為什麼艦船的船頭有這種各樣的形狀，每種形狀又有什麼差別？現代軍艦大多都是那種艦首？【那是為什麼】

從物理學的角度上來說,爲了加快船隻的移動速度,應該儘可能的讓船頭變籤,以可以減少阻力對艦船速度的影響。 但是我們在現實生活中看到的戰艦,有時候往往不是這樣設計。 不同的船隻設計,船頭的形狀也是不相同的。 有些船頭又尖又細,就像是海面上的一把利刃,而有些船頭則又扁又寬。 今天我們就來聊一聊爲什麼會有這麼多不同的船頭形狀,每種船頭形狀又各有什麼好處。 早在一戰前期,世界各國海軍開始意識到當時流行於各國主力艦的衝腳手的弊端,航行中難以保證安全。 撞擊敵艦的初衷設想越來越不現實,廢除衝腳手成了大肆索取,於是垂直艦手便應運而生了。 將衝腳手的水下衝腳去掉,手柱不是向內傾斜,而是筆直的和水線保持垂直,這樣的艦手就叫垂直手。 我們以一戰時期德國海軍的德夫林格級大巡洋艦爲例,觀察力強的朋友會注意到,這艘船的船頭形狀就是一個垂直於海面的設計,也就是採用了垂直艦手的設計。 從上方俯視,船頭開始逐漸變細,最終形成一個尖頭,使得艦船足夠劃破水面,同時又能爲船體提供足夠的寬度,可以爲艦船內部提供活動空間。 但更主要的是出於浮力和穩定性的考慮,如果船體真的又長又細,那麼就難以在水面漂浮,船體也會不夠穩定,無法保持船體直立,也就是說船上需要加載更多重量才能保持船體的穩定。 垂直手在當時的海軍艦船中已經開始應用,在實踐中,各國海軍意識到航速是未來海戰的關鍵,能否取得海戰優勢就看誰儘早地佔據優勢站位。 垂直手的優點在於它保持了最大限度的水線長度,這樣船舶的淨水阻力被大幅降低,能夠有效地提升航速。 另外,由於手柱不是複雜的弧度曲線,垂直手大大減輕了艦手的加工難度和成本,同時按照當時的審美觀點,垂直手也較爲美觀。 英國皇家海軍在19世紀末就開始在驅逐艦上使用垂直手,配合新型渦輪蒸汽機動力,這些驅逐艦的航速能夠達到36節,這在當時是極爲驚人的數字。 隨後日本海軍也注意到了這一點,如果以較爲廉價的價格就能獲得較高航速的軍艦,那麼何樂而不爲呢? 日本海軍決定試探性地將這一艦手設計引入到大型主力艦上。 1909年,日本海軍在建造第一艘戰略艦,核內號上就應用了垂直手,由於是試探性,因此在覈內級戰略艦二號艦射精號上,日本海軍仍然採用了之前的非減手。 兩艘艦建造完畢之後實驗的結果讓日本海軍是頗爲失望,核內號儘管的確提升了在淨水狀態下的航速,但付出的代價是,核內的耐波性等方面全面落後於射精,原因是垂直手大幅減弱了船舶的儲備動力,從此之後日本海軍在對大型艦船上使用垂直手就不再感興趣了。 繼日本人之後,試圖在大型主力艦上應用垂直手的是德國人,1914年德國開始服役德夫林格級戰略巡洋艦,該級艦採用了垂直手設計,航速達到了26.5節。 因此對於遠洋航行至關重要的耐波性就不是特別優先考慮的因素,隨後德國馬肯森級和約克級戰略巡洋艦也都沿用了垂直手設計。 由於這兩級戰略巡洋艦都未完工,其他國家海軍也不感興趣,垂直手就這樣逐漸在各國大型主力艦上消失了,因爲各國都已經找到了更好的設計方案,那便是非減式艦手。 非減式艦手又稱大西洋艦手,是由垂直艦手發展而來,其在垂直艦手水線上部外飄,並與下部垂線圓滑過渡而成,因此大西洋艦手可以分爲兩部分,垂直的下部與外飄的上部,且大多數具有一定的弧度,也是區別於傾斜艦手的主要特徵。 其中大西洋艦手是德國人的叫法,而非減式艦手並非德國人的專利,早在19世紀,美國商船就開始使用採用非減式艦手設計的快速帆船,提升遠洋運輸航線的速度和效率。 相對於傳統的艦手,非減式艦手的水線以下部分接近垂直,減少船體的波浪阻力,讓船隻穿浪而行,而水線以上的部分則向前外飄,如同一把鋒利的尖刀。 當艦手受到波浪影響而下沉時,外飄的艦手使得沉入水中的船體體積加大,同時船體的浮力也迅速增加,艦手能夠很快地歸附原位,減少了艦手的上浪買手現象,強化了船舶快速航行時的穩定性。 但是由於這種追求速度的設計並不適合更重視船體貨物搭載量的商船,因此非減式艦手只流行了相對較短的時間。 而隨着高速戰列艦概念的興起,戰列艦的艦體設計越來越緊湊,如何讓戰艦進一步提高速度成爲各國海軍強國的研究課題。 對於需要在大西洋上執行破礁作戰的德國海軍來說,提升大型軍艦的航速更有利於強化戰艦的機動性,在獵殺盟軍船隊的同時也能從盟軍的海空兵力的追擊中全身而退,因此適用於緊湊型艦體設計,同時也能提升航速的大西洋手成爲了德國海軍的首選。 德國海軍原先在大型主力艦上所安裝的大多是垂直型艦首,這也是英國海軍所流行的艦首設計。垂直型艦首的優點在於結構簡單,造價相對低廉,縮短了戰列艦艦體的建造工時和成本,但是其代價便是艦首的抗浪性較差。 在風高浪急的北大西洋上航行時,垂直型艦首更容易產生上浪現象,面對高海礦時穩定性較差。 非減式艦首的採用使得軍艦的抗浪性能提升,在大風大浪中航行時,利於提升艦體的穩定性,在提升航速的同時也能爲提升艦炮的射擊精度帶來一定的幫助。 人們將非減式艦首命名爲大西洋艦首,也是寓意其非常適合在大西洋的風暴和巨浪中航行。 德國海軍在建成沙恩霍斯特級戰艦後不久便發現,沙恩霍斯特級由於採用了垂直型艦首,再加上艦體幹弦較低,在試航過程中容易產生上浪現象,試航性不足,海水漫過前部主炮塔,容易讓主炮塔出現故障。 因此在沙恩霍斯特於1936年下水後不久,德國海軍就爲它和格奈森腦號一同更換了試航性更好的大西洋首,同時德國海軍也爲西佩爾海軍上將級重巡洋艦更換了大西洋首,在1936年開工建造的比斯曼級戰列艦也吸取了沙恩霍斯特級的經驗教訓,採用了大西洋首設計並最終完工。 雖然大西洋艦首有着提升高海況下的船體試航性,提升航速等好處,但是其製造工藝複雜,也意味着要承擔相對高昂的造價和更長的建造工時,同時大西洋首的採用使艦體長度拉長,船體幹弦側面積加大,在水面炮戰中增加了備彈面積,更容易被敵方的炮彈擊中。 儘管如此,大西洋艦首也依然成爲了軍艦設計師們最爲喜愛的艦首設計之一。 不論是大戰後期登場的伊阿華級戰列艦,還是現代的阿里伯克級導彈驅逐艦,都依然採用了大西洋艦首設計。 可以說,大西洋艦首是最爲成功的一種設計方案,同時也是各國海軍主力艦的一種特徵。 勺型艦首的出現主要是爲了提高戰艦的航行速度。 在那個時代,歐美海軍列強的主力戰艦都採用了垂直型艦首設計。 但是在設計追求高速性能的驅逐艦時,設計師們對高速軍艦所需要的船型設計進行了進一步的探索,各種新式艦首的設計因此開始出現。 勺型艦首是一種艦首設計,外形類似於湯勺。 在高速航行時,由於勺型艦首的流線型設計,星波阻力較傳統的垂直型艦首要低,因此被認爲是可以有效提高航速的一種艦首設計。 而使用勺型艦首最多的便是二戰時期的日本海軍。 1917年,日本海軍的機風型驅逐艦就採用了勺型艦首。 勺型艦首結構相比於傳統的垂直型艦首和飛鹼式艦首,具有更小的上部甲板面積和整體體積。 這可以減輕船體的艦首結構重量,節省下來的排水量,可以用於加裝更多的武器裝備。 1911年,日本開始建造服役的機風級驅逐艦上採用了全新的勺型艦首設計。 這一設計對於後來大正時期和昭和初期建造服役的驅逐艦以及巡洋艦產生了持續影響。 同時,其他各國海軍也開始在追求高速航行性能的艦艇上採用勺型艦首。 勺型手因此流行起來。 日本海軍計劃擴大其海軍主力艦規模,實施所謂的八八艦隊計劃。 在該計劃中,提升戰列艦的航速成爲了一項重要目標。 因此在設計和建造長門級戰列艦等主力艦時,也採用了勺型艦首,並被認爲有助於提高艦艇的航速。 除了提高軍艦的航速和減輕艦首重量之外,日本軍艦廣泛採用勺型手的另一個原因,也是爲了配合一種機密兵器,即一號機雷。 這種連體水雷通過一條較長的鏈條將兩個懸掛在浮標下的水雷串聯在一起,該兵器旨在部署在敵艦隊的必經航線上。 一旦敵艦首勾住鏈條,兩個水雷便會被鏈條帶向艦體並在靠近軍艦艦尾的位置引爆。 但是採用勺型艦首的幾方軍艦可以輕鬆地壓過鏈條,避免被一號機雷誤傷。 然而這種腦洞大開的兵器並未在任何實戰中得到應用。 除了經典的垂直手以及飛剪式艦首之外,軍艦設計師們也一直在努力優化船體設計,提升戰艦們的航行速度, 以求在海戰中先敵人佔據有利的攻擊陣備,提升在海戰中取勝的概率。 二戰爆發前興起至今的球匕首也成爲了現代軍艦重要的艦首設計之一。 影響船舶提升速度的一個很大因素就是興波阻力。 所謂的興波阻力指的是船舶航行時興起重力波所遭受的阻力,船舶的航行速度越快興波阻力也越大。 而隨着軍艦動力系統迎來進化,軍艦的航速也得到了顯著提升。 在各國海軍列強都開始發展高速戰列艦的背景下,興波阻力對軍艦提升航速所造成的阻礙問題也愈發明顯。 1911年,美國軍艦工程設計師大衛泰勒提出可以爲軍艦安裝球匕首, 從而減少興波阻力,提升軍艦的航行速度的設計構想。 這種想法是通過在水線下方安裝球形凸起,使得凸出於船首前方的球匕首在船首形成低壓區, 與水線上方船首前進形成的高壓區重疊,相當於產生了一個相反的波峯和波谷, 使船體前行產生的興波阻力遭到抵消,大大減緩了興波阻力對高速船舶的影響。 從1920年代開始,美國海軍開始在各種軍艦上試驗性地安裝球匕首, 比較知名的便是列剋星盾級航母以及壓滑級爲代表的美國高速戰列艦上, 球匕首也已經成爲了標配。 同一時期,其他海軍列強的軍艦設計師們也開始注意到球匕首設計帶來的好處。 意大利海軍的特輪託級重巡洋艦、圍內託級戰列艦也採用了球匕首設計。 在現代的航母和驅逐艦上,球匕首也成爲了主要的艦首設計之一。 但現代軍艦安裝球匕首除了用於提升高速性能以外,還有一個重要的考慮, 將艦首反潛聲納佈置在其中,這樣的佈置既不會影響艦體的設計和性能, 也能最大程度地發揮聲納的探測能力。 最後,大家還想了解哪些軍事裝備,歡迎在評論區留言討論。 我是大斌,我們下期節目再見。