什麼是船速計算器?
這個計算器可估算排水型船體的最大船體速度(hull speed),也就是船隻航行時因自身造浪而形成的實際速度上限。當船速提高,船首會推出一道弓形波,波長會隨速度增加而拉長。一旦波長與船的吃水線長度相當,船體就等於困在自己造出的波谷裡,若沒有龐大的額外動力便難以「爬」出來,這個臨界點便定義了它的船體速度。
如何使用
先量出船隻的吃水線長度(LWL),單位為英尺——這是船隻在載重狀態下真正接觸水面的船體長度,而非甲板的全長。輸入數值後,計算器會回傳理論上的最大船體速度(節),並一併換算成英里/時與公里/時。
公式說明
造船工程中的經典經驗法則為:
$$\text{速度(節)} = 1.34 \times \sqrt{\text{LWL}}$$
其中 LWL 為以英尺計的吃水線長度。常數 1.34 源自深水重力波的物理特性,適用於傳統排水型船體;至於滑行型船體(planing hull)與多體船,因為船身會抬離水面、而非硬擠著水前進,速度可以突破這道上限。
實例試算
假設一艘帆船的吃水線長度為 25 英尺。25 的平方根為 5,因此船體速度即為 \(1.34 \times 5 = 6.7\) 節,亦即:
$$1.34 \times \sqrt{25} = 1.34 \times 5 = 6.7 \text{ 節}$$
大約等於 7.71 英里/時或 12.41 公里/時。
根據吃水線長度的船體速度
經典排水式船體速度公式使用吃水線長度 (LWL),而非船舶的總長度:
$$\text{船體速度(節)} = 1.34 \times \sqrt{\text{吃水線長度(英尺)}}$$
下表將此公式應用於常見的吃水線長度。節數使用 1 節 = 1.15078 英里/小時 = 1.852 公里/小時進行單位轉換。
| 吃水線長度(英尺) | 船體速度(節) | 船體速度(英里/小時) | 船體速度(公里/小時) |
|---|---|---|---|
| 10 | 4.24 | 4.88 | 7.85 |
| 15 | 5.19 | 5.97 | 9.61 |
| 20 | 5.99 | 6.90 | 11.10 |
| 25 | 6.70 | 7.71 | 12.41 |
| 30 | 7.34 | 8.45 | 13.59 |
| 35 | 7.93 | 9.12 | 14.68 |
| 40 | 8.47 | 9.75 | 15.69 |
| 50 | 9.47 | 10.90 | 17.54 |
30 英尺吃水線的詳細計算範例:\(1.34 \times \sqrt{30} = 1.34 \times 5.477 = 7.34\) 節。將該結果進行轉換,\(7.34 \times 1.15078 \approx 8.45\) 英里/小時。
按船體型別的速度-長度比係數
公式中的 1.34 是經典重排水式船體的速度-長度比 (SLR)。更完整的公式為 \(V = C \times \sqrt{\text{吃水線長度}}\),其中係數 \(C\) 隨船體形狀而變化。較輕、線條更尖的船體在自身波系阻擋它們之前可以超過傳統限制。
| 船體型別 | 典型係數 (C) | 說明 |
|---|---|---|
| 重排水式 | ~1.34 | 傳統滿幅龍骨巡洋艦和經典帆船。船體在接近此速度時被困在自身的船首和船尾波浪之間。 |
| 半排水式 | ~1.5 | 中等、易於驅動的船體和某些拖網漁船,使用額外動力可以略微超越經典限制。 |
| 輕型/鰭龍骨 | ~1.5–2.0 | 具有輕排水量和平坦尾段的現代性能帆船;能夠部分抬升並拉伸其波系。 |
| 滑行式/多體船 | 超過規則 | 滑行式動力船和多體船爬上或越過船首波浪;船體速度不再限制它們,公式不適用。 |
將較高係數僅作為粗略指導使用——非排水式船體的實際最高速度取決於動力、重量和船體設計,而非單獨的吃水線長度。
您的船體速度結果的含義
船體速度最好理解為一個軟效率閾值,而非絕對速度限制。當排水式船隻移動時,它會產生船首波浪和船尾波浪。波長隨速度而增長,當波長與船舶吃水線長度相匹配時,船體沉入其自身波峰之間的波槽中——大約在計算所得的船體速度處。
在此點以下,所需動力隨速度溫和上升。當船舶接近船體速度時,船尾下沉進波槽,船舶必須有效地爬上自身的船首波浪,因此動力需求陡峭上升。將重排水式船體推動超過其船體速度的一小部分可能需要引擎動力或帆力大幅增加,卻只能獲得小幅速度提升,這就是為什麼此數據對於引擎尺寸和估算高效巡航速度如此有用。
該限制並非絕對。滑行式船體突破了它:具有足夠動力時,它們可以擺脫波槽,抬升到水面並騎在船首波浪上,之後速度-長度關係不再控制它們。衝浪下波面讓即使是排水式船體也能短暫超過船體速度,因為重力提供額外的驅動力。輕型、線條細長的排水式和多體船設計也能維持遠高於 \(1.34 \times \sqrt{\text{吃水線長度}}\) 的速度,因為它們的纖細船體產生較小、更容易被超越的波系。
對於實際巡航,許多船東計畫的舒適航行速度略低於計算所得的船體速度,在此速度下燃油消耗和搖晃遠比動力曲線陡峭端要容易。若要估算航程時間,請用相同單位將您的距離除以該巡航速度。
常見問題
船有可能跑得比船體速度還快嗎?可以——滑行型船體、順著浪頭滑行,或是極大的動力輸出都能超越這道極限;但對一般排水型船體而言,它仍是一道相當明顯的效率瓶頸。
該用全長還是吃水線長度?一律使用吃水線長度(LWL)。船首與船尾突出水面的部分對船體速度沒有貢獻。
為什麼結果用「節」表示?節(每小時一海里)是航海領域標準的速度單位;為方便參考,我們也同時顯示英里/時與公里/時。