跟飞机一样,现代船舶居然也是越开越慢。
大家好我是火箭叔,其实早在20世纪初,船舶的极速就已经破百了。打造它的,不是别人,正是后来的电话之父贝尔。
他的HD-4水翼船在1919年就飙出了114公里/小时的速度,直接把当时所有船只甩成了慢动作。即使放到今天,也快得出奇。那什么是水翼船?它是如何工作的?为什么我们鲜少见到?今天一个视频给你讲清楚。
当古老的蒸汽轮船还在称霸海洋时,有一群"叛逆"的发明家却在密谋造反——他们想让船“飞起来”。关于水翼的专利最早可以追溯到1869年。而此时,距离莱特兄弟发明飞机,还有整整34年!所以飞船的历史,比飞机更加悠久。
想要让重达几十上百吨的钢铁在水面上起飞,其核心就在于它的水翼。
水翼会像飞机的机翼那样,利用流体力学原理产生升力。当船只在水中加速时,安装在船底的水翼会与水发生作用。它通常呈流线型设计,上表面比下表面更加弯曲,这种形状使得水流在流经水翼上表面时需要走更长的弧线,速度自然加快;而下表面的水流则较为缓慢。根据伯努利原理,流速快的区域压力低,而流速慢的区域压力高,因而在水翼上便形成了上下两侧压力的差异——上方低压,下方高压。这种压力差产生了向上的升力,使得船体能够部分或完全抬离水面,从而显著减少水的阻力,提高行驶速度。
不过,仅仅用伯努利原理解释水翼的工作原理并不完整。实际上,当水流撞上水翼时,水翼不仅仅是在“吸走”水流,还会主动“转向”水流,使其向下偏转。根据牛顿第三定律,水翼把水推向下方的同时,水也会以相等的反作用力把水翼向上推起,从而形成升力。换句话说,水翼的工作原理既涉及流速变化引起的压力差,也离不开水流被迫改变运动方向所产生的反作用力。这两种作用互相配合,共同维持着水翼船高速航行的奇妙状态。
在实际应用中,水翼船主要有两种设计类型:半浸式和全浸式。
半浸式水翼在船只加速后部分浮出水面,结构相对简单,成本也较低;但由于部分水翼暴露在空气中,其受波浪影响较大,稳定性较差。相比之下,全浸式水翼设计将整个水翼完全浸入水中,不仅能更好地抵抗海浪的干扰,而且在高速行驶时船体也更加平稳。正是在这种理念的推动下,20世纪60年代美国海军为应对苏联新型核潜艇的威胁,大举投入研发水翼船,期望借此获得高速反潜优势。
美国海军先后设计和建造了多艘原型水翼船,其中最为引人注目的是USS Plainview。这艘原型舰不仅采用了先进的全浸式水翼系统,还配备了双模式推进系统:在低速航行时依靠柴油发动机推动,而在需要高速时,则启动高功率燃气涡轮,通过液压系统迅速降低水翼,将船体“飞”出水面,从而实现超过50节甚至90节的惊人速度。为了确保高速下的稳定性,Plainview装有复杂的自动控制系统,利用传感器实时监测海浪、船体姿态和加速情况,动态调整水翼攻角,保持飞航状态。
然而,正是这些高端技术和精密的控制系统,使得整个项目面临着前所未有的挑战。首先,为了降低阻力和实现足够的升力,水翼船必须采用轻质材料如铝合金来建造船体,但这就牺牲了传统钢铁在强度和耐久性上的优势。其次,液压系统、传动机构和自动控制装置虽然在理论上能精确调节水翼角度,但在实际海况中,高速切换动力模式所带来的结构疲劳和机械磨损问题始终难以避免。频繁的维护和修理不仅拖延了项目进程,还使得成本远超预期。
最终,尽管技术试验一度展现出惊人的速度和机动性,但高昂的维护费用与可靠性问题使得水翼船难以满足长期作战需求。再加上空中反潜手段的成熟,美国海军不得不放弃这一项目,留下了一个宝贵的工程教训:任何颠覆性的技术创新都必须在性能、成本与可操作性之间取得平衡。
好了,现在轮到你了。在评论区分享你还知道哪些水翼船?你有坐过水翼船吗?
我是火箭叔,别停下,去探索!