船的鼻子用來加速？球鼻艏究竟是幹什麼用的，為甚麼無法被取代？

航母以及各種水面艦艇 不管是軍用還是民用 船首都有這樣 這樣的 這樣的玩意兒 爲什麼要有它呢 裝了它能有什麼好處 這期視頻咱們就來聊一聊這個有趣的玩意兒 耗資八億美元的瑪麗皇后二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 因爲在造這艘船時呢 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 其實啊 這兒呢 本來也沒什麼大不了的 跨洋業務只有航海業壟斷 郵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 五天的旅程飛機只用15個小時就搞定了 這讓以跨洋爲生的巨型郵輪都感到了壓力 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 不然八億美金就打水漂了 而造出來失敗品的你們也不會有好下場 但郵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郵輪轉了幾十圈 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的佔比很高 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 每組波系包括橫波和散波 橫波大致垂直於航向 散波同航向協交 船舶起伏的能量呢 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 只是呢 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 降低船舶友好 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時 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 他們建造的船呢 前部也有一個突出物 但大兵認爲他們船首的突出物啊 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 更確切的答案呢 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 不過價錢呢也更高 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 對比美國的亞華級的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 除了前面的那些呢 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 這種穩定性呢 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 馬力皇后二號 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 聲納的安裝呢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 英國當時呢還叫水聽器或者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聲波阻力 聲納呢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 如果空置呢有些浪費 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 聲納原本呢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 總的來說呢 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 這一點影響呢 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 一般需要較大蹲位 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的有很大的傾角 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 和撞腳設計異曲同工 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 每艘船呢 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 郵輪等豐滿船型呢 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 目前常見的比手呢 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 水滴型球比呢 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 美國在小英級以前呢 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刺波紋 被認爲是沒有裝備球比手的原因 但經過多方面調查 魚刺波紋呢 並非球比手的問題 很可能是重心與中線的毛病 不過呢 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 球比手呢 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