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维克兰特号海试不停“磕头”，印度舰载机飞行员有大麻烦了 6park.com

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7小时前 · 优质科学领域创作者 6park.com
2021年10月24日，印度人望眼欲穿的“印度制造”航母维克兰特号终于在阿拉伯东部海域进行了第二次海上试验，据说测试获得了“圆满成功”。然而一段由直升机跟踪拍摄的视频却显示出一个有意思的现象：这艘标准排水量达4万吨的中型航母在海上一颠一颠地跑，像是一路在“磕头”！ 6park.com

维克兰特号海试时发生纵摇 6park.com
与其它国家相同，印度航母选择了一个风平浪静的日子进行第二次海试，目的在于检验舰船动力系统的可靠性以及高速航行能力，从视频画面看海面相对平静，浪高在1米以下、偶见白色浪花，属于二级海况。
对于总长达262米的航空母舰而言，自然条件已足够完美，为什么军舰航行却激起一连串波浪？ 6park.com

航母纵摇激起有规律的波浪 6park.com
造成这一现象的直接原因是航母在航行过程中发生了纵向摇动，简称纵摇。
当海况恶劣时，舰船在海上航行会产生摇摆，或左右大幅摆动，或前后上浪，哪怕是万吨大驱，也不可避免地在波峰浪谷间被抛起跌落，险象环生。 6park.com

驱逐舰在波峰浪谷间航行 6park.com
美国核动力航母在高海况条件下航行时，所有舰载机必须固定，甲板不能站人，飞机起降活动停止。这是因为剧烈起伏和纵向摇动不仅给飞行带来风险，还可能连累舰员掉入大海。 6park.com

美国航母在高海况下航行 6park.com
然而维克兰特号遇到的麻烦远不止这些，一艘航空母舰在二级海况时依然一步三磕头，就意味着即便是风平浪静，印度舰载机飞行员在着舰时也有可能拍死在甲板上。
问题到底出在哪里呢？让我们试着从维克兰特号的设计与制造上找找原因。
在印度国产航母漫长的制造过程中，有细心的印度网友发现一个很特别的细节：这艘航母舰艏水线以下没有装球鼻艏！ 6park.com

维克兰特号舰艏像一把刀 6park.com
与美国航母前边顶个巨大的球不同，维克兰特号航母的舰艏像刀刃般一直延伸到船底。有朋友说这样做，航行时的阻力最小，还有人称这样有利于撞开厚厚的冰层。
印度洋没有冰山，维克兰特号的主要任务是看家护院，将印度洋变成“印度的洋”，它没能力跑去北极溜达，也没必要到南极耀武扬威，因此“破冰”一说基本不成立。那么，不装球鼻艏真的可以更快吗？ 6park.com

美国福特号航母巨大的球鼻艏 6park.com
船舶在水面上航行，它的快慢跟动力大小有关，同时也与受到水的阻力大小有关。阻力越大，航速越慢。水的阻力大致分为抗波阻力和水的摩擦阻力，而抗波阻力又包含破浪阻力与兴波阻力。小船可以采用尽量减少与水的接触面来减小阻力；但大船只能采用改变船底的流线型来降低阻力。 6park.com

快艇因兴波阻力在海面上跳跃前进 6park.com
当船舶高速航行时，船艏切开水流并将水挤向四周，这时就会在船的侧面产生一种弓形波，弓形波产生的涡流反过来作用于船体，一方面将船艏向上推，同时挤压船的侧方，产生越来越大的浪花。
通过在船艏加装一个球鼻艏来改变船体沿线的压力分布，突出的圆球会先于船体产生一个水波，这个波的波谷刚好与船体产生的波峰反相，于是两个波相互抵消，可以最大限度地克服兴波阻力，从而提升船舶的航行速度、或者在同样高速航行时节省燃油。 6park.com

球鼻艏通过产生反相位波消除激波 6park.com
需要注意的是，通过球鼻艏造波来抵消船艏兴波，只对高速航行的大船有用。如果船的水线长度小于15米，或者船的航速本来就不快，只有几节或十几节，球鼻艏不仅不能减少阻力，反而还因为增加了破浪阻力和浸润区面积而拖累航行。
曾经有许多超大型集装箱船、散货船和油轮在设计时也采用了巨大的球鼻艏，但最新型的货船都逐步取消了球鼻艏，改用传统的刀刃形船艏，这也说明球艏在低速船舶上作用有限。 6park.com

一些低速率商船正在取消球鼻艏 6park.com
商用大型船舶取消球艏的另两个原因是：球鼻艏无论从设计还是建造上都更加复杂、造价也高许多，毕竟降低造价就等于多赚钱；有球艏的船转向不那么灵活，发生碰撞时大多是水线下的球鼻受损，并且船舶抛锚时经常会受到阻碍，为了不让沉重的大铁锚撞到船体，锚机设备需要重新布局，并且要设计突出船体的锚唇。
军用舰船不同，航空母舰的速度常常在30节左右，有些舰船甚至高于30节，当船舶在水中以如此高的速度航行时，兴波阻力会占到船舶总阻力的40~50%，这是必须要考虑的因素。
球鼻艏的另一个重要作用是增加纵摇阻尼，减轻船舶的纵向摇摆。 6park.com

船舶纵摇 6park.com
船舶航行中发生纵摇，一方面是前下方兴波阻力将船艏向上抬，另一个原因就是船的重心与漂心不在同一个铅垂线上。
军用舰船的水线剖面通常是狭长的子弹形，船舶设计者和制造商需要格外小心地为舰船配重，以使它的重心与漂心重合。如果二者不在同一个铅垂线，那么只要水面有起伏，船就会不可避免地发生纵摇。维克兰特号应该就是这种情况。 6park.com

维克兰特号重心与漂心不重合 6park.com
有些驱逐舰或护卫舰会通过在船体外侧设置自动控制的鳍来降低摇摆幅度，但航空母舰过于庞大，一般不会装减摇鳍，也无法通过船内的压载水舱来控制姿态。现代航母的建造不仅考验一个国家的设计能力，对整个工业体系也要求极高。
航空母舰造出来不是在游泳池里开的，你得让它到大海里去称王称霸，要让舰载机从上面起飞和降落。如果一艘航母在二级海况时都摇摆不停，谁能指望它在更高海况下参加作战？
军舰高速航行需要球鼻艏来提升速度和保持稳定性，这是所有船舶设计者都明白的常识性问题。作为维克兰特号的设计主导者，印度海军设计局当然明白球鼻艏的重要性。但是航母球鼻艏并非随随便便在前边顶一个球就了事，这牵涉到复杂的流体力学，需要通过科学计算和反复实验验证来进行确定。 6park.com

苏式航母也有球艏
维克兰特号不装球鼻艏的真正原因在其制造商，由于球鼻艏的制造极其复杂，你需要将几厘米厚的高强度钢板弯成需要的三维曲面再焊接成一个球体，整个过程不能出现丝毫差错，否则将造成严重后果。科钦造船厂缺乏必要的制造设备和技术人员，设计人员也乐得省事，毕竟刀刃形船艏是一块钢板焊到底，既省钱，大家也少麻烦。
然而未来印度海军飞行员驾驶舰载机在这不停“磕头”的航母上起降，是很考验技术和运气的，如果出事，轻则起落架折断，重则机毁人亡。这真不是开玩笑！