一、蒸汽轮船发展史?
蒸汽轮船
在探索船舶推进方法中,除了桨、橹、 帆这些工具外,在埃及、罗马和我国古代都曾发明过用明轮的方式推进船舶。罗马人还使用奴隶和畜力带动明轮。17世纪以前,船舶推进动力方式已到了需彻底变革的时期,当时世界各大洋上繁忙的贸易往来需要解决船舶动力问题。
真正解决船用蒸汽机的是詹姆斯·瓦特。他在1765年发明了双缸蒸汽机。1768年他与英国伯明翰轮机厂的老板马修·博尔顿合作,专门研制了一台用于船舶推进的特殊用途的蒸汽机,这就是世界上早期蒸汽机船上普遍使用的博尔顿--瓦特发动机,船舶用上了蒸汽机,出现了蒸汽机轮船,从而完成了船舶动力的第三次革命。船舶用蒸汽机作动力,使人类有可能建造越来越大的船,运载更多的货物。
由于蒸汽机体积大、功率小、效率低,所以,蒸汽机轮船也逐步被淘汰。现代舰船的常用的动力装置是内燃机和汽轮机
二、蒸汽机船的发展历程教案?
最原始的蒸汽机船,根据历史记载,十八世纪著名的法国物理学家和发明家杰尼·巴贝恩第一个设计、制造了蒸汽机船,并在维埃纳河进行试航。巴贝恩的蒸汽机船结构十分简单:一只炉灶、上面架一只大锅炉,沸腾的水放出蒸汽,经管道集流后冲向小磨盘形轮子的叶片,轮子转动,旋转的轮轴通过链条传动桨轮,排流行船。 巴贝恩设想利用蒸汽机于水上运输,但根本不能实现,因为他的蒸汽机船在维埃纳河中刚开始晃动,一群船夫赶来了,他们视嘶哑作响的蒸汽机是魔鬼,吵嚷着,最后,一个无赖带头跳上船,举火把,把船烧掉了。 巴贝恩不屈不挠,花了一年多时间,又造了一艘蒸汽机船,它的动力装置结构与前一艘大致相同,只不过将桨轮从船体中部两侧移到后部两侧,船仍停靠在维埃纳河岸边。巴贝恩为防止船夫再次捣乱,他请船夫们上船,看看摸摸,使他们得知并非魔鬼,然后请他们喝红葡萄酒,吃糖果点心,又给他们讲了,生火后启动蒸汽阀,只要他一个人掌舵,就可将他们渡到对岸,代替两排.
三、蒸汽机的发展历程?
世界上第一台蒸汽机是由古希腊数学家亚历山大港的希罗(Hero of Alexandria)于1世纪发明的汽转球(Aeolipile),这是蒸汽机的雏形。
詹姆斯·瓦特(James Watt).
约1679年法国物理学家丹尼斯·巴本在观察蒸汽逃离他的高压锅后制造了第一台蒸汽机的工作模型。同时代的萨缪尔·莫兰也提出了蒸汽机的主意。
1698年托马斯·塞维利和1712年托马斯·纽科门制造了早期的工业蒸汽机,他们对蒸汽机的发展都做出了自己的贡献。1807年罗伯特·富尔顿第一个成功地用蒸汽机来驱动轮船。瓦特运用科学理论,逐渐发现了这种蒸汽机的毛病所在。从1765年到1790年,他进行了一系列发明,比如分离式冷凝器、汽缸外设置绝热层、用油润滑活塞、行星式齿轮、平行运动连杆机构、离心式调速器、节气阀、压力计等等,使蒸汽机的效率提高到原来纽科门机的3倍多,最终发明出工业用蒸汽机。
16世纪末到17世纪后期,英国的采矿业,特别是煤矿,已发展到相当的规模,单靠人力、畜力已难以满足排除矿井地下水的要求,而现场又有丰富而廉价的煤作为燃料。现实的需要促使许多人,如英国的帕潘、萨弗里、纽科门等就致力于“以火力提水”的探索和试验。
最初的真空蒸汽机被用来将矿井里的水抽出来。纽科门的蒸汽机将蒸汽引入气缸后阀门被关闭,然后冷水被撒入汽缸,蒸汽凝结时造成真空。活塞另一面的空气压力推动活塞。在矿井中联结一根深入竖井的杆来驱动一个泵。蒸汽机活塞的运动通过这根杆传到泵的活塞来将水抽到井外。
第一个巨大的改善是将气缸与凝结缸通过一个阀门分开。瓦特在伯明翰发明了这个改进。这个改进提高了蒸汽机的效率。下一个改进是将阀门的操作自动化。
这些早期的真空蒸汽机的效率有限,但它们比较安全,因为它们的压力比较低,在物质发生损坏的情况下机器向内收缩,而不是向外爆炸。它们的效率受外部气压、气缸变形、燃烧和沸腾的效率和凝结能力的限制。理论最高效率受水在普通大气压下比较低的沸腾温度限制。使用高温高压的蒸汽为蒸汽机的效率带来了巨大的提高。但这种蒸汽机比真空蒸汽机危险得多。锅炉和机器的爆炸造成了许多大事故。安全阀在这里带来了很大的改进,在压力过高的情况下安全阀放气减压。但真正保证安全只有依靠建造、运行和维护的经验和安全规则。
萨弗里制成的世界上第一台实用的蒸汽提水机,在1698年取得标名为“矿工之友”的英国专利。他将一个蛋形容器先充满蒸汽,然后关闭进汽阀,在容器外喷淋冷水使容器内蒸汽冷凝而形成真空。打开进水阀,矿井底的水受大气压力作用经进水管吸入容器中;关闭进水阀,重开进汽阀,靠蒸汽压力将容器中的水经排水阀压出。待容器中的水被排空而充满蒸汽时,关闭进汽阀和排水阀,重新喷水使蒸汽冷凝。如此反复循环,用两个蛋形容器交替工作,可连续排水。
萨弗里的提水机依靠真空的吸力汲水,汲水深度不能超过六米。为了从几十米深的矿井汲水,须将提水机装在矿井深处,用较高的蒸汽压力才能将水压到地面上,这在当时无疑是困难而又危险的。
纽科门及其助手卡利在1705年发明了大气式蒸汽机,用以驱动独立的提水泵,被称为纽科门大气式蒸汽机。这种蒸汽机先在英国,后来在欧洲大陆得到迅速推广,它的改型产品直到19世纪初还在制造。纽科门大气式蒸汽机的热效率很低,这主要是由于蒸汽进入汽缸时,在刚被水冷却过的汽缸壁上冷凝而损失掉大量热量,只在煤价低廉的产煤区才得到推广。
蒸汽机火车头
1764年,英国的仪器修理工詹姆斯·瓦特为格拉斯哥大学修理纽可门蒸汽机模型时,注意到了这一缺点,并于1765年发明了设有与汽缸壁分开的凝汽器的蒸汽机,并于1769年取得了英国的专利。初期的瓦特蒸汽机仍用平衡杠杆和拉杆机构来驱动提水泵,为了从凝汽器中抽除凝结水和空气,瓦特装设了抽气泵。他还在汽缸外壁加装夹层,用蒸汽加热汽缸壁,以减少冷凝损失。
瓦特的创造性工作使蒸汽机迅速地发展,他使原来只能提水的机械,成为了可以普遍应用的蒸汽机,并使蒸汽机的热效率成倍提高,煤耗大大下降。因此瓦特是蒸汽机的改良者。
自18世纪晚期起,蒸汽机不仅在采矿业中得到广泛应用,在冶炼、纺织、机器制造等行业中也都获得迅速推广。它使英国的纺织品产量在20多年内(从1766年到1789年)增长了5倍,为市场提供了大量消费商品,加速了资金的积累,并对运输业提出了迫切要求。
在船舶上采用蒸汽机作为推进动力的实验始于1776年,经过不断改进,至1807年,美国的富尔顿制成了第一艘实用的明轮推进的蒸汽机船“克莱蒙”号。此后,蒸汽机在船舶上作为推进动力历百余年之久。
1800年,英国的特里维西克设计了可安装在较大车体上的高压蒸汽机。1803年,他把它用来推动在一条环形轨道上开动的机车,找来喜欢新奇玩意儿的人乘坐,向他们收费,这就是机车的雏型。英国的史蒂芬孙将机车不断改进,于1829年创造了“火箭”号蒸汽机车,该机车拖带一节载有30位乘客的车厢,时速达46公里/时,引起了各国的重视,开创了铁路时代。
19世纪末,随着电力应用的兴起,蒸汽机曾一度作为电站中的主要动力机械。1900年,美国纽约曾有单机功率达五兆瓦的蒸汽机电站。
蒸汽机的发展在20世纪初达到了顶峰。它具有恒扭矩、可变速、可逆转、运行可靠、制造和维修方便等优点,因此曾被广泛用于电站、工厂、机车和船舶等各个领域中,特别在军舰上成了当时唯一的原动机。
需要特别注意的是,许多教科书上(历史书、物理书)说瓦特是蒸汽机的发明者。这是误传。蒸汽机是英国人萨维利(Savery)于1698年、纽可门(Newcomen)于1705年各自独立发明的,用于矿井抽水。当时效率很低。
1765年,瓦特在修理纽可门机的基础上,对蒸汽机做了重大改进,使冷凝器与汽缸分离,发明曲轴和齿轮传动以及离心调速器等,使蒸汽机实现了现代化,大大提高了蒸汽机的效率。瓦特的这些发明,仍使用在现代蒸汽机中,为纪念瓦特的贡献,功率的单位名称以其姓氏命名
四、第一艘用蒸汽机为动力的轮船是谁发明的?
克莱蒙特号轮船是世界上最早出现的蒸汽机轮船,是现代轮船的鼻祖。船舶用上蒸汽机,出现蒸汽机轮船是船舶动力发展史上革命性演变。 世界上第一艘蒸汽机轮船是由美国发明家富尔顿制造的,他在1802年春天,在法国建造第一艘蒸汽机轮船,停泊在塞纳河上,一场风暴就把它折断。富尔顿没有因此止步,他又重建了一艘蒸汽机轮船,命名为“克莱蒙特”号。 克莱蒙特号轮船船长45.72米,宽9.14米,船上装有蒸汽机。1807年,“克莱蒙特”号在美国哈德逊河上试航,获得成功,它以每小时6.4公里速度,航行91.4公里。从此,美国哈德逊河上开辟定期航班,标志了蒸汽机轮船正式投入使用。
五、蒸汽船历史?
蒸汽船最早的历史在18世纪。
蒸汽机船时代是指18世纪发明蒸汽机后,1807年美国罗伯特·富尔敦(RoberrFulton)工程师首次在“克莱蒙脱”号船上,用蒸汽机驱动装在两舷的明轮,在哈德逊河上航行成功,从此船舶用机械动力代替自然动力而进人蒸汽机船的机动船时代。早期的蒸汽机船仍装有全套帆具,蒸汽机装在甲板上驱动船舷的明轮,仅作为辅助动力。
六、蒸汽船是如何诞生的?
自从瓦特发明了蒸汽机以后,有多少人想造一艘蒸汽轮船,可是失败了,只有富尔顿从失败的泥坑中跃上了成功的道路。
富尔顿是美国人,出生在一个贫苦的农民家里。因为家境贫寒,只上了几年学就到珠宝商店当学徒去了。他小时候活泼好动。他常坐小船到河中去钓鱼,他用竹竿撑船感到很费劲,后为他想了个巧妙办法,在船后安上一个可以旋转的轮子,这样用手摇着,船就可向前很快滑行了,这时他就显示了一点创造性。他十分爱好绘画,22岁时,他又到了英国伦敦继续深造。
他在英国留学时,正赶上瓦特的50寿辰。瓦特请他去画了一张肖像,这样他俩就认识了。瓦特常给他讲自己是怎样改进蒸汽机的,这对富尔顿很有启发。后来他就改变主意,不当画家,而决心当一个工程师了。
那时英国伯明翰城正开始修筑运河。他为了工程技术能得到提高,就到运河研究“河道”问题,在实践活动中,大大发挥了他的聪明和才智。他发明了供升降运河船只的复斜板,还发明了卷绕缆绳的工具。
过去,富尔顿曾经看到过西敏顿所制造的勇洛脱。敦达斯号轮船,是世界上最初应用蒸汽的船,这轮船能拖动两艘各载70吨货物的木船。可是那蒸汽机船在试航的时候,把河水冲上了堤岸,那些运河的经营者们以为是怪物来了,怕破坏了堤岸,就坚决禁止通行,于是把“怪物”拖上了岸边,给了它一个风吹日晒的下场,伟大的发明从此就被扼杀了。
然而,富尔顿决心复活燃气船。从那年起,着手研究如何将蒸汽机靠船作为动力。后米他到了巴黎,曾得到拿破仑的支持,之后他创进了一条新的蒸汽船,但在法国赛纳河试航时,不幸失败了。
后来年富尔顿回到纽约,带着自己设计的图纸,招收了一些工人,在东河附近开始了造船事业。在建造过程中,多少人嘲笑他,说他的船也要遭到被拖上岸的命运,那些驾驶帆船的人,纷纷起来反对他,甚至在夜里偷偷去拆毁他的船只,当时,造船的经费是不够的,克服的办法是要求朋友们捐献,有的人认为这是投资儿戏未免愚蠢,所以就是有几个愿意拿钱的,因为怕别人嘲笑,也要求他不要公开,但这一切的挫折和困难,富尔顿都以坚强的毅力克服了。
不久,富尔顿的新的蒸汽船在十分艰难的条件下诞生了,命名为“克莱蒙”号。船的全长150尺,宽13尺,吃水量20尺。决定试航在纽约的哈得逊河上,起点和终点是从纽约到阿尔巴尼城,全程150里。这次试航一举成功,顺水航行时,30小时到达,逆水航行时,32小时到达。这次试航的成功,表示了富尔顿在科学技术发明上的胜利,说明了尽管科学的道路崎岖不平,但只要鼓足勇气,再接再厉就定能登上险峰
七、第一艘蒸汽轮船是谁发明的?
世界上第一艘蒸汽机轮船是由美国发明家富尔顿制造的。
1807年8月,富尔顿设计的“克勒蒙”号轮船在纽约市的哈德逊河下水了。这条船长约45米,宽9米多,排水量100吨。该船的发动机是英国伯明翰的布尔顿和瓦特制造的。富尔顿为这条船的两舷设计了两个明轮,蒸汽机带动明轮旋转,明轮上的叶片在水中划动,推动着船只前进。克勒蒙号的航速达每小时6公里,比帆船快三分之一。它曾往返于纽约和奥尔巴尼之间,作为哈德逊河上的定期班轮。因为富尔顿造出这条船投入了使用,所以,人们就把轮船发明者的桂冠,戴到了富尔顿的头上。
八、轮船发展史四个阶段?
1、舟筏时代
人类以舟筏作为运输、狩猎和捕鱼的工具,至少起源于石器时代。中国1956年在浙江出土的古代木桨,据鉴定是四千年前新石器时代的遗物。说明舟筏的历史,可以追溯到史前年代。
2、帆船时代
据记载,远在公元前四千年,古埃及就有了帆船。中国使用帆船的历史也可以追溯到公元以前。从15世纪到19世纪中叶,是帆船发展的鼎盛时期。15世纪初中国航海家郑和远航东非,15世纪末C.哥伦布发现新大陆,他们的船队都是由帆船组成的。
在帆船发展史中,地中海沿岸地区、北欧西欧地区和中国都曾作出重大贡献。19世纪中叶美国的飞剪式快速帆船,则是帆船发展史上的最后一个高潮。不同地区的帆船,在结构、形式和帆具等方面各有特色。
3、蒸汽机船时代
18世纪蒸汽机发明后,许多人都试图将蒸汽机用于船上。1807年,美国人R.富尔顿首次在“克莱蒙脱”号船上用蒸汽机驱动装在两舷的明轮,在哈德逊河上航行成功。从此机械力开始代替自然力,船舶的发展进入新的阶段。
4、柴油机船时代
柴油机船问世后,发展很快,逐渐取代了蒸汽机船。第二次世界大战结束后,工业化国家经济的迅速恢复和发展,国际贸易的空前兴旺,中东等地石油的大量开发,促使运输船舶迅速发展。
九、汽车运输船发展历程?
舟筏时代→独木舟→筏→木板船→桨、篙和橹→帆船时代→地中海的古帆船→北欧和西欧帆船→飞剪式帆船→中国帆船→蒸汽机船时代→早期的蒸汽机船→“大东方”号蒸汽机船→蒸汽机船的完善→汽轮机船、柴油机船的问世→油船和散货船的出现→大型远洋客船的兴起→柴油机船时代
船舶大型化→船舶专业化→船舶高速化→船舶自动化→船舶内燃机化
人类使用船舶作为运输工具的历史,几乎和人类文明史一样悠久。从远古的独木舟发展到现代的运输船舶,大体经历了四个时代:舟筏时代、帆船时代、蒸汽机船时代和柴油机船时代。
舟筏时代
人类以舟筏作为运输、狩猎和捕鱼的工具,至少起源于石器时代。中国1956年在浙江出土的古代木桨,据鉴定是四千年前新石器时代的遗物。说明舟筏的历史,可以追溯到史前年代。
独木舟
原始人类将巨大树干用火烧或用石斧加工成中空的独木舟,是最古老的水上运输工具。它的踪迹遍于全世界,至今在南美洲和南太平洋群岛的居民,仍使用独木舟作为生产和交通工具。
筏
远古人类就知道将树干、竹竿、芦苇等捆扎成筏,或用兽皮做成皮筏,在水上漂行。筏较独木舟吃水浅,航行平稳,而且取材方便,制造简易。在中国东南山区溪流中,使用竹筏作为交通工具迄今仍然相当普遍。
木板船
进入青铜器时代以后,人类对木材的加工能力提高了,于是将原木加工成木板来造船。木板船可以造得比独木舟大,性能比筏好。木板平接或搭接成为船壳,内部用隔壁和肋骨以增加强度,形成若干个舱室。早期的木板船,板和板之间、船板和框架构件之间是用纤维绳或皮条绑缚起来的,后来用铜钉或铁钉连接。板和板之间则用麻布、油灰捻缝,使其水密。
桨、篙和橹
舟筏时代的船舶靠人力来推进和操纵,所用的工具为桨、篙和橹。桨不受水域深度和广度的限制,在地中海区域应用极为广泛。古罗马的划桨船,用奴隶划桨,一船桨数多至数十根甚至百余根。篙可以直接触及水底和河岸,使用轻便,主要用于浅水航道。橹是比桨先进的划船工具,效率高而不占水面,兼具推进和操纵航向的功能,在中国内河木船上广泛使用。
帆船时代
据记载,远在公元前四千年,古埃及就有了帆船。中国使用帆船的历史也可以追溯到公元以前。从15世纪到19世纪中叶,是帆船发展的鼎盛时期。15世纪初中国航海家郑和远航东非,15世纪末C.哥伦布发现新大陆,他们的船队都是由帆船组成的。在帆船发展史中,地中海沿岸地区、北欧西欧地区和中国都曾作出重大贡献。19世纪中叶美国的飞剪式快速帆船,则是帆船发展史上的最后一个高潮。不同地区的帆船,在结构、形式和帆具等方面各有特色。
地中海的古帆船
埃及出土的一件公元前四千年的陶器上绘制有最古的帆船的图象。船的前端突出向上弯曲,船的前部有一个小方帆,这种船只能顺风行驶,无法利用旁风。公元前2000~前1600年,腓尼基人、克里特岛人和希腊人都先后在地中海上行驶帆船。克里特岛人的帆船两端翘起,单桅悬一方帆,这种船型在地中海应用了几千年之久。古希腊和古罗马的帆船备有桨,只在进出港口和调度时才使用。古希腊帆船干舷高,耐波性好,单桅上挂方帆,船尾两侧有巨大的尾桨,起舵的作用。船首伸出的桅桁上增一小帆便于操纵。单桅横桁上边增设三角顶帆。古罗马的帆船又有改进,增设前后三角帆,船的操纵性能得到改善。
北欧和西欧帆船
公元9~11世纪北欧的维京人,是当时世界上优秀的航海民族,航迹远达格陵兰和北美。他们用当地出产的橡木造出了适航性能良好的帆船。这种帆船长约30米,宽约6米,首尾形状接近对称,有龙骨和首尾柱。外壳板搭接并用铁钉相连。船上树单桅,装有支桅索,挂一面方帆,能在横风下行驶。船形瘦削,耐波性优于地中海帆船。
1492年,C.哥伦布率领西班牙船队到达西印度群岛。他所乘坐的“圣玛丽亚”号,是一艘长28米、排水量约200吨的三桅帆船。1497年,V.da.伽马率领葡萄牙船队绕过好望角发现通往印度的航路。1519~1522年,F.麦哲伦率领的西班牙船队完成了环球航行。这一系列地理上的发现,大大刺激了欧洲航海和造船事业的发展。16世纪以后,欧洲帆船的排水量逐渐增大到500~600吨,帆具日益复杂,三桅船渐趋普遍,帆面不断增大。大桅上增装了顶桅和顶帆,主帆下装了底帆,桅的支索上张了三角帆,船上整个空间都张满了帆,航速得到提高。1800年前后,英国继葡萄牙、西班牙之后成为最大的海上强国。英国及其殖民地拥有海上帆船达5000艘。
飞剪式帆船
这是起源于美国的一种高速帆船。前期的飞剪式帆船,可以1833年建造的“安·玛金”号为代表,排水量为493吨。飞剪式帆船船型瘦长,前端尖锐突出,航速快而吨位不大。19世纪40年代,美国人用这种帆船到中国从事茶叶和鸦片贸易。以后美国西部发现金矿而引起的淘金热,使飞剪式帆船获得迅速发展。1853年建造的“大共和国”号,长93米,宽16.2米,深9.1米,排水量3400吨,主桅高61米,全船帆面积3760平方米,航速每小时12~14海里,横越大西洋只需13天,标志着帆船的发展达到顶峰。19世纪70年代以后,作为当时海上运输主要工具的帆船,被新兴的蒸汽机船迅速取代。
中国帆船
中国帆船也有二千多年的历史。据《史记·秦始皇本纪》记载,秦王朝曾派徐福携带童男童女及工匠人等数千人,乘船出海。三国时代东吴太守万震所著《南洲异物志》中,有关于访问今日的柬埔寨、越南等地所乘大船的记述。唐代与日本文化交往频繁。中国当时的帆船已能驶侧向逆风,有较好的耐波性。唐贞观年间,从今温州至日本,仅需6天;以后能以3天时间从中国镇海驶抵日本。宋代造船和航海事业均有显著进步。当时所造海船能载500~600人,并已使用指南针罗盘,航程远及波斯湾和东非沿海地区。1974年在福建省泉州湾出土一艘宋代海船残骸,船体瘦削,具有良好的速航性能和耐波性,船内有12道水密隔壁,船侧外壳板由三层杉木板组成,结构坚固,估计船全长约35米,载重量200吨以上。明朝初年,郑和曾率领庞大的船队于公元1405~1433年间七次远航,遍历东南亚、印度洋各地,远达非洲东海岸。据记载,郑和所乘“宝船”长44丈,宽18丈,有12帆,是当时世界上首屈一指的优秀帆船。
中国帆船的构造和欧洲帆船不同。欧洲帆船两端尖而上翘,中国帆船则两端用木板横向封闭而形成平底的长方形盒子。舵位于尾部中心线上,尾部造成楼形高台,以防止上浪。船内有多道水密隔壁,结构坚固。中国帆船的帆是横向用竹竿加强的“硬篷”。这种平衡纵帆,操作灵便,能承受各个方向的风力。15世纪时,中国帆船无论在尺度和性能上都处于领先地位。16世纪以后,欧洲帆船才逐渐超过中国帆船。
蒸汽机船时代
18世纪蒸汽机发明后,许多人都试图将蒸汽机用于船上。1807年,美国人R.富尔顿首次在“克莱蒙脱”号船上用蒸汽机驱动装在两舷的明轮,在哈德逊河上航行成功。从此机械力开始代替自然力,船舶的发展进入新的阶段。
早期的蒸汽机船
19世纪上半叶是由帆船向蒸汽机船过渡的时期。早期的蒸汽机船装有全套帆具,蒸汽机只是作为辅助动力。1819年美国人M.罗杰斯建造的“萨凡纳”号蒸汽机帆船,用了27天时间横渡大西洋,在整个航程中只有60小时是使用蒸汽机推进,其余时间仍用风力。在早期,蒸汽机安装在甲板上,驱动装在两舷的巨大明轮。1839年,第一艘装有螺旋桨推进器的“阿基米德”号船建成,船长38米,主机功率80马力。早期蒸汽机是安装在木帆船上的。1850年以后,逐渐用铁作为造船材料。1880年以后,钢很快代替铁作为造船材料。1876年英国建造的新船只有8%用钢材建造,而到1890年,则只有8%是铁船了。
“大东方”号蒸汽机船
1854~1858年英国人I.K.布鲁内尔建造的“大东方”号铁船被认为是造船史上的奇迹。布鲁内尔第一个将关于梁的力学理论应用于造船,在船体建造上首创了纵骨架结构和格栅式双层底结构。双层底向两舷延伸直到载重水线以上,形成了双层船壳。上甲板也用同样结构以增加船体强度。“大东方”号长207米(680英尺),排水量27000吨,比当时的大型船大6倍。船内部用纵横舱壁分隔成22个舱室。船上安装两台蒸汽机,一台驱动直径56英尺的明轮,另一台驱动直径24英尺的螺旋桨,蒸汽机总功率8300马力,最高航速每小时16海里。船上有6根桅,帆总面积8747平方米(85000平方英尺)。它能载客4000人,装货6000吨。直到半个世纪以后才出现比它更大的船。“大东方”号尽管经营失败,但在造船理论和技术方面,却为现代钢船开辟了道路。
蒸汽机船的完善
早期蒸汽机船驱动明轮用的蒸汽机是单缸摇臂式,汽压也很低。19世纪80年代出现了三涨式蒸汽机,汽压提高到10.5千克力/厘米 。此时明轮已为螺旋桨所代替,三涨式蒸汽机配合螺旋桨成为典型的动力装置。19世纪末,蒸汽机已发展到四涨式六汽缸,蒸汽压力提高到 13.6千克力/厘米,功率达到1万马力。高压水管锅炉也逐渐取代了苏格兰式火管锅炉。20世纪初,货船一般是用三涨式蒸汽机作主机,功率约2000马力,航速约每小时10海里,载重量增大到6000吨。航行于大西洋上的大型远洋客船,以往复式蒸汽机为动力,单机功率达到2万马力。
汽轮机船、柴油机船的问世
1896年,英国人C.帕森斯将他发明的反作用式汽轮机成功地应用于船上;同年,瑞典人C.迪拉瓦尔发明了冲击式汽轮机。进入20世纪以后,船用汽轮机不断改进,因为重量轻,功率大,旋转均匀和无往复运动部件等,普遍应用于大型高速船。至今,某些大功率船仍用汽轮机作为推进动力。1892年,德国人R.狄塞尔发明压燃式内燃机,即柴油机,20世纪初开始应用于船上。柴油机热效率高、油耗低,因而得到广泛应用。40年代末,柴油机船的吨位即已超过蒸汽机船。
油船和散货船的出现
早期的杂货船承揽一切货种的运输,包括散装的煤炭、谷物等和桶装的油类。1886年开始出现具有现代油船特征的船,也就是将货油直接装在分隔的油密舱室内并用泵和管系进行装卸。进入20世纪后,对石油的需求日增,油船逐渐形成一支专用船队。1944年最大的油船载重量为 23000吨。散货船略早于油船出现,但在20世纪上半叶由于港口装卸效率不高,发展缓慢,最大的载重量只有1万吨左右。第二次世界大战后,各工业国经济恢复,原料需求剧增,油船和散货船都向大型化发展。
大型远洋客船的兴起
19世纪70年代以前,运输船舶都是客货混装的。1870年,英国人S.丘纳德和T.伊士梅创办丘纳德汽船公司和白星汽船公司,在英国和北美之间航线上开辟旅行条件舒适的客船航班,豪华客船“海洋”号航行成功。此后各国相继建造大型豪华客船,航行于大西洋航线和东方航线上。80年代,已有载客千人以上,载重万吨以上,航速每小时超过20海里的豪华客船。20世纪30年代,大型远洋客船的建造达到高潮,如著名的“玛丽皇后”号、“伊丽莎白皇后”号和“诺曼第”号都是在这个时期建造的。它们的载重量都在8万吨以上,主机为汽轮机,功率16万马力,航速每小时超过30海里。第二次世界大战以后,这一势头又恢复了,到60年代,因远程喷气客机的兴起才停止下来。大型远洋客船的建造,对造船科学技术的发展起了重要的推动作用,同时也使某些保障航行安全的法规逐步建立和完善。例如1912年“泰坦尼克”号海难事件导致了后来国际海上人命安全公约的签订。
柴油机船时代
柴油机船问世后,发展很快,逐渐取代了蒸汽机船。第二次世界大战结束后,工业化国家经济的迅速恢复和发展,国际贸易的空前兴旺,中东等地石油的大量开发,促使运输船舶迅速发展。1982年同1948年相比,船舶艘数增长了1.6倍,总吨位增长了4.3倍(见世界商船队)。船舶普遍采用柴油机推进。第二次世界大战期间,为了适应战时运输的需要,美国建造的2610艘自由轮(万吨级使用燃油锅炉和蒸汽机的杂货船)是最后建造的一批往复式蒸汽机远洋运输船舶。为了提高船舶运输的经济效益,船舶出现了大型化、专业化、高速化、自动化和内燃机化的多种趋势。
船舶大型化
首先是油船吨位的增长和油船的大型化。1930年的世界商船队中,油船吨位只占总吨位1/10,1980年上升为1/2。1983年初,各种油船的载重量达到3.3亿吨。油船吨位的剧增主要在于油船大型化。50年代,3~4万吨的油船已被认为是 “超级油船”。60年代中期,就出现了20万吨以上的超大油船和30万吨以上的特大油船。70年代又出现了50万吨以上的大油船。石油危机发生和苏伊士运河恢复通航后,这种趋势已经停止,许多大型油船正面临拆毁的命运。在油船大型化的同时,也出现了装运煤炭、矿砂、谷物等的干散货船的大型化。60年代末,大型散货船的载重量超过10万吨,最大的已达17万吨。从50年代后期起,建造了能兼装原油和干散货的兼用船,如油散船和油散矿船等。
船舶专业化
第二次世界大战以后,各种专用船发展很快。杂货船用途广泛,适应性强,在艘数上至今仍占首位。典型的杂货船都以低速柴油机为动力,载重量不超过2万吨,航速每小时15海里左右。中国设计的“风”字号和“阳”字号货船都是典型的杂货船。为了提高杂货船运输多种货物的能力,近年制造出多用途船,除载运普通件杂货外,还能载运集装箱、重货、冷藏货和散货等。
水路集装箱运输于50年代中期兴起,1957年出现第一艘集装箱船。这是件杂货运输形式的重大变革。这种运输形式在货物包装、装卸工艺、码头管理和水陆联运等方面都有所突破。采用集装箱运输,可以大大缩短船舶停港时间,节约人力,保证货运质量和实现“门到门”运输。20多年来集装箱船发展很快。1982年全世界已有全集装箱船718艘,1294万总吨,分别占世界商船总数的1%和总吨数的3%。这种船船型瘦削,航速高,货舱内有导轨,甲板上有缚固设备,一般不设装卸设备,而是依靠港口专用设备进行装卸。
第二次世界大战后得到发展的重要专用船还有:装运液化天然气和液化石油气的液化气船;船上设有跳板,能使牵引车、叉车载货自驶上下的滚装船(又称开上开下船);以驳船作为运输单元,不需要停靠码头进行装卸而能实现江海直达运输的载驳船等。
远洋客船自从被喷气客机取代后,客船的性质已发生变化。60年代以来,旅游事业兴起,出现了一批定期、定航线,甚至环球航行的旅游船,为旅游者提供旅游、疗养、文化娱乐、社会活动以至海洋天文教育等综合性的服务。与此同时,在重要的短程航线上,还出现了一种吨位较小、除载客外还能携带旅客自备汽车的汽车客船。
船舶高速化
自50年代起,航运界为了加快船舶周转,一度掀起船舶高速化的热潮。普通杂货船航速提高到每小时18海里,集装箱船航速在每小时20海里以上,美国建造的“SL-7”型高速集装箱船,以两台6万马力汽轮机为主机,最高航速达每小时33海里。但从石油危机以来,燃料费在运输成本中的比重直线上升。迫使营运中的高速船纷纷减速行驶,新造船舶的航速也出现下降趋势。但是非排水型的高速客船,如水翼船和气垫船已应用于短途客运航线上,并日益发展。
船舶自动化
60年代初期以来,各国航运企业为了减少船员人数、改善船员劳动条件和提高船舶营运的经济效益,逐步实现了轮机、导航和舣装三个方面的自动化。如60年代中期造出机舱定期无人值班的船舶,已得到各国船级社的承认。
船舶内燃机化
船舶内燃机化是指船舶普遍采用柴油机为主机。柴油机同蒸汽机比较,具有热效率高、油耗低、占地小等优点。自从1911年造出第一艘柴油机海船以来,采用柴油机为主机的货船和客船日益增多。但到第二次世界大战结束时止,世界商船队中蒸汽机船仍占多数。战后,低速大功率柴油机由于增压技术的进步,单机功率不断提高,最大已达5万马力。过去必须安装汽轮机的大型高速船也能应用柴油机。另一方面柴油机对燃用劣质油的适应性也不断改善,这样在经济上便具有优越性。对于机舱空间受限制的滚装船、集装箱船、汽车渡船等,则可以选用体积小、重量轻的中速柴油机,通过减速箱来驱动螺旋桨。油耗低、能燃用劣质油的不同功率的柴油机现在几乎占领了船用发动机的全部市场。因此,第二次世界大战后的运输船舶发展阶段被称为柴油机船时代。