中国客船研发史
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第三节 各类客船特性

(一)客船

江海客船分为江河客船、沿海客船和远洋客船。

江河客船航行于江河湖泊之上,供旅客旅行和水上游乐之需。因航行水域不同而差异甚大,有小型的仅数十吨级的市区水域的交通船,亦有大至2 000~5 000吨级的长江客船,而后期的长江旅游船亦有超万吨级的。该类船主甲板离水面很近,外走道还超出船舷外,使主船体上可布置更多的客舱。内河航道较海上航道复杂,航道较窄,又有急流浅滩之虑,故对船舶操纵性要比海船高,舵效要求高,反应更灵敏,这类船大多为双桨、双舵,有的还配三桨、三舵,航速为11~16节。如长江“东方红”系列客船,船长113米,总吨位5 050,载客量1 250人,载货量400~500吨,上、下水(逆水和顺水)平均航速16节。

沿海客货船排水量一般为8 000吨以下,航速为14~18节,客舱等级较多,载货量较大。沿海客船航行于海上,海上风浪要比江河大,特别是遇到强风大浪,船舶摇摆颠簸加剧。该类型船对船体结构强度以及人员的舒适度设计有较高的要求。例如,我国华南地区海域航行的“马兰”号、“山茶”号客货船,总长107.6米,排水量约3 500吨,载客量600人,载货量275吨,满载航速16.14节,双机、双桨推进,配双舵,在5~6级风下,最大横摇8度,横摇周期长(11.5秒),旅客很少晕船。

远洋客船是19世纪40年代发展起来的用于洲际的海上交通,起初多是客货混装船,后因客流量增加,旅客运输和货物运输逐渐分离,分化出专为运输旅客的大型远洋客船。远洋客船曾因多兼运邮件,又被称为“邮轮”。又因定期有班次,也称为“班轮”。远洋客船排水量一般超过1万吨,航速在20节以上,设有2~3个客舱等级,船上公共活动场所较多。

20世纪50年代末,远程喷气式客机出现后逐渐夺走了海洋客船的客源。大型远洋客船航线于1977年底在世界上几乎完全消失。

上述客船,可称作传统客船。在高速公路、高速铁路、航空运输向沿海沿江城市和海岛延伸后,这类传统客船逐步退出市场,除内河中较偏僻的地区及湖泊周边的游览船、江河上的交通船外,半岛和半岛之间、海湾区域的交通大都被速度更快、装客及载货量更多的客滚船所替代。

(二)旅游船

随着陆上交通彰显巨大优势,在以交通运输为主的传统客船因客流锐减,而逐步退出航运市场后,客船逐渐向以旅游为目的江海旅游船方向华丽转身。

旅游船按航区可分为海洋旅游船和江河旅游船。旅游船载客到沿江沿海风景秀丽的陆上景点游览,同时又让旅客在船上享受休闲、多种文体活动、餐饮美食的度假休闲生活。为满足不同旅客的需要,舱室和公共场所也分等级,旅客舱室一般布置在上甲板以上,以保持客舱安静,公共场所多种多样,都有宽广的视野,以利旅客欣赏沿途美景。旅游船上采取减振降噪设施和设有减摇装置,使旅客在航行途中尽量安稳和舒适。

(三)车客渡船、汽车渡船

车客渡船既可载客,又可载车,用于运载乘客和汽车横渡江河、湖泊、海峡等水域,如图1-2所示。它是短程运输的客船,一般只有几小时至十几小时的运输航程。早期车客渡船载运过江的乘客,客舱中只设散席,后期发展设有各种等级的客舱。船上的乘客与所载的车辆分道上、下船。渡船一般采用定期定点的营运方式,提供往返服务,又称“班船”。例如我国1994年建成的“鸭—白”线车客渡船,航行于舟山的鸭蛋山与宁波的白峰之间,该船总长59.8米,满载排水量约1 200吨,载客量600人,5吨的标准卡车25辆,航速14节,双机、双桨推进,设双舵。由于该航线的开通,内陆与舟山本岛间8.6海里1海里=1 852米。的海峡45分钟即可通达,促进了舟山与内陆之间的人员与物质的流通。

图1-2 车客渡船

汽车渡船是20世纪60年代初国外经济发达国家首先发展起来的一类沿海客船,是车客渡船的一种,以运输旅客及其携带自用轿车为主,泊港时间短,效率高。现今海上运输发达国家的重要中、短程定期航线基本上已采用汽车渡船。汽车渡船总吨位大多在4 000以下,载客量700~1 000人,设有卧铺舱室和娱乐散座舱室。车客比(汽车数与旅客数之比)为10%~20%,航速为16~18节。船宽较大,采用双桨、单舵,设减摇鳍和侧推装置。近年来,由于旅游业发达,在欧洲国际航线上出现了总吨位过万、车客比高达33%、航速大于20节的高速大型汽车客船。

(四)客滚船

客滚船是可以载客,又可以装运汽车和集装箱拖车,车辆可以岸船之间滚上滚下的船舶。它综合了客船和滚装货船的功能发展而来,客滚船的最大优点是装卸速度快,可达10 000~20 000吨/时。图1-3所示为航行于海口至海安的“五指山”号客滚船。

图1-3 “五指山”号客滚船

为提高客货船的装卸效率,将装载杂货的货舱改为仅装载集装箱,这样装卸效率就大大提高了。后来,又将货舱盖取消,在货舱的舷侧开门,在船与码头之间设置的跳板,用铲车将集装箱装上卸下,这类船称为客箱船。20世纪90年代初,我国也开始研发设计,拟用于大陆与台湾岛之间交通运输。

随着车客渡船安全性能的提高,航线距离不断延长,各项技术指标不断提升,以及集装箱运输发展,出现了综合客船和滚装货船优点的客滚船。它大多用于沿海中程定期航线,船型与汽车渡船相似,总吨位一般为几千至几万,新建客滚船的总吨位为50 000以上。装载车辆可达数百至上千辆,载客量由几百到几千人,配备一定的居住舱室和娱乐散座舱。随着水上旅游业的发展,客滚船的总吨位、车客比、航速都有所增加,旅客服务设施也更加舒适完备。

客滚船能使车、客同行,避免陆路绕行海湾,给地区之间人员和货物往来提供更为快捷的运输方式。

(五)火车渡船

火车渡船是装载火车过江渡海的船舶。早期的火车渡船仅用于摆渡江河两岸的火车,也可以搭乘火车上的旅客,但旅客要与旅客列车分开上下船,以确保旅客安全。随着社会经济和船舶设计的发展,以及建造技术的进步,为促进海峡两岸的经济发展,加速两地之间人员物资流通,用以连接海峡两岸铁路交通的火车渡船出现了。火车渡船可以搭载旅客,也可以同时搭载客货列车和载重汽车摆渡海峡,借助渡船将海峡两岸的铁路公路交通连接起来,定时定班航行。如我国2003年投入营运航线为广东海安北港与海南海口南港的“粤海铁1号”火车渡船和辽宁大连至山东烟台的中铁渤海火车渡船。

火车渡船的主甲板上铺有铁轨,火车可从陆上铁道开进船上,如图1-4所示。渡船上也设有汽车甲板,用于载运汽车和载货拖车。载重汽车甲板布置在火车渡船的上甲板或以上的甲板,旅客舱室和船员舱室布置在上甲板以上的各层甲板。到达目的地码头后,火车、汽车、旅客上、下船各走其道,安全方便。由于火车渡船解决了内陆与海峡地区的铁路运输和汽车运输衔接问题,甚至可以开展跨海、跨国的水陆联运,因此成为岛屿与邻近江河和沿海的城市之间公共交通运输系统的一部分。

图1-4 火车通过引桥上渡船

由于火车要与岸上火车运输时刻协调,不能误时,故航速要有储备,抗风浪能力要求较高,船舶姿态的平衡都有一定的要求,设计的技术难度较高。

(六)豪华邮轮

1.豪华邮轮的定义

按照中国船级社(China Classification Society,CCS)《邮轮规范》,邮轮是以旅游为目的的高端客船。邮轮通过船上配备的各类生活、娱乐设施,为旅客提供文化、体育、餐饮、购物、住宿、观光等旅游休闲服务。

豪华邮轮脱胎于早期的洲际间海上定期旅客交通运输班轮。班轮作为一种交通工具,为了安全、准时将旅客送到目的地,追求的目标是航速、安全和经济性,舒适是非常重要的指标之一,豪华邮轮是一种休闲旅行工具,将巡航、住宿、游玩及消费等环节结合在一起,一张船票包含了所有内容,不再单纯是一种交通工具,而成为旅客休闲度假旅行的海上旅游船舶(见图1-5)。

图1-5 大型豪华邮轮

2.豪华邮轮的特点

(1)豪华邮轮是名副其实的高技术船舶,内部装饰豪华,配置高端,设计和建造难度大。

(2)豪华邮轮船型规模巨大,内部装饰、设施极其全面,因此新建邮轮造价极为昂贵。随着邮轮建造朝着超大型化和超豪华方向发展,其造价将持续上升。

(3)豪华邮轮建造工程量大,与船体建造相比,豪华邮轮舱室设计和内部装饰工程量占全部建造总工程量的比例高达60%,建造工程量远大于同量级的普通货船。

豪华邮轮的设计与建造不仅是船舶工业领域的技术成果汇集,而且能显示出一个国家在一个时期综合科技水平和综合工业实力。

3.豪华邮轮的分类

(1)按豪华邮轮的主尺度分类,豪华邮轮可分为大型豪华邮轮、中型豪华邮轮及小型邮轮。

大型豪华邮轮,出现在20世纪50~60年代,如“鹿特丹(Rotterdam)”号、“奥里埃纳(Oriana)”号、“堪培拉(Canberra)”号、“法兰西(France)”号和“伊丽莎白女王2(Queen Elizabeth 2)”号等著名邮轮。大型邮轮载客量一般为2 000人以上。这一时期的邮轮设计具有大型化并向旅游邮轮过渡的特点:一方面在最初建造时,基本上是沿用了传统班轮的设计理念和模式;另一方面,在后来市场格局的不断变化中尝试向符合市场发展趋势的休闲度假邮轮转变。

中型豪华邮轮,出现在20世纪80年代。20世纪70年代因国际经济状况原因,邮轮业更加重视营运经济性,开始呈现出多样化的发展趋势。“尺度经济性”这一主题催生出不同的邮轮发展方向。中型邮轮载客量一般为1 000~2 000人,如“大西洋(Atlantic)”号、“新阿姆斯特丹”号和“美国之歌(Song of America)”号。这些新一代邮轮,不但揭示了在“尺度经济性”、操作效率和更高端装饰方面占据优势,同时也在载客船舶的基础设计方面带来一些变化。

旅客的愿望是多元化的。20/20类型(2万吨、20节)的小型邮轮受到部分旅客的追捧。小型邮轮虽然不是主流船型,但亦拥有自己的市场。小型邮轮载客量一般为1 000人以下。

(2)按照邮轮的功能,豪华邮轮可划分为家庭旅行友好型邮轮、浪漫旅行友好型邮轮和探险/环球型邮轮。

家庭旅行友好型邮轮:邮轮能够为家庭旅客提供最好的旅行服务、安全无罪犯的活动环境,避免走失的泛封闭空间场所,可以给父母和孩子双方以极大的自由度。孩子们可以有充分的时间与父母、祖父母及同龄人待在一起,还可以与船员待在一起,学习航海、雷达和通信设备等知识。他们可以接触不同的环境,以及随意吃到喜欢的食品,在岸上游的过程中还可以接触到不同国家的风土人情。

浪漫旅行友好型邮轮:在这类邮轮上配有小型教堂,方便为新人们提供“交换誓言”的海上婚礼服务,也可为10~60周年结婚纪念提供服务。此类型邮轮可方便为度蜜月的情侣和度结婚纪念日的夫妇提供蜜月套房,且配备合适新婚人士的国王级或皇后级大床等设施。

探险/环球型邮轮:参加这类邮轮旅行的旅客相对其他旅客而言,有明显的兴趣指向,他们对探险和知识的兴趣远比娱乐的兴趣大,参与性更强。这类邮轮上安排有自然学家、历史学家和文学家来提供野外生存的帮助,每位参与者将得到一份由随船作家书写的记录整个探险过程的航海日志。该类邮轮的排水量从1 200吨至23 000吨不等,搭载旅客少至几十人,多至上千人。

环游世界类邮轮是一种独一无二的经典旅游方式,相比通常的邮轮度假旅行,环游世界更像是一次发现之旅。环球旅行的路线能够给旅客带来最大的新鲜感。

(3)按照邮轮航行的水域,豪华邮轮可分为远洋邮轮和近洋邮轮。远洋邮轮一般航程较长,航期为10~15天,甚至更长;近洋邮轮航程较短,航期一般为7天左右。

(七)特种船型客船

船舶科技工作者长期持续研究如何使船舶在航行时降低阻力,以实现高速航行的船型。至今已研发出气垫船、水翼艇、滑行艇、双(多)体船、冲翼艇、飞翼艇等。基于技术发展的成熟程度和经济性,目前仅有气垫船、水翼艇和双体船应用于客船,且数量极其有限。

1.气垫船

气垫船由离心式风机产生的增压空气,通过船底下方四周的环状喷嘴组喷出,形成气幕,气幕被围蔽在气垫船下方,气幕空气形成了静态气垫,高于大气压压力作用于气垫船底部产生压力,当气垫升力大于船的重量时,将船抬起,摆脱水阻力的束镈,从而实现高航速。民用气垫船的航速一般为30~80节。气垫船具有特有的两栖性和越障能力,我国已研发了多型气垫船,并产生了良好的经济效益。

气垫船因其特有的两栖性和越障能力,是在某种特殊水域适用的船型,目前已有少量气垫客船在营运。

2.水翼艇

水翼艇是在滑行艇底部加装水翼演变而来的。水翼的横截面呈机翼形状,在高速航行时,水翼的升力与排水量相等时,水翼就将艇体托出水面,只有水翼、推进器和支架与水接触,这种状态称为翼航状态。在翼航状态下,水翼艇所受的阻力,特别是兴波阻力以及波浪对艇体的运动干扰程度将大大降低,从而水翼艇获得较高的航速和良好的耐波性,现有的水翼艇最高航速可高达70节。我国早在20世纪60年代初已研发建造出铝质长江客运水翼艇。

3.小水线面双体船

小水线面双体船系指将水线附近的双体船身缩小,形成狭长的流线型截面,所以也可称为小水线面半潜式双体船。

船体分为水上和水下两部分。水下部分为船舶的漂浮提供浮力,水上部分为人员的活动和设备及舱室的布置提供空间,而水上、水下部分的交界面即是水面,船舶在波浪中航行,水线面也呈波浪形,因而产生了对船舶的各种干扰,如使船舶发生摇摆、颠簸、失速等问题。为此科技人员就设想缩小水面附近波浪作用范围的船体体积,来减小波浪的影响,因此将船舶做成下潜体、支柱体和上船体三部分,支柱体部分就处在水线上下,在水线面附近面积和体积都缩小成流线型。所以与普通船舶相比,波浪对船舶浮力变化的影响和兴波阻力(即对船舶的干扰)都大大降低;耐波性和快速性都得以提高;同时也增大了船舶的甲板面积,空间利用比较充裕;具有操纵性和稳性好,螺旋桨推进效率高等优点。该类船的航速不高,一般为12~18节,但人们的舒适性大大提高。

人类很早以前就发现把两个单体船横向连接在一起,从内河到海上航行时不易翻船,这种方法用在帆船上,建造了双体帆船。小水线面双体船的设计概念,国外在20世纪前就已提出,我国在20世纪后期开始研究小水线面双体船,建成了多艘中、小型小水线面船,如排水量228吨的海关缉私船、排水量1 350吨的近海测量船。特别是2018年建成的“沈括”号小水线面双体科考调查船,是国际上该类型的第三艘按客船要求设计的科考船。