球鼻艏原理

圖2綠線是船頭原來形成的波浪，藍(lán)線（與紅線有些交叉）是球鼻艏形成的波浪，藍(lán)線壓制了綠線，兩者最后形成了我們看見的波浪——紅線的波浪。

結(jié)果就是波浪被壓制了，減小了興波阻力，船就更快了。沒有球鼻艏（Shǒu）時(shí)會(huì)在船舷產(chǎn)生波浪形的水波，球鼻艏可以產(chǎn)生一個(gè)翻轉(zhuǎn)180°的波，與之抵消。但球鼻艏只在其設(shè)計(jì)的航速上產(chǎn)生正效應(yīng)，否則阻力更大，所以只用遠(yuǎn)洋海船。

船在航行時(shí)候會(huì)產(chǎn)生興波阻力，船舶航行時(shí)使水面產(chǎn)生波浪，在船首和船尾附近各發(fā)生一組波系。每組波系包括橫波和散波。橫波大致垂直于航向，散波同航向斜交，船波起伏的能量由船體供給，消耗了一部分推進(jìn)船舶的功率。對(duì)船來說相當(dāng)于克服一定的阻力，這種阻力叫興波阻力。

圖1是一艘遠(yuǎn)洋貨輪空艙航行的照片，球鼻艏位于船頭處，就是船頭吃水線下方紅色區(qū)域那個(gè)大大的突出。

球鼻艏又稱球型艏，簡(jiǎn)稱球艏。設(shè)計(jì)水線以下首前部近似呈球狀的船首部。球狀部分又稱球鼻，其型式有水滴形、撞角形、圓筒形等多種。20世紀(jì)初用于軍艦，在傅汝德數(shù)0.3左右明顯有利，但制造工藝復(fù)雜，造價(jià)較高，耐波性也差，未能推廣。60年代發(fā)現(xiàn)對(duì)低速油船、貨船有利，后被廣泛應(yīng)用。一般認(rèn)為，球艏雖使?jié)衩娣e增大，但其阻力可由船首波與球艏波間有利的干擾，或球艏附近水流情況的改善而減小。有的資料統(tǒng)計(jì)，艦船滿載時(shí)球鼻艏可降低船的主機(jī)功率10%～20%。球艏還有利于安裝首部側(cè)向推力器及聲吶。球艏按橫剖面面積曲線的形式可分附加式和隱含式。前者常見于早期的球艏與由常規(guī)船型改裝的球艏，面積曲線除艏端外不加修改?，F(xiàn)代球艏都用后者，將橫剖面面積曲線自前體肩部削瘦轉(zhuǎn)移到球艏處。球鼻艏按橫剖面的形狀，有▽型、△型和Ο型，以配合艏部橫剖面形狀。

(1)設(shè)計(jì)航速

因?yàn)橛纱a(chǎn)生的波系是與航速有關(guān)的，所以在設(shè)計(jì)球鼻艏時(shí)要經(jīng)?？紤]設(shè)計(jì)航速，為了便于統(tǒng)一比較，應(yīng)該選擇一個(gè)相應(yīng)于下式的臨界航速。

設(shè)計(jì)航速超過臨界航速愈多，則球鼻艏的收益不論在滿載或壓載時(shí)都愈好。如對(duì)同一球鼻艏，設(shè)計(jì)航速V_D=1.1V_k比V_D=V_k的功率節(jié)約高達(dá)10%。

(2)球鼻艏的體積

球鼻艏的體積和航速兩者都是對(duì)于球鼻艏效果最重要的參數(shù)，因此首先應(yīng)予確定，由于球鼻艏的原因在設(shè)計(jì)球鼻艏時(shí)應(yīng)將它的體積加到船體滿載排水體積上。但實(shí)際上，球鼻艏的體積是作為無球鼻艏在設(shè)計(jì)吃水時(shí)排水體積的附加值，更確切地說，球鼻艏體積是包括艏柱前及與前體過渡部分的體積。

作為首次設(shè)計(jì)的參考值，球鼻艏體積為（0.002~0.005）的吃水時(shí)的排水體積，這里對(duì)大船可取小一點(diǎn)，對(duì)較小的船可取大一點(diǎn)。

(3)球鼻艏的高度

我們把球鼻中心(大部分位于最大寬度和長(zhǎng)度上)至常設(shè)計(jì)狀態(tài)水線的距離認(rèn)為是球鼻艏的高度。球鼻艏的高度和球鼻艏的體積一樣是很重要的參數(shù)，在船模試驗(yàn)時(shí)對(duì)此要特別注意。

對(duì)Ⅰ類球鼻艏，它的橫剖面向水面縮小，球鼻艏的中心可以選擇為艏?jí)狠d吃水的70%。

對(duì)Ⅱ類球鼻艏，如果球鼻艏超過水線不大于10%球鼻直徑時(shí)，能保證在服務(wù)航速時(shí)有良好的繞流特性，球鼻中心也應(yīng)位于55%艏?jí)狠d吃水。

對(duì)Ⅲ類球鼻艏，設(shè)計(jì)水線就是球鼻艏高度的參考線。球鼻中心按其高度的體積分布不同選擇為設(shè)計(jì)吃水的55%～65%之間。 2100433B