Бульбовый нос — это обтекаемый расширяющийся или выступающий бульб на носу (или спереди) судна чуть ниже ватерлинии . Раструб или бульб изменяет способ обтекания корпуса водой , уменьшая сопротивление и, таким образом, увеличивая скорость, дальность, топливную эффективность и устойчивость. Большие суда с бульбовыми носами обычно имеют на двенадцать-пятнадцать процентов лучшую топливную эффективность, чем аналогичные суда без них. [2] Бульбовый нос также увеличивает плавучесть передней части и, следовательно, в небольшой степени уменьшает качку судна.
Суда с высокой кинетической энергией , которая пропорциональна массе и квадрату скорости, выигрывают от наличия бульбообразного носа, который спроектирован для их рабочей скорости; это включает в себя суда с большой массой (например, супертанкеры ) или высокой эксплуатационной скоростью (например, пассажирские суда и грузовые суда ). [3] Суда с меньшей массой (менее 4000 дедвейт ) и те, которые работают на более низких скоростях (менее 12 узлов ), получают меньшую выгоду от бульбообразного носа из-за завихрений , которые возникают в этих случаях; [3] примерами являются буксиры, моторные катера, парусные суда и небольшие яхты.
Было установлено, что бульбообразные носы наиболее эффективны при использовании на судах, которые соответствуют следующим условиям:
Эффект лукообразной формы можно объяснить с помощью концепции деструктивной интерференции волн: [6]
Нос обычной формы вызывает носовую волну . Только бульб заставляет воду течь вверх и по нему, образуя впадину. Таким образом, если к обычному носу добавить бульб в правильном положении, впадина бульба совпадет с гребнем носовой волны, и они оба нейтрализуются, уменьшая след судна . В то время как возникновение другого волнового потока отнимает энергию у судна, нейтрализация второго волнового потока на носу изменяет распределение давления вдоль корпуса, тем самым уменьшая волновое сопротивление. Эффект, который распределение давления оказывает на поверхность, известен как эффект формы . [6]
Острый нос на обычной форме корпуса будет создавать волны и низкое сопротивление, как бульбообразный нос, но волны, идущие сбоку, будут бить по нему сильнее. Тупой бульбообразный нос также создает более высокое давление в большой области спереди, заставляя носовую волну начинаться раньше. [6]
Добавление бульбы к корпусу судна увеличивает его общую смоченную площадь. С увеличением смоченной площади увеличивается и сопротивление. На больших скоростях и на больших судах именно носовая волна является наибольшей силой, препятствующей движению судна вперед по воде. Для судна небольшого размера или проводящего большую часть времени на низкой скорости, увеличение сопротивления не будет компенсировано выгодой от гашения образования носовой волны. Поскольку эффекты противодействия волнам значительны только в более высоком диапазоне скоростей судна, бульбообразные носы не являются энергоэффективными, когда судно движется за пределами этих диапазонов, особенно на более низких скоростях. [6]
Бульбообразные носы могут быть сконфигурированы по-разному, в соответствии с разработанным взаимодействием между носовой волной и встречной волной от бульба. Параметры проектирования включают:
Бульбообразные носы также уменьшают килевую качку судна , когда они балластированы, за счет увеличения массы на расстоянии, удаленном от продольного центра тяжести судна. [1]
_on_building_ways,_1925.jpg/1280px-USS_Lexington_(CV-2)_on_building_ways,_1925.jpg)
Буксировочные испытания военных кораблей продемонстрировали, что подводная форма тарана уменьшала сопротивление воды до 1900 года. [5] Концепция бульбообразного носа приписывается Дэвиду У. Тейлору , военно-морскому архитектору, который служил главным конструктором ВМС США во время Первой мировой войны и который использовал эту концепцию (известную как бульбообразная передняя часть) в своем проекте USS Delaware , который вступил в строй в 1910 году. Первоначально конструкция носа не получила широкого признания, хотя она была использована на линейном крейсере класса Lexington с большим успехом после того, как два корабля этого класса, пережившие Вашингтонский военно-морской договор, были преобразованы в авианосцы . [7] Это отсутствие признания изменилось в 1920-х годах, когда Германия спустила на воду корабли Bremen и Europa . Их называли немецкими североатлантическими борзыми, двумя большими коммерческими океанскими лайнерами , которые конкурировали за трансатлантическую пассажирскую торговлю. Оба корабля завоевали желанную Голубую ленту , Бремен в 1929 году со скоростью перехода 27,9 узлов (51,7 км/ч; 32,1 миль/ч), а Европа превзошла ее в 1930 году со скоростью перехода 27,91 узла. [8]
Дизайн начали внедрять в других местах, как это было видно на построенных в США пассажирских лайнерах SS Malolo , SS President Hoover и SS President Coolidge, спущенных на воду в конце 1920-х и начале 1930-х годов. Тем не менее, многие судостроители и владельцы рассматривали эту идею как экспериментальную. [9]
В 1935 году французский суперлайнер Normandie был спроектирован Владимиром Юркевичем, сочетающим в себе выпуклую переднюю часть с огромными размерами и переработанной формой корпуса. Он мог развивать скорость свыше 30 узлов (56 км/ч). Normandie славился многими вещами, включая ее чистый вход в воду и заметно уменьшенную носовую волну. Главный конкурент Normandie , британский лайнер Queen Mary , достигал эквивалентных скоростей, используя традиционную конструкцию носа и корпуса. Однако решающим отличием было то, что Normandie достигал этих скоростей с примерно на тридцать процентов меньшей мощностью двигателя, чем Queen Mary , и соответствующим сокращением расхода топлива. [ необходима цитата ]
Бульбообразные носовые конструкции также были разработаны и использовались Императорским флотом Японии . Скромный бульбообразный нос использовался в ряде их проектов кораблей, включая легкий крейсер Ōyodo и авианосцы Shōkaku и Taihō . Гораздо более радикальное решение в виде бульбообразного носа было включено в их огромные линкоры класса Yamato , включая Yamato , Musashi и авианосец Shinano . [10]
Современный бульбообразный нос был разработан доктором Такао Инуи в Токийском университете в 1950-х и 1960-х годах независимо от японских военно-морских исследований. Инуи основывал свои исследования на более ранних открытиях ученых, сделанных после того, как Тейлор обнаружил, что суда, оснащенные бульбообразной передней частью, демонстрируют существенно более низкие характеристики сопротивления, чем предполагалось. Концепция бульбообразного носа была впервые окончательно изучена Томасом Хэвелоком, Сирилом Уигли и Георгом Вайнблумом, включая работу Уигли 1936 года «Теория бульбообразного носа и ее практическое применение», в которой рассматривались вопросы создания и затухания волн. Первоначальные научные работы Инуи о влиянии бульбообразного носа на волновое сопротивление были собраны в отчете, опубликованном Мичиганским университетом в 1960 году. Его работа привлекла широкое внимание после его статьи «Волнообразующее сопротивление судов», опубликованной Обществом военно-морских архитекторов и морских инженеров в 1962 году. В конечном итоге было обнаружено, что сопротивление можно уменьшить примерно на пять процентов. Эксперименты и усовершенствования постепенно улучшили геометрию луковицеобразных луков, но они не получили широкого распространения до тех пор, пока методы компьютерного моделирования не позволили исследователям из Университета Британской Колумбии в 1980-х годах повысить их эффективность до практического уровня. [ необходима цитата ]
Луковицеобразные луки воплощают в себе следующие определяющие характеристики: [5]
Хотя основная цель таких бульбов — снизить мощность, необходимую для движения судна на его рабочей скорости, их мореходные характеристики также важны. Волнообразующие характеристики судна на его рабочей скорости отражаются в его числе Фруда . [11] [Примечание 1] Проектировщик судна может сравнить длину по ватерлинии для конструкции с бульбом, необходимым для питания судна на его рабочей скорости, и без него. Чем выше скорость, тем больше преимущество бульбообразного носа в уменьшении необходимости в более длинной ватерлинии для достижения той же потребляемой мощности. Бульбы, как правило, имеют V-образную форму на дне, чтобы минимизировать удары при сильном волнении. [5]
