如果你留意,就会发现在军舰和远洋船舶舰艏水线以下都有个“大鼻子”,它兼具水滴形、撞角形、圆筒形等多种外形,被称为球鼻艏。
球鼻艏这个“大鼻子”,究竟藏着哪些事儿呢?
要知道,船舶在海水中航行的阻力,除来自大气的空气阻力外,还要充分考虑水的摩擦阻力和波浪的阻力——兴波阻力。对于高速航行的船舶而言,兴波阻力和摩擦阻力占到了全部阻力的85%。正所谓“无风不起浪”,军舰拍一个浪花,就会浪费掉不少前进的动力。这些波浪恰恰还是船舶在消耗大量燃油后制造出来的。因此,如何减少船舶由于航行而产生的波浪,成为进一步提速、节能的关键。经过试验人们发现,球鼻艏刚好是波浪的“克星”。
没有“大鼻子”的船舶在前进时,激起的波浪会向上冲击船头形成阻力;有了“大鼻子”之后,它就能“将错就错”,把波浪翻转180°,进而抵消由舰艏产生的波浪。统计数据显示,拥有“大鼻子”的船舶比没有的在燃料效率上要高出约12%至15%,且舰艏的浮力也得到显著提升,一定程度上还减轻了舰艏在海浪中的俯仰摇摆。
当然,这个“大鼻子”也是因船而异的。船舶航行产生的波浪都与航速相关联,在设计球鼻艏时必须考虑航速,其外形和体积也是影响效果的重要参数。人们经过研究发现,不同体形的船舶受到的阻力也不尽相同。“瘦”船受到兴波阻力更大,“胖”船则主要为其他的碎波阻力所困扰。因此,球鼻艏的设计也必须“按需设计”,实现“私人订制”。
目前常见的球鼻艏,形状包括像一滴水的水滴形球鼻、在船舶前端伸出尖角的撞角形球鼻以及圆筒形、S-V形、柱形、菱形、鱼雷形等。一般情况下,不同形状的球鼻适合不同种类的船舶。水滴形球鼻适用于航速较高的客货船,撞角形球鼻则比较适用于油船、矿石船和散装货船等。
球鼻艏为舰艏侧推装置和声呐提供了理想的安装位置,可以帮它们抵消海浪的拍打,起到一定的保护作用。同时,球鼻艏距离舰船尾部螺旋桨最远,可有效减轻船舶自身噪声对声呐和电子设备的影响。
近年来,球鼻艏还出现了一些新的设计。目前,人们正在研究长度可调节和形状可变化的球鼻艏,通过调节球鼻艏的长度、外形,来控制球鼻艏在船舶航行时产生的波浪,确保船舶在任何航速下都能有效减少兴波阻力,进一步加快航速。此外,研究人员还研制出了钛合金球鼻艏,具有强度高、刚性好、内部噪声低、透声性能优异等诸多特性,能为声呐等电子设备提供更好的“安身之所”和工作环境。
关于球鼻艏还有这样一件轶事。美国海军第七舰队“约翰·S·麦凯恩”号驱逐舰曾在新加坡附近海域与商船猛烈撞击,事故造成该驱逐舰吃水线以下的左舷处裂开了一个大洞。事实上,给美国军舰带来重创的,正是商船前部的球鼻艏。舰船一旦海上相撞,球鼻艏会像一把匕首一般插入对方吃水线以下舰体,造成破损进水,随即给舰船和人员带来巨大的安全威胁。