现代军民用舰船，其中有不少在其舰首前下部，都有一个球型的结构，就像是舰船的“大鼻子”，因此也被形象地命名为球鼻艏（或称球型艏）。那么，现代舰船为什么都要设计这么一个“大鼻子”，它都有哪些功用呢？
球鼻艏的来源
球鼻艏，实际上就是设计水线以下首前部近似呈球状的船首部。众所周知，船在水中航行会产生波浪，而波浪又增加了舰船航行的阻力，降低船速，引起船体摇摆，影响舰船安全航行，因此，减少和消除波浪的影响是舰船发展中的一件极其重要的事情。球鼻艏船就是为了减少兴波阻力应运而生的一种新船型。乍一看，这种舰船从外形到内部构造与一般船只没有什么不同，只是在船首装了个埋在水线下的“大鼻子”。
球鼻艏的诞生要追溯到多年前，美国工程师博汝德深入研究并解释了鱼雷艇在安装鱼雷管后阻力降低的原因，指出这是由于安装的鱼雷管使船首变钝而引起的消波作用的缘故。随后，D.W·泰勒将博汝德的发现推广开去，率先认识到在水面舰船的船首也安装一个使其变钝的结构，就可以像鱼雷艇安装鱼雷管一样减少兴波阻力。年，D.W·泰勒在战列舰“特拉华”号上装了世界第一个球鼻艏，结果在功率不变的情况下提高了航速。
20世纪20年代，美国人在一艘商船上首次设计应用球鼻艏，与此同时，美国海军也筹划将球鼻艏应用于军舰。但他们很快发现当时的球鼻艏制造工艺复杂，造价较高，耐波性也差，只在少数军舰上试装，未能大规模推广。
虽然球鼻艏这种设计并没有马上在水面舰艇上大规模推广，但历代工程师们持续研究球鼻艏的功效，并进行了大量的试验，积累了流体力学方面的宝贵数据，对球鼻艏的形状、结构进行了大规模改进。直到上世纪60年代，球鼻艏才开始在低速油船、货船、军舰领域被广泛应用，并最终成为现代舰船的标配设计。
类似“泰坦尼克”号这样的早期舰船是没有球鼻艏的，球鼻艏的应用距今大概有年的历史
现代舰船普遍采用球鼻艏结构设计，图为“罗纳德·里根”号航空母舰的球鼻艏
形状多种多样
虽然球鼻艏看上去就是给舰船首部长了个“大鼻子”，但对于不同的舰船而言，这个“大鼻子”的形状却有很大不同，呈现出多种多样的形式和结构：有从前面看上去像一滴水的水滴型球鼻；有在船的前端伸出一个长长的尖角的撞角型球鼻；有像圆筒，圆筒体顶端是一个半球或椭圆球的圆筒型球鼻；还有从侧面看上去是“S”形、正面看上去是“V’形的S—V型球鼻，以及柱形、菱形、鱼雷形等各种形状的球鼻。
而球鼻艏按横剖面面积曲线的形式，还可分附加式和隐含式。前者常见于早期的球鼻艏与由常规船型改装加装的球鼻艏，面积曲线除艏端外不加修改。现代球鼻艏都将横剖面面积曲线自前体肩部削瘦转移到球艏处。一般说来，不同形状的球鼻适合不同种类的舰船。具体而言：
1，水滴型球鼻艏：水滴型球鼻艏出现最早，其特征是体积较小且集中于中下部，此种球鼻艏有利于减小设计水线的进流角，多用于中、高速船上。
2，撞角型球鼻艏：该型鼻艏前伸较长，前端较尖，其横剖面呈圆形或椭圆形、浸深较大，满载和压载时降阻效果均较好，适用于丰满的油船、矿石船和散装货船。
3，圆筒型球鼻艏：像圆筒，圆筒体顶端是一个半球或椭圆球的圆筒型球鼻。
4，S—V型球鼻艏：S—V型球鼻艏于60年代提出并被广泛使用。其特征是首柱呈S型，球首下部横剖面呈V型。适用于首部剖面呈V型的船，在较宽广的速度范围内均能降低船体阻力和提高推进效率，且能显著改善船首底部的砰击。此外，SV型球鼻艏还有较好的破冰性能。
5，其他：扁椭圆状、柱形、菱形、鱼雷形等形状的球鼻艏。美国DDG0驱逐舰球鼻艏不是传统的球形，而是扁椭圆状。
撞角式球鼻艏适用于丰满的油船和货船
圆筒形球鼻艏
作用
众所周知，民船安装球鼻艏主要是为了减小舰船阻力，提高船只航行性能，而军舰安装球鼻艏则不光是为了减阻考虑，还有另一个原因是为了安装声呐。球鼻艏是水面舰船的特殊部位，其光顺的型线设计可减小兴波阻力，提高舰船机动性;同时作为声呐的外部包容结构，承担着保护安装其内的声学传感器等设备不受波浪抨击及远场爆炸载荷损坏的任务，其重要性不言而喻。
（一）减少阻力
船首的“大鼻子”设计得当，可以使船体与球鼻分别形成的波浪的波峰与波谷相遇而相互抵消。将球鼻艏设计成长度可调节的，通过调节球鼻艏的长度来控制球鼻艏在舰船航行时产生的水波。使得在任何航速下由球鼻艏产生的水波和船体艏部产生的水波叠加后的水波波幅最小，即使得有船体激起的水波能量最小，从而达到减少兴波阻力，提高船速。年美国国家地理杂志播出一期《玛丽皇后2号》的纪录片，其中讲到船模做航速测试时原来设计航速只能达到26节，而船东卡纳德公司要求是最大航速30节以上。设计人员为了解决这个问题，将球鼻艏长度从10英尺提高到12英尺。经改进后邮轮的航速提高到31节。舰船在航行时不可能一直以某航速航行，航速的改变势必会引起有船体本身激起的水波，而这样肯定会导致两列水波叠加后的水波的波幅不是最低。若将球鼻艏设计成长度可调节的，根据舰船的航速来随时调节球鼻艏的长度。使得由球鼻艏和船体产生的两列波叠加后的波的波幅最低，从而达到减少兴波阻力。没有球鼻艏时会在船舷产生波浪形的水波，球鼻艏可以产生一个翻转°的波，与之抵消。
（二）提高操纵性能
安装球鼻艏后，舰船的稳定性得到了改善，但其回转性能却有所降低，使回转半径较大。回转性降低的原因有两个:第一球鼻船本身增加了回转力。日本曾对红苍丸号进行过实船试验，安装球鼻艏以后回旋半径大大增大。第二由于球鼻舱消波的效果，使舰船循部压力降低，因而使转向心后移，从而减少回转力矩。球鼻循对操纵性的影响并不十分严重，虽然它有上述两点不利的影响，但安装球鼻艏后，舰船舰部的水流状态得到了一些改善，这将进一步改善舵的灵敏性，使操纵性又得到些改善。
（三）提高推进效率
自航试验与实船试验都表明，安装球鼻艏以后，舰船螺旋奖的推迸效率在静水中会得到些提高。这主要因为:由于循部压力降低，故使推力减额降低，高速时伴流系数有所提高；底部流场变得比较均匀，降低了伴流不均匀对螺旋桨的影响。当然，若舰船在波浪中航行，则球鼻舱对推进性能反而不利，一般反映在推力与扭矩有所增加，螺旋桨效率有所下降。安装球鼻艏后，舰艇的摇摆中心轴前移，虽然舰船整个的纵摇幅度有可能减小，但舰部的运动幅值不一定会减小，有时反而会增加，有可能导致螺旋桨效率的下降。舰船安装球鼻艏前后，波浪对它的位相角是不相同的，这种位相角的差异往往导致推进效率的下降。根据资料，满载时球鼻艏可使主机功率降低10％~20%，压载时可降低20％~25％。
减少阻力是球鼻艏的主要设计目的和功用之一
结构及组成
现代军用大、中型水面舰艇为了及时发现敌潜艇对其实施攻击，在其船部水线以下装有声呐设备，为了安装该设备都有个球状凸起部名曰“球鼻艏”，该结构与民用舰船采用的球鼻艏之目的是不同的，民用舰船主要为了减少兴波阻力，而军用舰艇主要是为了安装声呐避免噪声，充分发挥声呐作用。因而在结构设计时既要保证结构强度、又要保证声波有良好的透声条件。目前普遍采用玻璃钢制造球鼻艏的主体导流罩结构，玻璃钢材料透声性能较好，但材料易老化，导流罩壳体易损伤而漏水，影响声呐的正常使用。因此，采用金属罩壳球鼻艏较好，结合球鼻艏和声呐设备的实际状况，提高球鼻艏的声学性能。
球鼻艏设计的立足点首先是满足声呐的需要并有利于声呐性能的发挥，其次是考虑对舰艇性能的影响。球鼻艏面积的大小，前后的位置，在不同航速时，对舰艇性能有不同影响。声纳对球鼻舱的要求与舰艇性能对球鼻舱的要求有时是一致的，有时一是相矛盾的。舰船球鼻艏结构的抗水下爆炸冲击的性能就直接影响着现代水面舰船的战斗力，也是影响舰船生命力的重要因素。然而球鼻艏独特的流线型外形、钢骨架支撑导流罩的设计都迥异于舰船其它结构，其结构强度安全均局限于少数规范对抵御波浪抨击力的规定，其遭受水下非接触爆炸侧载荷下的结构强度问题。由于声呐设备的透声需要，球鼻舫导流罩内未采用任何肘板，只采用环状肋骨支撑，结构上细分成钦合金导流罩、底部钢结构基座、支撑骨材等。
球鼻艏结构一般由导流罩，加强筋以及与船体外板相连接的法兰构成。由于球鼻艏结构通常位于舰船舫部正下方，在军事侦察领域具有得天独厚的优势，其内部空间也常被用于安装探测声呐设备。在球鼻舫的设计与制造中，往往需要考虑以下3点要求:保证船体双曲线型的光顺;保持良好的声学性能，并为球鼻舷结构中的声呐设备提供必需的工作环境;其结构强度应舰船在各极限海况下仍能具备良好的水密性，从而确保设备能够正常运转。此外，在舰船遭受攻击时，还应能较好地保护其内部设备，以提高舰船生命力。特别需要注意的是球鼻艏内的后壁，它的背面是舱室，正面直接面对声呐基阵，基阵朝向舰尾方向发射的声波经过钢结构反射，就变成了噪声，因频率与声呐的工作频率相同，在后期的信号处理中，会造成很大困扰。所以，需要在两面敷设足够厚度的阻尼材料，将影响降至最低。但是，减振降噪材料厚度受到材料重量、粘贴性能、构架方向等条件的限制。一般两侧共敷设钢板厚度的阻尼材料，可以吸收大约40%的振动能量。材料太薄，阻尼效果下降很大，成效较低。球鼻艏内结构复杂，有很多不规则的小块区域，材料过厚，会增加材料脱落风险、构架承受的能力和工人施工的难度。
球鼻艏的另一个重要功能是在其中安装声呐
“阿利·伯克”级驱逐舰的舰首球鼻艏内，就安装有基阵声呐系统
8，球鼻艏结构侧视（下）和剖视图（上）
未来发展
球鼻艏对船型的影响涉及到舰船设计、结构、制造和使用等各个方面，因此选用球鼻艏船型时，必须综合考虑舰船的快速性、耐波性(尤其是首底砰击)、操纵性、纵倾调整、结构强度、建造成本及工艺性、航行(包括冰区航行)和锚泊布置等方面的影响。然而，改善舰船的流体动力性能仍是目前选用与确定球鼻艏船型所考虑的主要因素。
球鼻艏设置的缺点在于它增加了建造的成本和影响了锚泊设备的布置。球鼻艏的目的是调整舰船航行时产生的波浪,但目前各大班轮公司实行减速航行后,因海浪波动幅度较以往减小,球鼻艏的存在反而增加了舰船运行阻力。当然，球鼻艏船也有不少缺点，例如，离靠码头和起抛锚时容易把球鼻碰坏，增加了建造的成本和影响了锚泊设备的布置；风浪大时，球鼻的效果也不太理想；球鼻本身易受损坏。
受多种因素的制约，水面舰船球鼻艏的设计在减阻方面一直没有什么大的突破。大型驱逐舰球鼻舷外形复杂，对船体减阻节能特性和声纳导流罩水声性能具有显著而错综复杂的影响。现有的几种主要大型驱逐舰采用了作为声纳导流罩的球鼻艏，这类球鼻艏不具有减阻节能的功能，有时反而会使阻力增加，故有人称之为声纳球鼻艏。而高速水面舰船加装新型减阻节能球鼻艏，这类球鼻艏具有近水面、大前伸的外形特征.民用舰船装球鼻艏主要目的是为了减少舰船阻力，节省推进功率，而现代舰艇装球鼻舷是作为加装声呐的载体，以此增加舰艇的反潜能力。虽然球鼻舷能减少舰船阻力，但装了球鼻艏的舰艇未必在阻力上得到改善，首先由于声呐基阵尺寸越来越大使得球鼻艏尺寸越来越大，增加了船的湿表面积，球鼻在兴波阻力上的减少值与摩擦阻力的增加值叠加后不易判断舰艇阻力改变情况。为此，考虑通过阻力试验寻求既能满足舰艇安装声呐的特殊要求又能使阻力有所减少。最近还研制出一种钛合金的球鼻首，这种球鼻首具有强度高、刚性好、透声性能优异、内部噪音低、质量可靠、维修费用低等优点。
不久前，美国海军水面战研究中心的研究人员就在DDG-51级驱逐舰上完成了新型“眼镜蛇”流体力学船首球鼻的测试工作。此次测试旨在优化船首球鼻的形状和体积。在为期2周的测试过程中，对超过20种为DDG-51级驱逐舰设计的船首球鼻原型进行了评估，并从中选取了4种进行下一步研制与模型测试，以验证新设计在降低燃料消耗、减少发动机废气排放、减小航行阻力等方面的作用。
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