现代商船吨位都很大,球鼻艏基本上是标配,因为球鼻艏能减少兴波阻力。但是偏偏很多船却把球鼻艏给砍了。。。船员兄弟们都来问我:这是为啥?这事得从兴波阻力说起。请看下面这个图,熟悉的船行波。
到底什么是兴波阻力?简单的说,就是船舶航行时水面兴起波浪引起的阻力。兄弟们哗然:这么解释,说不说都一个样。从根本上说,如果有兴波阻力的计算公式,拿出来看看兴波阻力多大,不就知道什么是兴波阻力了吗?
01理学解释
如果您是理学研究者,请您看第一组公式,兴波阻力可以如下表示:
用伯努利方程计算水产生的动压力,
兴波阻力,兴波阻力系数,
其中有一个前提条件是:
02工学解释
如果您是工学研究者,请看第二组公式:
上面这种伯努利方程解释兴波阻力的表示方法,学轮机的兄弟们应该能看懂。但是,我们就开个船。。。我们航海专业一般情况下没有这些东西。理论实践术业有专攻,不能互相指责。那怎么办?想明白兴波阻力,还不想看方程,李老师有办法讲解。
03业务解释
请看下图,前方高能。。。
船往前开,艏柱分水就会激起波浪,艏柱往后点的那个地方,产生一个波峰;同时,艉柱往前点的那个地方,产生一个波谷。相当于船头船尾都激起了波浪,船头的是船头波系,船尾的是船尾波系。波高越大,压强就越大,因为船头激起的是波峰,所以压强大;相反,波高越小,压强就越小,因为船尾激起的是波谷,所以压强小。于是,船头和船尾波浪的高度差就导致产生了压力差,这个压力差就是兴波阻力!怎么样,明白了吗?这应该是最容易理解兴波阻力的讲解方法了。这样说明兴波阻力的形成,比看上面两组流体力学公式,要相对容易一些了。三种解释,在道理上是一致的。船员兄弟们可能需要,李老师给大家通俗解释一下,就都明白了。因此,做不同的工作,需要不同的工具和方法,不可混淆。做技术应用的,尤其是老师们如果能做到融会贯通,似应对教学比较有力。
兴波阻力既然是阻力,对船舶航行来说当然不是好事,那就应该想办法减小它。怎么减小它?当年船舶设计师的一个解决办法就是,安球鼻艏。为什么安个鼻子就能减小兴波阻力?
请看下图,前方核能:
蓝色的带状曲线(Bow Wave),表示的是,没有球鼻艏时的船行波,和上面解释兴波阻力那个图是一个意思。
红色的带状曲线(Wave generated by Bulb),表示的是,有球鼻艏时球鼻艏激起的船行波。
有球鼻艏的船,球鼻艏激起船行波,艏柱也激起船行波。
只要球鼻艏参数设计的合适,那么在整个船长范围内,波峰和波谷接近于叠加,船行波就小了,就兴不起那么大的波浪了。从而降低了船头船尾激起的波浪的高度差,也就减小了兴波阻力!这就是当时的设计师,为啥要给船安个鼻子的主要原因。
据测算:船舶在满载的装载状态下,如果安上球鼻艏,可以提高10-15%的功率,也就是省了油的意思。实际上,船体安上球鼻艏,还能降低船体纵摇的共振概率。这个技术在船舶原理中都是讲过的。
船员兄弟们问我:上学的时候,老师一个劲的讲球鼻艏多么好,等到大家纵横四海的时候发现,好多大船又都没有球鼻艏了。。。
谜底揭秘:
01兴波阻力不是定值
球鼻艏能够减少兴波阻力,确实没问题。但是,减少的程度与船舶航速有很大关系。也就是说,航速比较快的时候,兴波阻力就大,航速比较慢的时候,兴波阻力就小,兴波阻力不是一个定值。
02兴波阻力与航速有关
拿散货船为例,航速大多在10-14kt之间,航速不高,球鼻艏降低兴波阻力的效果也就不明显,有时候甚至会增加阻力。与此类似的是大型油船,其航速也不快,这正是很多VLCC,VLOC把鼻子砍掉的原因之一。
03降速平衡经济指标
集装箱船航速快,20多节都有,航速高,球鼻艏降低兴波阻力就应该明显了,那为啥马士基把旗下很多集装箱船的鼻子也砍了呢?这是因为,集装箱船航速是快,但同时也更加的费油。油价这么高,跑那么快干嘛?跑得越快,集装箱船经济性就越差。所以,好多班轮公司都降低了运营航速。航速低了,兴波阻力就没那么大了,那么球鼻艏的作用也就不那么明显了。砍了鼻子以后,节省燃油费用可达1-2%,省钱了啊,何乐而不为呢?因此,船体设计不但体现技术指标,更要体现航运经济的水平,从而做出设计上的改变。
大船都是油老虎,而油价很高,船公司成本上升,因此下调航速运营,这样球鼻艏就没那么大的作用了。如果您自己观察,也会发现,这些新造的大船也并不是一点球鼻艏没有。。。。
只不过由过去的高鼻梁,变成了现在的矮鼻梁了。也就是说,所谓的直立船首往往并非完全直立。。。大鼻子砍了,并不是球鼻艏完全没用了,而是船型和经济在市场上双重博弈的结果。
如果觉得我的文章对您有用,请随意打赏。你的支持将鼓励我继续创作!