军舰、轮船的排水量是如何测量的？

说起军舰和轮船的排水量，很多人会觉得这玩意儿挺玄乎的，好像是凭空出来的个数字。其实啊，它背后是一套相当严谨的物理原理和测量方法，跟咱们生活里称斤论两差不多，只不过是测量体积，然后换算成重量。

核心原理：阿基米德的“浮力定律”

这事儿得从古希腊说起，伟大的阿基米德早就发现了那个颠扑不破的道理：物体在液体中所受的浮力，等于它排开的液体的重力。

想象一下，一艘大船停在水上，它能稳稳地浮着，靠的就是水给它的“托力”，也就是浮力。这浮力大小，正好等于这艘船在水里“顶开”的那部分水的重量。船有多重，它排开的水就有多重，所以，船的重量就等于它排开的水的重量。

而“排水量”这个概念，其实就是船的实际重量，只不过是用“排开的水的重量”来表示。这就像你买菜，你可以说我买了500克猪肉，也可以说我买了半斤猪肉，意思都一样。

那这排水量是怎么“量”出来的呢？

这可不是直接拿个巨大的秤去称一艘军舰。船那么大，而且造好了之后就要下水，总不能再拆了称吧？所以，测量排水量主要有两种途径：

1. 计算法（设计和建造阶段）：

这是最主要的测量方式，尤其是在船的设计和建造过程中。工程师们就像精密的“数学家”和“物理学家”，把船的每一个部分都计算得清清楚楚。

详细的图纸和模型： 船的设计图纸包含了船体各个部分的详细尺寸、材料、厚度、结构等等。这些信息是计算的基础。
材料的密度： 船是由各种材料组成的，比如钢材、铝材、玻璃钢、木材，甚至是各种设备、管线、家具等等。每种材料都有自己的密度。
体积的计算： 工程师会根据船体设计，精确计算出整个船体的体积，包括船壳、甲板、上层建筑、内部舱室等等。这是个相当复杂的过程，需要用到数学建模和计算机辅助设计（CAD）技术。
重量的累加： 将船体各部分的体积乘以其材料的密度，就能得出各个部分的重量。然后把所有部分的重量加起来，就得到了船的总重量。
考虑船上的固定设备： 这个计算可不是光算船体本身，还要算上安装在船上的各种固定设备，比如发动机、发电机、锅炉、锚、链条、炮塔（军舰）、起重机（货船）等等。这些都是“船”的一部分。

所以，简单来说，计算法就是：把船体分成无数个小块，计算出每个小块的体积，乘以材料密度，再把所有小块的重量加起来。

2. 实际测量法（试航和运营阶段）：

在船建造完成后，或者在需要精确确定排水量的时候，会进行实际测量。这时候，测量的是船“排开的水的体积”，然后通过水的密度换算成重量。

吃水线的测量： 这是最关键的一步。船在水上漂浮时，会有一个“吃水线”，也就是船体浸入水中的那部分与水面的交界线。工程师会精确测量船体在水面下的各个截面的形状和尺寸。
测量吃水深度： 船体两侧会有专门的吃水线标记，从船首到船尾，会测量出船在静止状态下的吃水深度。
精确的船体模型（水线线型图）： 船的设计图纸中，会有一系列“水线线”图，也就是船体在不同吃水深度下的横截面形状。这些线图是进行精确计算的基础。
积分计算： 利用测量到的吃水线和船体设计的水线线图，通过数学积分的方法，可以计算出船体浸入水中的部分的总体积。
水的密度： 测量当时海水或淡水的密度。水的密度会随着温度和盐度的变化而变化，所以测量也很重要。
排水量的计算： 将计算出的船体浸入水中的体积，乘以当时水的密度，就得到了船的排水量。

这里要区分几个重要的排水量概念：

标准排水量（Standard Displacement）： 这是军舰设计时的一个重要参数，指的是军舰在不携带任何弹药、燃油、淡水、食品、人员和其他消耗品等“非作战必需品”情况下的重量。你可以理解为船体本身的“骨架”加上固定设备。
正常排水量（Normal Displacement）： 这是军舰在“正常”作战状态下的排水量，包括了一定数量的燃油、淡水、弹药、食品和人员等。这更接近于军舰实际执行任务时的状态。
满载排水量（Full Load Displacement）： 这是军舰在装载所有作战物资（包括最大载量的弹药、燃油、淡水等）以及人员和装备，达到其最大载重量时的排水量。

为啥要区分这些？

这些不同的排水量参数，对于设计、建造、试航和日常运营都至关重要。

设计阶段： 工程师需要知道不同排水量下的船体结构强度、稳性、推进系统功率等是否满足要求。
建造阶段： 确保每一批次的钢材、设备等都符合设计要求，最终的总重量要接近设计目标。
试航阶段： 实际测量和验证设计计算的排水量是否准确，并测试船在不同载重状态下的性能。
运营阶段： 船员需要知道船在不同载重下的吃水深度，以便安全地进出港口、航行，并合理分配燃油、淡水和弹药等。

总结一下，测量军舰和轮船的排水量，就像给一个巨大的、漂浮在水上的物体称重，只不过我们不是直接称它，而是称它“排开的水”有多重。

设计和建造时，我们主要靠精确的计算，把船的每一个零件都算进去。
实际应用中，我们通过测量船体浸入水中的体积，再根据水的密度来推算。

这整个过程，从数学计算到物理测量，都体现了人类在工程学上的智慧和严谨。所以，你看到的那一串串庞大的数字，可不是随便来的，而是经过无数计算和精确测量的结晶。

网友意见

我能想到2种船舶排水量的评估方式：

1. 算排水体积：尽管船水下的形状是不规律的，但是你依然可以用辛普森积分法（simpson's rule）估算水下的体积。当然，我们现在生活在21世纪，所以可以直接通过船体设计软件里的三维模型让电脑软件做出精确的排水体积评估。电脑软件实际上也是用的评估方式去计算那些不规律的曲线面积，只不过软件会把曲线隔成更小的分段。

2. 重量评估： 没错，船舶设计的估重过程确实需要你把船上的任何一个小细节的重量都尽可能算进去（ 每种材料都要估计用量和重量 ）。这很耗时间，也很耗钱，但是必须得做。最终，重量评估的结果必须跟三维模型里的船壳水下体积的重量相等，这通常需要多个设计回合才能搞定。

我能想到1种船舶排水量的测量方式：

1. 在船刚建好或维修好，准备在干船坞里浮起的时候：由于干船坞的水泵是可以计算放水量的。从开始放水的那一刻到船在干船坞里浮起的那一瞬间（干船坞里架船的架子上可以放传感器，大概做一个估算），那时候所有放进干船坞里的水就应该可以用来计算船的排水量。干船坞里有水位标记，可以通过干船坞里的水位标记算出干船坞里水和船体体积的总和，然后再用这个数字减去水泵计算灌进去水的实际体积，你就会得到在干船坞里船体所占用的体积。

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