造船的規律?過盡千帆才得到的吃水線與波浪線理論 | 台灣精品獎-歷屆得獎名單
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他所完成的理論,被稱為「波浪線理論」(wave-linetheory),主導了近半世紀的船舶設計世界。這一套理論不但引導了蒸汽船的設計,還加上得獎遊艇與破紀錄快速帆船。波浪線 ...
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文/Larrie Ferreiro and Alexander Pollara(譯者:林中一 教授,編修:余海峯 博士)19 世記約翰・史考特・羅素(John Scott Russell)的船舶設計理論承諾了速度、亦表現了優雅。然而,最終證實那個理論並不完整。
今天的船舶設計師們仍運用 1800 年代末期英國工程師威廉・傅如德(William Froude)所發展出的比例定律來預測船舶的速度與動力。但是遠在傅如德之前,船舶設計者與造船者就已經知道,船體架構或船殼比例與形狀會影響船在水中的速度,而且他們已經找出了支配那些關係的規則。
船體架構或船殼比例與形狀會影響船在水中的速度,圖/by Tascalo[1]@pixabay。在 1500 年代末,一位名叫馬修・貝克(Mathew Baker)的英國造船者曾流傳了出一張讓他出名的素描。在這張素描中,他把一隻有著鱈魚鈍頭和鯖魚錐形尾巴組合的混種魚圖像重疊在一艘伊麗莎白時代的軍艦船殼圖上。在當時缺乏任何科學或實驗的基礎之下,這種「船殼的形狀應該由自然原理來支配」的想法仍然被廣泛接受。
貫穿整個 17 與 18 世紀,科學革命孕育了有關流體力學和阻力的新概念,這些概念定義了船舶在水中行進時所受的阻力。由於想要建造更快的風帆動力戰艦,歐洲各國海軍委託了科學家與發明家們去測試這些概念。1800 年初期,蒸汽動力用於在航海,其財務考量帶來了一個將流體阻力降到最低的額外動機:一艘蒸汽船的煤炭消耗量是直接關係到其運轉成本的,而煤炭的消耗就取決於受到的阻力。早期的蒸汽動力船隻比風帆動力的要快也更為可靠,然而它們的引擎效率並不好。造船者於是尋求快而高效率的船身,使得航行所燒的每一噸煤都能得到最充分的利用。
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