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艏柱
鎖定
- 中文名
- 艏柱
- 外文名
- Stempost
- 含 義
- 船舶首部最前端的構件
- 性 質
- 受力構件
- 要 求
- 要有足夠的剛度和強度
艏柱簡介
艏柱的位置(2張)
尖形船首和“T”形船首木船首端的一根強力骨材。下自主龍骨前端起;沿首部中縱剖線上升至首尖或封頭板。首部兩側的殼板向縱中線靠攏與艏柱連接。艏柱處於船體最前端,承受水壓力、波浪衝擊力和外部碰撞力,強度要求高。
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艏柱分類
按照製造材料和製造方式的不同,艏柱有以下幾種:
艏柱鍛鋼艏柱
用鋼材鍛造而成,呈矩形、梯形剖面,強度高,衝擊韌性好。由於鍛造形式簡單,造船很少採用。
艏柱鑄鋼艏柱
鑄鋼艏柱由鑄鋼澆鑄而成,其特點是:
①可以製成較複雜的斷面形狀,以適應首端線型和滿足強度的要求。
②剛性大而韌性差,受到撞擊時易發生裂縫,而且重量大、製造費工。
艏柱鋼板艏柱
鋼板焊接艏柱由艏柱板、加強材和肘板焊接而成。艏柱板由鋼板加工成圓弧形。在艏柱板內側縱中剖面上裝一根T型加強材,在艏柱板和加強材之間再用幾對肘板連接加強。艏柱板的厚度是上部較薄,下部較厚。鋼板焊接柱的優點是重量較輕,損壞時容易修理,但它容易變形,適用於中小型船舶。大型船舶的艏柱板較厚,要加工成所需要的形狀比較困難,過去採用鑄鋼件較多,隨着加工能力的提高,也逐漸採用鋼板焊接。
鋼板焊接艏柱由厚鋼板和縱向加強筋及水平肘板等焊接而成, 其優點是:
①與外板、甲板、龍骨等連接牢固。
②重量輕、製造方便、成本低,碰撞時僅發生局部變形,損壞小,且容易修理。
艏柱混合式艏柱
大型船舶的艏柱往往採用混合式艏柱。其上半段受力較小,艏柱板較薄,曲率半徑較大,加工比較容易,故採用鋼板焊接。中段在設計水線附近,斷面形狀比較尖瘦,下半段與平板龍骨相接,對強度要求較高,斷面形狀比較複雜,則採用鑄鋼艏柱。有的混合式艏柱下半段的中間一段用圓鋼代替,可減少鑄造工作量,施工也方便。混合式艏柱各段之間採用焊接。鑄鋼部分的兩側各有一凹槽,外板在此與艏柱牢固地焊接。
艏柱相關研究——水動力性能
艏柱簡述
具有較低阻力、足夠安全和舒適的新型船舶是船舶領域研究的熱點問題。從Michell給出經典的細長片體興波阻力公式到發現球鼻艏,以及多片體興波干擾公式、基於Rankine源法的興波和耐波計算,都是為了分析船舶的水動力性能。隨着計算機技術的發展,將考慮流體黏性的計算流體動力學(CFD)方法用於分析船舶水動力性能已成為可能,船舶型線優化進入了自動化和精確化時代。
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但在國內,完全自主產權且可靠的船舶型線優化程序還較少,而且由傳統方式優化所得阻力最小的優良船型的耐波性較差,因此,針對耐波性和阻力的優化研究引起了重視。對於船舶設計師和操作者來説,考慮高速船舶在波浪中航行的失速性是一個嚴峻的挑戰,而高速船舶的重要指標就是能否在波浪中保持快速性。
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艏柱對水動力性能的影響
依託NPL4b船型開發了3種不同艏柱形式的船舶,計算程序基於STF切片法和雷諾平均Navier—Stokes(RANS)方程,得出其在頂浪中的水動力性能。
(1)利用STF切片法能夠得出垂蕩、深沉和波浪的增阻的大致變化趨勢,但不能精確地得出其在每個遭遇頻率下的值。與STF切片法相比,考慮黏性RANS方法的計算結果與其實驗值較吻合,但其計算耗時長,可結合兩者優勢互補而對船舶型線設計做出初期論證。
(2)波浪中增阻和濕表面積的增加,將增大船舶的摩擦阻力;剩餘阻力的增值與船舶在波浪中運動的幅度密切相關。
(3)穿浪體型(DDG1000型)船舶可適用於穿浪雙體船的片體,但需要較高的甲板或甲板全密閉,以避免航行濺起的波浪淹濕甲板,其在高速下波浪中的阻力較低;NPI4b母型船舶為滑行艇的雛形,航行中的重心抬升較多,摩擦阻力較小,但波浪中振盪運動的幅度較大(尤甚是縱搖);斧頭形船舶具有最佳的興波性其船體周圍興起的波高最小,不易發生甲板上浪且船體淹濕較小。
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- 參考資料
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- 1. 艏柱 .船舶百科[引用日期2017-11-15]
- 2. 賀昌惠 , 丁大偉.船用艏柱的鑄造工藝研究及應用:中國鑄鋼新技術新材料應用專題研討會,2014
- 3. Tahara Y,Peri D,Campana E F,Pt n1.Single and sealift adj ustable length trimaran [J].Transactions。 muhiobj ective design optimlzation of a fast muhihu11 Society of Naval Architects and Marine Engineers, ship:Numerica1 and experimenta1 resuIts:Journal of Marine Science and Technolog,2011,16(4):412-433
- 4. 錢鵬,易宏,李英輝.艏柱對高速船頂浪中水動力性能影響:上海交通大學學報,2()14年1月