基本介紹
- 中文名：艏柱
- 外文名：Stempost
- 含義：船舶首部最前端的構件
- 性質：受力構件
- 要求：要有足夠的剛度和強度
簡介,分類,鍛鋼艏柱,鑄鋼艏柱,鋼板艏柱,混合式艏柱,相關研究——水動力性能,簡述,對水動力性能的影響,
簡介
艏柱是船體最前端的構件，其作用是：連線舷側外板、甲板和龍骨末端，並加強船首，保證船首端形狀不變。
尖形船首和“T”形船首木船首端的一根強力骨材。下自主龍骨前端起;沿首部中縱剖線上升至首尖或封頭板。首部兩側的殼板向縱中線靠攏與艏柱連線。艏柱處於船體最前端，承受水壓力、波浪衝擊力和外部碰撞力，強度要求高。
分類
按照製造材料和製造方式的不同，艏柱有以下幾種：
鍛鋼艏柱
用鋼材鍛造而成，呈矩形、梯形剖面，強度高，衝擊韌性好。由於鍛造形式簡單，造船很少採用。
鑄鋼艏柱
鑄鋼艏柱可根據鑄造的特點，把斷面做成複雜的形狀，以滿足強度和航行的要求。但鑄鋼艏柱重量大，較少採用。
鑄鋼艏柱由鑄鋼澆鑄而成，其特點是：
①可以製成較複雜的斷面形狀，以適應首端線型和滿足強度的要求。
②剛性大而韌性差，受到撞擊時易發生裂縫，而且重量大、製造費工。
鋼板艏柱
鋼板焊接艏柱由艏柱板、加強材和肘板焊接而成。艏柱板由鋼板加工成圓弧形。在艏柱板內側縱中剖面上裝一根T型加強材，在艏柱板和加強材之間再用幾對肘板連線加強。艏柱板的厚度是上部較薄，下部較厚。鋼板焊接柱的優點是重量較輕，損壞時容易修理，但它容易變形，適用於中小型船舶。大型船舶的艏柱板較厚，要加工成所需要的形狀比較困難，過去採用鑄鋼件較多，隨著加工能力的提高，也逐漸採用鋼板焊接。
鋼板焊接艏柱由厚鋼板和縱向加強筋及水平肘板等焊接而成， 其優點是：
①與外板、甲板、龍骨等連線牢固。
②重量輕、製造方便、成本低，碰撞時僅發生局部變形，損壞小，且容易修理。
混合式艏柱
大型船舶的艏柱往往採用混合式艏柱。其上半段受力較小，艏柱板較薄，曲率半徑較大，加工比較容易，故採用鋼板焊接。中段在設計水線附近，斷面形狀比較尖瘦，下半段與平板龍骨相接，對強度要求較高，斷面形狀比較複雜，則採用鑄鋼艏柱。有的混合式艏柱下半段的中間一段用圓鋼代替，可減少鑄造工作量，施工也方便。混合式艏柱各段之間採用焊接。鑄鋼部分的兩側各有一凹槽，外板在此與艏柱牢固地焊接。
在大型船舶上，常把設計水線以下的形狀複雜的部位做成鑄鋼艏柱，而設計水線以上的部分採用鋼板焊接艏柱，這樣就兼顧了鑄鋼艏柱和鋼板焊接艏柱的優點。
相關研究——水動力性能
簡述
具有較低阻力、足夠安全和舒適的新型船舶是船舶領域研究的熱點問題。從Michell給出經典的細長片體興波阻力公式到發現球鼻艏，以及多片體興波干擾公式、基於Rankine源法的興波和耐波計算，都是為了分析船舶的水動力性能。隨著計算機技術的發展，將考慮流體黏性的計算流體動力學(CFD)方法用於分析船舶水動力性能已成為可能，船舶型線最佳化進入了自動化和精確化時代。但在國內，完全自主產權且可靠的船舶型線最佳化程式還較少，而且由傳統方式最佳化所得阻力最小的優良船型的耐波性較差，因此，針對耐波性和阻力的最佳化研究引起了重視。對於船舶設計師和操作者來說，考慮高速船舶在波浪中航行的失速性是一個嚴峻的挑戰，而高速船舶的重要指標就是能否在波浪中保持快速性。
對水動力性能的影響
依託NPL4b船型開發了3種不同艏柱形式的船舶，計算程式基於STF切片法和雷諾平均Navier—Stokes(RANS)方程，得出其在頂浪中的水動力性能。
（1）利用STF切片法能夠得出垂盪、深沉和波浪的增阻的大致變化趨勢，但不能精確地得出其在每個遭遇頻率下的值。與STF切片法相比，考慮黏性RANS方法的計算結果與其實驗值較吻合，但其計算耗時長，可結合兩者優勢互補而對船舶型線設計做出初期論證。
（2）波浪中增阻和濕表面積的增加，將增大船舶的摩擦阻力；剩餘阻力的增值與船舶在波浪中運動的幅度密切相關。
（3）穿浪體型(DDG1000型)船舶可適用於穿浪雙體船的片體，但需要較高的甲板或甲板全密閉，以避免航行濺起的波浪淹濕甲板，其在高速下波浪中的阻力較低；NPI4b母型船舶為滑行艇的雛形，航行中的重心抬升較多，摩擦阻力較小，但波浪中振盪運動的幅度較大(尤甚是縱搖)；斧頭形船舶具有最佳的興波性其船體周圍興起的波高最小，不易發生甲板上浪且船體淹濕較小。
