舰船前面这一大长坨干啥用的？

出品：科普中国

制作：寒木钓萌

监制：中国科学院计算机网络信息中心

长风破浪会有时……

所以，我们印象中的船头是这样的：

破浪前进的美国华盛顿号航空母舰。

然而，我们没看见的部分却是这样的：

美国福特号航空母舰组装画面，船头前方，吃水线下是一大长坨。

不仅是航空母舰，其他大型邮轮也如此。平时，我们看到的邮轮是这样的：

△目前世界上体积最大的远洋邮轮玛丽皇后二号，上面有15个餐厅和酒吧、5个游泳池、1个赌场、1个舞池和1个天象馆。

但实际上，它是这样的：

△注意，白色箭头处，站着的是一个人，不是海鸥。（图片作者：James Morgan / Cunard Line）

也许这样，大家会看得更清楚：

这造型，怎么说你好呀……（图片作者：Hammelmann Oelde）

问题又来了？船头前面这一长坨是什么？干什么用？难道是为了安装声呐装置而多出来的？

此问题源远流长

古代，地中海东岸的腓尼基人（公元前1200年－公元前539年），他们善于航海与经商，腓尼基人建造的船，其前部也有一个突出物。

腓尼基船

若时光倒流，我们回去问腓尼基人：你们建造的舰船，为嘛前面都有一突出物？可是为了展示雄风？

他们可能会这样回答：“为了撞翻对方！”

还有呢？

“也许……船会快一点吧，我们感觉的。”

可这是为什么呢？

“哪那么多为什么？这种问题，你应该去问神！”

…………

古代人知道什么设计可能会比较管用，但却不知背后的原因。而现在，说实话，我们也不能拍着胸口说，已百分百吃透其背后原理。

为什么这么说？先来看一个例子。

耗资8亿美元的邮轮

美国国家地理频道制作了一部关于“玛丽皇后二号”邮轮的纪录片。里面讲述了这样一件事。

这艘造价高达8亿美元的邮轮，在其总体设计已定的情况下，其航速没有达到要求，只有二十多节的航速。而订货厂商强烈要求，邮轮在平静海面必须具有接近或超过30节的航速，必须具有6天内横渡大西洋的能力，否则此邮轮将失去竞争力！

然而，邮轮的动力推进系统已经开工，没法再想办法增加功率。这可愁坏了邮轮制造厂商，最后，他们的设计师万般无奈的情况下，把玛丽皇后二号船头前面的那个突出物加长两米，然后，问题得以解决了，邮轮航速终于超过了30节。

这个突出物，现在我们叫做球鼻艏。

△为纪念玛丽皇后二号十周年，摄影师James Morgan忽悠船长Kevin Oprey到突出物上拍写真（论摄影师的重要性！）。

是的，现在我们都知道，球鼻艏确实能提高船速，但如果我们真知道得那么透彻，就像爱因斯坦极其肯定物体不能超光速，就像我们精确地知道光速等于每秒299792458米的话，那么，通过计算机的辅助运算，也许所有船舶设计师都应该提前知道，玛丽皇后二号邮轮的球鼻艏的精确长度应该是12米，或者是12.005米，但是，设计师不知道，他后来是采取不断试验的方式。

球鼻艏为何能提速？

船行于海，就像车驶于路，前者是在水与空气交界处穿行，后者是在陆空交界处行驶。而深海潜游的核潜艇，它更类似于腾飞于空的飞机——都是在一个固定介质中工作。

所以，对于船来说，我们既要考虑大气的空气阻力，还要考虑水的摩擦阻力，以及波浪的阻力，也就是兴波阻力。这些阻力中，兴波阻力和摩擦阻力占大头，对于高速船来说，这两种阻力的占比都各接近一半，占到总阻力的85%左右。

海浪会让船上下起伏，这有点类似于你驾车在一条坑坑洼洼的路上行驶一样。

无疑，海浪会增加船的阻力，而平静的海面，船周围的海浪（波）是船自身造成的，从能量的角度来说，那些波浪是船在消耗大量燃油后制造出来的，所以，我们可以说，船行驶时，产生的波浪越小，越少，则船消耗的燃油就越小。

船头激起的波像一堵水墙，一直跟船伴随前进。