球鼻艏

球鼻艏（bulb bow）亦稱“球艏”，船首部水面以下的球狀突出部分，是一種用來克服船阻力的結構。其大小和形狀與船體相配合可對水的壓力起抵消作用，產生的船波較小，並可改善船體附近水流情況，以減小船的阻力。

基本介紹

• 中文名：球鼻艏
• 外文名：bulb bow
• 位於：船頭處
• 阻力：興波阻力
• 原理：壓制海浪，減少興波阻力
• 一級學科：船舶工程

簡介

球鼻艏又稱球型艏，簡稱球艏。設計水線以下首前部近似呈球狀的船首部。球狀部分又稱球鼻，其型式有水滴形、撞角形、圓筒形等多種。20世紀初用於軍艦，在傅汝德數0.3左右明顯有利，但製造工藝複雜，造價較高，耐波性也差，未能推廣。60年代發現對低速油船、貨船有利，後被廣泛套用。一般認為，球艏雖使濕面積增大，但其阻力可由船首波與球艏波間有利的干擾，或球艏附近水流情況的改善而減小。有的資料統計，艦船滿載時球鼻艏可降低船的主機功率10%～20%。球艏還有利於安裝首部側向推力器及聲吶。球艏按橫剖面面積曲線的形式可分附加式和隱含式。前者常見於早期的球艏與由常規船型改裝的球艏，面積曲線除艏端外不加修改。現代球艏都用後者，將橫剖面面積曲線自前體肩部削瘦轉移到球艏處。球鼻艏按橫剖面的形狀，有▽型、△型和Ο型，以配合艏部橫剖面形狀。

興波阻力

船在航行時候會產生興波阻力，船舶航行時使水面產生波浪，在船首和船尾附近各發生一組波系。每組波系包括橫波和散波。橫波大致垂直於航向，散波同航向斜交，船波起伏的能量由船體供給，消耗了一部分推進船舶的功率。對船來說相當於克服一定的阻力，這種阻力叫興波阻力。

圖1

右圖1是一艘遠洋貨輪空艙航行的照片，球鼻艏位於船頭處，就是船頭吃水線下方紅色區域那個大大的突出。

原理

下面用圖片清楚的解釋下球鼻艏的原理。圖2中綠線是船頭原來形成的波浪，藍線（與紅線有些交叉）是球鼻艏形成的波浪，藍線壓制了綠線，兩者最後形成了我們看見的波浪——紅線的波浪。

圖2

結果就是波浪被壓制了，減小了興波阻力，船就更快了。沒有球鼻艏（Shǒu）時會在船舷產生波浪形的水波，球鼻艏可以產生一個翻轉180°的波，與之抵消。但球鼻艏只在其設計的航速上產生正效應，否則阻力更大，所以只用遠洋海船。

球鼻艏設計

(1)設計航速

因為由船產生的波系是與航速有關的，所以在設計球鼻艏時要經常考慮設計航速，為了便於統一比較，應該選擇一個相應於下式的臨界航速。

設計航速超過臨界航速愈多，則球鼻艏的收益不論在滿載或壓載時都愈好。如對同一球鼻艏，設計航速V_D=1.1V_k比V_D=V_k的功率節約高達10%。

(2)球鼻艏的體積

球鼻艏的體積和航速兩者都是對於球鼻艏效果最重要的參數，因此首先應予確定，由於球鼻艏的原因在設計球鼻艏時應將它的體積加到船體滿載排水體積上。但實際上，球鼻艏的體積是作為無球鼻艏在設計吃水時排水體積的附加值，更確切地說，球鼻艏體積是包括艏柱前及與前體過渡部分的體積。

作為首次設計的參考值，球鼻艏體積為（0.002~0.005）的吃水時的排水體積，這裡對大船可取小一點，對較小的船可取大一點。

(3)球鼻艏的高度

我們把球鼻中心(大部分位於最大寬度和長度上)至常設計狀態水線的距離認為是球鼻艏的高度。球鼻艏的高度和球鼻艏的體積一樣是很重要的參數，在船模試驗時對此要特別注意。

對Ⅰ類球鼻艏，它的橫剖面向水面縮小，球鼻艏的中心可以選擇為艏壓載吃水的70%。

對Ⅱ類球鼻艏，如果球鼻艏超過水線不大於10%球鼻直徑時，能保證在服務航速時有良好的繞流特性，球鼻中心也應位於55%艏壓載吃水。

對Ⅲ類球鼻艏，設計水線就是球鼻艏高度的參考線。球鼻中心按其高度的體積分布不同選擇為設計吃水的55%～65%之間。