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船頭下方的鼻子是幹什麼用的?沒有它,船就跑不快

你有沒有注意觀察過那些乘風破浪的遠洋貨輪,在船頭下方有著一個明顯的球狀突出物,看起來就好像船頭長了個鼻子一樣,與船的整體造型很是違和,這個東西到底是幹什麼用的呢?

這個東西叫作“船鼻艏”,也叫“船球艏”,這個東西雖然不太好看,但可不要小看它,因為如果沒有它,船就跑不快了。在歷史上,遠洋貨輪的最高速度曾達到過33節,而現在的遠洋貨輪航行速度大多在20節左右,20節是什麼概念呢?大概相當於每小時37公里。這個速度著實不慢了,因為一般情況下汽車在街道中行駛的速度不會超過每小時40公里,即使是在國道上,也有著每小時80公里的限速。

汽車在國道上的行駛速度為每小時80公里,而遠洋貨輪的航行速度為每小時37公里,還不到汽車的一半,但不要忘了,輪船可是在水中航行的,而水的阻力大概是空氣中阻力的800倍,如此看來,是不是覺得輪船的速度很是驚人?

那麼輪船為什麼能有如此高速呢?至少有一半的功勞要歸於“船鼻艏”,也就是船頭下方的那個球狀突出物。那麼船鼻艏是如何為船隻提速的呢?我們先來看看船隻在航行的過程中阻力主要來自於何方。船隻在向前航行的時候,受到了前方海水的阻擋,所以船首的海水會被船隻推起,之後,推起的海水又會沿著船身向船體兩側流去,並在船側形成起伏的波浪。

船在航行時所受的阻力與一個因素息息相關,那就是海水與船隻的接觸面積,而起伏的波浪必然會增大接觸面積,進而增大船隻所受的阻力,影響船隻的航行速度,而這股阻力就被稱之為“興波阻力”。

我們也可以從本質上來思考一下興波阻力是如何降低船隻的行駛速度的。運動是需要能量的,在船隻到來之前,海水是風平浪靜的,起伏的波浪完全是由船隻所引起的,所以波浪起伏的能量本質上是由船隻所提供的,這些波浪實際上是消耗了一部分船隻的功率所產生的,而要減少功率的耗損,就要設法消除這些波浪,於是“船鼻艏”就誕生了。

在安裝了船鼻艏之後,船體兩側的波浪起伏明顯減弱了,船隻的速度也得到了顯著的提升,根據過往的經驗,相同的船隻,安裝船鼻艏和不安裝船鼻艏,最高航速可以相差5-10節。

船鼻艏的作用是毋庸置疑的,那麼船鼻艏到底是如何消除波浪的呢?這可以分為兩方面來說,一方面就是船鼻艏本身的形狀。船鼻艏是一個球狀物,我們可以做一個實驗,用一根繩子拉著一個小球在水盆裡移動,再用一根繩子拉著一個小方塊在水盆裡移動,你會發現小球所產生的波浪要明顯小於方塊。這是為什麼呢?因為在球狀物的前方,水會因壓力而隆起,但當隆起的水來到小球的後方,壓力會瞬間降低,隆起的水面會迅速回落,如此一來,波浪自然就小了。

第二方面的原因是,船鼻艏會形成一個翻轉180°的波,這個波會與原本的波相互抵消。

船隻向前航行時會在船體兩側形成波浪,而船鼻艏所產生的波浪剛好與其它部位所形成的波浪是相反的,那麼兩條相反的波浪疊加後會產生怎樣的效果呢?自然就是相互抵消,所以原本起起伏伏的波浪就變得波瀾不驚了。利用波的疊加效益來消除波,這在生活中有著廣泛的應用,比如聲波,利用相反的聲波來消除原有的聲波,這就是降噪耳機的基本原理。現在有一個新的問題,那就是船鼻艏是如何產生一個正好翻轉180°的波的呢?

船隻在行駛的過程中所產生的波的大小與船隻的航行速度是密切相關的,不同的航行速度所產生波是差異極大的。

所以要想讓船鼻艏發揮作用,那麼就必須要有一個“設計航速”。船鼻艏並不能夠保證任何時候都產生正好翻轉180°的波,只有在設計航速下才能夠奏效,如果船隻的航行速度脫離了設計速度,那麼船鼻艏的降阻效果就會大打折扣,甚至還可能在某些時候產生原本的波完全相同的波,這樣疊加起來就會產生更大的波,反而會導致船隻的航行阻力增大。此外,不同的船隻對於船鼻艏的形狀也有著不同的要求,常見的主要有撞角型船鼻艏和水滴型船鼻艏,前者常用於遠洋貨輪,後者多用於高速艦船。