为什么集装箱船设计成外形狭长,型线瘦削,常设球鼻首

12米集装箱房屋设计图为什么集装箱船设计成外形狭长,型线瘦削,常设球鼻首问题及12米集装箱房屋设计图为什么集装箱船设计成外形狭长,型线瘦削,常设球鼻首最新资讯,辉跃轻钢2020-03-05 09:00:21发布解答。


非航运业或是船舶相关人士经常可能会有这么一个疑问。远洋船舶船首的那么一个长得像一个球一样突出物到底是个什么东西?

首先,没错,这个部位的名字英文叫“Bulbous Bow ”,直译过来就是长得像球一样的船首部位,我们中文也正好就叫“球鼻艏”形、神、意都有了。

然后这个球鼻艏到底有什么“球”用呢?

让我们回到大约100年以前。还记得泰坦尼克不?请看下面的视频(虽然是,但是该船的模型是完全按照泰坦尼克的原型复制过来的)
当船舶航行时,不可避免的她们自己要产生波浪,流体力学,海洋学上叫开尔文波
毫无疑问,大块头的船舶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。

为什么我们要讨论这个问题呢?这与球鼻艏有什么关系呢?我们继续往下看。

一艘没有球鼻艏的直立平滑的船首的船舶(比如泰坦尼克),当该船向前航行时水分子沿着船体相对的向船尾方向移动。那么试想一下刚好处于船舶中心位置的水分子呢,它们的瞬时相对速度是不是为零,用流体学上的专业词汇来讲,这一点就叫做驻点。还记得伯努利定理吗,“速度越快,压力越小”反之“速度越小,压力越大”驻点处的压力就相对最大了,压力的不均匀直接导致了波浪的形成(我们称之为首波或头波)
直线船首会一直产生这样的一个波浪,这就意味着会一直有部分能量将损失。那么能不能将这个波浪减少呢?如果能,怎么办呢?

是否可以引入一种结构能在水下造成另外一组翻转了180°的波峰波谷来抑制了现在由船首产生的这组波浪?

那么,很明显为了减小兴波阻力,现在的船舶在设计时可以采用球鼻首设计,即把船着水线以下做成球鼻状的流线型,利用球状部分所形成的低压,抑制首波的高度,从而减小兴波阻力。这是一种既经济又有效的提高船速的方法
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。船就更快了。
刚开始的时候,球鼻艏的设计单纯就是为了减少兴波阻力,但是随着研究的越来越深入,越来越多的有趣的问题接踵而来:经研究和试验发现,越是瘦削的船型,比如:集装箱,邮轮,军舰,小型游艇等越容易产生波浪。然而,散货船,油轮等所产生的波浪却明显不如上述瘦削型船型那么明显。为什么呢?因为较宽大型船舶的中间部分必然较宽,根据上述原理,中间处所受较高压力的面积就更宽,所以波长的形成就相对较宽,进而所形成的波浪就相对没有那么明显。

那么,那么较宽船型所受的兴波阻力更大吗?不是。难道较宽船体的船型更节能吗?显然也不是。因为较宽形体的船舶会受到更大的“碎波阻力”。所以散货船和油轮等较宽形体的船舶的球鼻艏设计主要要用来减少碎波阻力,而集装箱等较瘦削型的船舶的球鼻艏主要偏向于减少兴波阻力。
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作者: huiyue002

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