细心的你一定会发现船舶的这个小秘密

一些大型船舶的形状并不仅仅是水面上看起来那么普通

而是在吃水线下偷偷藏着一个“大鼻子”

这些“大鼻子”的形状还是各不相同的

所以这个奇怪的突出部位到底是什么呢?

船首部水面以下的这块球状突出部分的英文名是“Bulbous Bow”,直译过来是“长得像球一样的船艏部位”,于是就有了一个相应的中文名字:球鼻艏。球鼻艏又称球型艏,简称球艏。球状部分叫球鼻,其型式有水滴形、撞角形、圆筒形等多种。

诞生于20世纪初

回想人类历史上的船舶,在船首有突起部分的船型有令人印象深刻的地中海东岸的腓尼基船,他们的船头拥有着标志性的尖端,像是独角兽头上的角。

但关于球鼻艏的历史无从考究,据传是一艘船在行驶中意外发生碰撞,使得船首突出了一大块。在大家都以为受到损伤的船体会导致船速降低,无法准时抵达目的地时,没想到船速竟然不减反增,甚至比预期时间更早到达,“大鼻子”这才被人们发现并重视起来。

球鼻艏正式使用是在二十世纪初,最先应用于军事。二战时期,日本最早在“翔鹤”航空母舰和“大和”号战列舰上使用球鼻艏,用来提高战舰速度。起初,球鼻艏由于制造成本太高,使用效果不理想而未被推广。直至六十年代后,人们发现其对低速油船、货船有利被广泛应用,军用和民用的远洋船舶才装上了这个改进后的“大鼻子”。

“隆鼻”为何能提速?

船舶在水面高速航行会受到各种阻力,例如兴波阻力、摩擦阻力、粘压阻力、附体阻力、空气阻力等等。其中兴波阻力在总阻力中占比很高,兴波阻力和摩擦阻力几乎占到了全部阻力的85%。

船舶航行时使水面产生波浪,在船首和船尾附近各发生一组波系。每组波系包括横波和散波。横波大致垂直于航向,散波同航向斜交,船波起伏的能量由船体供给,消耗了一部分推进船舶的功率。对船来说相当于克服一定的阻力,这种阻力就叫兴波阻力。

为了减小兴波阻力,使船舶航行更快更节省能量,人们便想办法去减小兴波阻力。通过合理设计,球鼻艏在船首下方产生一个相位相同但波峰波谷相反的球鼻艏波,与船首波互相干涉抵消,就能达到减小兴波阻力的目的。

简单而言,就是船舶“隆鼻”后能把波浪翻转180°,进而抵消船首产生的波浪。统计数据显示,拥有“大鼻子”的船舶比没有的在燃料效率上要高出约12%至15%。另外,球鼻艏还有一个重要优点就是使舰艏的浮力得到显著提升,一定程度上还减轻了舰艏在海浪中的俯仰摇摆。

“大鼻子”需要私人订制

一艘船的航行包含多种因素的影响,航速、外形、体积等等每艘船各不相同。因此在设计球鼻艏的时候,需要考虑到每艘船的各种参数。

船舶在水面上行驶,船首划破水面将水拨开至两边所产生的V形波纹有个学名叫“开尔文船波”,人们经过研究发现,游轮、集装箱船、军舰等瘦削的船型容易产生开尔文波,而散货船、油轮等丰满船型则没有明显开尔文波。也就是说“瘦”船受到兴波阻力更大,“胖”船则主要为其他的碎波阻力所困扰。

目前常见的球鼻艏,形状包括像一滴水的水滴形球鼻、在船舶前端伸出尖角的撞角形球鼻以及圆筒形、柱形、鱼雷形等。不同形状的球鼻适合不同种类的船舶,水滴形球鼻适用于航速较高的客货船,撞角形球鼻则比较适用于油船、矿石船和散装货船等。

球鼻艏虽然能够为船舶提速,但是它需要船舶达到一定速度才能形成足够的相反波形抵消兴波阻力。如果船舶速度太低,球鼻艏反而在水线以下增大船体总湿表面积,增加摩擦阻力。

为船舶提升附加值

球鼻艏是舰艏侧推装置和声呐的理想装位置,可以抵挡水波的冲击,起到一定的保护作用。球鼻艏距离舰船尾部螺旋桨最远,可有效减轻船舶自身噪声对声呐和电子设备的影响。

球鼻艏甚至可以称为船舶具有杀伤力的“秘密武器”,美国海军第七舰队“约翰·S·麦凯恩”号驱逐舰曾在新加坡附近海域与商船猛烈撞击,发生撞击后,商船前部的球鼻艏像一把匕首插入美军吃水线以下舰体,造成破损进水,给舰船和人员带来巨大的安全威胁。

近年来,球鼻艏出现了一些新的设计。人们正在研究长度可调节和形状可变化的球鼻艏,通过调节球鼻艏的长度、外形,来控制球鼻艏在船舶航行时产生的波浪,确保船舶在任何航速下都能有效减少兴波阻力,进一步加快航速。还研制出一种钛合金的球鼻艏,这种球鼻艏具有强度高、刚性好、透声性能优异、内部噪音低、质量可靠、维修费用低等优点。