这可是七万一千吨的伊丽莎白女王号航空母舰,一艘六万五千吨的货轮,谁能相信?为什么这样重量惊人的大船,只需要两个小小的推进器就能行驶?
什么是大船?
大船?这艘船到底有多大?在人类对各种船只的描述中,巨型船只几乎是闻所未闻,见所未见的存在,它们究竟有多强大?那么,那个“巨”又是从哪里来的?
巨型船只一般都是在万吨以上,一般情况下,这些船只在出海的时候,并不是单纯的横向航行,还必须要在码头上通过引水、浮力和牵引来提升船只,然后将巨型船只从码头上拉下来,然后进行整个出水过程。
这艘大船一旦离开了水面,就会重新回到大海上,但是谁会相信?这么一艘庞然大物,却用了两台“小得可怜”的推进器,来驱动着这艘庞然大物。
一艘大船,并不是靠着轮子才能行驶的,因为这艘大船根本就没有轮子,所以这艘大船才被称为大船。最早的一艘船上面都是装有车轮的,用脚在上面一蹬,就可以让车轮在水中旋转,产生力量来推动这艘船前进,所以才被称为“轮船”。
后来科技发展到了一定程度,才有了类似于“轮子”的东西,比如水蒸气推动的木头。而到了如今,高效、轻便、结构简单的推进器,才是最主要也是最普遍的推进器。
在引擎的作用下,螺旋桨在海水中不断地转动,将海水逼到了一边,形成了一股强大的推力,将船只推了出去。这就是舰船上使用的推进器,其工作原理很简单,主要就是为了克服水中的阻力。
只是一个小小的推进器,如何推动巨大的轮子?
要知道,在一条大船上一般都会安装两个推进器。而与巨大的船体相比,螺旋推进器就好像是一个缩小版的玩具。
英国伊丽莎白皇后号是一艘71,吨的大型战列舰,它装备有两个主轴和两个推进器。每一个推进器只有它全部战列舰重量的三分之一;国内一艘四十万吨吨级矿石“明舟号”,总重量是五万四千二百吨。但推进器却只有七百一十六吨。和这艘几万吨级别的“大佬”比起来。简直就是一条小鱼。
可是要说这艘船的推进器小,似乎也不算小。别看“明舟号”的推进器重量不超过72吨,但由四片推进器组成的推进器,却有11.2米的宽度,这得有多高?都快有三层那么高了。
镇江锡兰推进器公司生产的全球最大的推进器,总重量为吨,其直径可达12米,等于4层楼房高度。而且这么大的推进器,一般都是给大型集装箱船、游轮、采矿船用的,就算是航空母舰也“不够格”。
因此倒不是说推进器太小,只是相对于庞大的舰身来说,推进器就算再大,也显得有些格格不入。那么,为何要使用一个“小小的”推进器来制造一个巨大的外壳?如果推进器和船身的大小不成比例,那么推进器就不会有足够的推力,也不会有足够的航速。
这就要从推进器的工作原理入手了。前面已经提到过,推进器和原装的木轮都是用来对抗由于船与水的摩擦力而产生的拖曳力。但是,推进器产生的推力与它在水里的重量与加速度成正比。换句话说,推力并不取决于体积。和飞行器不同,体积越大,推力就越大。
标准情况下,大气的质量是1.29公斤/米3,而海水的质量是大气质量的多倍。也就是说,即便是最小的推进器也能推动船只前进。而且它的速度也会随着推进器的转速而提升。小型飞机采用高转速,大型飞机采用低转速。推进器的尺寸和引擎的转速也有很大关系。
当然,船只的吃水深也会对推进器的尺寸产生很大的影响。所谓的吃水,就是在船舶设计中必须确定好的位置。而且大家都知道,当一个螺旋桨彻底沉入水中时,它的推力会达到最大。因此在设计时,推进器的大小必须要有一个明确的规定。那就是推进器的最大直径必须要比船只的最小吃水深要小。
例如,目前美国最大型的水下潜水艇,其吃水深大约9公尺。其推进器直径大约是7.6公尺;福特号航空母舰有7.8米的吃水深。6.4米的推进器。这个大小刚刚好。既节省了足够的空间。又保持了足够的工作效率。否则再大一点儿的推进器。就会对舰载机起降造成很大干扰。
推进器对海洋生物造成伤害
在螺旋桨和引擎共同作用下,这艘大船在水中行驶起来。这艘大船就像是一艘飞船,在水中行驶起来。这艘大船就是一艘巨型轮子。
巨型轮子在海水中转动起来,可以轻易地将一些体型较小的海兽卷入其中,然后绞杀成碎片。对小型海兽来说,这是一场浩劫,而它们所散发出的鲜血,又会给更大的海兽带来危险。
那些被鲜血吸引过来的大鱼,会尾随着游轮寻找猎物,但如果被高速旋转的推进器撞上,那就会被撞得头破血流。
说到这里,不得不提到一头浑身是伤的巨鲸,它很容易被海水中的鲜血和声波所吸引,一旦靠近,就会被推进器划伤。
鲸类受伤的时候很难痊愈,因为在水中呆久了,就会受到炎症的影响,导致动作迟缓,最后不是被冲上岸,就是被海里的其他动物吃掉,下场惨不忍睹。
同时,为了降低水下推进器对海洋生物造成的危害和毁灭性的冲击,人类也在不断地对现代化船只进行探索,并尝试发展出多种不同的推进器模型,而不是单一的螺旋桨。
例如早期,大多数船只都使用了水下电机作为动力,这样可以将对海洋动物造成的危害降到最低,但水下电机本身就很沉重,效率也不高。
目前各个国家都在研发各种推进器,其中最有前途的就是风能,因为风能是天然的能量来源,而且是无穷无尽的。
日本于年引进了第一艘经公认为实用的风力发电商业轮船“新爱德丸”,该轮船装备了两种引擎:一种是柴油机,一种是风力发电机。当风力足够时,就可以关闭柴油机,完全依靠风力发电机来驱动船只。
在年,天帆公司发布了世界上首批以风筝为动力的货轮“白鲸天帆号”,它的工作原理是将一只巨大的轻型人造纤维风筝放在三百多米的高度上。再通过船上安装的电脑。将风速与风向信息导入到船上。从而控制着它们在一定范围内飞行。从而降低了船只的柴油机负担。
在年的时候。Enercon又推出了一艘名为“E-Ship1”的圆柱风车货轮。其工作原理更加玄妙。它是通过四个类似于风车一样的圆柱体。利用马格努斯效应来产生升力和推力。从而驱动船只前行。这个系统之所以更加高效。是因为它利用了柴油机燃烧后的余热。来驱动圆柱体旋转。
在年。中国也发布了第一条能够在海上逆风行驶的三十万吨级帆船“凯力号”。这条帆船采用了翼形帆。不仅速度快,而且节能效果好。一天下来,它的燃油消耗就降低了3%。被称为“水麒麟”。
而就在不久前,由挪威和德国两家公司联合组建的DNV公司,发布了一套全新的风能驱动系统,该系统在很多商用船舶上都得到了成功的使用,并被证实能够节约20%的燃油。
从这一点可以看出,在所有船舶的推动力中,风能(包括风筝和帆)可能是最有可能被推广使用的一种。
当然,在风的推动下,也有很多其他的推动方式,像是气垫船和掠海地效翼艇,它们大多都是使用了空气推进器,利用空气中流动的气流,改变动量,从而获得推动力。冲锋艇和英法三个国家的核潜艇,采用的都是喷射式的推进装置,不过大部分都是军用的。
一艘大型的运输船和航空母舰,在满载了数十万吨的情况下,光靠风能是不够的,所以在相当长的一段时间内,都是以螺旋桨为主要动力。
但人们的期待和“野心”,并不仅仅只有这些。我们想要更好的航行,想要在航行中更少地消耗能源,想要减少二氧化碳的排放,想要提高引擎的功率,想要不伤害到当地的居民,想要延长装备的寿命。这条通往大海的道路,将会越来越长。