首先,沒錯,這個部位的英文名字是“球根弓”,直譯過來就是看起來像個球的船首。中文恰好叫“球鼻艏”,形、神、意兼備。
那這個球根鼻的目的是什麽?
讓我們回到大約100年前。還記得泰坦尼克號嗎?請看下面的視頻(雖然是電影,但是船的模型是完全按照泰坦尼克號的原型復制的)。
船舶航行時,自身難免會產生波浪。在流體力學和海洋學中,它們被稱為開爾文波。
毫無疑問,大船航行時會產生興波阻力。船舶航行時會在水面產生波浪,在船頭和船尾附近會分別出現壹組波系。每個波系包括剪切波和散射波。剪切波大致垂直於航向,散射波傾斜於航向,船浪波動的能量由船體供給,消耗壹部分動力來推進船舶。對於壹艘船來說,相當於克服了壹定的阻力,這種阻力叫做興波阻力。
為什麽要討論這個問題?這和球根鼻有什麽關系?我們繼續往下看。
沒有球鼻艏的直立光滑船首的船(如泰坦尼克號),當船向前航行時,水分子沿著船體向船尾方向運動。然後想象水分子就在船的中心。它們的瞬時相對速度為零嗎?在流體科學的術語中,這被稱為駐點。記住伯努利定理“速度越快,壓力越小”,反之“速度越小,壓力越大”,駐點壓力相對最大,壓力不均勻直接導致波浪的形成(我們稱之為第壹波或第壹波)。
直弓總會產生這樣的波,也就是說總會損失壹些能量。那麽能不能減少這壹波呢?如果有,該怎麽辦?
有沒有可能引入壹種結構,可以造成在水下翻180的另壹組波峰波谷來壓制現在船頭產生的這組波?
那麽,很明顯,為了降低興波阻力,現在的船舶在設計時可以采用球鼻設計,即在水線以下使船舶呈流線型,利用球形部分形成的低壓來壓制第壹波的高度,從而降低興波阻力。這是壹種提高船速的經濟有效的方法。
圖中綠線是船頭原來形成的波浪,藍線是球鼻船頭形成的波浪,藍線壓制綠線。兩者最終形成了我們看到的波浪。紅線波。結果,波浪被抑制,興波阻力減小。船更快。
當初設計球鼻艏只是為了減少波浪阻力,但隨著研究的深入,越來越多有趣的問題隨之而來:通過研究和實驗發現,集裝箱、郵輪、軍艦、小型遊艇等越細的船型越容易產生波浪。而散貨船和油輪產生的波浪顯然沒有上述薄船型明顯。為什麽?因為寬的大船中間部分必然更寬,根據上面的原理,中間部分承受較高壓力的區域更寬,所以波長相對更寬,形成的波浪相對不太明顯。
那麽,是不是更寬的船型興波阻力更大呢?不是。更寬的船體更節能嗎?顯然不是。因為外形較寬的船舶會受到更大的“破浪阻力”。因此,散貨船、油輪等寬型船的球首設計主要用於減小破浪阻力,而集裝箱等較薄型船的球首主要是傾斜的,以減小興波阻力。