为什么航母底下那么窄而上面那么宽却不会侧翻?

鬼都没有


这是航母特有的外飘设计,其目的是为了增大甲板面积,停放更多舰载机,方便舰载机甲板起降作业。下图是我国的辽宁舰航母▼,从外观就可以看出,辽宁舰是典型的下窄上宽的外飘设计。根据网络上的数据,辽宁舰航母水线宽度是38米,而甲板的宽度则达到了75米,几乎是吃水线宽的两倍。但是就是这么一艘排水量6万吨,看起来头重脚轻的大家伙,却能够在大风大浪的海上平稳航行。其实这一切早在设计之初工程师就已经考虑到了,为航母做了完善的稳定性设计。


其实船舶的稳定是一个复杂而又简单的事情,如果要深入研究,那需要像飞机气动外形设计做风动测试一样,做初精确的模型去做航行稳定性测试。但是简单的科普的话我就得可以概括一下就是下重上轻,也就是和我们小时候经常玩的不倒翁类似的原理。基本上在保证航母船身外形科学的情况下,将蒸汽涡轮机,燃料库等重量较大的设备和舱室设置在船身最底部,再加上船身两侧由计算机控制的减摇水舱配平船身平衡就可以保证航行稳定。


在船舶稳定性问题上三个“心”,即重心,稳心和浮心。重心就不多解释了,重点和大家聊聊浮心和稳心。先说浮心:船舶每一个位置受到的水带来的竖直向上的浮力设为分力,整个船身受到的浮力则为合力,这个合力会作用到的船身的某一点上,这一点就称之为船舶的浮心。如下图所示▼,图中G点为重心,重心之下的B点即船舶的浮心。再来说稳心。稳心是传播稳定性三心中最复杂的一个,是根据船身在水中的摇摆姿态,收集大量浮力数据而得出来的一个点,这个点直接关乎船身的横向稳定性。如下图所示▼,船身在倾斜之后,吃水线由原来的WL变为现在的W1L1。但是因为浮力一直是竖直向上的,所以浮心也从原来的B移动到了B1。这个时候,船身的浮力合力竖直向上会和原来船身没有倾斜时的浮力线交于M点,这个M点就是船舶稳心。无论船在水中怎么倾斜,浮力线始终会交于M点。


由此可以得出,船身的稳心是由浮心决定的。浮心除了是船身浮力合力受力点之外,还可以理解为船身排水体积中心。根据是原理可以知道,船身浮心越低,说明吃水越深,其稳心越高,稳定性越好。根据力学知识可以知道,如果合理调配船身三心的位置,那船在航行时就可以像一个竖起来的跷跷板,通过原理支点的方式,利用更小的海水阻力来得到更大的恢复力矩稳定船身。
现代航母是一个海上空军基地,携带的舰载机越多,飞行甲板的面积越大则战斗力越强。但是因为技术的局限和成本的限制,航母不可能做到像巨型游轮那样排水40万吨。所以为了用最小的排水量获得很大的飞行甲板,更多的停机位和更高的作战效率,航母大多采用文章开头辽宁舰那样的外飘设计。其航行的稳定性,就是通过调配三心的位置,配平船身的重量来实现的。航母的排水量巨大,吃水很深,所以浮心较低,同时稳心较高,从而可以实现在大风大浪中稳定航行。


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