[科普中国]-球鼻艏

简介

球鼻艏又称球型艏，简称球艏。设计水线以下首前部近似呈球状的船首部。球状部分又称球鼻，其型式有水滴形、撞角形、圆筒形等多种。20世纪初用于军舰，在傅汝德数0.3左右明显有利，但制造工艺复杂，造价较高，耐波性也差，未能推广。60年代发现对低速油船、货船有利，后被广泛应用。一般认为，球艏虽使湿面积增大，但其阻力可由船首波与球艏波间有利的干扰，或球艏附近水流情况的改善而减小。有的资料统计，舰船满载时球鼻艏可降低船的主机功率10%～20%。球艏还有利于安装首部侧向推力器及声呐。球艏按横剖面面积曲线的形式可分附加式和隐含式。前者常见于早期的球艏与由常规船型改装的球艏，面积曲线除艏端外不加修改。现代球艏都用后者，将横剖面面积曲线自前体肩部削瘦转移到球艏处。球鼻艏按横剖面的形状，有▽型、△型和Ο型，以配合艏部横剖面形状。2

兴波阻力船在航行时候会产生兴波阻力，船舶航行时使水面产生波浪，在船首和船尾附近各发生一组波系。每组波系包括横波和散波。横波大致垂直于航向，散波同航向斜交，船波起伏的能量由船体供给，消耗了一部分推进船舶的功率。对船来说相当于克服一定的阻力，这种阻力叫兴波阻力。

右图1是一艘远洋货轮空舱航行的照片，球鼻艏位于船头处，就是船头吃水线下方红色区域那个大大的突出。1

原理下面用图片清楚的解释下球鼻艏的原理。图2中绿线是船头原来形成的波浪，蓝线（与红线有些交叉）是球鼻艏形成的波浪，蓝线压制了绿线，两者最后形成了我们看见的波浪——红线的波浪。

结果就是波浪被压制了，减小了兴波阻力，船就更快了。没有球鼻艏（Shǒu）时会在船舷产生波浪形的水波，球鼻艏可以产生一个翻转180°的波，与之抵消。但球鼻艏只在其设计的航速上产生正效应，否则阻力更大，所以只用远洋海船。3

球鼻艏设计(1)设计航速

因为由船产生的波系是与航速有关的，所以在设计球鼻艏时要经常考虑设计航速，为了便于统一比较，应该选择一个相应于下式的临界航速。

设计航速超过临界航速愈多，则球鼻艏的收益不论在满载或压载时都愈好。如对同一球鼻艏，设计航速VD=1.1Vk比VD=Vk的功率节约高达10%。

(2)球鼻艏的体积

球鼻艏的体积和航速两者都是对于球鼻艏效果最重要的参数，因此首先应予确定，由于球鼻艏的原因在设计球鼻艏时应将它的体积加到船体满载排水体积上。但实际上，球鼻艏的体积是作为无球鼻艏在设计吃水时排水体积的附加值，更确切地说，球鼻艏体积是包括艏柱前及与前体过渡部分的体积。

作为首次设计的参考值，球鼻艏体积为（0.002~0.005）的吃水时的排水体积，这里对大船可取小一点，对较小的船可取大一点。

(3)球鼻艏的高度

我们把球鼻中心(大部分位于最大宽度和长度上)至常设计状态水线的距离认为是球鼻艏的高度。球鼻艏的高度和球鼻艏的体积一样是很重要的参数，在船模试验时对此要特别注意。

对Ⅰ类球鼻艏，它的横剖面向水面缩小，球鼻艏的中心可以选择为艏压载吃水的70%。

对Ⅱ类球鼻艏，如果球鼻艏超过水线不大于10%球鼻直径时，能保证在服务航速时有良好的绕流特性，球鼻中心也应位于55%艏压载吃水。

对Ⅲ类球鼻艏，设计水线就是球鼻艏高度的参考线。球鼻中心按其高度的体积分布不同选择为设计吃水的55%～65%之间。4