為什麼很多貨輪和軍艦船頭下有個「大鼻子」?它的作用是什麼?

平時我們看遠洋船舶和大型軍艦時，經常會看到船首前端底部有一個突出的「大鼻子「，非常引人注目。它叫球鼻艏，英文名「Bulbous Bow 」，就是一個球形的船首。

在軍艦上，球鼻艏裡面會裝重要的聲吶設備。在一些大型船舶上，球鼻艏裡邊還裝著側向推力器和聲吶。其實，以上這些只是球鼻艏的副業，它真正的主業是減小阻力。它的大小、尺寸和位置對於艦艇的航速、節能有重大影響。

據說歷史上有一艘船在行駛中發生碰撞，使船首部突出來一塊兒。大家都以為船體受損速度會降低，到達目的地時間將拖延。可沒想到船速反而加快了，最終比預期的時間更早到達，這就是球鼻艏的來歷。

二戰時期，日本最早在「翔鶴」航空母艦和「大和」號戰列艦上使用球鼻艏，提高了戰艦速度。球鼻艏的原理是什麼呢？

我們知道，船舶在海上行駛時，船首會劃破水面將水分子向兩邊推開，激起一道V形波，分橫波和散波。因為開爾文男爵最先對船舶進行數學研究，所以稱「開爾文船波」。

螺旋槳產生的推力除了變成船舶航速外，一大部分能量在推開水分子過程中消耗了，這部分海水施加在船身上的阻力便是興波阻力。

船舶在水面高速航行受到各種阻力，例如：興波阻力、摩擦阻力、粘壓阻力、附體阻力、空氣阻力、洶濤阻力、汙底阻力等等。其中興波阻力在總阻力中佔比很高。

為了減小興波阻力，使艦艇航行更快更節省能量，人們便想辦法去減小興波阻力。因為兩個波波峰、波谷互相疊加會抵消，所以人們就在船首下方又增加了一個突起的球鼻艏，利用球狀部分形成低壓，抑制船首波高度。

因為水分子沿船首上行，所以連續船首波的波峰總在船頭。通過合理設計，使球鼻艏在船首下方產生一個相位相同但波峰波谷相反的球鼻艏波，與船首波互相干涉抵消，就能達到減小興波阻力的目的。

▲球鼻艏波與船首波互相干涉抵消

球鼻艏有撞角型、水滴型、梨型、SV型等多種外形，設計不當的球鼻艏反而會增加阻力。

後來，人們發現遊輪、貨櫃船、軍艦等瘦削的船型容易產生開爾文波，而散貨船、油輪等豐滿船型則沒有明顯開爾文波。

因為這類船水線寬度大，船首波沿船長傳播之前就已經在船頭破碎了，水流不連續。豐滿船型受「碎波阻力」影響更大，所以散貨船和油輪用球鼻艏減小碎波阻力。

當然，船舶航行不是勻速而是在不斷變化中，船首波與球鼻艏波兩個波波幅大小不完全相同，所以興波阻力不能完全抵消，但船舶滿載時仍能節省10-20%的主機功率。相比之下，以前船舶的直立型船首浪費了不少能量。

▲鐵達尼號是直立型船首，沒有球鼻艏

另外，球鼻艏還有一個重要優點就是減小船舶縱向俯仰程度。許多船球鼻首中有裝載壓載水的首尖艙，當海況不好船舶縱向俯仰過大時，通過調節首尖艙內的壓載水重量，就可以使船舶航行更穩定。

此外，當船舶在北冰洋等海冰水域航行時，船頭擠開碎冰，球鼻首能讓碎冰以溼潤的那面接觸船體滑行，達到減小摩擦係數，進而減小摩擦阻力的效果。和風漫談原創，禁止抄襲。

當然，球鼻艏雖好但不是在所有時間所有環境下都有效，它需要船舶達到一定速度才能形成

足夠的相反波形抵消興波阻力。如果船舶速度太低，那球鼻艏幾乎不能形成相反波形，反而在水線以下增大船體總溼表面積，增加摩擦阻力。

對一些經濟性要求很高的遠洋貨輪來說，快速不等於利潤反而會增加燃料消耗，所以有些船東會主動降低速度，並將不起作用的球鼻首拆除。

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