023/7/2461903年，俄國建造的柴油機船“萬達爾”號下水；1954年，美國建造的核潛艇“鸚鵡螺”號下水，功率為11025千瓦，航速33公里；1959年，前蘇聯建成了核動力破冰船“列寧”號，功率為32340千瓦；同年，美國核動力商船“薩瓦納”號下水，功率為14700千瓦。2023/7/247道光年間的蒸汽機船最大的核動力破冰船“Arktika”2023/7/248第二節船舶構造1、船舶構成分類：船舶是由許多部分構成的，按各部分作用和用途，綜合歸納為：船體；船舶動力裝置；船舶舾裝；其它設備。2023/7/2492023/7/24102、船體構成（一）⑴主體部分：包括范圍：上甲板以下的部分，它是由船殼(船底及船側)和上甲板圍成的具有特定形狀的空心體；作用：保證船舶具有所需浮力、航海性能和船體強度；用途：船體一般用于布置動力裝置、裝載貨物、儲存燃油和淡水以及布置其他各種艙室。2023/7/24112、船體構成（二）⑵、上層建筑：范圍：位于上甲板以上，由左、右側壁，前、后端壁和各層甲板圍成；用途：其內部主要用于布置各種用途的艙室，如工作艙室、生活艙室、貯藏艙室、儀器設備艙室等；上層建筑的大小、層樓和型式因船舶用途和尺度而異。2023/7/24123、船舶動力裝置推進裝置：主機、傳動軸系和驅動推進器；輔助機械設備：燃油泵、滑油泵、冷卻水水泵、加熱器、過濾器、冷卻器等；船舶電站：為船舶的甲板機械、機艙內的輔助機械和船上照明等提供電力；其他輔助機械和設備：鍋爐、壓氣機、船舶各系統的泵、起重機械設備、維修機床等。備注：通常把主機以外的機械統稱為輔機。2023/7/24132023/7/24144、船舶舾裝主要包括：室內裝結構(內壁、天花板、地板等)；家具；生活設施(炊事、衛生等)；涂裝和油漆；門窗；梯欄桿、桅桿；艙口蓋等。

2023/7/24155、其它設備（一）錨設備與系泊設備；舵設備與操舵裝置；救生設備；消防設備；船內外通信設備；照明設備；信號設備；導航設備；2023/7/24162023/7/24175、其它設備（二）起貨設備；通風、空調和冷藏設備；海水和生活用淡水系統；壓載水系統；液體艙的測深系統和透氣系統；艙底水疏干系統；船舶電氣設備；其他特殊設備。2023/7/24182023/7/2419第三節船舶形狀一、船舶型線圖二、船舶形狀三、船舶尺度四、船體系數2023/7/2420一、船舶型線圖1、概念：型表面、型尺度、附體、船長；2、基準面：基平面、中線面、中站面；3、船體坐標系；4、主要剖面：水線面、中橫剖面、中縱剖面；5、船舶型線圖：橫剖線圖、縱剖線圖。2023/7/24211.1型表面☆型表面：幾何形狀的船體表面。備注：鋼質船舶的型線圖均采用不包括船殼板和甲板板厚度的船體表面來表示其形狀。2023/7/24221.2型尺度、附體、船長☆型尺度:從型表面量取的尺度。☆附體：槳、舵、舭龍骨、軸支架。☆船長：首尾垂線間長。2023/7/24232.基準面2023/7/24243.船體坐標系XYZ2023/7/24254.剖面及型線圖2023/7/2426二、船舶形狀首部形狀：斜直型、飛剪型、球鼻首型、破冰型尾部形狀：巡洋艦尾型、橢圓形尾、方型尾梁拱：舷弧:舭部形狀：底部形狀：平行中體：2023/7/2427三、船舶尺度1、船型尺度；2、登記尺度；

3、最大尺度。2023/7/24281、船型尺度☆定義：理論尺度／計算尺度。☆用途：計算船舶干舷、穩性、吃水差等的依據。1.1型長(LBP或LPP)；1.2型寬(B)；1.3型深(D)；1.4吃水(d)。2023/7/24291.1型長尾柱首柱首垂線型長

LBP2023/7/24301.2型寬肋骨外緣在船舶最寬處2023/7/24311.3型深和吃水型深D上層連續甲板橫梁上緣2023/7/24322、登記尺度2.1用途：國家丈量船舶總噸位、凈噸位的尺度。2.2登記長度LR：沿船舶最小型深85％處水線長度96%,或沿該水線從從首柱前緣量至上舵桿中心間的長度,去兩者中較大者。2.3登記寬度BR：在登記長度中點處，兩舷外板表面之間的水平距離。2.4登記深度DR：登記長度中點處，從龍骨上緣量至最高一層連續甲板的橫梁上緣的垂直距離。2023/7/2433☆登記長度登記長度LR2023/7/2434☆登記寬度登記寬度BR2023/7/24353、最大尺度3.1用途：船舶操縱的重要依據。停靠碼頭;進塢;過船閘和狹窄航道;橋梁和架空電線;船舶避碰操縱。3.2種類：四類。2023/7/24363.3最大尺度定義最大長度：包括船舶外板和永久性固定突出物在內的垂直于縱中站面的最大水平距離。最大寬度Bmax：船舶外板和永久性固定突出物在內的垂直于縱中線面的最大水平距離。最大吃水dmax：船中處，自龍骨下緣到夏季滿載水線的垂直距離。水線上最大高度Hmax：船舶空載吃水到船舶最高點的垂直距離。2023/7/2437第四節船體系數面積系數體積系數1.中橫剖面系數Cm2.水線面系數Cw3.方形系數Cb4.棱形系數Cp5.垂向棱形系數Cvp一、船體系數2023/7/24382.1中橫剖面系數Cm二、面積系數☆快速性、艙容2.2水線面系數Cw☆快速性、穩性、甲板面積2023/7/24393.1方形系數Cb☆肥瘦程度二、體積系數2023/7/24403.2棱形系數Cp☆縱向肥瘦程度2023/7/24413.3垂向棱形系數Cvp

☆垂向肥瘦程度2023/7/2442第五節船舶重量一、自重和總重阿基米德原理：船體水線以下所排開水的重量，即為船舶浮力，并等于船舶總重量。船的自重等于空船排水量。民用船舶包含：船體鋼料重量、舾裝重量和機電設備重量三大部分；船的自重加上裝到船上的各種載荷的重量的總和(載重量是變化的)，即船的總重量。

2023/7/2443二、載重量船舶載重量包括貨物、燃油和潤滑油、船舶附著物、淡水、食物、人員和行李、備品及供應品等的重量。通常預定的設計載貨量與按預定最大航程計算的油、水、食物等的重量之和，稱為設計載重量。設計載重量時的排水量稱為設計排水量或滿載排水量。1、船舶總重量和載重量的關系：（船舶總重量=船舶自重+載重量）2023/7/2444●船舶重量性能的相互關系圖

滿載排水量2023/7/24452、四種典型載況：

滿載出港：設計排水量狀態；滿載到港：船上的油水等消耗品重量規定為設計狀態儲備量的10％；壓載出港：船上不裝載貨物，但所需的壓載水，油水儲備量為設計狀態之值；壓載到港：船上不裝載貨物，但有所需的壓載水，油水為其總儲備量的10％。2023/7/2446三、船舶受力與平衡3.1船舶重力（W）和浮力（B）大小相等、方向相反且重力與浮力又是作用在同一鉛垂線上。2023/7/24473.2船舶浮態A.正浮狀態：指船舶首、尾、中的左右吃水都相等。2023/7/2448B.縱傾狀態：指左右吃水相等而首尾吃水不等時，首傾：船首吃水大于船尾吃水；尾傾：船尾吃水大于船首吃水。A首傾B尾傾C2023/7/2449C.橫傾狀態：首尾吃水相等而左右吃水不等的。A右傾B左傾C側面圖2023/7/2450D.任意狀態：既有橫傾又有縱橫傾的狀態。ACBD2023/7/2451四、船舶重量性能1、排水量噸位（Displacement

ship

Tonnage）：船舶在水中所排開水的噸數。可分為：空船排水量，又稱輕排水量：船舶本身加上船員和必要的給養物品三者重量的總和，是船舶最小限度的重量；滿載排水量（Full

LoadDisplacement），又稱重排水量：船舶載客貨后吃水達到最高載重線時的重量，即船舶最大限度的重量；裝載排水量（ActualDisplacement）：船舶載貨后實際的排水量。2023/7/24522、排水量的計算2.1排水量（公噸）=長*寬*吃水*方型系數/0.9756（海水）或1（淡水）2.2排水量噸位用來計算船舶載重噸；造船時，排水量噸位可知該船的重量；在統計軍艦的大小和艦隊時，一般以輕排水量為準；軍艦通過巴拿馬運河，以實際排水量作為征稅的依據。2023/7/24532.3載重量(DeadWeight

Tonnage,D.W.T.)包括：總載重量(Dead

Weight，D.W

)：船舶根據載重線標記規定所能裝載的最大限度的重量，含有:●船舶所載運的貨物；●船上所需的燃料、淡水；●其他儲備物料重量。★總載重噸

=

滿載排水量

-

空船排水量

2023/7/2454凈載重噸（Netdeadweight，N.D.W.）：船舶所能裝運貨物的最大限度重量，又稱載貨重噸，即從船舶的總載重量中減去船舶航行期間需要儲備的燃料、淡水及其他儲備物品的重量所得的差。●作為對載重貨物的統計；●作為期租船月租金計算的依據；●表示船舶的載運能力；●用作新船造價及舊船售價的計算單位。2023/7/2455船舶常數（Constant）C：船舶經過一段時間營運，空船重量會發生變化，總重量中出現一些難以統計和歸類的重量。包括：●船體、機械及曬裝進行定期修理和局部改裝而產生的重量改變量；●貨艙內殘留貨物、墊艙物料及垃圾而導致的船舶總重量的增加量；●油、水艙柜及污水井內殘留污油、積水及沉淀物而導致的船舶總重量的增加量；●未計入船用備品重量的庫存破舊機件、器材和各種廢舊物料的重量；●船體外附著的海藻、貝類等海生物等引起的重量增加值。2023/7/2456五、船舶的容積性能1、定義：船舶容積性能是表示船舶裝載多少體積貨物的能力，其計量單位為立方米（m3）。2、包括：艙柜容積；艙容系數；船舶登記噸位等。2023/7/24573、噸位的分類和用途3.1船舶登記噸位：按照《1969年國際噸位丈量公約》或各國制定的丈量規范的規定，以噸位表示其大小的船舶容積。船舶登記噸位分總噸位和凈噸位。備注：我國是按照1992年并經1999年修正的《船舶與海上設施法定檢驗規則》中“噸位丈量”的規定確定船舶登記噸位的。2023/7/2458☆噸位的概念“噸”是排水量的計量單位。按國際單位制規定，“噸”是質量單位，“千牛頓”是重量的單位，1噸重量約等于9.81千牛頓。“噸”作為容積的單位，用它來表示船舶營運能力的大小。每噸貨物所占容積大于40立方英尺（1.133立方米）者為輕貨，反之則為重貨。例子：某船性能表上列出其凈噸位為100噸，它表示該船具有10000立方英尺（283立方米）的營運容積，而不是重量概念上的100噸。2023/7/24593.2船舶總噸位3.2.1定義：從船上所有固定圍蔽處所的容積中，扣除上甲板以上的航行工作處所，航行設備處所、安全設備處所、通風采光處所、機械處所、錨設備處所、升降口及出入艙口、廚房、衛生間、工作間、儲藏室、奪載水艙等所占容積后，除以2.83即得該船的總噸位。3.2.2作用：建造船舶規模的通用統計單位；計算海事陪償的基準之一。

2023/7/24602023/7/24613.3.1定義：從總容積中扣除不能用于客貨運輸的容積，如機艙、物料艙、船員住艙等，然后除以2.83后所得的噸位數。3.3.2作用：作為計算船舶各種港口使費或稅金之基準，如港務費、引航費、拖輪費、碼頭費、進塢費、系解纜費和噸稅等。備注：船舶噸位證書中的總噸位和凈噸位的數值應采用整數，不計小數點以下的數值，總噸位、凈噸位只填寫數字，數字后面沒有單位“噸”。3.3凈噸位2023/7/2462六、船舶吃水及標志1、船舶吃水：水線面與船底基平面之間的垂直距離。實際吃水(Realdraft)：水線面至船底龍骨板下緣的垂直距離；型吃水(Mouldeddraft)：水線面到龍骨板上緣的垂直距離。●兩者相差一個龍骨板的厚度。2023/7/24632.船舶吃水標志（DraftMarks）2.1由船首（BOW）、船尾（Stern）及船中（Amid-ships）兩側船殼上的三組數據組成，俗稱六面水尺。采用米制時，用阿拉伯數字標繪，每個數字的高度為10cm，上下兩數字的間距也是10cm，并自數字下緣起算；采用英制水尺時，用羅馬數字標繪，每個數字高度為6in，上下兩數字的間距也是6in，也自數字下緣起算。2023/7/24642023/7/24652.2吃水觀測和計算觀測船舶吃水，根據實際水線吃水標志尺上的位置，按比例取其讀數；當有波浪時，應取其最高和最低時讀數的平均值；有些大型船舶有吃水指示系統（DraftIndicatingSystem），可以在駕駛臺或其他位置的指示面板上直接讀取首、中、尾六面水尺，。2023/7/24663、平均吃水3.1概念：型平均吃水：在船舶的中線面上，從正浮時的水線與傾斜后的水線的交點處，沿垂直于基平面的方向量到龍骨板上緣的垂直距離。實際平均吃水，則是按同樣的方法量到龍骨板下緣的垂直距離。2023/7/24673.2平均吃水的計算用載重表尺表直接查取；用公式計算。備注：主要是水密度改變狀況下的計算。2023/7/24684、船舶載重線（Ships

Load

Line）4.1定義：船舶載重線指船舶滿載時的最大吃水線。4.2載重線標志包括：甲板線、載重線圓盤和與圓盤有關的各條載重線。圖中各條載重線含義：①TF(Tropical

Fresh

Water

Load

Line)：熱帶淡水載重線，于熱帶地區淡水中總載重量不得超過此線。②F(Fresh

Water

Load

Line)：淡水載重線，在淡水中行駛時，總載重量不得超過此線。③T(Tropical

Load

Line)：熱帶海水載重線，即船舶在熱帶地區航行時，總載重量不得超過此線。

2023/7/2469④S(Summer

Load

Line):夏季海水載重線，即船舶在夏季航行時，總載重量不得超過此線。⑤W(Winter

Load

Line):冬季海水載重線，即船舶在冬季航行時，總載重量不得超過此線。⑥WNA(Winter

North

Atlantic

Load

Line):北大西洋冬季載重線，指船長為100.5米以下的船舶，在冬季月份航行經過北大西洋（北緯36度以北）時，總載重量不得超過此線。⑦標有L

的為木材載重線。2023/7/24705、我國標志的載重線符號◆我國船舶檢驗局對上述各條載重線，分別以漢語拼音首字母為符號。即以“RQ”、“Q”、“R”、“X”、“D”和“BDD”代替“TF”、“F”、“T”、“S”、“W”和“WNA”。

備注：在租船業務中，期租船的租金習慣上按船舶的夏季載重線時的載重噸來計算。

2023/7/2471☆船舶載重線標志示意圖2023/7/2472第六節船舶性能2023/7/2473一、船舶穩性(Stability)1.概念：船舶受外力作用發生傾斜，外力消失后能夠自行回復到原來平衡位置的能力。2.船舶具有穩性的原因：1)造成船舶離開原來平衡位置的是傾斜力矩，它產生的原因有：風和浪的作用、船上貨物的移動、旅客集中于一舷、拖船的急牽、火炮的發射以及船舶回轉等。2)使船舶回復到原來平衡位置的是復原力矩，其大小取決于排水量、重心和浮心的相對位置等因素。2023/7/2474WGB無外力的作用2023/7/24753、船舶的平衡狀態1)穩定平衡：G在M之下，傾斜后重力和浮力形成穩性力矩；2)不穩定平衡：G在M之上，傾斜后重力和浮力形成傾覆力矩；3)隨遇平衡：G與M重合，傾斜后重力和浮力作用在同一垂線上，不產生力矩。2023/7/24762023/7/2477不穩定平衡隨遇平衡穩定平衡WGB

WLW1L1B1ZMR(＋)WGBWLW1L1B1MR(－)2023/7/2478◆各類船舶初穩性高2023/7/24794、船舶具有穩性的條件：初始狀態為穩定平衡；應有足夠大的回復能力。5、穩性大小和船舶航行的關系：穩性過大，船舶搖擺劇烈，造成人員不適、航海儀器使用不便、船體結構容易受損、艙內貨物容易移位以致危及船舶安全。穩性過小，船舶抗傾覆能力較差，容易出現較大的傾角，回復緩慢，船舶長時間斜置于水面，航行不力。2023/7/2480船舶操縱性航向穩定性回轉性轉首性指船舶能自動保持初始航向的性能，包括動態穩定性和靜態穩定性表示單位舵角引起的首向角變化快慢。轉舵使船作圓弧運動的性能稱為船舶回轉性二、船舶的操縱性2023/7/2481◆武漢理工大學的船池露天操縱水池2023/7/2482◆船舶的回轉性和轉首性2023/7/2483三、船舶的耐波性船舶耐波性船舶搖蕩砰擊上浪其中運動顯著而影響嚴重的是橫搖、縱搖和垂蕩風浪中劇烈搖蕩時風浪涌上甲板的觀象稱為上浪。失速螺旋槳飛車嚴重的縱搖和垂蕩，船體與風浪之間產生猛烈的局部沖擊現象。多發生于首部包括風浪失速和主動減速。船舶在風浪中航行時，部分螺旋槳露出水面，轉速劇增，并伴有強烈振動的現象2023/7/24842023/7/2485第七節船舶相關知識一、船籍和船旗（Ships

Nationality

and

Flag）1、船籍指船舶的國籍。商船的所有人向本國或外國有關管理船舶的行政部門辦理所有權登記，取得本國或登記國國籍。2、船旗是指商船懸掛的其所屬國的國旗。船旗是船舶國籍的標志；商船是船旗國浮動的領土，均需懸掛船籍國國旗；有義務遵守船籍國法律的規定并享受船籍國法律的保護。

2023/7/24863、方便旗船（Flag

of

Convenience）3.1定義：是指在外國登記、懸掛外國國旗并在國際市場上營運的船舶。3.2特征：方便旗船舶主要一些海運較發達國家和地區，如：美國、希臘、日本、香港和韓國。將船舶轉移到外國去進行登記，逃避國家重稅和軍事征用；自由制訂運價不受本國政府管制，自由處理船舶與運用外匯，自由雇傭外國船員以支付較低工資；降低船舶標準以節省修理費用，降低營運成本以增強競爭力等。2023/7/24874、“開放登記”（Open

Register）4.1是一種國家經營方式；4.2公開允許外國船舶在本國登記的國家，主要有：利比里亞、巴拿馬、塞浦路斯、新加坡、巴拿馬及百慕大等國。通過這種登記可為登記國增加外匯收入。2023/7/2488二、船級（Ships

Classification）1、概念：船舶技術狀態的一種指標。2、相關規定：凡注冊總噸在100噸以上的海運船舶，必須在某船級社或船舶檢驗機構監督之下；在船舶建造之前，船舶各部分的規格須經船級社或船舶檢驗機構批準；每艘船建造完畢，由船級社或船舶檢驗機構對船體、船上機器設備、吃水標志等項目和性能進行鑒定，發給船級證書。2023/7/2489船級證書有效期一般為4年，期滿后需重新予以鑒定。3、作用：船舶入級可保證船舶航行安全；有利于國家對船舶進行技術監督；便于租船人和托運人選擇適當的船只，以滿足進出口貨物運輸的需要；便于保險公司決定船、貨的保險費用。

2023/7/24904、世界上著名船級社英國勞埃德船級社（Lloyds

Register

of

Shipping）

◆創建于1760年，是歷史最悠久、規模最大的船級社。由船東、海運保險業承保人、造船業、鋼鐵制造業和發動機制造業等各方面委員會組成；德國勞埃德船級社（Germanischer

Lloyd）挪威船級社（Norske

Veritas）法國船級局（Bureau

Veritas）日本海事協會（Nippon

Kaiji

Kyokai）美國航運局（American

Bureau

of

Shipping）中國船級社是我國交通部所屬的船舶檢驗局。

2023/7/2491三、船舶主要文件（Ships

Documents）1、概念：是證明船舶所有權、性能、技術狀況和營運必備條件的各種文件的總稱。2、國際航行船舶的船舶文件主要有：船舶國籍證書（Certificate

of

Nationality）；船舶所有權證書（Certificate

of

Ownership）；船舶船級證書(Certificate

of

Classification）；船舶噸位證書（Tonnage

Certificate）；船舶載重線證書（Certificate

of

Load

Line）；船員名冊（Crew

List）；航行日志（Log

Book）。

此外，還有輪機日志、衛生日志和無線電日志等。2023/7/2492四、船舶規范基本內容（一）1)船名：M/V

XXXX

Motor

vessel

Merchant

vessel

S/S

XXXX

Steam

ship2)國籍：Nationality3)船籍港:

Port

of

registering4)建造日期:

Date

of

building

5)建造地:

Place

of

building(or

builder)6)國際海事組織編號:

IMO

No

2023/7/24937)(船舶)全長:

Length

over

all

(L

.O.

A)

8)型寬:

Breadth9)型深:

Depth10)總噸(位):

Gross

tonnage、凈噸(位):

Net

tonnage11)排水量:

Displacement12)

滿載載重量:

Deadweight(為重量噸)13)船舶吃水(水尺):

Draft14)浮心,漂心,船舶重心(KM)和貨物重心(KG)四、船舶規范基本內容（二）2023/7/2494四、船舶規范基本內容（三）15)貨艙數和貨艙的規格:

holds,

長X寬X深16)裝卸設備(Cargo

handling

gear):有無裝卸設備，設備形式、數量和安全負荷17)主機、發電機：銘牌、種類、功率（馬力或千瓦）、轉速等18)航速（指靜水中的航速）、使用的油種、耗油量2023/7/2495五、大型船舶分類（一）1、大靈便型(Handymax)與小靈便型(Handysize)前者載重噸居于40,000與59,999公噸之間，而后者為10,000至