軍艦前端下方部位為何有個大圓球？

聲吶罩，全稱聲吶導流罩，聲吶系統外部為降低流體阻力和噪音的保護罩。

聲吶罩通常位於艦船首部，處於水平面以下的位置，有的也安裝在龍骨或艦體部位。內部安裝了一些電子設備，包括定位、探測和測距聲吶。通常呈圓球狀，因此又被稱作球形鼻首。航母、巡洋艦和驅逐艦的聲吶罩較大，位於艦首部位；護衛艦聲吶罩較小，可以安裝在艦體部位；潛艇聲吶罩位於艇首、圍殼前部、舷側等部位。

這個外形~好像有些不對勁？

由於潛艇本身是在水下工作，通常擁有水滴狀/紡錘狀外形，聲吶罩能與潛艇外形很好的融合，因此不會像軍艦那樣明顯、突兀。

軍艦、潛艇的聲吶好比是戰鬥機的雷達、紅外搜索跟蹤裝置。它是一種利用聲波在水下的傳播特性，通過電聲轉換和信息處理，完成水下探測和通訊任務的電子設備。聲吶系統可以分為主動與被動兩類，主動式聲吶工作原理與雷達類似，不過發射的不是電磁波而是音響訊號。由於電磁波在水下的衰減速率非常高，無法實現遠距離探測，因此才會使用聲吶以聲響訊號作為探測水面下人造物體的手段。被動式聲吶不發出任何訊號，只接收來自於周遭的各種音頻訊號來判斷與識別不同的物體。由於使用主動式聲吶會泄漏行蹤——這一點和雷達類似，於是催生了被動式聲吶，恰如紅外搜索跟蹤裝置。

聲吶就是水面艦艇的眼睛和耳朵。各國海軍把聲吶作為水下監視的主要設備，用於對水下目標進行探測、分類、定位和跟蹤；還可用於水下通信和導航，可保障潛艇和水下航行器的戰術機動和水中武器的使用。聲吶罩作為聲吶系統的保護罩，起著降低船體、機械振動與聲吶的耦合、減少水流雜訊、阻止水流對聲吶性能造成影響的作用。

這個「大圓球」的標準名稱叫球鼻艏（bulb bow），也可以簡稱「球艏」，指的是船首部水面以下的球狀突出部分，是一種用來克服船阻力的結構。其大小和形狀與船體相配合可對水的壓力起抵消作用，產生的船波較小，並可改善船體附近水流情況，以減小船的阻力。

船在航行時候會產生興波阻力，船舶航行時使水面產生波浪，在船首和船尾附近各發生一組波系。每組波系包括橫波和散波。橫波大致垂直於航向，散波同航向斜交，船波起伏的能量由船體供給，消耗了一部分推進船舶的功率。對船來說相當於克服一定的阻力，這種阻力叫興波阻力。

球鼻艏的原理如上圖：圖中綠線是船頭沒有安裝球鼻首時形成的波浪，藍線（與紅線有些交叉）是球鼻艏形成的波浪，藍線壓制了綠線，兩者最後形成了我們看見的波浪——紅線的波浪。結果就是波浪被壓制了，減小了興波阻力，船就更快了。

上圖為原始船體（左）以及安裝球鼻首優化後的船體（右）的對比，注意船頭位置的波浪阻力變化。

當然咯，軍艦上的球鼻艏還有另一個重要用途，那就是安裝掃描聲吶等探測設備。由於這裡位於艦體的最前端，遠離艦艇的動力艙段，可以避免了艦艇自身雜訊和船體雜波的干擾，也能相應提高作業效率。而且，對於軍艦來說，如果考慮到安裝聲吶的需求，球鼻艏未必能提高艦船工作效率。試驗證明，由於安裝聲吶對球鼻艏有一些特殊的外形要求，軍艦安裝球鼻艏後不一定會使阻力減少，有時反而略有增加。所以現代軍艦保留球鼻艏的最重要原因是安裝聲吶。

下圖為美國伯克級導彈驅逐艦的SQS-53聲吶球艏，黑色部分為水聲換能器組建，可以看出其外形誇張，令人印象深刻。

不僅僅是軍艦前端有這個大圓球，而是基本上所有的重型船都會有這個大圓球。

當船在水面上航行的時候，船首會將水向兩邊排開形成水波。這個過程中就會激起一片片隨著船舶行進方向的水波。當這個水波形成的時候，船的首部就會進入一個低壓區域。在低壓區域和船身的高壓區域不同狀態下轉換會消耗大量的能量。因此就需要控制船首波的形成。

在船首水線以下用一個球艏使船在向前運動的時候首先激起一個小水波

這樣的話就可以有效的降低船首部排開水造成的水壓損失。使船在流動壓力基本相等的水流體內移動。這樣就有效的降低了船在推進過程中的阻力，從而大幅度的節約了能源。

不要小看水，我們看到的萬噸巨輪能在水上漂浮是因為它們排開了萬噸的水，排開的水也會消耗船在運動過程中的能量。如果減少了這方面的能力損耗就大幅度的提高了船的能源效率。

根據之前的一個研究判斷，一艘船如果不安裝球艏的話會比安裝了一個設計完美的球艏的船多消耗大約80%的燃油。這也就是說為什麼船的前部都安裝了一個「大圓球」的最直接原因了。

當然，軍艦上既然安裝了球艏，那麼這個空間也不會被浪費，一般很多軍艦用這個球艏作為船上主動聲納的外殼，可謂一物兩用。

上圖為英國伊麗莎白女王號航母的艦艏鼻

軍艦艦艏下方部位的大圓球，是球狀船艏，或稱球型艏、球鼻艏。是為了艦船能減輕興波阻力影響的一種設計。其外型有水滴形、撞角形、圓筒形等多種。位置在船艏水線最下方。它能抵消海浪所造能的衝擊。由於它可提高艦船動力的利用效率、航速和穩定性（與沒有球鼻艏的艦隻相比，擁有球鼻艏的艦隻在燃料效率上通常要高出12%至15%，另外還可以增加艦艏的浮力，在一定程度上減輕艦艏在海浪中的俯仰），因此常見於大型艦船。它和艦船的撞角外型類似，但功用及效果卻完全不一樣。

上圖為美國海軍防護巡洋艦奧爾巴尼號，其艦艏鼻與沖角外形很類似

據資料介紹，球鼻艏最早出現在19世紀末。另外在1898年下水的美國海軍防護巡洋艦奧爾巴尼號上，也證實了有球鼻艏的設計。在之後的許多軍艦上，都出現了球鼻艏的設計。當時出現的球鼻艏，作用還很單一，只是為了減輕興波阻力的影響。後來在一些專門用於反潛的軍艦上，則在球鼻艏中安裝了聲吶（這裡距離尾部螺旋槳最遠，可以減輕自身產生的噪音影響）。

上圖為尼米茲級航空母艦喬治·布希號的艦艏鼻

上圖為阿利伯克級驅逐艦拉斐爾·佩拉塔號，其艦艏鼻內布置了聲吶系統

目前世界上各國軍艦的球鼻艏，幾乎沒有單純為了減輕興波阻力而設計的球鼻艏，它們內部均裝備了聲吶，且表面材質與艦體材質還有所不同，例如鈦合金材質的球鼻艏，這種材質具有強度高、剛性好、透聲性能優異、內部噪音低、質量可靠、維修費用低等優點。

上圖為20世紀初美國海軍特拉華號戰列艦線圖，其艦艏也安裝了艦艏鼻

翔鶴級航空母艦

翔鶴級航空母艦的二號艦瑞鶴號，在公試時輸出168100匹馬力，航速達到34.58節的紀錄。如此高航速離不開其安裝的球鼻艏。該級艦也成為舊日本海軍中首批運用此技術的大型軍艦。

大和號戰列艦，曾在試航中跑出27節的高速

大和號的線圖（沉沒之前的狀態）

大和級戰列艦，由於其主機功率並不高，因此日本專家當年為了提高動力的利用效率，設計了40種船模進行論證，最終確定的是球鼻型船艏。大和號艦艏水線以上部分明顯向外前傾，艦艏前端成半圓形，其兩舷大幅度外張，藉以減少艦艏上浪。艦艏水線以下部分採用球鼻艏，其位置在水線下約3米處，和尖削型艦艏相比，這種新構型可以減少8%的興波阻力，同時還減少了約3米的水線，從而節省了30噸左右的排水量。另外，在1944年後半年的改造中，大和號曾在球鼻艏內安裝零號水下聽音器，作為對潛艇威脅的警戒，和今天的艦首聲納頗有些相似之處。

圖註：現代艦船普遍採用球鼻艏結構設計，圖為「羅納德·里根」號航空母艦的球鼻艏

現代軍民用艦船，在其艦首前下部，都有一個球型的結構，就像是艦船的「大鼻子」，因此也被形象地命名為球鼻艏（或稱球型艏）。

球鼻艏，實際上就是設計水線以下首前部近似呈球狀的船首部。眾所周知，船在水中航行會產生波浪，而波浪又增加了艦船航行的阻力，降低船速，引起船體搖擺，影響艦船安全航行，因此，減少和消除波浪的影響是艦船發展中的一件極其重要的事情。球鼻艏船就是為了減少興波阻力應運而生的一種新船型。

球鼻艏的誕生要追溯到100多年前，美國工程師博汝德深入研究並解釋了魚雷艇在安裝魚雷管後阻力降低的原因，指出這是由於安裝的魚雷管使船首變鈍而引起的消波作用的緣故。隨後，D.W·泰勒將博汝德的發現推廣開去，率先認識到在水面艦船的船首也安裝一個使其變鈍的結構，就可以像魚雷艇安裝魚雷管一樣減少興波阻力。1907年，D.W·泰勒在戰列艦「特拉華」號上裝了世界第一個球鼻艏，結果在功率不變的情況下提高了航速。

圖註：「阿利·伯克」級驅逐艦的艦首球鼻艏內，就安裝有基陣聲吶系統

20世紀20年代，美國人在一艘商船上首次設計應用球鼻艏，與此同時，美國海軍也籌劃將球鼻艏應用于軍艦。但他們很快發現當時的球鼻艏製造工藝複雜，造價較高，耐波性也差，只在少數軍艦上試裝，未能大規模推廣。

雖然球鼻艏這種設計並沒有馬上在水面艦艇上大規模推廣，但歷代工程師們持續研究球鼻艏的功效，並進行了大量的試驗，積累了流體力學方面的寶貴數據，對球鼻艏的形狀、結構進行了大規模改進。直到上世紀60年代，球鼻艏才開始在低速油船、貨船、軍艦領域被廣泛應用，並最終成為現代艦船包括軍艦的標配設計。

雖然球鼻艏看上去就是給艦船首部長了個「大鼻子」，但對於不同的艦船而言，這個「大鼻子」的形狀卻有很大不同，呈現出多種多樣的形式和結構：有從前面看上去像一滴水的水滴型球鼻；有在船的前端伸出一個長長的尖角的撞角型球鼻；有像圓筒，圓筒體頂端是一個半球或橢圓球的圓筒型球鼻；還有從側面看上去是「S」形、正面看上去是「V』形的S—V型球鼻，以及柱形、菱形、魚雷形等各種形狀的球鼻。

除了減小阻力、提高操縱性能和推進效率外，對於軍艦而言，球鼻艏還是一個安裝艦用聲吶的好位置，目前世界上絕大多數水面主戰艦艇包括驅逐艦、護衛艦等，都在球鼻艏內安裝有聲吶探測裝置。

這在艦船體結構上稱為球鼻艏，類似的船體結構在七十年代中後期開始出現。首先是在民用船舶上採用。它的特點是，能非常好的保持船艏在航行中的穩定性。抗風浪能力比傳統的飛剪型船艏要好很多。同時也增加了船舶的排水量，錨鏈艙下面的壓底艙也增加了許多空間。船舶萬一發生碰撞的情況，船體的抗撞能力和受損程度都優於飛剪型船體。逐漸軍用艦船也開始採用球鼻艏結構了。與此同時，軍艦在此部位安裝聲納發射和接收裝置非常貼切和實用。因為遠離船中後部的底層。此處的主機噪音很小，而聲納工作時最怕噪音。又是處於艦首水下，可以方便地監測前方的水下音源。

該結構稱為球鼻艏，軍船該位置布置聲吶，流體力學的解釋是，球鼻艏興起的波形和船在艏部興起的波形，波谷和波峰相消，減少興波組力，速度可增加約0.5節。畢業一年多了，解釋的可能有些微錯誤，但大概是這麼個意思。

球鼻艏應該是商船比較常見，提高經濟效率。但是同時會降低速度，所以一般的需要速度行的軍艦不會有這玩意，比如056。還有聲納的位置不會放這吧，這個位置流速快且不穩定，聲納放這聽的不都是噪音？我見過幾個都是在舯部有專門的聲納艙。