為什麼航母底下那麼窄而上面那麼寬卻不會側翻?

鬼都沒有


這問題在上中學的時候就有過同樣的疑問,大型航母甲板寬度可達78米,而吃水線寬度也就在40米左右,這麼“頭重腳輕”的樣子為何不會“翻船”呢?

其實道理也很簡單,很多人小時候都玩過“不倒翁”,不倒翁能夠保持不倒原因就在於其中心很低,不論上部如何搖擺,只要幅度不超出其重心高度就不會倒
嚴重“頭重腳輕”的美國“尼米茲級”核動力航母!

船舶設計如何保持穩定性的示意圖

而對於航母也一樣,雖然上層建築體積龐大,但是大部分是機庫、人員居住艙室等,整體質量相對來說並不大,整個船體絕大多數重量集中在水線以下,包括髮動機(或者核反應堆)、油庫、彈藥庫、泵閥管道以及用於調整船體平衡的壓載水艙等,這樣船體的重心就會比較低(一般會保持在吃水線以下),即使上部發生傾斜、搖擺,只要不超過一定的幅度,就不會發生側翻的現象!英國“皇家方舟號”航母結構剖面圖,可見底部基層密佈大型設備!

美國“福特號”核動力航母的局部結構示意圖,底部幾層也是佈置了大量重型設備!

除了將整個船體的重心設計的儘量低以外,對於類似航母、巡洋艦、大型驅逐艦等水面艦艇,還普遍裝有減小搖擺幅度、提升航行穩定性的減搖鰭!這是一種從魚類身上學習而來的減搖裝置,也是“仿生學”應用在軍艦設計方面的一個典型案例。當船舶發生搖擺或者海浪的衝擊時,通過控制船體底部兩側的減搖鰭裝置的動作,可以抵消或者抑制船體的搖擺幅度,進而也可以防止船舶在大的衝擊下發生側翻。

船舶減搖鰭結構示意圖英國“伊麗莎白女王級”航母系統組成,可見其底部側面支出了2具減搖鰭翼面

現代船舶設計是一個複雜的體系,像航空母艦這樣的超大型軍用艦船,其設計要求和複雜程度遠非民用船舶可比,不僅要考慮艦艇本身遭受各種武器打擊的能力,還要考慮各種惡劣天氣、作戰環境的影響,在建造完成後還要進行最大航速下的極限機動性測試、抗爆炸測試等,在經歷了“百般蹂躪”後才會交付海軍使用!因此,對於航母的抗側翻能力,完全不必擔心!
“尼米茲級”核動力航母進行小半徑快速機動時發生了大角度傾側!

“尼米茲級”核動力航母進行抗爆測試!

對於事物的認知都是一個循序漸進的過程,尤其是在軍工領域的進步更是不允許有任何的“弄虛作假”,任何一點瑕疵都可能要付出生命、甚至戰爭勝負的代價!我國經過在“遼寧號”上10年的摸索才真正掌握了航母設計的能力,才有了後續“山東號”等國產航母的快速設計、建造的結果!所謂“厚積薄發”、“積跬步至千里”,相信會有更多的好消息會接踵而來!國產第二艘航母效果圖!

(圖片源自網絡,侵刪)


威吶解析


在觀察航空母艦的時候,我們會發現航空母艦的飛行甲板對於船體來說是非常大的,看起來有一種頭重腳輕的感覺.但奇怪的是,為什麼“頭重腳輕”的航空母艦不但可以在海上航行,還可以在海上作戰呢?

首先要說的是,其實航空母艦的下半部分比起上半部分是重得多的,畢竟反應堆、鍋爐、燃油上面的比重比較大的東西在設計時就會優先放在下層來增加穩定性,而且作為航空母艦來說,水下的部分是很大的,在水下部分的重量除了排水以提供浮力之外還可以作為儲存倉來進一步的保證航空母艦的穩定性。

阿基米德定律告訴我們,物體受到的浮力等於其排開的水所受的重力,而艦船指標之一的滿載排水量就是在滿載的情況下船體在水下的部分排開水的體積,以一艘滿載排水量6萬噸的航空母艦為例,6萬噸水所受的重力大概是60萬牛,這也就代表著航空母艦所受的浮力有60萬牛。

那麼為什麼要把航空母艦的上部設計的如此之大給人一種不協調之感呢?其實結合航空母艦的用途來看也是很明瞭的。作為需要飛機起落的特殊類型的艦船,甲板面積當然是越大越好。二戰時期的航空母艦是看不出來“頭重腳輕”的,因為那個時代的飛機速度慢,起飛和降落所需要的空間相應的就小。而二戰之後斜角飛行甲板的出現和噴氣式艦載機、大型蒸汽彈射器的上艦導致航空母艦的甲板面積不可能像以前一樣小了。

比起航空母艦,像現代海軍的主力——驅逐艦就是特別傳統的佈局,水線處最寬,然後往上和往下逐漸減小寬度。這樣設計的好處是可以極大的增強穩定性,而且被擊中之後不一定會發生側翻,但是像航空母艦這樣的佈局在增大飛行甲板之餘所帶來的缺點就是被擊中之後極其容易側翻,這也算是有利有弊吧。


諸葛小徹


重心應該在水線以下,剩下的就是初中物理了。



天邊飄過故鄉的


為什麼航母下窄上寬卻不會翻船?,原因非常簡單,以美國那群航空母艦為例。

水線寬度一般為40米,飛行甲板寬度最大為72米。

但是核反應堆蒸汽輪機發動機軸系螺旋槳等質量比較大的全部在水面以下。水面以上雖然說非常高,但是它是以機庫為主的而幾乎內部則是空空蕩蕩的,所以說重心依舊在水線以下。



只要重心在水線以下,你告訴他怎麼翻?

這也是為什麼改裝的時候不能太過大刀闊斧的原因。
比如說美國的中途島級航空母艦,經歷過數次大改,從一艘典型的二戰航母變為了一艘典型的現代航母,對此中途島級航母的排水量從4萬餘噸增加到了6萬餘噸。換裝了蒸汽彈射器 斜直兩段式飛行甲板


自然而然的帶來了重心方面的嚴重惡化。

所以美國拆除掉了中途島級全部的大口徑防空炮。即便如此依舊不夠,美國還在中途島級的船艙底部加裝了數十噸的壓艙鐵,來穩定航母的重心。

當然了,這也帶來了中途島級航母吃水量的增加,讓她的吃水吃水深度增加了不少。

保持重心依舊在水下比較深的深度。

這也是為什麼戰艦一般都會有儲備浮力的原因。


尋找丟失的方向盤


不僅僅是航母是下窄上寬,幾乎很多的軍艦都是採用這種外飄設計。只不過是相對於航空母艦來說,其外飄程度要遠大於其他的軍艦設計。雖然對於航空母艦來說,看似上面的建築及甲板外漂相比較而言很大,但是真正的航母重心依然在相對較窄的水線之下。


也就是說,對於航母而言,其他軍艦也幾乎都是如此。以美國尼米茲級航母為例,整個航母的甲板寬度在70m,水線以下寬度在40m。核反應堆以及蒸汽輪機,輔助柴油機主機,包括推進軸系,這些,擁有龐大重量的,設備幾乎全部都集中在航母船艙的水線以下。包括一些武器彈藥,都集中在水線附近,並且進行特殊的防爆處理,而且還加厚了,嘗試的隔板厚度,防止殉爆,對艦體造成的傷害。

還有包括,航空母艦攜帶的大量的燃油,淡水淨化設備,儲存補給等都集中在相對安全的水線以下。這樣保證了,航母的整體重量都集中在水線以下,也就是意味著航母的重心都在水線以下,那怎麼可能會翻船呢?翻船的原理就是由於地球重力的作用,導致重心向低處運動,重心太高,導致搖晃的海面超越了船體的平衡力矩,那麼翻船就會發生了。



那麼對於,你自己這樣大型核動力航母,別看上面搭載近80架作戰飛機,但是這些重量相對於航母的,核反應堆,蒸汽輪機,武器彈藥,燃油,淡水等根本就不算多大的重量。比如其攜帶的航空燃油在270萬加侖,攜帶的武器彈藥就在3000噸。這還不算那麼淡水儲備。而一架FA-18艦載機,空重在13.9噸,最大起飛重量在29.9噸。整個尼米茲航母配備在60架左右,再加上另外的20多架輔助飛機,總重也不會超過2400噸,都沒有航母攜帶的彈藥重呢!更何況不是戰時,根本不會存在滿載的狀態。



通常航母在設計時,都要考慮在狂風大浪時的搖晃問題,對船體重心的影響。因此在整體設計時,都是儘量把重心設計的相對更低,更合理一些。同時還會將艦體設計的較寬,而且還會設置一些減搖鰭,防止軍艦隨著波浪搖晃。從而也能穩定航母的搖晃幅度,保持穩定性。下面這張航母圖片注意下面的減搖鰭。
所以,對於大型軍艦而言,在設計之初就要防止翻船的技術失敗。那麼在設計安排上,自然這是必須要首先考慮到的。哪有幾個印度,剛造好的船,剛下水就翻船了,鬧出一大堆國際笑話。本文圖片來源於網絡,禁止抄襲,違者必究


淡然小司


航母下窄頂寬?是不是看艦艇前部水下部分特別尖覺得水線部分很小?所有的艦艇前段部分都是特別尖和窄的,這樣的設計就是為了能保證艦艇能在任何海況下能穿浪前進而不被巨浪影響前進方向。



急轉彎

至於為什麼不側翻,那因為重心低啊,軍艦所有重的東西都在下面,或者說是在重心之下。特別是航母上的大型蒸汽輪機、燃燒鍋爐、而像燃料艙、彈藥艙等都是在下面(以)。而像戰列艦的主炮絕大部分也是在艦艇之下,所以艦體絕大部分的重量都在下面,所以哪怕是像扶桑這樣的違章建築都不怕翻船。



由於資料有限我就以日本重型巡洋艦高雄級為例給大家列舉一些資料。高雄級公試排水量約14000噸,蒸汽輪機與鍋爐就佔到了2770噸(19%),燃料1754噸(12.5%),而像彈藥艙以及其他輔助設備又佔一定比例。所以艦船穩性的G·M值保持在一個合理的數值之內是能保證船體的浮力和重心,而在建造之初船體的設計就必須考慮GM值。所謂的GM值是船舶的初穩心高,如果GM太小,船舶穩性不足,GM值過大,船舶搖擺週期短搖晃厲害。但是隻要保證GM值是正值就不會翻船。


(一個文科生在網上查的資料理解整合,如有錯誤也請專業人士提出)


在十字路口等等你


自二戰起,航母戰鬥群就已經是軍事強國的標誌,也是現代化海軍的重要作戰利器,更是“大國名片”,代表著一個國家的工業體系和綜合實力。

那麼,為什麼航母底窄上寬還能抗十幾級的颱風而不倒呢?

阿基米德定律

阿基米德定律也被叫做浮力定律,通俗來講:“液體對物體的浮力等於物體所排開液體的重力大小。”

航母的建造需要成千上萬的科學家介入,其中就有我國頂尖的物理學家參與,航母的底部設計是重要基礎。縱觀世界範圍內所有航母的底部都是採用艦體中空的方式設計的,也就是說航母底部雖然很重,但是內部中空,因此可以穩穩浮在海面上。

作戰需求

航母底窄上寬符合現代化海軍的作戰需求,底窄水阻小,上寬可以容納更多戰機,航母上所有的重量重心80-90%軍集中在航母很窄的底部。


墨墨觀察


中國古代造船“壓倉石”原理的利用。目的是最大限度降低船的重心高度,增加抗擊風浪的能力!現代航母在最下部底層,都是質量密度大體積小,重量大的設備,替代了“壓倉石”的作用。由於航母上輕下部"超重",看似航母很高其實重心很底,在不漏水的情況下不會側翻,除非遇到海嘯!


何斌147333039


早年的航母不是這樣的,是航母發展逐漸形成的,設計師在穩定性完全接受的情況下,一點一點探索的,就是為了增大飛行甲板,如開始是把升降機放舷外,後來把斜角甲板也放舷外,然後另外一側配平,才變成這樣了,完全不影響航母的高速左轉右轉,然後自動扶正的能力。


東龍45


上寬下窄的設計是為了讓加勒比海盜往上爬費點事罷了。


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