船舶的大鼻子和短尾巴的分析

大鼻子和短尾巴

有些船舶有着奇怪的形状，这些船舶的奇特形状却有着特殊的功能或作用。许多现代的大轮船头部都有个“大鼻子”，有些大轮船不但有大鼻子，尾部还长着一条“短尾巴”。这些大鼻子和短尾巴有什么用处呢？

1．船舶的大鼻子

首先，我们看一下“大鼻子”的来历。有一年，一艘货船在海上遇到强烈的风暴。正当货船与狂风恶浪搏斗的关键时刻，船尾掌握航向的舵机发生故障，轮船顿时失去了控制，巨大的船身犹如一片树叶，在波涛翻腾的海面上摇晃漂荡，情况非常危急。

一位富有经验的船长驾驶着货船，正以最大航速前进，但是，巨浪扑来，笨拙的船身不由自主地偏向一边，尖削的船头撞在礁石上，船头凹陷，而船头下部的两边却像蛤蟆腮帮似的鼓起来。

风暴停息，舵机修复，船继续向目的港进发。使人诧异的是，这艘货船出了这次事故之后，反而比往常提前10小时抵达目的港口。这个奇怪的现象，引起了造船界的注意。经过几十年的研究和千百次的船模试验，这艘触礁货船与航速之间的秘密终于揭开了，原因就在船头上。于是人们设计了一个圆鼓鼓的大鼻子装在船头下部，用来提高船舶的航速。这个新发明的玩意儿，在造船学上称作“球鼻首”（见图7－5）。

图7－5　轮船的大鼻子——球鼻首

球鼻首为什么能够提高船舶的航速呢？原来，它具有减小船舶航行阻力的特殊功能。船在航行时，船体与水摩擦，会掀起一阵阵波浪。这种波浪产生船舶航行中的主要阻力，造船学上称作“兴波阻力”。而球鼻首鼓突的部分，随着船身的前进，也会产生一种波浪。这种波浪会抵消和减弱船体掀起的波浪，使兴波阻力下降。这样，轮船的航速就提高了。

由于造船家们的不懈努力，球鼻首的构造和性能也不断得到改进。到20世纪60年代，球鼻首崭露头角，逐渐风靡世界造船业，各种货船、油船以及集装箱船等都竞相采用。如今，万吨级以上或数千吨级的运输船舶，船首几乎都装上了这种“大鼻子”。

轮船大鼻子的形状已得到充分发展，如水滴形、瓜子形、筒形、梨形、菱形、柱形等，其中水滴形的球鼻艏应用最广泛。球鼻首不但形状奇特，就连它们的大小、尺度也都有讲究，如果设计合理，船舶航行中的阻力可减小10%～15%，经济效果相当可观。

2．船舶的短尾巴

1981年初，从日本东京驶往八丈岛的一艘3 700吨级的客轮上，旅客们惊异的发现船尾有一个朝外突出的狭窄球体，宛如兔子身后的短尾巴。

这条轮船上的“短尾巴”，与球鼻首有异曲同工之妙，也是用来对付船舶航行过程中的兴波阻力。造船专家给这个新发明的短尾巴起名为“球茎尾”。

早在20世纪60年代初期球鼻首崭露头角之际，日本造船专家熊野就首先注意到：船舶尾部周围的流态相当复杂，如果在船尾安置一个形状合适的类似球鼻首的球体，将会对船尾周围的兴波产生抵消作用，可以进一步减小船舶的航行阻力。

但是，熊野的研究没有投入实际应用阶段，这是因为装有舵和螺旋桨的船尾比船首的结构更加复杂，技术上一时难以突破。

在熊野之后的近20年内，经过一些造船专家的深入探索和反复试验，到20世纪80年代初，终于诞生了这种宛如兔子尾巴的球茎尾。

这种球茎尾的长度为船长的1%强。它的结构简单，造价低廉，可以方便地固定在船尾中心线下。整个球体大部分浸没在水中，局部露出船的吃水线。特别是船身瘦削、航速较大的船舶，由于尾部波浪较大，如果装上设计合理的球茎尾，短尾巴的特殊功能将会得到有效发挥，船的航行阻力可以减小约20%。

随着节省能源的呼声日益高涨，这种轮船的短尾巴在造船界将会受到格外的青睐。一些造船专家指出，球茎尾不仅适用于客轮，也适用于渡轮、油轮、渔船和集装箱船等。最近，日本又有客轮和渡船先后装上了这种“短尾巴”，投入运营，受到船运界的欢迎。