別笑!航母前面這一細長坨幹什麼用?嚴肅點,它真的很重要

別笑!航母前面這一細長坨幹什麼用?嚴肅點,它真的很重要

長風破浪會有時……

所以,我們印象中的船頭是這樣的:

破浪前進的美國華盛頓號航空母艦。

然而,我們沒看見的部分卻是這樣的:

美國福特號航空母艦組裝畫面,船頭前方,吃水線下是一大長坨。

不僅是航空母艦,其他大型郵輪也如此。平時,我們看到的郵輪是這樣的:

目前世界上體積最大的遠洋郵輪瑪麗皇后二號,上面有15個餐廳和酒吧、5個游泳池、1個賭場、1個舞池和1個天象館。

但實際上,它是這樣的:

注意,白色箭頭處,站著的是一個人,不是海鷗。(圖片作者:James Morgan / Cunard Line)

也許這樣,大家會看得更清楚:

這造型,怎麼說你好呀……(圖片作者:Hammelmann Oelde)

問題又來了?船頭前面這一長坨是什麼?幹什麼用?難道是為了安裝聲吶裝置而多出來的?

此問題源遠流長

古代,地中海東岸的腓尼基人(公元前1200年-公元前539年),他們善於航海與經商,腓尼基人建造的船,其前部也有一個突出物。

腓尼基船

腓尼基船

若時光倒流,我們回去問腓尼基人:你們建造的艦船,為嘛前面都有一突出物?可是為了展示雄風?

他們可能會這樣回答:「為了撞翻對方!」

還有呢?

「也許……船會快一點吧,我們感覺的。」

可這是為什麼呢?

「哪那麼多為什麼?這種問題,你應該去問神!」

…………

古代人知道什麼設計可能會比較管用,但卻不知背後的原因。而現在,說實話,我們也不能拍著胸口說,已百分百吃透其背後原理。

為什麼這麼說?先來看一個例子。

耗資8億美元的郵輪

美國國家地理頻道製作了一部關於「瑪麗皇后二號」郵輪的紀錄片。裡面講述了這樣一件事。

這艘造價高達8億美元的郵輪,在其總體設計已定的情況下,其航速沒有達到要求,只有二十多節的航速。而訂貨廠商強烈要求,郵輪在平靜海面必須具有接近或超過30節的航速,必須具有6天內橫渡大西洋的能力,否則此郵輪將失去競爭力!

然而,郵輪的動力推進系統已經開工,沒法再想辦法增加功率。這可愁壞了郵輪製造廠商,最後,他們的設計師萬般無奈的情況下,把瑪麗皇后二號船頭前面的那個突出物加長兩米,然後,問題得以解決了,郵輪航速終於超過了30節。

這個突出物,現在我們叫做球鼻艏。

為紀念瑪麗皇后二號十周年,攝影師James Morgan忽悠船長Kevin Oprey到突出物上拍寫真(論攝影師的重要性!)。

是的,現在我們都知道,球鼻艏確實能提高船速,但如果我們真知道得那麼透徹,就像愛因斯坦極其肯定物體不能超光速,就像我們精確地知道光速等於每秒299792458米的話,那麼,通過計算機的輔助運算,也許所有船舶設計師都應該提前知道,瑪麗皇后二號郵輪的球鼻艏的精確長度應該是12米,或者是12.005米,但是,設計師不知道,他後來是採取不斷試驗的方式。

球鼻艏為何能提速?

船行於海,就像車駛於路,前者是在水與空氣交界處穿行,後者是在陸空交界處行駛。而深海潛游的核潛艇,它更類似於騰飛於空的飛機——都是在一個固定介質中工作。

所以,對於船來說,我們既要考慮大氣的空氣阻力,還要考慮水的摩擦阻力,以及波浪的阻力,也就是興波阻力。這些阻力中,興波阻力和摩擦阻力占大頭,對於高速船來說,這兩種阻力的占比都各接近一半,占到總阻力的85%左右。

海浪會讓船上下起伏,這有點類似於你駕車在一條坑坑窪窪的路上行駛一樣。

無疑,海浪會增加船的阻力,而平靜的海面,船周圍的海浪(波)是船自身造成的,從能量的角度來說,那些波浪是船在消耗大量燃油後製造出來的,所以,我們可以說,船行駛時,產生的波浪越小,越少,則船消耗的燃油就越小。

船頭激起的波像一堵水牆,一直跟船伴隨前進。

所以,問題的關鍵是減小船,尤其是船頭產生的波,可怎樣才能減少?

經過前人大量實踐和試驗,人們發現,球鼻艏作用明顯!

可這是為什麼?

有一種解釋是這樣的。