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主题:【原创】球型艏船型:未来船型的新时尚? -- 潮起潮落

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  • 家园 【原创】球型艏船型:未来船型的新时尚?

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    球型艏船型是否会领航未来船型潮流,且让我们拭目以待。

    荒洋大海行船难保碰上什么天气、什么海况,对舰船的航行乃至安全都影响至大。往大了说,闹不好甚至对战争进程产生颠覆性影响,比如忽必烈远征日本遇到的“神风”,以及冲绳之战把哈尔西舰队吹得东倒西歪、损失不小的准神风。这是说的战争情况。

    对航运来说,风浪也会对航运产生影响,往严重了说船毁人亡。往轻了说,造成运输成本增加:你想啊,大浪大涌拍在船头,等于是大自然的巨掌在拒止船前行,肯定耗燃料。

    发几张照片,先看看浪涌对航行的影响。

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    浪涌对航行影响非常大。军舰一头扎进海里,舰艏顿时拍起一道壮观的水墙,折算成制动阻力那是相当地大。这艘军舰应该是加拿大的,舰炮貌似瑞典博福斯57毫米自动炮。

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    对商船来讲,还有个经济性要考虑。这种海况航行,肯定燃料消耗大增。都有顶风跑步的经历吧?吃力否?若是把风换成迎面拍过来的大涌呢?呵呵。

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    浪涌拍击的力道非常大,这艘货轮的船艏都被拍掉了。

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    苏联军舰向以用料足、结构坚固厚实著称,但舷侧的舷墙还是被拍散架了。

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    舷窗都拍碎了

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    大涌还一点非常可怕,舰船被波峰拦腰拱起,相当于在人的腰眼上踹了一脚。紧接着两个大涌在船艏、船尾一托,造成舰船舯部悬空,等于是在肚子上又踹了一脚。这么不断正反正地来回踹,要是人的话,估计腰椎不保了。对舰船来说,若是强度不够或船体太长(比如超级油轮),一折两半也是可能的。

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    浪涌那么厉害那咋办?看来得在船型设计上动脑筋了。这两年,有种新船型问世了,现在好像对这种船型的叫法不一,有叫“弓形船艏”,有叫X-BOW的。个人觉得叫“球型艏”比较好理解,也比较顺嘴,轮船、军舰不是都有球鼻艏么?叫球型艏实在是顺理成章。

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    浪涌对球型艏与常规船艏的影响比较:前飘的常规船艏会与浪涌产生抨击,球型艏有点像太极推手,能让过浪涌的锋芒。

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    人家推出这种船型是做过大量水池试验的。

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    这种船型是挪威率先推出的,2005年,挪威一家船厂建造的全球首艘球型艏船下水。球型艏船的模样相当怪异,跟大头娃娃平拍在水里差不多。据称球型艏设计可消除甲板上的涌浪、减少了负荷,有效减低燃料消耗,并提高船只在严峻天气下的航行速度。亦可降低船只和货物受损的风险、增加载货量,可有效降营运成本,有望成为航运界的新宠。但个人觉得球型艏船型船楼太高,又设在船艏,晃动起伏度肯定会大幅增加(想想跷跷板原理),在上边做船员,怕是晕船的得晕个天昏地暗了。

    除了民船,新一代美国海岸警卫队执法舰也可能采用这种船型。而法国新一代补给舰,也将采用球型艏的变形设计。估计作战舰艇采用球型艏设计可能性不大,至少吧,这种船型对武器布置来说,实在是难了点。

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    一艘采用破冰船船艏设计的俄罗斯货船。

    无责任推测:在北极冰区航行,需要考虑破冰航行,所以水线一下都有一个很大角度的斜度,以便切开冰面(别太厚,结冰太厚,还是得需要破冰船开路),给自己劈开一条航路,所以球型艏这种船型未准适合北极冰区航行。

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    附个球型艏船与常规艏船在恶劣海况下对比航行的视频,可见常规艏船与浪涌的抨击非常厉害,球型艏船就好多了。有一点很有趣,球型艏从后面赶了上来,并反超了常规船艏船。

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    • 家园 球形艏对减少行波阻力有好处,但是相应增加摩擦阻力

      和形状阻力。

      这个波浪在中间踹船一脚,这个从船体设计的角度叫做什么抵抗总纵弯曲,如果总纵弯曲的力矩比较大,那么主甲板以及比较长的上层建筑(因为长了的话,也就同时参与到抵抗总纵弯曲中)等等就要比较的厚,以及船体的纵桁,横梁,侧桁等等---只要比较的长并且不间断,就都参与到因为波浪和负载的不均匀导致的总纵弯曲中。

      对于军舰而言,波浪的分布导致的船体的总纵弯曲甚至于导致断裂问题应该不是很大比较军舰是比较皮实的

      不知道球形艏船型的尾流的情况如何,这个对于军舰我认为比较重要,因为尾流大不利于隐身,而且容易遭到尾流制导的鱼雷的攻击

      当年学了一些,现在试图回忆一下。

    • 家园 不知道这种船型在风平浪静的海水中的高速性能怎么样?

      不知道这种船型在风平浪静的海水中的高速性能怎么样?能够保证高速航行吗?如果将类似船型使用在航母上面,特别是滑跃航母上面有米有价值?

    • 家园 无责任发散思维:球艏船的武器布置可以是朝后的或者垂发。
      • 家园 倒也是,垂发武器应该不受高耸的艏楼影响

        舰载武器无非是对舰、对空、反潜与近防,对舰、对空导弹基本(或皆可)实现了垂发,反潜用直升机与鱼雷管发射的鱼雷与艏楼无关,近防武器似乎也不受影响,因此军舰采用球型艏应该没啥问题。

        主炮可能稍受点影响,但设计上动点脑筋似乎也不难解决,采用佩里级护卫舰主炮的布置方式也是解决之道,总之,是有前例的。

        据此推论:军舰采用球型艏舰型,似乎无啥障碍。

        • 家园 刚想到,隐身可能会成为问题吧。那么高的艏楼。
          • 家园 舰桥高可能不是问题

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            美国DDG1000、英国45型、法国、意大利的地平线级驱逐舰上层建筑都挺高,但球型艏的艏楼怎么兼顾隐形设计,可能是个问题。

            • 家园 没什么神秘的

              有利于减少纵摇和减轻重量,传统的结构迎浪会被重重抬起然后又重重摔下去,中间那部分需要强化结构,换成球型的结构有助于结构的加强,撞击抬起的分力没有了,下压的只有很小的一部分,,,,舒适多了.

              • 家园 水面船舶的纵摇一般不是问题吧

                有问题的一般是横摇

                当年学习的时候就记得计算过横摇的动稳性,因为船体的纵向的转动惯量比横向的转动惯量大了太多,貌似是长宽比的是二次方倍。

                因此纵摇的威胁一般不大,问题大的是横摇,为了减轻横摇带来的耐波性问题,人们还是想了不少主意的,例如舭龙骨的采用等等

                • 家园 民船采用的不是大船

                  民船考虑很多是正对波浪时需要的平稳,更好的保护货物和人员,军舰考虑横摇多些吧

                  • 家园 像几十万吨的油轮的东西波浪影响肯定很小

                    ,民船应该都要更肥一些,U型,而军舰则考虑速度性更多是用V型,前者的耐波性应该要好些

                    波浪可能与船长方向平行,也可能与船长方向方向垂直,这个波浪的影响我当年学得很少,当年计算动稳性的时候主要是计算风的侧倾力矩,然后船舶在受到大风的时候,被吹到一边的时候船体自身会产生一个复原力矩,这个复原力矩能够比规范中设定的侧倾力矩大,那么就是合格的。

                    军舰考虑到瞄准射击以及其他诸如直升机起降,诸如导弹发射等等,对平稳性的要求肯定也更高一些

    • 家园 好文。。。学习了~~
    • 家园 球形艏的使用有限制

      到目前为止,球形艏还仅用于平台供应船PSV(Platform supply vessel),主要原因还是在于此类船舶一般长度不超过100米,吨位在5000左右,几台2500KW的电力推进器即可以推动。因为电力推进才可以让机舱和推进器处所分离。柴油发电机设置在机舱,用设置在就地的电动机驱动推进器推进船舶。

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      电力推进系统示意图

      [IMG]http://en.wikipedia.org/wiki/File:Siemens_Schottel_Propulsor.jpg[/IMG]

      该类船舶使用的全回转推进器

      而一般船舶采用主机通过轴系直接驱动螺旋桨。而球形艏需要设置艏楼,主机设置在首部需要超过百米的轴系进行传动,传输效率低,安装难度大,维护也困难。一般认为是不可行的。但如果将机舱设置在尾部,驾驶室在首部,消防救生等等安全方面就会变得相当复杂。

      目前来看,球形艏还是必须和电力推进相结合。但是电力推进的设备价格贵,维护要求高,可靠性也无法和轴系直接推进相比。所以军船上的应用空间较小。

      民用方面其实主要的市场还是在北海油田,那里风浪大,抨击效应明显,且船舶尺寸不大,北欧人对舒适度要求又很高。应该说这种船艏的出现是基于特殊区域的要求。

      不过我觉得球形艏的船真的很漂亮。

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      • 家园 好文,借机问个关于电力推进的问题

        现在许多大型军舰已经采用全电力推进了,比如英国伊丽莎白号航母、玛丽皇后2号游轮、美国朱姆沃尔特级驱逐舰、马金岛级两栖舰......等等大型舰船都采用了综合电力推进(integrated full electric propulsion,或简称IFEP) ,电力推进技术是否已经成熟?

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