哥德堡号VS中国福船！中西帆船性能大比拼

網路上常比較中西帆船性能的優劣，往往各持一詞淪為各說各話。且文獻上的資料往往充滿騷人墨客的誇大之詞，這種描述性的文字沒有精確的數據，我認為缺乏準確與真實。本來使用中西方學者進行復原古船性能研究的資料，來進行粗淺的比對，試圖還原出一個比較正確的面貌。

▲哥德堡號背景

哥德堡一號是一艘瑞典東印度公司的商船，建於1738年。它曾在1744年航行到廣州載運中國貨物回航。回航時在新埃爾夫斯堡附近擱淺，最後沉沒。
哥德堡三號是一艘復原船，其尺寸與工法都複製於當年的哥德堡一號。它於1995年開始建造，並於2003年下水。它為一典型的三桅帆船。

▲福船背景

福船—中國東南沿海常見的典型海船，特徵為尖底、有龍骨、吃水深、艏艉兩端高翹，依其建造地點不同而有不同名稱，如福建所建造者，最為有名，稱為福船。像鳥船、草撇船、冬船、開浪船、海滄船基本上都屬於福船類型的高性能航海用船，本文的數據是使用曾樹銘先生所復原之明朝海運船。
以下是哥德堡號與福船的船體數據:

抗沉性
所謂抗沉性，就是船舶在局部破損浸水後，仍可以保持一定的浮性和穩性而不致沉沒的能力。在海洋環境中航行的船舶，局部損壞進水是難以完全避免的，如何在這種情況下避免沉沒，是抗沉性所要討論的問題。
在滿載水線以上的船體還保留有一定的水密體積，這個水密體積所具有的浮力稱為儲備浮力。增加乾舷、減少吃水或水線下船體適度削瘦都是增加儲備浮力的方法。而水密艙也能起避免沉沒增加抗沉性的功效。
以儲備浮力來看，哥德堡號有極高的乾舷，所以它儲備浮力應該優於福船。但中式帆船以橫隔板充當衡肋，起了水密艙的作用，在船體破洞時，其抗沉程度是優於哥德堡號。
耐波性
所謂耐波性就是船舶在波浪中抵抗搖擺的能力。如果耐波性差，船體強烈的搖晃會影響船員工作，劇烈的橫搖使船身橫傾過大，可能導致傾覆，且波浪產生的彎矩和運動產生的附加應力可能導致船體折斷或局部損壞。
船型的設計、在船底部裝上減搖龍骨、增加減搖水櫃都是增加耐波性的方法。

船隻在航行時會受橫風或橫浪拍擊會造成傾斜，傾斜後扶正的能力十分重要。如果扶正能力差，船隻就容易翻覆。
船隻的穩心與重心距離被稱為初稳高度GM， 稳高度越長，表示船隻在小角度(小於10度)傾斜時扶正的能力就越好，提高船寬與增加乾舷皆可以提高GM。由模型測試中得知哥德堡號的GM長是0.38m，而福船的GM是1.968m，福船在小角度傾斜時恢復的速度較快。

▲福船扶正?臂與傾斜角度關係圖

▲哥德堡號扶正?臂與傾斜角度關係圖

而大角度傾斜時則要看扶正?臂的大小。從以下兩圖可以看出福船在傾斜角度小時扶正?臂上升比哥德堡號快，表示福船在小角度傾斜時快速扶正的能力較佳，但傾斜如果超過123度則會翻覆。而哥德堡號的傾斜角度範圍與傾斜最大角度都大，意為它能容許更大的傾斜在惡劣的氣候中航行更不易翻覆。不過從此圖可以看出哥德堡號的扶正?臂上升速度較慢，表示它搖擺週期比福船搖擺週期(2.84秒)長，要更久的時間才能扶正。
哥德堡號與福船都裝有減搖龍骨，但福船在艏尖艙的水線下有開孔，當風?時船頭陷入水中，艙內水面升高，並將艙內空氣由象鼻排出。反之，則艙內水向外?出；返覆之間艙內水之重?與滯?性及艏部關頭板陷水時之浮揚?交替作用，使船艏起伏之頻?與振幅減小。發揮??似減搖水櫃之作用。
這也是為何船頭設計成平寬的關頭板的原因，有助於航行之安定性。
在實船測試時，在浪高7.5m、風速26.5m/s、平均示性波週期=10.7 sec的海況七下，哥德堡號仍可航行，表示他的耐波性能不差。而福船的模型在水槽試驗中顯示，在浪高1.69m、風速13m/s、平均示性波週期=6.12 sec的台灣海峽平均海況下也能順利航行。

船型與阻力
船型與浮力、耐波性有關以外，也跟船速有很大的關係。如果船型適當，船遇到的水阻越小，就能獲得更高的船速。
船舶阻力分為空氣阻力與水阻，水線以上為空氣阻力，水線以下是為水阻。空氣密度為水的1/800，且空氣阻力只佔總阻力的2~3%，故可忽略排除。

水阻分為黏性水阻與興波阻力，而黏性水阻又再分為磨擦水阻與形狀水阻。當船在航行時因為水的黏性與水的摩擦力造成的磨擦水阻佔總水阻的50%~80%。當水流過船體造成分離現象，此分離現象會在船周圍形成漩渦而造成吸力此乃形狀水阻。而興波阻力則是船在航行時產生船行波時所引起的阻力，船速越大，則興波阻力就越強。低速船則主要考慮如何降低黏性水阻，而高速船主要考慮消除興波阻力。

如上面所言，船的型狀與黏性水阻大小有連帶關係，船速與浸水表面積越大，則黏性水阻也越大；降低船殼的粗糙度使之光滑或減少浸水表面積，皆可降低水的磨擦，這也是為何18世界以後英國海軍用銅包覆船底，就是為了降低海中生物的覆著。在降低形狀水阻方面，其長寬比(L/B)加長，可獲得較低的形狀水阻，現代船舶在船首增加球鼻首，可有效降低興波阻力。

以下是福船與哥德堡號模型在水槽中進行傳體阻力測試的結果︰

▲福船福勞得數與總阻力關係圖

▲福船船速與有效馬力關係圖

▲哥德堡號福勞得數與總阻力關係圖

▲哥德堡號船速與總阻力關係圖

在學術上常以福勞德系數來表示船的快慢，福勞德系數 = 船速/開根號(重力*船體長度L)。由上面兩圖看來當福船船速增加到福勞德系數0.25時，總阻力系數快速增加，加速到4節時，所需要的馬力也快速的增加。而哥德堡號在福勞德系數0.25時，總阻力系數還不到0.004，且船速在4節時總阻力系數也低於0.004，直到4節多總阻力系數才增加到0.004。其意謂哥德堡號的船型其總水阻比福船更低，更適合於高速行駛。

雖然有學者認為西式船體狀如「鱈頭鯖尾」最寬處在中間偏前，雖有利取得較大的船頭浮力，但船型不如中式船體。因中式船體型如水禽，水平切面為前窄後寬，最寬處在中間偏後，是最有利於減少水阻與空氣阻力的形狀，因為水禽本來就身子半沉半浮。但我認為是似是而非的講那。因如上文所講，空氣阻力遠小於水中粘性水阻，根本可以忽略不計。且水阻公式算的是浸水表面積，也無關於水線上船體的型狀。最後，數字會說話。此等因民族主義充腦的積非成是，是無助於學術上的客觀。

参考論文
陳政宏<<肆佰料戰座船之創復模型及其性能分析>>
陳政宏<<從鄭和堡船爭議論未來中式帆船的研究>>
曾樹銘、陳政宏<<17世紀「臺灣船」性能研究與初步復原規劃設計>>
許智超、陳政宏<<四種典型中國式古帆船性能之比較>>

本文作者 : wang2557657

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发布媒体：好百科 作者：看北朝