气垫船和水翼船.doc

新颖的航海工具为了开发海洋，我们必须有新颖的航海工具，气垫船（air cushion vehicle）和水翼船（hybrofoil craft）就是目前最具潜力的航海工具传统的船只，船底浸于水中，因为水的阻力过大，所以只能以2030节的速度行驶，但气垫船和水翼船则不受此限制，其航速可达一百节或一百节以上远在1716年时，瑞典的科学家兼哲学家Emanuel Swedenborg就提出气垫船的构想，但直到1935年，才由一位芬兰工程师Toivo J. Kaaorio研制成功，气垫船的原理是：使水面和船底之间，产生一气垫，将船只托离水面，藉以消除水的阻力只要气垫中的气体量维持一定值，船身就可以维持一定的高度气垫船除了可航行水面以外，在沼泽、泥地、冰面等地表上都可以行驶如果气垫船遇到高于船身的海浪，将作何处置呢？目前有二种解决的办法，但均不甚令人满意其一是船只减低速率，改为普通船的行驶方法其二则是维持原有的高度、顺着波浪的起伏行驶目前产生气垫的方式有两个系统；第一个可比喻为一口倒置的浴盆，浴盆的上端有一个孔，孔中置有扇叶，藉扇叶的转动，将气体压入盆内，托起船只，此法的最大缺点是气体容易外泄另一种被广泛采用的方法是：并不将气流压入盆内，而将气体引入围绕船身的沟槽内，沟槽曲向中央，故气体不易漏失喷气口周围，覆上一圈柔软的裙缘，除了它可以阻止气体逸失以外，同时有利于在波涛汹涌的海上航行；当穿过小浪时，浪花仅刷过其外缘，当巨浪高于船身时，则藉裙缘之助顺着波形航行气垫船船身的大小和举起船身的动力间有其直接的关系，若船的长和宽加倍、欲维持同样的高度，则动力亦需加倍，但载货空间则四倍于初因此船只愈大，则动力的利用亦愈益有效一艘五千吨的气垫船，在比较平静的水面可以100节速率行驶，在8呎浪高之水面以70节速率航行而在30呎浪高时则以4050节速率行驶由于气垫船的发展，将来输送货物的速度将为目前的五倍，而运费仅较目前多一点点而已对客运来说，也极为适切，至时航渡大西洋只要24小时就够了水翼船，顾名思义这种船在船身之下附有水翼1738年，一位瑞士数学家Daniel Bernoulli，在研究运动中的流体时，想出了水翼船的原理流体的流速愈快，则施于两旁的压力愈小，这就是著名的Bernoulli氏原理飞机和水翼船即本此原理，不过所处的流体一为空气一为水而已水翼船装在船身下的水翼，其形式和机翼一般，上下二面均有曲度；上面弧度较大下面接近直线，当船运动时，由于翼面上之流速较翼面下之流速为大，依Bernoulli氏原理产生一向上之升力，将船身托出水面，消除大部份水的阻力，使船只可以高速航行水翼一般有穿水阶梯式水翼、穿水式水翼和全浸式水翼三种水翼船在航行时，为了适应来袭的波浪，可调节其升力之大小，未免发生坠船（sea crash）的危险，解决之道有下列诸法其一为改变水翼面积；当船稍向下倾时，由于浸于水中之翼板面积也同时增加，产生较大之回复力，而使船身趋于平稳其二为控制冲角，若翼板相对于船身的角度增加，则相对于水的冲角亦随之增加，且知此度未达15度之前，翼板之升力将随角度一齐增加使船上升同时也可以藉控制左右两边的水翼，造成两边之升力不等，使船身易于转弯欲控制冲角有触臂机械预告、音波和电子预告数种触臂可以觉察来袭波浪的状况，经由传达装置控制翼板的冲角，且触臂有一重要特性，即其绕转钮的运动，受吸震器（shock absorbers）或阻滞器（dampers）的强力约束，具有很大的惯性，因之不易跳动（特别是朝上）所谓音波和电子预告，即在船首设置了探测器，将结果交由计算机处理，而发出讯号控制水翼水翼船的另一问题为空蚀（cavitation）现象当水翼船以5060节的速率行驶时，翼板上方的压力变得非常低，因而产生了沸水问题蒸汽泡在翼板上方爆裂，结果不仅升力丧失，且易使金属腐蚀为了克服此一障碍，设计者试验了超空蚀翼板，其外形像一把斧头，使汽泡延伸至翼后崩溃翼板必需很轻以符合经济上的要求，且需足够坚硬，才能达到安全的目的目前大部分的研究发展工作仍停留于有动驾驶控制（autopilat controls）和翼板之回收系统（foil-retraction system）上，使较大的船只能航行于较浅的水中不过在建造较大水翼船方面，最大的障碍是平方立方法则（square-cube law）假如翼板的