朱姆沃尔特的艏柱为什么是后倾的

枯坐的高月 2024-10-17 09:48:53

本来今天这篇文字,应该趁热打铁继续分析台海局势的。然而在下乃普通到不能再普通的吃瓜群众,虽然常言常道“匹夫有责”,但人微言轻,还容易招惹是非,这种超级博眼球的敏感话题,还是留给“大V”们去“抢镜”吧,在下不如与同为吃瓜的群众分享一些军事技术常识,或许更好玩儿(有意义)些。那么今天,咱们就来聊一聊军舰舰首的线型。

▲美国“朱姆沃尔特”级驱逐舰的艏柱后倾式舰首(上)与苏俄“现代”级“大飞剪外飘”形舰首(下)对比,可谓是大相径庭。

或许不少舰船爱好者对美国海军“朱姆沃尔特”级驱逐舰星舰般科幻的外形颇有新奇感,而它那后倾的舰首,可能就是其中的好奇点之一。因为传统舰船的艏柱都是前倾的,形成所谓的“大飞剪外飘”线型,这种线型,在苏俄时代的舰船设计中特别突出,“大飞剪外飘”这个称呼,就是由此而来的。

即便是当今世界海军最新的、极其强调隐形化的现代舰船,也基本上继承了艏柱前倾这个传统,唯有“朱姆沃尔特”级标新立异,采用了这种所谓“复古型”的艏柱后倾化线型,该设计之初到底是出于什么考虑,以及在现代技术突飞猛进的今天,未来舰船的线型是否会出现“复古”的倾向,这些问题,应该是广大舰船爱好者都颇以为意的问题吧?现在,咱就试着把这个问题给说道说道。

▲西门子公司依靠氢气作为燃料的Sinot112米氢能电动游艇概念Aqua,就是采用了艏柱后倾线型。这种线型会不会成为未来舰艇的船型,以目前的观察来看,还不得不让子弹再飞一会儿。

▲艏柱后倾线型越来越多应用于民船,尤其是新概念游艇,因为这些船不用过多地考虑前甲板上浪问题,并通过高干舷设计来解决这个问题。图为挪威造船巨擘Ulstein的钍动力概念游艇,就采用了艏柱后倾的高干舷线型设计。注意,以上提到的两款新型动力概念,或许预示了未来舰船动力的发展趋势,值得特别关注。其实,一战时期,或更早(所谓的“铁甲舰时代”),舰船的艏柱一般都是有一定后倾角度的近似垂直形,这种线型的优点是兴波阻力较小,有利于最大限度发挥舰船动力的功率。这种“劈浪(或穿浪)”形舰首,在舰炮的射击距离有限,导弹出现并上舰之前,还有一个作用,就是这种锐角形舰首,在铁甲舰时代时常需要的靠帮接舷战术中,可以取得撞击敌舰的优势。

而在舰载导弹列装以后,舰船的交战距离使得撞击战术的使用概率逐渐成为遥远而古老的记忆,而随着舰船动力系统的进步,巡航速度的增加,现代舰载武器对适航性、操纵性及前甲板上浪等问题的要求越来越苛刻,艏柱前倾外飘线型的舰首,就成为了设计主流。

▲上图为19世纪的西方铁甲舰效果图,下图为我国北洋水师“定远舰”等比例模型图但是,这种外飘形线型虽然有利于舰船的抗风浪性——恶劣海况下的纵摇角相对较小,但在正常海况下高速巡航或机动时,兴波阻力系数则相对于穿浪(或劈浪)形舰首要大,所以,尽管现代舰船的动力突飞猛进,乃至采用强大的核动力,但现代舰船的最高航速,除个别型号的快艇外,基本都徘徊在30节左右,能达到35节及以上,乃至40节的大中型舰船则为数可怜。

为了解决这个问题,现代工程师们绞尽了脑汁,曾经脑洞大开,归纳历史上应用过的种种船型及经验,设计出非常规异形体线型的高性能船舶,来突破这个瓶颈。例如,小水线面双体船形,飞翼船型,软/刚性气垫船,乃至地效翼飞行器等,但在实际应用中,这些线型所反映出来的种种现实问题,一直都没有很好的解决办法,却由此额外地增加了使用成本,因而限制了这些线型船舶的应用范围,只在部分商船及游艇中得到了应用,在舰船(军船)设计上,则依然保留并延续了大外飘的传统线型设计。

▲Rossinavi采用穿浪型小水线面双体复合线型的混合动力电力双体游艇。

就当前的设计趋势来看,艏柱前倾设计,并没有对越来越复杂的隐形设计提出多少挑战,而“朱姆沃尔特”之所以采用艏柱后倾线型,大概就是想要从整体截面镜像上,与上层建筑的隐形倾角融合为一体,从而构建对雷达照射波的最大散射效应,以增强隐形效果。同时,也是考虑到在相同动力功率上,通过穿浪型舰首来降低兴波阻力系数,从而提高动力效率。

这种设计,不可谓不超前,也不可谓不奇葩,因之近年来的一些概念船艇的设计,出现了数例追风的迹象。殊不知,舰船设计是一项复杂的系统工程,当工程师在设想中融合进新概念应用时,必须要通过大量的、一定时间以及充分的复杂气象条件下的实际应用实验数据,来验证这种技术融合效果的实用性(当下可以通过AI模拟模型来获得参考数据),才能最终确定其可行性。这是一个存在巨大机会成本变量的量变质变过程,其中的技术风险,是可想而知的。

无独有偶,苏俄时期,俄罗斯工程师曾经设想过一型被称为“异形体高性能船型”的航空母舰,用通俗的话来讲,就是复合型线型的小水线面多体船型的航空母舰。异形体高性能船型,目前是解决兴波阻力系数的有效方案,但是,由于其存在复杂气象条件下的纵摇与横摇复合系数(适航性)不理想的缺陷,结果理想很丰满,现实很骨感,被束之高阁了。因为对于舰载机来说,船体的纵摇横摇复合系数(适航性),是决定其起降效率的关键指数,所以,对于航空母舰来说,这个缺陷是致命的,尽管在纸面上,异形体高性能船型航母的优点也是非常突出的。

▲图为网络中根据苏俄时期的设想,CG出来的双体线型航母构想图。现实中,这种想象出来的船型,实际上尚有许多实际技术问题无法解决,想象很美好,现实很骨感,因而也只是一种吃瓜群众的美好愿景而已。当前,在理论上,解决兴波阻力系数及纵摇横摇复合系数(适航性)问题的最佳船型,是穿浪型小水线面三体船型。然而,这种船型优点很多,但是相对于传统船型而言,其湿表面积的横截面容积,将损失大约三分之一。对于这个缺陷,一般舰船或许是可以接受的,但对于航空母舰或讲究载货量的货船来说,则是根本就无法接受的事实。

对航母这样的复杂系统而言,舰体的有效容积(载荷空间),是保障其自持率及战斗力性能的根本保证,损失近三分之一的有效容积(载荷空间),那就意味着无论其外形具有多么科幻的高颜值,但其实际性能,则将由此而变成了一只跛脚鸭。

▲这张美国“独立”级轻型护卫舰的后视图清楚地显示,三体船的湿表面横截面容积,在舯部以下,因为三个廋长的小水线面船体而比传统线型丰满的横截面,损失至少三分之一的有效容积,而由此扩容的甲板面积及舯部以上容积,未必能够弥补这个损失。况且由于重心在舯部以上,使得舰船的航行像是踩高跷,这对其操纵性和稳定性,都是不小的考验。

人类对大海的探索是无止境的,船舶线型的发展与创新,也是没有最好,只有更好。对任何一艘船舶来说,线型就是他的身子骨,这身板的好坏,将直接影响其“武艺”的境界及发挥。尤其是对一艘多多益善地集成了最复杂最尖端现代技术元素的现代舰船来说,线型的重要性,不言而喻。所以,在我们欣赏现代舰船的时候,对其线型特点常识有一定的了解,有助于提高我们对其总体水平的审美境界及鉴别能力,所以,关于这篇文章将给您鉴赏现代舰船所能带来的帮助,在下还是信心满满的,真心希望诸君能够喜欢,对本号多多支持。

因水平有限,不足之处在所难免,也望多多见谅,多提宝贵意见。

▲看来看去,老婆都是别人的好,孩子还是自家的亲。

一型成功的装备,其设计往往是折中再折中后的产物,而不是“高富帅”式的尽善尽美,这是实践告诉我们的真知规律。前两天有看官在留言处调侃在下:与其在这里纸上谈兵聊军事,不如编一些“**白洁”的故事更有趣(纳尼?

)。还别说,关于“白洁”那事的常识,在下真有一些古今中外相当权威的科普资源(数据资料和调研报告)

,根本用不着“编”,而且这些客观的数据资料将颠覆不少当下世俗中流行的常识和观念,但不知道这种类似“渴望”的提议是个别现象,还是集体的“刚需”。另外在当今的认知氛围(大环境)下,这种有些“另类”的私密性话题,写出来怕是有“违和”之嫌

,但如果这种话题确实具有普遍的客观性需求及合法性,在合适的时候,在下将会予以考虑

。但在当前,在下主要还是以大众社科类话题的科普为主,还望看官多多理解。

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枯坐的高月

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