航母為何不能無限大，甲板又為什麼不能做成對稱型？航母冷知識一個視頻全看完！航母艦艏的球鼻有何作用，建造航母特種鋼材又有多困難？

爲什麼這些航母的艦手都裝着一個個大大的圓球 還不能去掉 關於航母的這些問題 大兵今天就來給大家一次性解答 看看製造航母的特種鋼板有何玄機 航母的甲板又爲何總是不對稱的形狀 話不多說 精彩馬上開始 大家都知道建設航母是一項大工程 以美軍的弗萊斯特級航母爲例 其空艙排水量就達到了6萬噸 也就是說建造一艘弗萊斯特級航母大概需要6萬噸鋼鐵 而且這些鋼呢不是普通鋼 而是特種鋼 尤其是甲板所需要的特種鋼 由於飛行甲板不但要承受重達二三十噸的艦載機 在起飛和降落過程中產生的強烈的衝擊和高摩擦力 還要承受噴氣式飛機高達幾千度的火焰的灼燒 因此對鋼材的性能要求更爲苛刻 一般來說呢一個國家的特種鋼產量不到粗鋼產量的百分之二十 如果我們想加長航母的長度 所耗費的鋼材就會增加到一個恐怖的數目 一艘船船呢爲了維持穩定性 其長寬之比呢有着嚴格的限制 可以用這個公式計算 BAM是船寬 LAW是船長 單位爲英尺 舉個例子 這裏有一艘二十七英尺八點二米的船 二十七的立方根呢是三 三的平方根是九 九加一等於十 所以這艘船的寬度應該在十英尺三米左右 一般來說呢長寬比越大 艦船的阻力就越小 船體的寬度越大 整艘船的穩定性就越好 面對風浪時就能減小輕負的風險 以美國現役的最大航母福特號爲例 其艦體的建造成本呢爲一百三十點二億元 如果我們把它長達三百三十米的飛行甲板翻一倍 達到六百六十米 此時它的寬度應該是七十六米 如果航母的結構沒有變動 此時福特號的體積擴大了三倍有餘 沒錯 航空母艦的長寬和體積呢並不成正比 而體積變大的結果呢就是所需要的鋼材也水漲船高 不論其他情況 僅從數據上推算 一艘六百六十米的福特號航空母艦 其艦體造價達到了三百九十億美元 而美國海軍在二零二二年的國防預算爲兩千一百一十七億美元 用於裝備研發的費用的爲七百六十八億美元 一艘加長版的福特號航母 就佔據了美國海軍預算的半壁江山了 即便是這樣 六百六十米的長度依然無法滿足我們開頭的問題 即讓航母和陸地機場一樣長 一般來說呢 一個軍用機場的長度爲兩千八百米 如果要造出一個這麼長的航母 其所需要的鋼材和建造時間也難以想象 那有的兄弟就不服了 萬一地球哪天突發大洪水 全人類社會要集結力量建造一艘諾亞方舟 保留文明的火種 這總能造出來吧 對此啊 大兵只能遺憾的告訴各位 這也是不可能的 至於爲什麼呢 聽大兵慢慢往下說 目前人類最大的艦船 爲日本駐有重工生產的海上巨人號 其長度達到了四百五十米 排水量爲二十六萬噸 與其相對的呢 其移動速度非常慢 最高速度僅爲三十公里每小時 大概比公交車快一點 如果他想要一百八十度掉頭 則需要三公里的轉彎半徑 而這一切呢 都需要在天氣好的情況下進行 如果在海上遇到大風大浪 這艘海上巨人很有可能被攔腰 斷成兩截 而將他腰斬的正是他自身的重量 自從公元前阿基米德發現浮力的祕密後呢 人類就學會了使用水 來拖起那些難以想象的重物 理論上來說 只要體積夠大 船的大小呢可以無限延伸 但爲何我們至今所造出的艦船 依然沒有超過五百米呢 我們都知道啊 大海並不是風平浪靜的 海水在洋流和引力及其他環境作用下 形成了永不停歇的海浪 現在呢我們把這些海浪理想化 讓它變成和正弦一樣的曲線圖 海浪的最高點爲波峯 距離水平面的距離爲波高 一般來說呢波高在幾釐米到二十米之間 而兩個波峯之間的距離則稱爲波長 波長呢一般爲幾十釐米到幾百米 與波高成正比 如果我們把一艘船放進海浪中 就會發現這艘船的吃水線位置並不相同 會根據水浪的變化而變化 根據阿基米德原理 浮力等於排開水的體積 現在同一艘船上呢 船身各處在海浪裏受到的浮力並不相同 有的位置沒入水中的船身更多 有的地方呢則更少 沒入水中更多的位置 會受到向上的浮力 而其他地方呢 則會因爲浮力的減少而形成向下的重力 這兩種力呢結合起來 就形成了將船身扭曲的硬力 船體能否被海浪的硬力扭曲 取決於其船身的硬度 但僅從人類目前的科技水平來看 超過四百米的船隻 就有很大的風險在巨浪中被折成兩半 在2008年由日本MOL集團製造的 MOL Comfort號貨輪 在新加坡前往沙特吉達港的途中 在距離阿曼塞萊拉港430海里處 北緯12度33分 東經59度46分附近發生了斷裂 整艘船體被攔腰斷成了兩截 該船呢長302米 載重90613噸 事發時呢船上裝滿了貨物 大概是在滿載狀態 而且當天的風浪不算很大 當時風力才7級 波高只有6米 按理說遠不能威脅這個噸位的貨輪 可事實就是這樣 一艘巨輪呢在小浪裏翻了船 事後經過倒查 是因爲該船採用了最新的HTS47鋼 這種鋼材呢雖然對張力和對縱向的 屈服強度更高 但卻沒有考慮到對橫向的屈服強度 這導致Comfort號在遭遇側向的海浪時 船舶中部的6號貨艙底部的雙層船殼底板 因無法承受扭曲力而發生斷裂 進而引發多米諾效應 導致整艘貨船被攔腰斬斷 該船呢也成爲人類有史以來 被海浪斬斷的最大貨船 由此呢我們可以看出啊 只要材料學沒有突破 我們就很難造出超過400米的艦船 這便是人造漂浮物的極限了 兄弟們可能注意到了 我說的是人造漂浮物的極限 在北冰洋地區有大量巨型冰山 這些冰山呢短則百米長則千米 那麼就有人突發奇想了 不如把這些冰山裝上推進器 改造成冰航母 豈不美哉 事實上還真的有人這樣做了 在第二次世界大戰期間呢 英國人被U型潛艇的狼群戰術打得苦不堪言 僅在1942年11月 德國潛艇就擊沉了142艘戰船 英軍呢急需一種能夠對抗潛艇的辦法 這時候從英國聯合作戰總部蹦出了一個人 來者呢名叫傑弗裏派克 他想出了一個好辦法 那就是將一艘冰山改造成軍艦 並在船身上裝備製冷裝置 以此來恢復德國潛艇造成的損傷 雖然這個計劃聽起來太過大膽 但派克呢不僅是英國著名物理學家 GD伯納爾的老朋友 還深受作戰聯合部部長蒙巴頓勳爵的賞識 所以呢他將自己的想法通過一封信 告訴蒙巴頓勳爵後呢 勳爵直接將這個計劃 告訴了時任英國首相的丘吉爾 後者對此表現出了很大的興趣 在1942年 派克和好友伯納爾開始了這項研究 但是呢他們很快發現 原始的冰山表面不僅不規則 其平面呢也太過光滑 無法作爲飛機跑道使用 於是呢派克從因紐特人那裏借來了靈感 將14%的紙和鋸末與水融合 凍成了複合型冰塊 這些加入了其他材料的冰 就如同在水泥中加了鋼筋 不僅更加堅固 同時密度也更小 產生的浮力也變得更大 後來呢這種材料被政府以派克的名字命名 稱爲Packard 英國陸軍元帥艾倫布魯克在日記中呢 提到了英國軍方高層在測試這種材料時 發生的一場驚險事故 在1943年的魁北克會議上 路易斯蒙巴頓勳爵帶來了一塊Packard 在丘吉爾首相和海軍司令弗蘭克林·羅斯福面前 展示了這種材料的堅固性 他將Packard放在了一塊大小相同的 普通冰塊的旁邊 然後掏出手槍射向普通冰塊 那塊冰呢瞬間四分五裂 毫無抵抗之力 可他當槍口指向Packard時呢 變故突起 那顆子彈在Packard打出了一個淺坑 隨後反彈射向了正在圍觀的人群 子彈射穿了海軍上將歐內斯特金的褲腿 留下了兩個圓圓的小洞 隨後鑲在了牆上 雖然驚險但好在沒有人受傷 但是這種簡易的冰塊材料 確實爲英國的一衆刀官留下了深刻的印象 魁北克會議之後呢 在丘吉爾和蒙巴頓的支持下 冰航母計劃開始正式在加拿大啓動 代號爲哈巴谷 派克呢準備在加拿大的帕特里夏湖裏 建造一個18米乘9米的小型模型 用於測試這種材料在對抗炮彈和魚雷時的表現 他們獲得了充足的材料以及人工 在派克等人給英國方面的回信中說 他們預計將在14天內造出模型船 而英國呢也對此充滿了期待 而聯合作戰部長回應說 丘吉爾已經邀請了參謀長委員會 安排立即預定一艘完整的哈巴谷船 並且具有最高優先級 如果該計劃表現良好 將訂購更多的艦船 然而隨着氣溫的增加 冰船出現的問題也越來越多 最終他們沒有在1943年結束前 建造出一艘完整的哈巴谷船 在次年美國開始介入哈巴谷項目 而該項目的領導者派克 因爲之前的研究項目 一直與美國人相互看不順眼 並不想和美國人合作 沒想到此時他的好友博爾納突然被刺 將派克從項目中踢出了 於是在1943年夏天 沒有派克的哈巴谷項目繼續進行 英美政府對該項目的要求更加苛刻 他們不僅希望哈巴谷是一座福島 並且還擁有11000公里的航程 並且能夠承受有記錄以來最大的風浪 同時皇家對這個項目提出了三個要求 首先該船能夠起飛重型轟炸機 這意味着其跑道長度需要達到610米 其次是希望該船能夠抵禦所有魚雷 如果想做到這一點 該船的外殼將厚達12米厚 最後一點是希望這艘610米的巨輪 能夠保持轉向功能 但經過哈巴谷項目組的計算 如果要讓一艘610米的船實現轉向 其方向舵將長達30米 這根巨大的方向舵 直到項目結束也沒有造出來 到了1944年 英國皇家空軍元帥博爾特詢問 哈巴谷船能否抵禦炸彈的問題 此時負責項目的博爾納有些吞吞吐吐 他告訴元帥 炸彈不是問題 哈巴谷的外殼可以抵禦1000公斤炸彈的爆炸 但如今還有很多結構性的問題 和轉向困難正在攻克 最終一個小號的模型船 在1944年被造了出來 但結果卻令人哭笑不得 因爲經過計算 如果要將這艘船放大到610米 其建造所需要的資金 將會超過用鋼鐵建造的船 英國海軍研發總監查爾斯爵士更是怒批 該項目足以動搖英國的造紙行業 一艘船所需要的木材就達到了4萬噸 建造冷凍裝置所需要的鋼鐵 比建造全鋼鐵打造的船更多 與此同時 英國所面臨的國際形勢也發生了變化 首先是英軍獲得了葡萄牙 亞索爾群島的使用權 這幫助他們在大西洋狩獵德軍潛艇 其次是遠程油箱的出現 讓艦載機的航程大幅增加 能讓他們有更長的巡邏時間 德軍的潛艇對英國艦船的威脅 正在不斷的縮小 基於以上種種原因 哈巴谷項目最終被暫停 那個長達10米的巨大冰模型 經過了三個夏天才被融化 如今在帕特里夏湖中 依然有它剩下的金屬殘骸 而這也是人類對超大型航母的最後嘗試了 在地球上大部分的物體 都被萬有引力所限制 使得其大小存在一個明顯的極限 航空母艦也不例外 我們先將這個問題放在一邊 繼續關注關於航母的第二個問題 那就是航空母艦的製造難度 我們就以法國的航母計劃爲例子 來聊一聊這個話題 其實早在2020年12月8號 法國總統馬克龍就曾前往位於 勒克盧索的法馬通核能工廠 探討爲法國下一代航母配裝核動力的問題 由於法國對新航母的噸位設計 要比現有的戴高樂號航母大得多 所以不論是馬克龍本人 還是法國海軍總參謀部 都十分關心艦載核動力系統的研發進度 也正因爲如此 馬克龍在當時正式啓動了 法國新一代航空母艦計劃 相關的研究工作 最早從2018年10月就已經開始了 歷經了七年的努力後 法國的新一代航空母艦建造計劃 已經走到了建造項目前期階段 如果一切順利 新航母上的相關設備 將在2025年底就將啓動生產開發 而戰艦的本體部分 則會在2031年初啓動建設 初期的航母生產線 位於法國的聖納澤爾 等到船身大致建造完畢後 新航母會在2035年轉制土輪 並在此地完成西裝工作 而在這期間 航母內部的管網閥門 及其他大型設備和鋪裝材料 都會與之前建造的船身結合 只要此環節不出問題 新航母就能在2036年開始下水實驗 並於2038年底 正式交付法國海軍服役 法國的這款新航母 從2018年開始進行初期研究 到2038年進入海軍服役 即使所有環節都完美無誤 都要足足花費法國人20年的時間 航空母艦到底是有多難造 從時間成本上就可見一二 尤其法國人要造的 還是重型核動力航空母艦 根據法國海軍集團 在2022年歐洲海軍展覽會上 公佈的數據 法軍下一代航母 全長310米寬85米 滿載排水量能夠達到7.5萬噸 航母將使用兩臺新型的K22核反應堆 該反應堆由法馬通防務公司 與原子技術公司聯合開發 能夠提供220到230兆瓦的推進功率 讓航母最大航行速度達到27節 船上搭載的電磁彈射器 以及定向武器裝置 也都要依靠新型核反應堆運行 法國雖然是有核國家 也有建造核電站的經驗 但是要做出能讓航母搭載的 小型化核反應堆 也是非常不容易的 航空母艦上的核反應堆 是一種利用核裂變原理 爲船舶和推進系統 產生熱能和電力的裝置 通常是由反應堆堆芯 冷卻劑系統 蒸汽發生器 渦輪機 以及冷凝器和控制棒等裝置組成的 與一般核電站使用的民用反應堆相比 海軍艦艇對反應堆的要求會更嚴格 首先核電站使用的濃縮油 風度很低 通常只有個位數 但是美國和俄羅斯等國的核潛艇 甚至會搭載風度超過95%的濃縮油 而這個等級的濃縮油 已經達到了核武器級別 一般來說 核反應堆所使用的濃縮油 風度越高 它的燃燒使用效率就會越高 甚至可以連續20年不換燃料 這對於需要進行遠洋作戰的航空母艦來說 其實非常重要 但真的要操作起來 光是給濃縮油提脣 就要難倒一片國家 據說伊朗當年是在搞濃縮油提脣時 用了10萬臺離心機 讓離心機轉了10年時間 才提脣出300多千克的濃縮油 而這些濃縮油的純度也只有3% 並且核電站的反應堆在運行時 並不太考慮噪音問題 畢竟他們都在遠離居民區的地方 地點也都是公開的 但是核動力軍艦需要載人作戰 不能忽視海軍官兵的身心健康 也不能因爲噪音問題 讓敵人早早的偵測到自己 所以對於這些核反應堆來說 噪音是一定要得到控制的 與此同時 一款艦載反應堆 還要在保證運行功率的前提下 儘可能減少對航空母艦內部空間的佔用 並且艦載反應堆 對於安全性的要求也會更高 在地面核電站的核反應堆之外 往往會有一層堅固的安全殼 就算發生了核泄漏 也不容易危害外部環境 但是航空母艦內部的核反應堆 只能依靠自身的安全屏蔽裝置 保證不發生核外泄事故 也正是因爲建造核動力航母 需要考慮的地方太多了 法國纔會叫上其他國內的軍工企業 通力合作 畢竟除了動力系統之外 航母還有其他的製造難點 需要專門解決 雖然航空母艦這種武器 在二戰時期出場率就已經很高了 但那時的航空母艦和現代戰艦 有本質的區別 因爲那個時候的螺旋槳艦載機 飛行速度偏慢 重量也比較輕 甚至有些飛機的機身 還是木質材料包裹鐵皮製作而成的 所以它們也不需要面積更大 質地更堅硬的甲板來進行起降 例如二戰時代的日本海軍 就曾使用貨輪加上平直甲板 改造出了軍用航母 這些航母的甲板 不需要太高的鋼材強度 就足以應對作戰需求 可時代發展到今天 戰爭對於航空母艦的要求 已經提高了很多 更大更重的噴氣式戰機出現了 軍事衝突的節奏也變快了 現在要是有一個國家想獨立建造航母 必須擁有齊全的工業技術 成熟的產業體系 以及充足的資金投入 航空母艦就像是一個 在海上移動的微縮城市和機場 它要保障艦載機的起降 要維持連續不斷的航行能力 戰艦內部的艙室也要進行合理劃分 並且船上的各種電子設備 還得相互兼容 畢竟讓飛機在海上起降 是很不容易的 海洋環境本就複雜多變 狂風甚至能將甲板上的飛機 直接吹到海里 並且隨着噴氣式戰鬥機的穩適 戰機起飛的滑行距離 也開始以千米作爲計算單位 而現代航母的甲板長度 不過200到300米 要讓噴氣式飛機在航母上起降 就必須在傳統起飛模式的基礎上 加入專門的輔助手段 如果飛機帶着巨大慣性在航母上降落 那麼甲板流出的滑行長度 也是遠遠不夠的 必須通過人工阻攔措施 讓艦載機安穩降落 使艦載機減速前行的是一套系統設備 包括阻攔裝置 液壓緩衝裝置和復位裝置等一系列結構 其中技術含量最高的就是甲板上的阻攔索 在加速度的作用下 阻攔索所承受的拉力 會使艦載機自重的好幾倍 阻攔索在短時間內承受的拉力 至少會在100噸以上 就算想要建造航母的國家 能夠研製出這種由幾百根不同鋼絲 和鋸齒繩芯組成的高強度阻攔索裝置 也還是繞不過如何讓飛機起飛的問題 在世界各國的現役航空母艦中 蒸汽式彈射器以及滑躍式飛行甲板 是兩種最常見的艦載機起飛解決方案 尤其是蒸汽彈射裝置 它能夠幫助艦載機提升起飛速度 縮短滑行距離 幫助重量更大的艦載機起飛 可問題在於彈射器的加工工藝十分複雜 很多國家根本做不出來 例如蒸汽彈射器裝備的開口氣缸和儲氣罐 就是蒸汽彈射技術繞不開的兩座大山 彈射器的開口氣缸需要承受巨大的蒸汽壓力 並且開縫處要保證絕對密封 而儲氣罐呢 則需要具備良好的抗拉強度和乳變性能 必須採用耐高溫特種合金鋼製作 而且彈射器的零部件在組裝的時候 如果沒有控制好拼接精度 就會導致彈射器性能大幅下降 彈射器在安裝到航母上後 進行後期維護也是一道難題 由於噴氣式戰機起飛時會產生高溫尾煙 安裝在航空母艦表面的材料都要承受高溫制烤 所以彈射器的本體也要和航空母艦甲板一樣耐高溫 這就不得不說到航母在建造過程中所使用的特殊鋼材 首先航母所用的鋼材應該具備優秀的抗海水腐蝕能力 海水對艦船底部的腐蝕性極強 很容易影響艦船的行駛速度和防護能力 雖然民用船隻也會考慮到這一點 但是航空母艦沒有民用船隻那樣寬鬆的養護頻率和條件 爲了應對隨時可能到來的作戰任務 航母底部的鋼材會專門在抗腐蝕性上提高標準 不僅如此 航母鋼材還需要具備良好的防磁能力 一般的鋼鐵材料會先天帶有低水平的磁力 而地球本身呢 是有磁場的 這些普通鋼材會不斷的被地球磁場磁化 逐漸產生磁力 航母作爲一種大量使用鋼材的戰艦 一旦服役時間比較長 船體產生的磁力也會逐年增加 這對軍艦來說呢 可不是一個好消息 因爲船身磁力增加到一定程度後 軍艦就會被敵軍的磁力探測器偵測到方位 或者受到敵方磁性水雷等武器的攻擊 所以對於航空母艦來說 鋼材本身的磁性越小越好 除了低磁特性外 航母所需的鋼材還需要具備耐高溫 耐衝擊 以及高強度的高韌性的特點 艦載機在起飛時噴射的尾煙 會給甲板帶來上千度的高溫 普通鋼材遭遇這種情況 很容易發生融化跡象 不僅如此 艦載機的重量一般都在15到30噸之間 當這些重量級選手在航母上完成 從滑跑起飛騰空的過程時 會給航母甲板帶來極大的衝擊力 如果甲板鋼材的抗衝擊力和抗扭曲力性能不夠強 那麼飛機降落時 艦載機就可能會連着阻攔索帶鋼板 拽壞一片甲板部件 像郵輪、貨船等民用船隻所用鋼材的強度 只有250兆帕就夠用了 普通軍用船也只需要在300兆帕以下就行 而航母用鋼 特別是航母飛行甲板所用的特種鋼 一般要求強度是在850兆帕以上 簡單來說 就是這種鋼材任選一平方釐米的部位 都能夠承受5000到8000公斤的衝擊力 不僅如此 使用比普通軍艦強度更高的特種鋼板 還可以從某種意義上減輕船身的重量 光是研製出強度這麼大的鋼材 對世界絕大多數國家來說已經非常困難了 而航母這種裝備偏偏對鋼材的需求量還特別大 如果要建造一艘7.5萬噸級的大型航空母艦 需要使用4萬多噸的特殊品種後鋼材 這些鋼板還要被分成各種規格和作用 一般可以被分爲船體板 裝甲板和結構板三大類 船體用鋼板是航空母艦上強度要求最低的板材 但是爲了防止魚雷和潛艇導彈的攻擊 一些船體鋼板的厚度也有將近20公分厚 爲了安全考慮 航空母艦還會使用雙層或者三層船體 當外部鋼板被擊穿時 內部鋼板還能支撐船體 航母的裝甲鋼板則是用在關鍵核心部位的防護鋼材 一般會在艦島的指揮中心 以及動力機艙大量存在 它們的厚度一般在30公分左右 有點類似於坦克使用的裝甲鋼板 至於結構鋼板 主要是用在甲板 革艙以及船體結構部位的鋼板 它們的最大特點是耐熱抗壓強度高 截至目前 世界上能夠製造航空母艦鋼材的國家 只有美國 法國 俄羅斯 日本等工業強國 其中鋼材性能表現最好的還要數美國 美國已經開發了兩個系列的特種鋼 一個是HY系列特種鋼 一個是HSLA系列鋼材 HY系列特種鋼 這種合金鋼的強度能夠達到800兆帕 是製造航母或者核潛艇的最佳鋼材 使用HY鋼材製造的潛艇可以下潛到水下2000米 準備建造新航母的法國也擁有製造軟鋼的技術 其強度能夠達到550兆帕左右 但是這種鋼材用來製造大型航母的話 在性能方面比不上美國的HY系列鋼材 像法國現役的戴高樂號航空母艦 用的就是美製的HY80鋼 至於俄羅斯的AK系列合金鋼材 其實強度也不錯 可以用來製造航母 早在2021年5月 俄羅斯就曾將建造三艘新航母的計劃 加入2024到2033年的國家軍備發展規劃 可是造航母除了對技術有要求外 還有一個硬性的門檻 那就是大量的資金 如果俄羅斯對建造新航母的資金預估 在三年前就已經超過了70億美元 那麼俄烏戰爭爆發兩年後的今天 要俄羅斯拿出資金開建新航母 就更是一種挑戰了 造航母這件事 至少對於現在的俄羅斯而言 可真是一件難事 不過話又說回來了 航空母艦在當下依舊是強大海軍的象徵 想要新航母的俄羅斯和法國 究竟誰能搶先一步美夢成真呢 好了 說完了製造航母的難度 我們下面再來聊一聊航母的甲板 爲何都是非對稱的形狀 其實航母剛誕生的時候 甲板也不是這樣 飛行甲板是航母上最大的甲板 佔據的除了艦島位置之外的大部分面積 飛行甲板的佈局 在航母總體設計中佔有重要地位 能夠在很大程度上 決定航母的綜合作戰效能 也是確定航母主尺寸的主要依據 飛行甲板的功能區劃分 也是以艦載機的作戰使用需求 作爲佈局原則來劃分的 而艦載機在飛行甲板上的週轉流程 也就決定了其功能區的佈局 而這些區域的劃分 都是將穩定 便利和快捷 作爲最基本的設計原則 正因如此 航空母艦的飛行甲板 主要分爲着艦區 起飛區 以及停靠區這三大功能區 着艦區是飛行甲板上的重要功能區 航空母艦的作戰效能 主要就依靠艦載機來發揮 而艦載機的使用離不開起飛着艦 着艦區通常設置在航空母艦的 艦尾至艦手側弦 此處會設置一段飛行甲板 並且着艦區通常會設置阻攔索 縮短艦載機的降落滑行距離 技術比較先進的國家 還會在航空母艦着艦區的末端 增設一到兩臺飛機彈射器 讓着艦區同時肩負起彈射起飛的職能 飛行甲板上還會有停靠區 一般設置在飛機着艦跑道 和起飛跑道的三角形交匯區 這裏便於艦載機向起飛區流轉 又便於着艦飛機停靠 停靠區周圍一般設置兩到三臺升降機 這裏可以將機庫裏的飛機送到飛行甲板上 不過除了特定的飛機停靠區外 航空母艦的飛行甲板許多空閒區域 在必要時都可以用來停靠飛機 甚至連升降機的平臺本身 在不需要執行飛機回收任務時 也可以用來停放飛機 而飛行甲板上使用頻率最高的地方 當然就是起飛區了 起飛區位於航空母艦的艦首部位 分佈在艦首前沿向後60米到90米左右的位置 佔據着大約三分之一的飛行甲板面積 作爲海軍艦艇中最大的艦種 許多國家的航母甲板都是不對稱結構 實際上航母甲板的形狀並不是一開始就固定不變的 在航母的發展初期 甲板的設計也在摸索過程中 由於當時的飛機很輕起飛速度低 所以起飛所需要的跑道也很短 在這時期 一些國家開始對戰列艦或巡洋艦的前甲板進行改裝 以達成起降飛機的目的 早在1910年11月14號 美國海軍的航空先驅尤金·伊利 就在一次飛行表演活動中 駕駛着一架科迪斯雙翼飛機 從博明漢號巡洋艦加裝的前甲板上起飛 飛機飛行了一段距離後 安全降落在了附近的一片海灘上 這是人類第一次駕駛飛機從軍艦上起飛 也是飛機對艦船甲板提出功能需求的開端 在兩個月後的1911年1月18號 尤金·伊利又駕駛着飛機從陸地上起飛 並在賓夕法尼亞號巡洋艦改裝的後甲板上 完成了飛機降落 如此一來 尤金又完成了人類首次在軍艦上降落飛機的壯舉 美國對艦船甲板的飛行功能開發 很快引起了其他軍事強國的注意 在1912年5月9號 英國海軍的航空先行者查爾斯·薩姆森 也駕駛飛機從英軍愛爾蘭號戰略艦上起飛 值得注意的是 尤金此前在博明漢號巡洋艦上起飛時 博明漢號其實是處在靜止狀態 並不是一個移動的平臺 而查爾斯·薩姆森的起飛行動 是在移動的愛爾蘭號上進行的 這也讓他成爲第一個 在正在行駛的軍艦上起飛的人 因爲早期飛機的起飛需要速度很低 所以迎風航行中的軍艦甲板上起飛 算是比較容易的 既然飛機的海上起飛可行性 已經得到實踐驗證了 英國便決定正式設計一款 飛機專用的軍用甲板 1917年6月 英國以暴怒號巡洋艦爲基礎 在艦體前身加裝了大型飛行甲板 並將其改裝成了航空母艦 同年8月2號 英國海軍上校愛德溫·鄧寧 駕駛誘犬戰鬥機從暴怒號上成功降落 在這時的海上航空技術畢竟是不成熟 鄧寧上校也在之後的降落嘗試中遭遇了事故 這場意外 讓英國對航母的甲板佈局進行了反思 如果飛機要在暴怒號上着陸 飛機必須繞過艦體中部的艦橋 這對飛行員而言無疑是一場考驗 吸取教訓的英國在1917年11月 將暴怒號航母送回船廠進行甲板改裝 這次改裝最大的壯舉 就是在後甲板新增了91米長的甲板 設計師的想法是讓飛機在前甲板上起飛 在後甲板上降落 起降的飛機可以互不影響 但此時的飛行甲板佈局依然侷促 位於航母中部的艦橋和煙囪仍然存在 這些建築物會在軍艦行駛的過程中引起亂流 這會嚴重影響飛機的着陸安全性 並且由於建築物的阻隔 在甲板上調度艦載機也非常麻煩 受到了不少飛行員和船員抱怨的暴怒號 不久後再度進場改造 這次呢 廠家直接把暴怒號中間的建築物移除了 將前甲板和後甲板直接連通 至此爲止 航空母艦甲板前後貫通的設計正式定型 英國的做法也影響了後來世界各國的航母甲板設計 在這時期呢 英國對航母的改裝設計 不僅涉及了甲板平面形態 還關注過甲板的立體結構 早期航母甲板的改裝不限於單層 英國就曾改造過雙層飛行甲板的航母 日本的加賀號和赤城號航母也曾嘗試過三層甲板 這三層甲板中呢 下兩層是起飛甲板 最上層是起降兩用 這種設計的初衷呢 其實很好 那就是將飛機起飛和降落進行分流 以此提升航母運作的任務成功率 並且兩批飛機還不會佔用彼此的甲板空間 這使得艦載機的出動架次頻率可以翻倍 但在後來的實踐操作中呢 英國和日本軍隊都發現 多層甲板它並不是一種好設計 其看似新穎卻存在不少缺陷 首先是起飛問題 就算有了雙層乃至三層甲板 飛機也只能選定一個方向使用甲板 爲了增加飛機起飛時得到的升力 艦載機必須朝着航母行進方向起飛 對於那些需要起飛的戰機來說 他們還是隻能利用航母甲板的單獨一端 並且當航母同時使用上下兩層甲板時 那些同時起飛降落的飛機 在空中相撞的風險很大 爲了安全 飛行員還是傾向於採用交替起飛降落的方式 而這種情況下 航母的艦載機起飛效率並沒有明顯提升 與此同時 艦多層甲板的設計 在不佔用機庫空間的情況下 會導致船體的重心整體上移 影響航母行駛的穩定性 對航母的作戰效能是有很大影響 而且多層甲板的設計 會要求航母使用數量更多 以及性能更好的升降機 這也在無形中增加了航母的建造使用成本 也削弱了航母的作戰可靠性 在上述種種原因的影響下 雙層乃至多層甲板的方案 漸漸不再受到英國等海軍強國的重視 英國在後期的航母甲板佈局設計上 還是沿襲了暴怒號積攢的經驗 並且通過對暴怒號的改裝摸索 出廠自帶全通式平直甲板的航空母艦 白眼巨人號 是在1918年9月正式服役 其原本是一艘郵輪 被英國皇家海軍返廠改裝後 擁有了覆蓋整個船體 可控飛機起降的木質全通甲板 沒有指揮塔 沒有煙囪 整體造型簡潔清爽 但至此爲止 航母的甲板設計仍有弊端 首先 航空母艦系統排出的廢氣 會在船尾誘發額外的氣流擾動 同樣會增加飛機降落時的危險性 而這些詭計 也容易阻礙飛行員的視野 並且英國軍隊之前光顧着減少甲板建築了 導致飛機起降調度人員 沒有合適的觀察與工作場所 爲了消除之前的弊端 英國在正式建造第一艘航空母艦 競技神號時 建造了直通式甲板和艦體右側的艦道 這種佈局呢 也漸漸成爲二戰前後航母的主要甲板形式 日本的赤城號 加賀號航母 和美國的埃塞克斯級航母 約克城級航母 以及列克星頓級航母 都採取了類似的設計 但即便如此 艦載機起飛降落相互干擾的這個問題 依然沒有得到有效解決 雖然在理論上 飛行員只要操作技術合格 就可以在阻攔索充分發揮作用的前提下 讓起飛作業和降落作業同時進行 但現實情況中 大多數航母的飛行甲板長度都不夠用 這導致了前後起降作業區的緩衝距離過短 起飛和降落難以同時進行 這無疑影響了航母的戰鬥力發揮 中途島戰役時 日軍的航空母艦戰鬥群 就遭遇了這種情況 那些執行完任務的飛機 在返回航母前需要盤旋等待降落 而航母上的飛機 則常常要等待時機起飛 由於無法同時起降 如果先讓航母上的飛機起飛 返航的飛機就會燃油耗盡墜入大海 日軍指揮官南雲中一 不想承受這個損失 決定先收回飛機再起飛 結果在這個時間段中 日軍航母的戰鬥力是大打折扣 美軍也抓住了 日軍制空戰機數量減少的時機 發動進攻 這樣的現象無疑是日軍 在中途島戰役失敗的因素之一 直到二戰結束後 噴氣式飛機的時代正式到來 英美兩國決定對傳統甲板佈局大改 以適應新的戰術要求 畢竟噴氣式飛機的降落速度更快 留給飛行員的操縱反應時間大幅減少 爲了安全考慮 着艦區要儘量清空 以避免降落失敗後發生碰撞事故 例如1951年9月16號 埃塞克斯號的一架F2H女腰式艦載機 在降落時沒能勾上阻攔索 直接衝向了艦手的飛機 這引發了大火和爆炸 造成7人喪生 並且就算撞不到飛機 撞到艦島也是嚴重事故 正因如此 英國海軍在1952年 提出了斜角甲板理念 讓飛機的降落軌跡 與航母的艦身縱軸偏離 指向艦體的左前方 如此一來 就算有飛機出現降落失誤 也不會撞到右側的艦島 這樣的甲板設計理念 很快被美軍吸收了 從50年代中後期開始 美國對大量現役航母 進行了斜角甲板改造 並且從弗萊斯特級航母開始 美軍航母均採用了斜角甲板設計 它們的起飛區 着艦區 停靠區 以及升降機 彈射器的安放位置 都得到了有序排放 尤其是小英級航母 採用的4臺升降機 和4臺蒸汽彈射器的搭配佈局 更是成爲美國航母 後來幾十年的慣例 直到福特級航母出現 纔將升降機數量減少到了3臺 而相比之下 最有趣的 還是提出斜角甲板理念的英國 反而沒有在伊麗莎白女王級航母上 使用傾斜降落跑道 伊麗莎白女王級 是直接把降落跑道 放在了甲板左側 與起飛跑道平行 說完航母甲板 我們今天再進入最後一個板塊 那就是水線下的航母艦手 爲何總有一個碩大的球體 其實這個裝置也不簡單 耗資8億美元的馬力皇后2號 是當今世界上唯一一艘 作爲遠洋客輪運營的大型客輪 它是泰坦尼克號的三倍 總噸位更是達到了149215噸 然而它的極限速度 卻能達到30節 約合56公里每小時 正常速度也能突破20節 保持在41.9公里每小時 而這多虧了設計師的機智 因爲在造這艘船時 工程都已經建造了大半時 投資方已經準備開香檳慶祝了 就等着大把大把往腰包裏裝錢的時候 突然來了個晴天霹靂 這艘船的速度沒有達標 極限速度只有20多節 其實這兒本來也沒什麼大不了的 跨洋業務只有航海業壟斷 遊輪在海上以穩妥爲主 乘客們在海上多待幾天 享受一下不一樣的生活也很棒 可是恰逢航空業剛剛打破極限 開通了跨洋航空旅行 5天的旅程飛機只用15個小時就搞定了 這讓以跨洋爲生的巨型遊輪都感到了壓力 如果瑪麗皇后二號無法比同行擁有更快的速度 那麼她在未出生時就已經死亡了 訂貨廠商很快就召集來了造船的工程師 在一頓理性和非理性的勸說下 要求他必須突破極限 不然8億美金就打水漂了 而造出來失敗品的你們也不會有好下場 但遊輪的動力推進系統已經開工了 沒辦法再增加功率了 設計師圍繞着未完成的遊輪轉了幾十圈 一直在不停的嘆息 究竟怎麼樣才能不增加動力的情況下 給這艘巨輪提速呢 他不知不覺的來到了船首的位置 看着已經十米長的鼻子突然有了想法 不過呢他也不敢確定這個辦法是不是自欺欺人 隨後他讓工人們把這個大長鼻子加到了12米 讓人驚喜的事情發生了 在船下水後航速終於超過了30節 是不是有哪裏不對勁呢 加裝鼻子也能提速嗎 你看這個東西 它就是球鼻手 咱們看到的大型航母上基本都有它 只是呢平時航行時它都藏在水下 很少能夠見到 確切的說 球鼻手是一種船舶水下部分的裝置 位於船舶首部 外形呈現球形或半球形 由高強度鋼材製成 船舶在水面高速航行時會受到各種阻力 例如星波阻力 摩擦阻力 粘壓阻力 附體阻力 空氣阻力等等 其中星波阻力在總阻力中佔比很高 星波阻力和摩擦阻力幾乎佔到了全部阻力的85%了 船舶航行時使水面產生波浪 而船首和船尾附近各發生一組波系 每組波系包括恆波和散波 恆波大致垂直於航向 散波同航向協交 船舶起伏的能量由船體供給 消耗了一部分推進船舶的功率 對於船來說相當於克服了一定的阻力 這種阻力就叫星波阻力 爲了減小星波阻力 使船舶航行更快 更節省能量 人們便想方設法去減小星波阻力 通過合理設計 人們將一個叫球比手的裝置 裝在了船舶的船首下方 它就在船首下方產生了一個相位相同 但波峯波谷相反的球波首波 與船首波相互干涉抵消 就能達到減小星波阻力的目的 不過可能有人會有些疑惑 安裝這麼一個笨重的大東西在船頭 而且還在水線以下 真的不會增大船舶的阻力嗎 當然會 只會增加摩擦阻力和凸體阻力 只是因爲它能夠減小星波阻力 相比較於球比手本身產生的摩擦阻力 和凸體阻力要大得多 所以球比手能夠減少船舶航行阻力 提升船舶航行速度 降低船舶油耗 簡單來說就是船舶籠鼻後 能把波浪翻轉180度 進而抵消船首產生的波浪 統計數據顯示 擁有大鼻子的船舶 比沒有的要在燃料效率上 高出約12%到15% 當然星波阻力與球比手 並不是一開始就擺到了人們眼前 從船舶發展上來看 球比手的出現 遠遠晚於艦船的發展史 在1911年開工 1912年沉沒的泰坦尼克號巨輪上 就還沒有采用球比手 在20世紀初 球比手開始出現在船舶上 軍艦上較早採用該設計的 是意大利特倫託級重巡洋艦 不過也有人說了 球比手早在公元前 地中海東岸的菲尼基人 就發明出來了 他們建造的船 前部也有一個突出物 但大兵認爲 他們船首的突出物 更多的可能是類似於船首相 除了能夠展示雄風外 更多的是撞翻敵人的船 但也有破開風浪 使船加速的功能 更確切的答案 估計也只有穿越回去 問他們本人了 早期的球比手設計在軍艦上 應用不算多 主要是因爲工藝要求高 造價高等因素 而且早期火炮軍艦 艦體的建造成本 佔總成本的很大一部分 沒有更多錢花在這個鼻子上 現代艦船雷達 電子等裝備成本更高 球比手工藝也更加成熟 不過價錢也更高 據說航母的鼻子 價值100萬美元 後來發現球比手 對航行速度較低的 郵輪貨輪應用非常划算 尤其是滿載時 甚至最多可以降低 20%的主機功率 有利於改善航行能力 節省長期的遠洋運輸成本 二戰中 日本的大和號戰列艦 也得益於球比手設計 使得在噸位高達7.28萬噸 主機只有15萬馬力的情況下 對比美國的鴉華級的 5.57萬噸 主機21.2萬馬力時 依然能夠保持 近30節的最高航速 而不落下風 除了前面的那些 球比手還對船舶穩定性 起到了作用 它可以減小海浪對船體的衝擊 從而增加船舶的穩定性 當船在海上航行時 海浪和氣流等自然因素 都會對輪船的穩定性造成影響 而球比手可以減小 這些因素的影響 從而使輪船更加穩定的行駛 這種穩定性 不僅有助於 提高船舶的航行效率 還有助於減小 船員和乘客的不適感 另外在航行過程中 船體會產生大量的振動和噪音 不僅會影響 船員乘客的舒適感 還會對船舶結構和設備 造成損害 而球比手的設計 可以有效的減小 這種振動和噪音 從而提高 船員和乘客的舒適性 就比如說咱們開頭說的巨型郵輪 瑪麗皇后二號 它對於振動和噪音方面 要求就比較高了 畢竟誰上船來 不是來體驗海上生活的 要是到最後花了錢 生活品質還下降了 估計這艘船的業務 也就到頭了 而球比手的存在 也可以增加船舶的舵效 使船舶更容易操縱 球比手中多出來的空間優勢 可以安裝側向推進系統 對於僅靠船舵面迴轉 這有效的提升了 船舶的旋迴和變向性能 不僅迴轉速度更快 船舶轉彎半徑也得以縮小 當船首需要轉向 或者避讓障礙物時 球比手內的側向推進系統 可以提供額外的轉向力和穩定性 使船舶更加靈活和穩定 這種操縱性的改善 不僅有助於提高船舶的航行效率 有助於減少事故的風險 比如在惡劣的海況下 海浪可能會對船體結構 造成衝擊和破壞 而球比手的存在 可以增加船體結構 抗擊海浪衝擊的能力 減少船體的損壞風險 這種保護作用 有助於延長船舶的使用壽命 還可以減少維修和更換的成本 除了前面咱們說的優點 聲納的安裝也找到了更好的位置 聲納是利用聲波在水中 優秀傳導能力的一種探測設備 雖然在一戰中就已經開始應用 英國當時還叫水聽器 或者ASDIC潛艇探測器 不過到二戰中才走向成熟 1931年 美國研發的同類裝備命名爲聲納 球比手早期作用主要是改善星波阻力 聲納也不都是安裝在這裏的 後來應用中逐漸發現 球比手空間很大 如果空置有些浪費 於是就將聲納安裝在了這裏 結果發現這個位置 可以隔絕大部分艦體本身 機械噪音和航行噪音 對於聲波探測的效率有着顯著提高 這與現代的拖曳式聲納 將聲納遠遠的拖在艦體身後的水中 遠離艦體本身的干擾 大幅強化了偵測能力 是同樣的道理 聲納原本並沒有固定要安裝在球比手中 只是這個設計空間更加合適 便逐漸形成了 現代船舶前部聲納佈置的固定方式 總的來說 球比手在提高船舶穩定性 速度能效和舒適性 以及保護船體結構方面 都發揮着重要作用 因此在設計和建造船舶時 應該充分考慮球比手的作用和影響 以確保船舶的安全穩定和高效運行 球比手是個好東西 但並非所有的船隻都適合安裝 擁有球比手的艦船 利於提高航速 但是減速能力明顯弱於 無球比手的艦船 這點影響在潛水區域或者港口區域 會變得非常明顯 另外設計有球比手的艦船 一般需要較大噸位 尤其是比較深的吃水 以便於它在水下起到降低阻力的作用 如果吃水很淺的艦船 水線以下的位置不適宜安裝 因爲有可能會導致球比手在水線以上 反而增加了艦船阻力 起到了反效果 球手在海洋中也是一個危險的匕首 雖然艦船水線以上 看起來一般有很大的傾角 但是水線以下的球手 會向前突出非常大的一部分 美國海軍此前的兩次撞船中 阿里伯克級驅逐艦 艦體水線部分被撞出了個大洞 這就是球手的功能 從作用上看 和撞角設計異曲同工 在蘇伊士運河卡住的長刺號 也是其球比手深深的嵌入了岸邊 使得自己無法動彈 而船在航行時 考慮的影響因素太多 航速 外形 體積等等 每艘船也各不相同 經過研究發現 郵輪 集裝箱船 軍艦等 售銷的船型 受到的興波阻力更大 而散貨船 郵輪等豐滿船型 則主要爲其他的碎波阻力所困擾 所以球比手就有了取捨 散貨船 郵輪等豐滿船型這些胖船 就不適合裝球比手 當然也可以通過改變比手的造型 來適配各種船型 目前常見的比手 形狀包括像一滴水的水滴型球比 在船舶前端伸出尖角的撞角型球比 以及圓筒型 柱型 魚雷型 不同形狀的球比 適合不同種類的船舶 水滴型球比 適用於航速較高的客貨船 撞角型球比 則比較適合於油船 礦石船和散裝貨船 當然也有其他原因 造成有的國家選擇不建造球比手 比如英國建造的各種二戰航母 就沒有球比手 美國在小英級以前 也沒有使用球比手的習慣 2021年末 印度的首艘航母維克蘭特號 也沒有球比手 不過維克蘭特號下水的情況 被很多軍迷吐槽 由於其身後出現了魚字波紋 被認爲是沒有裝備球比手的原因 但經過多方面調查 魚字波紋並非球比手的問題 很可能是重心與中線的毛病 不過也有可能是一些現實情況 比如船廠的大小 不具備建造巨型航母的條件等 總的來說 球比手是一個具有優勢的項目 但不是什麼樣的船都必須裝備的 具體問題只能具體分析 未來隨着船舶技術的不斷進步 和海洋領域的需求增加 球比手有望在更多類型的船舶上 得到應用 同時相關技術和材料的突破 也將進一步推動球比手的發展 使其更加高效和可靠 總而言之 球比手作爲船舶水下部分的一種創新設計 具有顯著的航行性能和安全性優勢 通過減小阻力 提高操縱性和增強安全性 球比手爲船舶行業 帶來了巨大的改進和藝術 儘管其製造成本較高 但球比手的廣泛應用 將在航海領域帶來更大的效益和發展機遇 好了今天的視頻就到這裏 我是大斌 我們下期節目再見