舰船构造.doc

舰船构造 第一节：舰体结构要了解舰体的结构，必须要知道舰体在水中可能遭受到的一切外力，据此以计算舰体的强度(包括舰体的总强度及一个或一组构件的局部强度)，然后才能决定舰体各构件的尺寸，以及如何构造。舰体所遭受到的外力，可以分为两种，一种是作用在整个舰体上的外力，另一种是局部所受的外力。作用在整个舰体上的外力，使舰体产生下述现象：纵向弯曲 当舰船处在静水中静止时，作用在舰船上有重力和水压力，重力是由舰体本身重量、机械、燃料、武器、弹药及其他载荷的重量所组成的合力，其方向垂直向下通过舰船的重心；舰船浸水表面的各点上所受静水压力的总和，称为浮力，其方向与重力相反，作用在舰船浸水体积的几何中心。通常重力和浮力沿长度的分布是不一致的，如图10，我们看到在某一部分重力超过水压力，而另一部分则相反，相抵消的结果，剩余的力迫使舰体产生如图10和梁一样的弯曲变形。为了保证舰体的强度，应使载重合理地分布在长度上而且不应该在局部集中过重的载荷。当舰船处在波浪中时，则产生中拱和中垂现象。此时假设波长等于船长，因在这种情况下受力最严重，波高设为1/25船长(在小船上设为1/20船长)，并且假设舰船“放置在波浪中”，即当作静力问题来考虑而不计及惯性力。当做强度计算时所考虑的中拱现象是假设，波峰在舰体中部，波谷在两端，此时浮力集中于中部，致辞使舰体中部拱起两端下垂，发生弯曲变形。此时舰体上部受张力，下部受压力如图11-所示。为使舰船之载重情形发生可能最大的弯曲力矩起见，中部各舱室设为空舱，两端设为满舱。中垂现象与前恰相反，即波峰在两端，而波谷在中部，此时浮力集中于两端，致使两端翘起而中部下垂，发生弯曲变形，此时上部受力，下部受张力如图11-所示。上述受力情况，往往为连续交替地产生，因而对舰船结构影响最大。横向变形 舰船处夺静水中，由于重力及水压力经常作用，可能使舷板、甲板及底板在横向产生变形，如图12(1)及(2)所示。当舰船置于船坞中时，因失去浮力的支特，其本身的重量将使舰体引起如图12(4)之变形，舷部由于支架作用也可能向内凹进。由于摇摆的惯性力而产生的变形 舰船在波浪中摇摆时，甲板上载重及上层建筑等所产生的惯性力与作用在舰体上之水压力形成力偶，引起甲板构件与舷部之间的扭转，发生横向变形，如图12(3)所示。局部受力 舰体局部受的外力是由下列因素产生的：如射出炮弹及鱼雷时的反作用力；当舱室进水时隔墙上所受之水压力；当舰船运动时在部分外壳板上所受的动水压力及波浪冲击力；宛座及机座下的集中受力；由机器及螺旋桨作用而引起的振动；舵上的水压力等。舰船的各种受力情况，已如前述，因此作为一艘舰船而言，应该采取怎样的构造，才能适应海洋中各种不同情况而不致损坏，这就成为舰船建造学中讨论的主要问题。舰船外壳的各个部分布亦应与外力作用的影响相适应，以便在重量最轻的条件下，满足舰体的总强度及局部强度。由此看来，仅由钢板组成的水密围壳，是无法承受各种外力的，因此一个舰体应包括各其本组成部分：外壳板：舰体舷部，舭部及底部的水密外壳。甲板：由上面复盖舰体内部容积的水密围壳。双层底板：水密及油密的内部围壳。舰体构架：由纵、横向的钢材组成，为壳板形成了坚固的骨架。水密隔墙：是垂直的纵、横围壳，将舰体内部分为各种水密舱，并增加舰体的强度。除了上述舰体的其成组成部分之外，还有各种局部的增强结构。组成舰体各构件的名称及其所在位置可参看(图13)。现把一些主要的构件分述于后：龙骨 龙骨是能过舰体基本的由艏柱到艉柱的一个主要的纵向构件，其断面形状是简单型钢或组成型钢。当舰船在波浪中航行时，它要承受纵向弯曲时的力；当舰船搁浅或进坞修理时，它要担负舰体大部分的重量，并有保护底部的作用。小船上龙骨是由锻钢或锻铁制成，在大船上则由钢钣制成。龙骨的种类有下列几种：立龙骨：这是一种旧式龙骨，由木龙骨演化而来，位于船底中央，断面为长方形的一根钢梁(图14-)，其两端分别与艏柱及艉柱嵌接。为了提高强度，需增加龙骨的深度，但由于连接上的困难，长方形的钢梁又为多层钢钣所代替(图14-)。立龙骨的缺点是重量较大，暗加吃水及进坞和搁浅时不能稳定。但是，由于它突出船底，因此可起一部分防止船体摇摆的作用；同时构造成上也比较简单。现在这种龙骨只用在小艇、舢板及木船上。平龙骨：为了减轻重量，龙骨的式样和尺寸不断地改进，逐渐出现了现代舰船所常用的平龙骨。平龙骨是由舰底中央较壳板稍厚的钢钣(一层或二层)，即平龙骨板和垂直此平龙骨的钢钣即中央龙骨立板，以及复盖于中央龙骨立板之上的龙骨盖板三者所组成，形成了很坚固的工字形结构，如图15所示。槽龙骨：在大型军舰上，为保持足够强度以承受重大的纵向弯曲及在坞中的受力，增加了龙骨立板而形成槽龙骨。槽龙骨是由两个约二公尺高，18-20公厘厚之龙骨立板所组成，它们穿出内底约0.8-1.0公尺，下面与底部平龙骨板相连，上面盖有盖板，如图16所示。槽龙骨前后延伸形成了长方体形的水槽，可装淡水及锅炉用水，中间还可以通管路。在艏、艉两端，由于较狭，仍改成平龙骨。槽龙骨受力较大，但重量也大，且凸出于内底，在构造和使用上都增加了许多麻烦，后来改变成地道式龙骨，如图17所示，构造与槽龙骨相同，但不凸出于内底。翅龙骨：现在一般舰船均装有翅龙骨。它与上述龙骨用途完全不同，是用来作为防止舰船摇摆的装置，位于舰体两侧舭部，其长度约为舰长的一半，如图18所示。壳板 外壳板(简称壳板)是沿底部与舷部将内部容积与水分离，并作为纵向、横向及局部强度中坚强连接的水密围壳。壳板使舰船能浮于水面而不沉，并给出舰体外形；在舰船服务的过程中，外壳板承受着水压力，在静水中及波浪中的纵向弯曲及横向压缩，并将所受的力向构架传布，所以在壳板上经常承受着各种不同方向的张力和压力。壳板是由钢钣组成的，为着减少接缝及避免强度的损失，应选择大块的钢钣。在铆接的舰船上，壳板是沿着纵向排列的，如图19-所示因为这样排列可以承受较大的弯曲力矩，而这对于舰船的总强度是很重要的。在焊接的船上则多为横向排列，如图19-所示，但也有用纵向排列的，横向排列的优点是便于分段建造。钢钣长边相接的叫接缝，短边相接叫接端，在纵向排列的壳板中，短边连接成的一串钢钣叫做列板，列板由于所在位置不同，又可分为平龙骨列板、龙骨护板、底部列板、舭部列板、破冰列板、舷缘列板等，如图20。各列板之受力不同，故其厚度均随其位置不同而有变更。一般来说，平龙骨板、舭部列板、破冰列板及舷缘列板均应较厚，下部者又较上部为厚，厚度之增加及减少均是逐渐的用铆钉连接壳板时，接端要比接缝多加一行铆钉，且相邻钢板的接端决不能在同一直线上，至少要互相错开二个肋骨间距；同时应尽量避免在同一肋骨间距内有很多钢板的接端，以免造成弱点集中的缺点。内外搭接法：将一块钢板直接贴在肋骨上，这块钢板称为内搭板，然后在上面搭以另一块垫板上，垫板与肋骨同宽，如图21(2)所示，这种方法应用较广，缺点为表面不平坦，而且由于需要垫板，增加了重量。鱼鳞搭接法：钢板排列好像鱼鳞一样，一块搭住一块，钢板与肋骨之间填以楔形垫板，如图21(1)，这种方法在以前应用很广，现在仅用在舢板上。挤合壳板法：这是最普通使用的方法，每块钢板都与肋骨紧接，接缝处用机器压成卷边，如图21(4)所示。可以把每块钢板的一边做成卷边，也可以把一块钢板的两边都做成卷边，这样只要半数的钢板卷边就够了。后一种方法较为经济，但为修船时造成不便。挤合肋骨法：与挤合壳板法正相反，它是将肋骨压弯以代替垫板而与壳板直接接合，如图21(3)所示，这种方法做起来比较不容易。平坦连接法：无论接缝、接端都用对接，附加一狭长搭板安置在舰壳内部，延伸至整个船长，在内搭板间隔内钢板与肋骨之间仍须加垫板，如图21(5)所示，这种连接法很美观，有较好的外形，内搭板并能增加纵向强度，但使舰体重量增加很多，是其缺点。双层板在军舰上应用在龙骨线上，锚链孔及推进轴出口处。壳板上的孔口，例如循环唧筒接管口也要用补加双层板加强。军舰上壳板接缝的构造与商船不同。在商船上接缝通过纵向构件之间，交缝避免在纵向构件上，因为这样很难达到水密，在不得不在纵向构件上相交时，采用交错咬紧的方法(如图22)。在军舰构造中，接缝故意放在龙筋或龙骨立板的下面，由此而形成双层的壳板并不是多余的、浪费的材料，而是与纵向构件的一边连在一起更加加固了它的强度。这种构造方法在苏联广泛采用而在其他国家尚末见采用过。图23-表示大型驱击舰壳板接缝的构造，这种构造在制造时较复杂，但是增加龙筋的强度。在战列舰上壳板接缝故意设在纵向构件之下(图23-)，这种构造加强了龙筋，增加了舰体总强度，同时增加壳板在水压力作用下的坚固性。电焊连接时，壳板的钢板可直接焊在构件上(如图24)。军舰壳板的一般构造，如图25所示。甲板 甲板是由上部限制船体内部容积或分隔内部容积为上下几层的钢板和构架的总和。甲板的钢板是指不带构架的钢板组合。甲板保证了舰船的水密及不沉性，它是舰体主要组成部分之一。在强度上承受纵向弯曲及横向压缩，支持其上的载荷、武器及其他装置等，在有装甲的军舰上，甲板还作为支持舷装甲之用，装甲甲板保护舰内重要部分，抵御炮弹及炸弹片之攻击。甲板的名称由其所在位置而定，舰体最上层自艏至艉的连续的甲板，称为上甲板，上甲板之上有局部甲板：在船首者，称为前甲板(在商船上称为艉楼甲板)；在船尾者称为后甲板(在商船上称为艉楼甲板)；在中间者称为上层舰桥甲板，上甲板以上的一切局部甲板，可以统称为上层建筑甲板。上甲板以下的一层称为中甲板或第二甲板，再下一层为下甲板或第三层甲板。上甲板以下不能通达全舰的甲板，称为平台，居住甲板也不通达全长，再下面就是内底了，如图26所示。甲板钢板是按纵向排列的，在焊接时为横向排列，和壳板的布置规则相同，如图27所示。甲板钢板的连接，通常采用搭接和对接的方法，如图28。与舷部连接的一列甲板钢板，称为舷缘甲板，看图27。它在舰体总纵向强度中占着重要的地位，较其他钢板为厚，而且不得开口。舷缘甲板与舷板用一圈围密角钢连接，称为舷缘角钢，可以防止甲板漏水。甲板上如有管路及桅杆等通过，则在甲板开口处周围必须增添一层钢板，以补偿该处因开孔而损失的强度。但在开口很大，甚至需要切断横梁时，就需要特殊的结构了。被切断的横梁称为半梁，在较大舱口周围要另上相当高的垂直板称为舱口围栏板，把所有的半梁与围栏板连接，再由围栏板将受力传至加强横梁上，围栏板与甲板钢板也用角钢连接起来。此外，在舱口四周的甲板上必须加双层板以补偿该处之强度(图29)。甲板不但要有足够的强度，还要有很好的水密性。上甲板只要将所有钢板之接缝，接端处俭缝即可。上甲板以下的甲板，因为有肋骨穿过，必须开孔，在焊接的船上是以小块钢板将缺口焊补，在铆接的船上，则在缺口四周围以围密角钢来取得水密(图30)。由于甲板钢板表面较滑，尤其在下雨、下雪时更甚，而且钢板也容易导音导热，为了这些原因，一般舰船常在上甲板上装木甲板，上甲板以下的甲板则多用油地毡复盖。木甲板和油地毡最大的缺点是容易着火，所以为了避免作战时发生火灾，木甲板及油地毡在作战前最好拆除。木甲板的结构如图31。在铺木甲板之前，甲板上必须先涂上防锈漆，以免生锈，木甲板之接缝、接端，必须充填麻丝、油灰等填料，以保持水密。舰体构架系统 舰体是由各平面结构-甲板、壳板、隔墙、内底及固定在训平面下的构架所组成。而舰体构架是由相互垂直并互相支持的纵横件所组成，是用来构成舰体轮廓；建立平面结构的坚固性及保证舰体总强度。由纵向弯曲及横向压缩而产生的总的力及由局部水压力，龙骨枕木的压力(在船坞中时)，发炮时反作用力及载重所产生的局部的力都作用到舰体构架上。所有的力及力矩都要引起压缩、伸张及弯曲的变形。结构力学根据受力情况将各排梁中的构件区分为主向梁及交叉梁；前者是相互平行的，为数较多的，在交点上是连续通过的梁；而后者与前者垂直，为数较少，在交点上是被切断的或不被切断而从主向梁之上通过的梁。根据梁的布置方向区分舰体构架不同的构架系统。如果主向梁在舰船的横方向，则称为横式构架系统；如果沿着纵向，则称为纵式构架系统；如果在两个方向都有，则称为混合式或纵横式构架系统。主向梁是主要构件，在构造上它有这些特点：1、是连续的，与其相交而在另一方向通过的是间断的，如图32龙骨立板是主要构件；2、用连续的连接零件将它与壳板固定接合，如图32肋板是主要构件；3、相互之间的距离较密集，如图33，表示底部构架，一为纵式另一为横式。纵式构架系统中主要构件-纵肋骨与龙骨立板，将底部所承受的压力传至横隔墙上；横式构架系统中主要构件-肋骨，将底部所承受的压力传至舷部及纵隔墙；混合式构架的压力传至隔墙及舷部，其分配由构件的强度决定。图34表示不同系统的底部构架，可以作为分析构架系统的典型例子。图(1)表示横式系统，底部肋骨连续地横过舰体，构架格子沿着横向，这种系统中通常没有内底。图(2)表示纵式系统，构架格子沿着纵向，这种系统通常都有内底。混合式系统有两种情形：一种是底部构架由纵横交叉的构伯所组成(图34之3、4)；另一种在肋骨面上是不一致的，例如在甲板及底部是纵式，而在舷部则是横式的(图34之5)，因为纵向构件如布置在载重水线附近对承受纵向弯曲无益。横式构架系统 横式构架的基本部分就是肋骨及横梁，它们承受着作用在舰体上的横向作用力。为了联接横向构件并保证纵向强度，在底部、舷部及甲板部尚有龙骨立板、龙筋及加强纵梁等纵向构件。芘分别叙述如下：肋骨 由各种型钢做成(，工，L)与壳板铆接或者焊接，是舰体横方向的重要结构，和人体之肋骨相似，一档一档地，自艏至艉地排列在舰船的横剖面上，在单层底的船上，它是以中央龙骨立板开始，沿壳板一直上升至上甲板为止；在双层底的船上则从舭部内底板的缘板开始，沿底板直达上甲板。肋骨上端用三角托板与横梁相连，在穿过下甲板时亦如此；其下端则用翼板与内底板的缘板相连，或用角钢与龙骨立板相连。肋骨的主要作用在于承受横向压力，并将受力传于横梁及横隔墙，同时肋骨的形状也决定整个舰体外形。肋骨间距一般在0.9-1.2公尺之间，视船只大小而定。在艏艉处肋骨间距要小些，在受力较大区域如机舱处也要小些。当舰体强度需要时，每隔若干档可以加一档加强肋骨。加强的方式有三种(图35)：1、反肋骨 这是加强肋骨最普通的方法，用两条相同之肋骨正反相连，即达到加强的目的。2、加强肋骨 加长型钢一边的长度，也可达到增强的目的，此种肋骨，多用在机舱部分。3、钢钣肋骨 这种肋骨不用型钢而用钢钣及角钢组成。肋板 底部肋骨较舷部的承受更大的水压力，所以当增加舰体尺寸特别是增加吃水时应该加强底部，为此采用了肋板，肋板为在各肋骨面上底部的垂直钢钣，实际上它是肋骨在底部的变形，肋板为连续的，其构造为正反肋骨角钢由舭部分开，一支角钢沿肋板上缘至中央龙骨立板，一支角钢沿其下缘与底板固定，通至中央龙骨立板。为固定起见，在肋板上面纵向地安置着角钢。在较小的船上，则无需肋板而全由肋骨代替。横梁 横梁是构成舰体横向强度的重要部分之一，甲板钢钣即固定于其上。它支持甲板上的载荷；两端用三角托板与两舷肋骨连接，承受在外力作用下舰壳的压缩与伸张(图36)。横梁多由槽形钢及角钢做成，也有用T形钢及球形钢的(图37)。在上甲板下的横梁通常拱起(约为宽度的1/50)，称为梁拱，便于甲板排水(图38)。在舱中两端，机舱及锅炉舱处，横梁需要加强。在甲板上有集中载荷时，横梁往往因过度载荷而产生变形，此时需要支柱支持。在军舰中大量水密隔墙的存在，免除了安装过多支柱的必要性，仅在甲板上炮塔下面、机械下面(如起锚机、起重机等)，及其他重物下面，仍须安装支柱。支柱由管形钢或组成型钢做成(图39)。如各层甲板间均有支柱，则这些支柱应在同一垂直线上，支柱上端应固定在纵横梁之交点，下端应固定在龙骨立板与肋板的交点(图40)。在横式构架系统的舰船中，除了有横向构件承受横向的水压力外，尚须有各种纵构件来承受横向的水压力。现把横式构架系统中的纵构件分述如下：加强纵梁 加强团结纵梁是横式结构中的纵向构件，作为连接和支持各横梁。大纵梁多由钢钣作成，其下缘以角钢固定附着于甲板或不附着于甲板。如图41所示。龙筋 龙筋是在两舷的纵向构件，它有加强两舷强度，支持肋骨抵抗水压力的作用，并将压力传至隔墙，特别是在舰首、尾最为重要。其数目及位置视舰船之深度与强度的需要而定，有些舰上没有整条龙筋，仅在艏艉两舷各安装一段，以抵抗航行时的水压力和波浪冲击力。龙筋的构造通常是一条水平安置的钢钣，与肋骨相遇时开孔让肋骨穿过，在肋骨间用一段角钢与舷板连接，在龙筋钢钣上沿肋骨内缘再加上一条连续不断的角钢，如图42所示。遇横隔墙时龙筋间断，并且用水平安置的托板与隔墙连接；也有另一种龙筋用型钢做成，它不附着舷板，而是固定在肋骨内缘，如果穿过横隔墙，必须用围密角钢保持水密。龙骨立板及内龙骨 龙骨立板是由垂直于船底的钢钣连接而成，由舰首延至舰尾，与肋板垂直相交并固定，成为纵向强度的重要构件。根据它们的位置又可分为中央龙骨立板与边龙骨立板二种。中央龙骨立板垂直于平龙骨板，并与平龙骨板，龙骨顶盖板三者组成平龙骨。它需要较大的强度。通常不为肋板所间断，在相当短而宽的船上，也有采用被肋板间断的中央龙骨立板。中央龙骨立板一般止于内底，在有些船上为了加强纵向强度，也有高出内底的(图43)。边龙骨立板对称地安装于中央龙骨立板两侧，其数量视强度需要而定。在横式结构中总是被肋板间断的，固定在肋板之间。板上开有流通孔、气孔和人孔，龙骨立板的数目至端部应减少，停止龙骨立板应当在隔墙处或与其他构件连接处。在某些单层底的船上，肋板是完全连续的，有时就不需要龙骨立板而改用内龙骨。内龙骨就是不直接附着于壳板而是安装在肋板上面的纵向构件，由型钢或钢钣组成，同样代替了龙骨立板的作用，在两边的内龙骨也称为边内龙骨，如图32所示。在内河船上横式构架系统得到广泛采用，因为在内河里没有巨大的波浪，故纵向弯曲可不必考虑，在军舰中，内河炮舰及较小的船艇也用横式构架；在大型舰上只用在端部(图44)。 纵式构架系统 横式构架系统用在河船上是非常合适的，后来也曾应用到海洋船只上，但由于纵向强度不足，严格地限制了舰船长度的增加，直到1855年才解决了巨型船只建造的问题。1858年建造了“大东方号”(图45)利用了纯纵式构架，完全不用横肋骨，构架全由纵肋骨组成。该船尺寸为：排水量25000吨，长度207公尺，宽度21公尺，舷高18.3公尺，吃水7.8公尺，底部纵肋骨间之距离为0.75公尺；沿舷部之间的距离为1.50公尺。该船的另一特点为所用的壳板厚度均相同，构件的尺寸也一律相同。双层底延伸到舷部直抵下甲板，形成了双层舷，上甲板也是双层的，船体重量占排水量的32。由于建造上的困难以及横向强度的缺陷，使得这种纯纵式构架没有再继续采用。现在纵式构架只用在舰体一部分的结构上，而不是用在整个舰体的结构上。纵式构架系统中也有与横式构架系统中同名称的构件，但其主要构件是连续的纵肋骨及纵梁。除了作为抵抗舰艇在波浪中的纵向弯曲的坚强连接外，纵肋骨还承受着与其连接的壳板部分上的水压力，而且将此力传布至横隔墙上。在舰队的底部沿纵向并垂直于壳板，分布着连续的龙骨立板，如不计中央龙骨立板，每边龙骨立板的数目大概如下：驱击舰：3；巡洋舰：4至5；战列舰：5至9。图46表示龙骨立板的构造。纵梁的作用与横梁相似，为支持甲板上的载重，形成坚固构架，以便安置甲板，而且承受纵向压缩与伸张。 图47说明巡洋舰“爱姆登号”的构造，它就是按照纵式构架造成的。这种构架的特点在于肋骨安装的稀些(间距1.5-2.0公尺)。在边龙骨立板之间，沿壳板及内底分布着连续的纵肋骨，龙骨立板有时高于内底板，它构成一种用角钢和搭板镶成的内龙骨。边龙骨立板中间部分用一块在水密肋板处间断的角钢固定其高。混合式构架系统 混合式构架适用于各种不同舰船，它具有各种不同形式，并结合了纵式及横式的优点。所谓混合式系统有两种意义：1、甲板部底部为纵式构架，水线附近为横式构架(图34-5)，底部也可能是一些连续的龙骨立板与另一外些间断的龙骨立板所组成，如此则称为底部混合式(图34-3)；2、一般地在舰体中部具有纵式系统，而在端部的构架则为横式(图34-4)。混合式系统可以非常接近于横式或纵式。大多数现代舰艇则为近似于纵式的混合式系统，而且多采用双层舷板，里面的一层就称为内舷，外面的一层称为外舷。内外舷之间即为舷部的混合式构架。下面介绍一个为混合式结构的轻巡洋舰船中横剖面(图48)，中央龙骨立板两边各为四个连续的边龙骨立板，均为高一公尺，厚5-8公厘的钢钣和上下缘各一角钢组成。边龙骨立板之间则安放肋板，图中所示的肋板为间断的，其上下缘各用角钢与内底及外底固定，一边以角钢与边龙骨立板联接，另一边则卷起凸缘以加固。肋板与边龙骨立板共同形成双层底的基础，保证底部的纵横强度。混合式结构的肋板具有各种样式，归纳起来可分做三种(图49)：开框肋板：这种肋板强度较弱，只用在受力较小的舱内。它不是完整的一块，而是由几段分离的钢钣，上下边缘用角钢连在内底板和外底板上。加强肋板：这种肋板强度较大，用在受力较大的舱内，如机舱、锅炉舱及炮塔下；或在采用开框肋板的舱室中每隔几档加一档加强肋板。它是由连续的钢钣做成，钣上开有圆形的进入孔，以便检查时往来之用，同时也有减轻重量的作用，所以又称减轻孔。板上还常开有流水孔，以便于舱底及油的流通；有气孔，便于空气流通。水密肋板：这种肋板安装于水密隔墙下，由整块钢钣做成，不开任何洞孔，其四周用水密角钢与内外底板连接，并且需要敛缝以保持水密和油密。舷部边龙骨立板总是做成水密的，时底部一部分龙骨立板也做成水密的；中央龙骨立板下部开有洞孔，用以流通积水，以免汇集一舷。构架在端部由于受外形限制，必须加以改变。在混合式及纵式构架的舰船上两端都用横式构架，肋板只能是三角形的形状，边龙骨立板则只通到以双层底长度为界的地方，图50及图51分别表示在艏部及艉部的构架形式。现代军舰的构造按长度方向中部为纵式构架系统，端部为横式构架系统。这样构造的好处在于由于弯曲力矩在中部最大，而在端部最小，因此纵式构架在端部就不必要；而艏艉吃水与中部吃水没有大的差别，因此横向压力在艏艉部是主要的。按船体横部面来说，底部及甲板部近于纵式，在水线区域安置横式结构的肋骨。内底 在外底板与内底板之间，以肋板及边龙骨立板分成若干间隔，即为舰船之双层底(图52)，其长度约为舰长的四分之三，高约一公尺。双层底用以保证舰船在外底遭受损坏时(触礁或搁浅时)的不沉性，其隔间内可以储油并储藏锅炉用水以及压舱水，可以增加舰船的稳性。此外，双层底还可以保证舰体的纵、横强度及局部强度。内底板之排列与连接如同壳板。在横式结构系统中一般没有内底的构造。内底是用在纵式构架系统及混合式构架系统中，在混合式中端为横式构架，也无内底。内底在驱逐舰及一部分轻巡洋舰上横方向只扩展到舭部，至舭部时即弯转垂直于舭板以角钢连接，这一部分又叫做缘板。在战列舰及较大的巡洋舰上内底则可延伸至下装甲甲板，如图48所示，在舭部以上的这一部分内底又称为内舷。在内底板上，开有适当数目的圆孔或椭圆孔，作为双层底的出入口，即所谓人孔，直径约为500公厘，在孔的周围用围密角钢(或围板)围着，用水密盖盖紧，如图53所示。人孔应经常关好，仅在检查双层底时才打开。水密隔墙 当舰船舷部或底部发生鱼、水雷或炸弹爆炸的情况时，双层底可能被击穿，大量海水进入内部，引起舰船浮力的丧失而趋于沉没，为了保证舰船的不沉性，应以主横水密隔墙将船内部分为一系列的独立舱室；沿两舷则布若干纵水密隔墙，图54表示某战列舰上主隔墙的分布情况。隔墙按方向区分为横隔墙及纵隔墙；按用途分为主隔墙及次要的普通隔墙。水密隔墙的数量决定于舰艇的长度。主要横隔墙的数目，一般是10-25个；在舰中部隔墙距离不超过10-15分尺，在端部一般为8-9公尺。主横隔墙应从一舷布置到另一舷，但不应把纵结构(如双层底、甲板及纵隔墙等)切断，必须装于纵结构之间。把横隔墙相互连接起来的就是纵隔墙、甲板及平台。在艏艉部的横隔墙应自底部一直到上甲板或装甲甲板，而在中部一般只到中甲板，这样可以避免水沿甲板任意扩展的可能性，因而也就避免了舰船吃水的巨大改变与发生倾差。纵隔墙离舷约为4-5公尺，其长度不少于舰长的75，高度应自底部至下甲板或下装甲甲板(有时也可到中甲板)，构成舷舱。主纵横水密隔墙与甲板或平台包围的空间是舰艇不沉性的保证。主横隔墙的分布是根据动力装置及炮塔装置而决定的，但主要应自鱼、水雷或炸弹对舷部的破坏情况来考虑，运用舰船原理的法则确定隔墙的位置。主横隔墙保证舰艇横向强度，抵抗扭转变形，及支持垂直向受力，代替了支柱的作用，此外，还能防止火灾及毒气的蔓延。主横隔墙之间的舱室过大时，可以用纵横隔墙再加以区分，在保证不沉性上以及在舱室的合理使用上都有很大的作用。主隔墙的构造应该是：1、确实保持水密。2、不仅能承受住水的静压力，而且也要同时承受住水的动压力。根据水密性及强度的要求，隔墙由钢钣、支条及围密角钢或板带组成，如图55所示。钢钣通常以其长边水平安放，组成列板，随着高度而逐渐减薄，最下部列板厚达10公厘，上部则只有3-4公厘，这是由于下部承受较大水压力而且容易腐触之故，列板的接缝和壳板一样。按强度要求，支条为垂直安放，仅在艏部狭窄区域才作合理的水平放置。支条的选择及其间之距离通过强度计算来决定，应当以最小的重量取得充足的强度。负荷较小时，采用角钢，随着负荷增加而采用T形钢、槽形钢、或组成型钢，图56表示各种军舰支条的数目及形状。在较大隔墙上，也有安放垂直支条的另一面，安放一水平支条，这样能适当地减轻构架的重量。隔墙与壳板、甲板及内底接合处，如为铆接，应以围密角钢围住以取得水密；如为焊接，则以板带替，不能把隔墙直接焊在壳板上，因为这样会引起烧穿、裂口及扭曲等不良影响。焊接隔墙较铆接隔墙要优越得多，重量较轻且更为坚固，例如同样尺寸的两种隔墙：焊接隔墙重292公斤能承受17公尺水柱高的压力；铆接隔墙重347公斤仅能承受10公尺高水柱的压力。多次试验证明焊接隔墙较轻15，同时强度加大70。在隔墙受到过大震动时(如鱼、水雷爆炸)铆钉易被震落，焊接则无此庇病。在下甲板以下为着不沉性，不准在隔墙上开有任何门孔，在管路及推进轴通过时必须取得水密。舱室间的交通，经由水密舱道(图57)，即在一内壁上装有扶手梯的由钢钣及角钢组成的垂直井道。舱道出口处在中甲板上，出口四周应围起不高的围板，当封闭时以舱口盖水密地扣紧。在中甲板以上隔墙上可开水密门(图58)，水密门应充分坚固，在水压力作用下不应变形。它是用由四缘向内弯折的钢钣做成，于其周围围以橡皮框，门之铰链铆(或焊)于隔墙上。隔墙上的门孔用角钢围绕，利用门上的转柄将橡皮框紧压在门孔角钢上，即可水密封闭。门上转柄两面都有，在隔墙任何一面都可开闭。由水密舱道至舱室亦须通过水密门，构造均相同，水密门、水密舱道及舱口限制进入舱内之水任意扩展，保证了舰艇不沉性；但水密舱道在平时为舰内交通造成了不方便。艏柱及艉柱 艏柱及艉柱从名称上就可以知道分别位于舰首与舰尾的端部，其下端各与龙骨紧接，是作为结束舰船端部构架的极坚固的结构。艏柱及艉柱的外形及构造决定于舰船大小及其用途，并决定于舰首及舰尾的形状。舰首的形状如图59所示，常见者为直线式及上甲板向外扩张的直线式，还有直线倾斜式。直线倾斜式下端的凸出部分可作为系破雷作用。图60表示驱逐舰艏柱的构造，由三部分组成：顶部由钢钣做成，中部锻制，下部铸制。图61表示巡洋舰的艏柱构造及各部分不同的剖面，壳板嵌入艏柱两侧的槽内；上部宽度渐放大，也有不放宽者，即上下剖面形状相差很小；内部有支持甲板的突边。艏柱在底部形成凹槽，壳板仍嵌入外侧，肋骨、肋板及龙骨立板即嵌入内部凹槽内。艏柱在较大军舰上多为锻制，在较小军舰上，上部为锻制，下部为铸制，然后两者嵌接起来。舰船在服务过程中艏部受到波浪的冲打，浮冰或其他浮体的撞击，靠岸时的碰撞等，故艏柱须有保证舰船强度的作用。舰船艉部形状也有很多种，表示在图62中。军舰尾部形状决定于舵装置防护设备的合理布置及舵的形状。艉柱受上述因素影响外，也随推进器数目而有不同。图63表示单推进器的艉柱，前柱上有孔，为推进器轴出口处，故又称推进器柱；后柱为舵柱，上有舵钮，为装舵之用，最下钮为舵承钮，承受舵的大部分重量，两柱之间的空间为推进器工作之处，艉柱底部与龙骨后端接合，上部则伸入舰体内部固定于加强肋板或小梁上。图64表示双推进器的艉柱，形状稍有不同，由于推进器位于两侧，故在艉柱稍前处尚有推进器托架(或称人字架)。第二节：舰体连接及舰用材料把舰体各部分连成一个整体是用铆钉连接和电焊熔接的方法。铆钉的应用已有很久的历史，而电焊则是一种近代新兴的技术。电焊在造船工业上的应用使造船厂的设备、造舰的法则与程序产生了很大的变革，同时给舰体结构的合理化建造带来了远大的发展前途，目前铆钉与电焊在造船工业中还同时使用着，但铆钉使用的范围正在逐渐减少中。铆钉 铆钉可用钢、铜、黄铜、铝或其他金属制成，它的构成部分有圆柱形的杆和一端上的头，这个头就叫做预制头。当连接时就将铆钉的杆插入要接的构件孔中，然后在铆钉伸出的尾端制成另一个头，这个头叫做铆成头。铆钉的铆成头制成小骤如下(图65)：先将铆钉插入孔中，把预制头5用托垫1支住，再把铆型3放在铆钉杆2伸出的那一端上以锤子冲击或以铆压机加压于铆型上而制成铆成头4，制造铆成头的过程叫做铆合。铆钉的种类依照铆钉头的形状大致可分下列常见的四种，如图66所示。埋头铆钉在施铆后，其头部埋于钢钣中，不突出于外部，因此外壳板上均用此种铆钉，同时埋头铆钉比较紧密，易于敛缝，故凡须水密及油密处如甲板、内底板、隔墙等处亦均采用。军舰上大都采用半埋头铆钉及平头铆钉，而圆头铆钉仅用在炮座上。铆钉连接最普遍而且应用最广者为搭接，如图67所示。搭接普通用于需水密的钢钣。单搭板对接实等于二个搭接；双搭板对接两面对称，故于受张力后，接合处不易发生变形，强度甚大，唯不易施铆。铆钉之排列有平行式及错综式两种，行数自一行至四行不等，图68为二行铆钉之平行式与错综式连接。铆合方法分为两种：一各是热铆，在制造铆成头之前先将铆钉加热至必要的温度；另一种是冷铆，制造铆成头并不将铆钉加热。铆钉直径在4公厘以下者可以用冷铆，唯超过4公厘则必须热铆。铆合时有用水压力铆者(水压机)，也有用压缩空气铆者，也有用手铆者。用水压力及压缩空气在大量生产时，不但其速度远较手铆为快，而且成本也较谦。施铆时必须注意三点：1、二个相铆的构件，厚度相差不宜太大，如有薄板连接铸件则用螺纹铆钉，钉头加一方块，以便于旋紧螺纹铆钉，旋紧之后，把方块切去，如图69。2、钢钣上的铆钉孔，必须很好对准；否则接合既不能紧密，钉也容易折断。3、铆钉孔不能太大，必须使铆钉铆完时，完全塞满钉孔，使需要连接的钢钣紧紧贴合，否则将影响连接的强度及水密性。4、铆完后，一定要经过敛缝。敛缝的方法是把钣的边缘制成大约为75的斜边，沿着钣边1/3高度处用锤击成半圆形的槽(图70)，这样钣边的下部就紧贴在钣上了。电焊 造船上所应用的电焊，差不多都是指电弧焊，以下所称者都指电弧焊而言。这种焊接的方法是在焊接的地方产生电弧，借电弧的力量来熔化焊接物与焊条，使接合处连接起来。在焊条及焊接物两者接电源的两极后，先将焊条触到焊接物上，并迅速稍为提起，焊条与焊接物之间的空气发生电解，因而电流通过，产生电弧。电弧之温度约3000左右，足以使焊条及焊接零件的接合处熔化。焊条熔化之后，滴注于焊接零件缝口，可将二焊接物合而为一，在焊接的地方形成各种形式的焊缝，如图71所示。依自动化程度的高低，电弧焊接可分为自动化、半自动化和手工三种。除了电焊之外，也广泛地应用气焊，焊条在气体火焰中熔化，也能得到很好的焊缝。电焊连接在经济上和技术上都有很大优点：利用焊接方法无需使用任何额外的加工手续：也不需要预先作任何复杂的准备工作；它可以节省舰船的排水量而增加了舰船的载荷能力；在建造舰船过程中，可以分段焊接，大量地缩短了建造时间。在最近数十年来，由于对焊接的深入而全面的研究以及在工作方法上的改良，使得焊接缝的质量得到改进，可靠性大为提高。在需要水密或油密的地方使用电焊，可以保证接缝水密性或油密性，不若铆钉接缝需要经过敛缝等麻烦手续，有时还不能保证水密或油密。同时壳板使用电焊接缝，可以使外表平坦美观、减少阻力。焊缝隙的强度依焊工的熟练程度而不同，如果是有经验的焊工，其强度和正常钢钣比较起来无大差别。而在铆钉连接中，由于铆钉孔的存在，单排搭接中的强度只能达到原件的60-70，就是说要削弱40-33的强度。提高强度系数只有增加铆钉数，而这样又同时增加了重量和大量的加工手续。在焊接时由于电弧放出的热量很高，当冷却后会引起熔接金属的收缩，这样会降低焊缝的强度，如果材料的刃性不够甚至会引起焊缝的毁坏，这种缺点可以对焊缝加以回火来避免。型钢的组合 舰体的构件均为各种型钢组合成，下面是一些铆接及焊接的典型例子，从这里可以知道如何运用铆钉及电焊来连接舰体构件。1、在同一方向的钢钣铆接与焊接(图68及图71的、)。2、在各种角度下的钢钣铆接与焊接(图72及图71、)。3、组合型钢(图73)。4、在同一方向的角钢连接(图74)。5、非水密及水密连接(图75)。钢 钢是建造舰艇的主要材料。它具有很大的强度及韧性，分为炭素钢及合金钢两种。炭素钢按其化学成分分为七种(0号钢-6号钢)，包括炭、锰、矽、磷、硫等元素，其中硫、磷、矽为有害元素，硫不应超出0.0055，它使钢的硬度增加，在温度达600时，造成脆性。磷不应超出0.05，它使钢的刃性减低并造成钢的冷脆性。矽在0.6以下是有利的，但当超过此百分率就会使钢软弱。炭的含量约为0.07-0.50，锰为0.35-0.8。6号钢含炭、锰的分量最多。在制造军舰选择钢材时要试验其机械性质以决定其强度，即要试验其开始不能恢复其弹性时的强度及极限强度，也要试验其伸长的百分率和加热、冷却、电焊后的弯曲程度。内河船只一般采用2号钢或3号钢；沿海船只用3号钢；4号钢用在军舰上及海洋船上；5号钢用于军舰重要部分。为了适应特殊需要，将某些元素加入炭素钢中，以提高钢的机械性质，就成为各种合金钢。造船上应用较广的合金钢有：1、锰钢：含有1.30-1.65锰，电焊性能好。2、铜钢：含有0.20-0.50铜，能减低锈化。3、铬镍钢：作钢甲及不锈零件用。4、矽铬锰钢：广泛用在铆钉上。5、抗磁性钢：含1.9-2.1镍及4以下的铬，用于靠近罗盘针的舰本部分。钢用于建造舰艇时是经过了压延、割切、冲孔、弯曲等加工手续而成一定尺寸的钢钣及型钢。压延成的钢钣及型钢的形状和尺寸每一个国家都有详细的规定。形钢即为具有不同剖面形状的钢材，用在舰体上给以不同名称即为组成舰体构架的不同构件，通常用者有如图76中所表示的各种形状。角钢多用作舷部及甲板的构架；工字钢、槽形钢及乙字形钢也用在舷部。铁及非铁金属 铁有铸铁及锻铁之分，即普通所说的生铁和熟铁，前者含炭量较多，性脆、耐磨，不能锻制，不易焊接，多用作锚链之环柱，导索器及系栏柱等；后者含炭量较少，延展性很好，可锻可焊，冷热均易加工，防腐性亦比铸铁好，多用作舰艇附属物，如吊杆、链条等。非铁金属用在造船上的有铜及铝。舰上系统的管路及各种阀门多为铜制；红铜用在管路上，青铜(铜锡合金)及黄铜(铜锰合金)用在各种机械零件及阀门上。铝合金的特点为重量轻而且抗腐性好，是代替木料作傢具及其他属具的最好材料，因为不像木材容易着火。在小型舰艇(如鱼雷快艇)上，铝合金则作为舰体主要材料。在大型舰艇上已有局部采用铝合金材料，其发展趋势在舰体构造上很可能得到更广泛的应用。非金属材料 木材用作甲板铺板及制作傢具，因为容易着火及吸收毒气，现在已很少采用，也有将木料先浸以不易着火的混合液而后使用的。油漆在舰艇上也是很重要的材料，它不只是用来增加美观，更重要的是涂在水下部分防止腐蚀及藻类、虫类的附着；涂在舰潮湿部分防止腐锈。石棉及其他绝热材料用来包扎管路及装于隔墙及舷板上，作绝缘用。油漆帆布及油地毡用来盖复甲板或机械装置及武器。其他如舰体内低湿地带或层双底间尚须充填水泥以隔绝舱间并防止生锈。此外各种绳索也是必须品。第三节：舰船建造概要及水密试验造船的第一步骤是进行设计。按照最后确定的设计，造船厂就着手进行制造及装配的工作。这是一件需要高度技术的复杂工程，它分为舰体结构和动力机械装置两大部门。在制造过程中尚须进行多种的钢材机械加工以及电工、木工的多方面的配合，而在舱室配置及管系分布方面则需要很高的艺术，才能做到经济合理并适合战斗的要求。现将建造舰船的主要过程概述如下：设计 设计分为两个部门，即舰体设计和动力装置设计。首先根据该舰所要求的战斗要素：炮的数量、口径、鱼雷数量、装甲、速度、航行区域、续航力及排水量等对该舰的主要尺寸和马力进行初步估计，决定动力装置的规格和位置，并先行设计一张总图，在该图中详示舰的侧面各层甲板平面，隔墙分布，上层建筑平面以及所有设备的位置，然后进行线型图的设计。该图由侧面图、舰体图及半宽图三部分组成。按照线型图做一个石腊或木制的模型，放入船模试验池中进行试验，即可求出该舰所需要的马力。船模试验池是为了寻求最适合最经济的船型而建造的，因为直到如今还没有一个工程师能有把握地一次设计出一个最理想的船型，所以必须用若干个尺度相等而船体曲线稍异的模型，放在池中试验比较，以求出最优良的线型。还须有一个船中横剖面图，作为舰体结构的基础。根据强度计算，在图中表示出舰体构造所需用的钢材形状、尺寸、位置及连接方法。由于舰体两侧对其中线对称，故船中横剖面图只需绘半边即可。以上三种主要图样绘成后，即可作为各具体图样的设计基础，例如肋骨构造图、双层底构造图、舰首尾及舵的构造图、机座构造图、隔墙构造图、管系配置图等。设计部门将以上各种设计制就后，还必须根据需要的钢材尺寸、数量、品级详细统计计算，编成明细表。制造 在设计工作完成后，造船厂就按照设计图纸的比例尺将船体放大到实体尺寸，这一步工作叫做放样或现图。在放样过程中还须将曲面展开并对原设计图纸作适当修正，然后依据图样用薄木板裁成样板，将来需用的钢钣及其他构件等即依据此样板剪裁，这步工用叫做出样。下一步的工用是将剪裁好的钢材进行加工。加工方式有两种：一种是冷质钢材加工，一种是经加热以后再加工。大型钢材的弯曲加工须事先加热。钢材经过加工后，就可以开始舰体的装配工作。旧式舰船建造是采用逐件装配的方法，即从平龙骨板开始，然后顺序地安装中央龙骨立板、底部壳板、肋板及边龙骨立板、内底板、隔墙、肋骨、梁、艏艉柱、壳板及甲板，最后为上层建筑。装配的工作是在造船台上进行的，造船台是建筑在沿江或沿海下水便利的位置，一般都用木椿或钢筋椿打入地中，浇灌混凝士加以固定。船台基础具有1/20-1/25坡度的倾斜，直向深水中伸展若干距离，如图77所示。船台上排列着一系列枕木以支持舰体，两侧设有轻便铁道及起重设备。舰体建成后，在船台上另行架设两列使船滑走的下水台。用上述方法造船需费年累月，不能适应大规模建设需要。由于电焊技术工业的发展，使舰体建造由逐件装配发展到分段装配。这种装配方法使得舰船建造高度机械化并充分发挥自动电焊的优点。在现代的技术条件下舰体建造的装置过程可分做三个阶段：第一阶段：预备装配，这一步工作在车间进行，是将各构件及与其连接的部分如肋骨及舭中翼钣、梁及三角托板、肋板及连接角钢、支条及三角托板等先进行焊接，成为下一步装配的单位。第二阶段：分段装配，例如将带三角托板的支条与钢钣焊成隔墙，将带三角托板的梁与钢钣焊成平台或甲板等很多平面段；并且用若干平面段组成双层底、艏艉端等容积段。第三阶段：船台装配，将上述平面段及容积段在船台上装配成完整的舰体。按照工厂起重设备能力可将预装构件及分段装配等部分由3-5吨增至10-15吨，现代新工厂已有可能做成25-50吨或更重的大型分段。分段的数量多寡视舰型及其构造而定，对于电焊构造的舰船，段数自50-500不等，经用上述方法装配的重量占舰体总重量的85-90，分段装配法的采用大大地缩短了舰船建造过程，造船工业技术的继续发展，逐渐采用在船台上进行大型的容积段装配，并且在各段合缝以前，于其内部进行相当部分的装置工作。装配工作完毕后，还须进行水密试验，以检验其水密性及强度，装油的舱尚须进行油密试验，试验完后就可进行下水。水密试验 水密试验的对象主要是外壳板、隔墙、内底板、甲板及水舱、油舱等。有时舰船在大修后出坞前也进行水密试验，但在整个舰船的服务期间，不应超过三次，因为每次试验会使舰船原有的强度受到一定的影响。在试验军舰之水密舱或油舱之水密或油密性时，为了加于隔墙以一定的压力，必须在舱内注以一定高度的水柱，其标准大约如下：舰艏艉两端，需高出水线等于舰体中部干舷之7/6；在舰中部1/3长度处，高出水线应等于干舷半数；在艏艉端与中部之间，所用之压力与离艏艉端之距离成比例减低(图78)。要求舰艇端部隔墙上承受压力高于中部，是考虑到舰艇在战斗或航行时，端部一旦遭到破坏之后，该部隔墙要承受很大的动水压力。如果试验某一个舱的水密时，已将该舱注满水而尚未达到规定压力时，可引一根75公厘直径的管子至甲板上，而灌水于管内达到规定高度。在试验时如发现隔墙有变形，或另一面有小水珠或细水流出时，我们必须根据强度另外设法加强或重铆铆钉，或重新敛缝。当试验特别坚固的隔墙时，普通的水压就不能满足，就需要利用水压机或其他方法。在不能灌水的舱中，可用水龙来试验。水龙管子不得小于15公厘，压力大约为2气压左右，水龙头离试件的距离不得超过三公尺。在最近时期开始采用压缩空气来试验隔墙之紧密性。方法是在隔墙、甲板等所有钢钣接端、接缝隙的外边涂上肥皂水，在隔舱中用压缩空气喷射至一定压力后再在隔墙、甲板外面检查，如没有肥皂泡发生，即已达到规定要求，这种方法大多用在焊接船上。在施行水密试验时应注意下列事项：1、水密试验必须在舰船下水前或在船坞中试验，每个隔墙要逐一进行试验，试验时