船舶革命
海上贸易给欧洲工业国带来了巨大的利益,为了通商需要和争夺海上霸权,西方各国竞相建造船舰,努力发展航海技术。19世纪后,由于蒸汽机技术日臻完善和钢铁工业的发展,开始了用蒸汽机做船舶动力和用钢铁造船的新时代,从而开始了船舶革命。
1785年,约翰.菲奇(美国)首先在波托马克河上试验蒸汽轮船,他发明了一种机械桨,由蒸汽机带动划船。次年,英国人威廉赛明顿也建造了两侧有机械桨轮的蒸汽船。但他们的发明没有引起重视。
蒸汽轮船在19世纪得到迅速发展。1803,欧洲游历的罗伯特.富尔顿(1765-1815年,美国)见到蒸汽船舶的试验并对此产生了兴趣。是年,他建造了一艘蒸汽船在塞纳河试航,但没有成功,他向拿破仑建议用蒸汽机驱动战舰也未被采纳。1807年,他回国建成一艘蒸汽船,蒸汽机功率为20马力,带动两侧的轮桨。这艘轮船叫"克勒蒙特"号,全长45米,宽4米,装有高大的烟囱,它的奇特的外形受到看热闹的人们的嘲笑,他们把它叫做"富尔顿傻瓜"号。但是在试航中,它沿哈德逊河逆流而上,32个小时内航行了240公里。试航的成功彻底改变了公众的舆论。从此,在内河航行的轮船迅速地发展起来。同年,美国的约翰.史蒂文森建造了带轮桨的海轮,首次完成了海上试航。1819年,美国的蒸汽轮船完成了横渡大西洋的航行,但是这艘"萨凡纳"号实质上仍是一条机帆船。此后,轮船得到不断改进,到40年代,轮船功率已达到400-700马力,横渡大西洋已屡见不鲜了。
轮船两侧的轮桨(明轮)机构在使用中很快就暴露了缺点,特别是在有风浪的情况下,两侧轮桨划水的力量常常失去一致性,以致船只很难操纵。
到19世纪30年代,螺旋桨推进器发明后,明轮便渐渐被淘汰了。
最早的螺旋桨推进器试验始于18世纪末,最初的螺旋桨进器很可能受到阿基米德螺旋汲水器的影响,都做成一根很长的螺旋形杆。1829年,澳大利亚的约瑟夫.莱塞尔等人就做过类似的工作。但他们都没有获得成功。
1837年,英国海军部以2万镑奖金悬赏替代明轮的推进方案,结果有两位发明家获奖。一位是瑞典发明家约翰.埃立克,他发明的螺旋桨推进器是由二个转动方向相反的螺旋桨组成,结果证明这一推进器可以使船快速行进,但海军部却并不满意。另一位发明家史密斯(1808-1874,英国)。史密斯最初的方案是用一根象巨型木螺钉似的锥形螺旋桨做推进器,在伦敦附近的一条河上进行反复试验的过程中,这个木制锥形螺旋桨因受力太大突然折断,出人意料的是轮船反而因此走得更快了。史密斯由此悟出长螺旋桨并不适合做推进器,他把方案改为带有二个桨叶的螺旋桨,结果它的推进性能优良,试验船的平均时速达到15公里。这一方案得到英国海军的认可,并为当时最大的蒸汽机船"大不列颠号"采用。
螺旋桨问世后,由于当时蒸汽机转速太低,不适合螺旋桨运动的要求,另外螺旋桨的防水密封轴承也不易解决。因此,对螺旋桨的使用存在着很大争议,一些大型海船为了可靠,往往风帆、明轮、、螺旋桨同时采用。1845年,英国海军部举行了一次别开生面的试验,他们让两艘吨位相同(800吨),蒸汽机功率(200马力)相同的军舰做拔河比赛,其中"阿莱克脱"号安装明轮而"拉脱拉"号安装螺旋桨。比赛开始,双方开足马力各向相反方向拉对方,结果,安装螺旋桨的"拉脱拉"号牵着对手,以每小时5公里速度前进。此后,明轮和螺旋桨还有过多次"交锋",人们终于确认螺旋桨是一种更优越的推进器。
19世纪20年代,由于发明了可爆炸的炮弹,各国战舰纷纷在船舰外层保裹上铁甲,另一方面远洋轮船的吨位日渐庞大,木材很难满足强度的要求,于是造船工程师开始探索使用金属材料代替木材造船。
1818年,英国首先建成一艘铁壳驳船,打消了人们担心浮力不够的疑虑。3年后,第一艘全部用铁造的蒸汽船建成,并完成了横渡英吉利海峡的航行。1843年,完全用铁建造、安装了螺旋桨的"大不列颠"号蒸汽船下水。
经过长期考验,人们开始确信铁船的优越性。到60年代铁船的成本与木船已相差无几,但当时钢的冶炼技术尚不完善,钢材不是太软就是太脆,不宜用于造船。70年代后,由于平炉炼钢法可以提供大量优质钢材,从而使钢材在造船中逐步取代铁。1877年,钢质船壳的"爱丽丝"号下水,它标志着钢材造船的新纪元。钢制船壳仅是铁壳船厚度的4/5,用钢造船不仅节省材料、减少了工时,还提高了船只的强度。
到1875年,蒸汽机由于应用了多级膨胀技术,功率达到一万马力以上,每马力耗煤量节省一半,19世纪末,由于内燃机和汽轮机开始在船舶上应用,使船舶革命自此进入了新阶段。
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