军舰前端下方部位为何有个大圆球?
不仅仅是军舰前端有这个大圆球,而是基本上所有的重型船都会有这个大圆球。
当船在水面上航行的时候,船首会将水向两边排开形成水波。这个过程中就会激起一片片随着船舶行进方向的水波。当这个水波形成的时候,船的首部就会进入一个低压区域。在低压区域和船身的高压区域不同状态下转换会消耗大量的能量。因此就需要控制船首波的形成。
在船首水线以下用一个球艏使船在向前运动的时候首先激起一个小水波
这样的话就可以有效的降低船首部排开水造成的水压损失。使船在流动压力基本相等的水流体内移动。这样就有效的降低了船在推进过程中的阻力,从而大幅度的节约了能源。
不要小看水,我们看到的万吨巨轮能在水上漂浮是因为它们排开了万吨的水,排开的水也会消耗船在运动过程中的能量。如果减少了这方面的能力损耗就大幅度的提高了船的能源效率。
根据之前的一个研究判断,一艘船如果不安装球艏的话会比安装了一个设计完美的球艏的船多消耗大约80%的燃油。这也就是说为什么船的前部都安装了一个“大圆球”的最直接原因了。
当然,军舰上既然安装了球艏,那么这个空间也不会被浪费,一般很多军舰用这个球艏作为船上主动声纳的外壳,可谓一物两用。
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不仅是军舰,很多大型的远洋船只上都有这么个大圆球,专业点儿说,这个东西叫做球鼻艏。球鼻艏的作用,主要是减少兴波阻力。“兴波阻力”这个词乍一听有点儿拗口,简单来说,就是船只在水中航行时会激起波浪,这是因为水受到了船的推力。力的作用是相互的,船给水一个推力激起波浪,波浪就会给船一个阻力,这个阻力在水平面的分量就叫兴波阻力。兴波阻力与船型、大小、航速都有关,在船型、大小确定的情况下,航速越大,激起的波浪的波幅就越大,兴波阻力也就越大。
球鼻艏之所以能够减小兴波阻力,是因为球鼻艏从舰艏下方突出,在舰艏前方产生一个波浪,这样一来,舰艏本身撞到的是前方这个波浪的波谷,而且舰艏直接撞水产生的波峰也会与前方这个波浪的波谷相抵消。而如果没有这个球鼻艏,舰艏会直接“撞上一个波峰”,这个波峰自然是舰艏直接激起波浪而产生的。
很多人可能问,既然舰艏的兴波阻力需要被减小,那么球鼻艏为什么就不怕兴波阻力呢?首先,球鼻艏是圆的,在水下穿行自如,激不起多大的浪,波浪施加给它的阻力也会在球面上发散;其次是因为兴波阻力多产生于水面,在水面激起波浪非常容易,因为水仅受舰身的推力向上跃起形成波浪,空气对于水的阻力几乎可以忽略不计,但是球鼻艏在水下想要激起波浪的话,球鼻艏附近的水会受到更上层的水的阻力,或者说它需要托起更多的水,因此产生的波浪就很小。举个栗子,潜艇在水下航行时所受的兴波阻力几乎为0。(当然,我们本文假设船在静止时水面是没有波浪的,也就是说水面因风而掀起波浪的情况)
DDG1000朱姆沃尔特穿浪型舰艏下方的球鼻艏
随着技术的发展以及作战的需求,军舰上的球鼻艏已经不单单仅有减小阻力的用途,而是在里面安装了主动声纳,用于对水下环境的探测。