分析船舶阻力的原理，来聊球鼻艏对舰船的作用

在海上，我们一般看到的航母是这个样子的（如下图），看起来非常的霸气，但是我们有时会在想水下看不到的部分，又会是什么样子呢？

航母

为了看清航母水下的样子，我特意找了一张航母还没下水前在船坞里的照片，通过观察我们会发现，航母的水下部分还挺大的，不过奇怪的是在船舶的艏部水线以下位置长了一个很奇怪的像“鼻子”一样的突出结构。

船坞里的航母

通过观察不难发现，不光航母有，其它的军舰也有，比如前段时间我国下水的055万吨大驱，也有一个”大鼻子“。

055万吨大驱

而且不光军舰有，民用船舶同样也有，唯一的区别只是他们形状上有点差异而已。既然很多船舶都有这个奇怪的“大鼻子”那么必然有其独到之处，不过在这里要解开它的作用，还要从船舶的阻力讲起。

民用船舶的“大鼻子”

一般来说，船舶在航行时会受到空气阻力和水的阻力，相对来说空气阻力占的比重较少，所以我们在这里只讲水的阻力。而水的阻力又可以分为：摩擦阻力、粘压阻力、兴波阻力、突出体阻力等四种阻力。而这四种阻力在不同航速船舶中占的比例也有所不同，在低速船舶中，兴波阻力的占比很小，摩擦阻力的占比能达到70%~80%，粘压阻力为10%。对于高速船舶，兴波阻力的占比急剧增加，能达到40%~50%，摩擦阻力为50%，粘压阻力为5%左右了。军舰的航速一般都在20多节以上，属于高速船舶，所以影响最大的主要是：摩擦阻力和兴波阻力。既然我前面提到了，想了解它的作用，还要从船舶阻力讲起，那么必然这个奇怪的“大鼻子”结构就和摩擦阻力或者兴波阻力有关了。

高速航行的军舰

摩擦阻力相信大家再熟悉不过了吧？所以原理咱们就不多讲了，就讲一下如何减少摩擦阻力的方法，看它和之前提到的奇怪的“大鼻子”到底有没有关系。一般来说，减少摩擦阻力最好的方法就是减少粗糙度，所以现在的船舶在设计建造中尽量优化线型，保持外板平整，通过油漆等手段减少船舶外板的粗糙度。

摩擦力实验

不过近年来随着科技的发展，人们不限于通过以上方法来减少摩擦阻力，所以又发展出很多黑科技，比如聚合物物溶液降阻剂，就是通过不停在船体表面喷射”聚合物溶剂“来减少摩擦阻力，船模实验确定该方法能减少30%的摩擦阻力，这个数据是很惊人的。不过这种方法有很大缺陷，实船运行时每小时花费数吨”聚合物溶剂“成本巨大，还会污染海洋。后来人们又发明了'船底充气减阻”就是通过将空气送到船壳表面使船体表面形成一层空气薄膜来减少阻力，这个在实船上已经有了应用。海洋量子号邮轮就是采用了这种减阻方式，航速能快0.5节，每趟航程能省60吨燃料油。不过通过对上面几种减阻的方法分析我们看出，这个“大鼻子”和摩擦阻力是没有多大关系的，那么必然就和兴波阻力有关了。

海洋量子号邮轮

咱们要搞清“大鼻子”和兴波阻力有什么关系，还是先要从兴波阻力的原理讲起：船舶航行时，船首对水施加压力，把水劈开而前进，于是就激起了一组随船前进的波浪，这就是首波。船尾在前进时，水中留出了一个低压区，成为波谷，形成了一组由船尾引起的波浪，称为尾波。由于船舶航行时，船首兴起了波峰和船尾兴起的波谷会形成压力差，这种由兴波引起的压力差分布就叫兴波阻力。如果从能量的角度看的话，船体掀起波浪就要消耗能量，船体不停的掀起波浪，就要不断的消耗能量，从而形成兴波阻力。

船舶航行激起巨大的波浪

既然兴波阻力要消耗能量，那么咱们就需要通过各种方法来减少兴波阻力，而之前讲的奇怪的”大鼻子“就是用来减少兴波阻力的用的结构，学名叫做”球鼻艏“。据说“球鼻艏”的灵感来自天鹅的身体结构。当然消除兴波阻力不止球鼻艏一种，对于超高航速的船舶来说，消波水翼，压浪板，也是不错的方法。

天鹅

那么球鼻艏是如何减少兴波阻力的呢？通过下图我们就能了解球鼻艏是如何减少兴波阻力的了。图中绿线是船头原来形成的波浪，蓝线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。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%这个收益还是很大的。

当然随着船舶技术的发展，人们发现球艏还有利于安装首部侧向推力器及声呐等优势。下图是美国海军“水下神盾”——AN/SQQ-89反潜作战系统示意图，该军舰的球鼻艏里面就安装了AN/SQS-53球鼻艏声呐。

AN/SQQ-89反潜作战系统示意图

当然球鼻艏对于像军舰这样的高速船舶，是有很大的提升的，不过我之前提到了对于低速船舶来说，兴波阻力占的比例并不大，而球鼻艏本身的设计有一定的难度，结构也复杂，造价也不低，并且容易损坏（船锚容易砸到球鼻艏，或者碰撞破损），所以近年来一些航行较慢的船舶，比如散货船就采用结构更加简单的垂直艏。

制作中的球鼻艏

下图时一艘没有球鼻艏的散货船，在低速船舶中这是一种趋势哦。

没有球鼻艏的船舶

当然有网友调侃说：有”大鼻子“的船舶是公的，而没”大鼻子“的船舶是。。。。。。。。

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