为什么航母底下那么窄而上面那么宽却不会侧翻?

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为什么航母底下那么窄而上面那么宽却不会侧翻?


由用户海事先锋提供的知识:

首先航母在设计中,对于航母的重心有很好的把握,上层部分的外飘看着大,但是大都是空心的外飘箱式结构,而下面看似很窄,但是里面容纳了航母的动力轴系和发动机、锅炉等重量很大的设备,确保了航母始终是重心非常稳定的状态。


再者说,航母的下面也不见得就比飞行甲板的外飘窄很多,从船头看当然窄了很多,因为船头是尖尖的,要劈开水的阻力的,但是航母的腰线处和船尾处一般宽度就不小了,不分外飘不大的轻型航母甚至在船腰部分达到了舰体和外飘甲板一样宽的程度。比如英国海军的无敌级航母、苏联海军的基辅级航母等。


而像美国那种大型航母,即便是外飘部分很大的,其船体在中部和尾部也已经非常宽了,最宽的比值为40米宽的舰体和70米宽的外飘,两边各多出20米。这20米的箱体结构内几乎是空心的,没有任何设备,被命中后就是一个大窟窿,但是其舰体部分却是大量的水密隔舱构成,而且内部有大量的动力设备和燃料物资,船体重心向下。


另外,很多航母在上层建筑中使用了铝合金材料来降低重量,保障重心稳定,比如辽宁舰和002型国产航母,他们都是如此,别看上层建筑巨大,其实由于是铝合金,因此重量很轻,唯一的缺点是铝合金不耐热,但是能够给航母带来很好的航海性能,而在舰体部分则大量采用了特殊的高屈服强度钢材,因此重量较大,也同样保障了重心的稳定。


由用户淡然小司提供的知识:

不仅仅是航母是下窄上宽,几乎很多的军舰都是采用这种外飘设计。只不过是相对于航空母舰来说,其外飘程度要远大于其他的军舰设计。虽然对于航空母舰来说,看似上面的建筑及甲板外漂相比较而言很大,但是真正的航母重心依然在相对较窄的水线之下。

也就是说,对于航母而言,其他军舰也几乎都是如此。以美国尼米兹级航母为例,整个航母的甲板宽度在70m,水线以下宽度在40m。核反应堆以及蒸汽轮机,辅助柴油机主机,包括推进轴系,这些,拥有庞大重量的,设备几乎全部都集中在航母船舱的水线以下。包括一些武器弹药,都集中在水线附近,并且进行特殊的防爆处理,而且还加厚了,尝试的隔板厚度,防止殉爆,对舰体造成的伤害。

还有包括,航空母舰携带的大量的燃油,淡水净化设备,储存补给等都集中在相对安全的水线以下。这样保证了,航母的整体重量都集中在水线以下,也就是意味着航母的重心都在水线以下,那怎么可能会翻船呢?翻船的原理就是由于地球重力的作用,导致重心向低处运动,重心太高,导致摇晃的海面超越了船体的平衡力矩,那么翻船就会发生了。

那么对于,你自己这样大型核动力航母,别看上面搭载近80架作战飞机,但是这些重量相对于航母的,核反应堆,蒸汽轮机,武器弹药,燃油,淡水等根本就不算多大的重量。比如其携带的航空燃油在270万加仑,携带的武器弹药就在3000吨。这还不算那么淡水储备。而一架FA-18舰载机,空重在13.9吨,最大起飞重量在29.9吨。整个尼米兹航母配备在60架左右,再加上另外的20多架辅助飞机,总重也不会超过2400吨,都没有航母携带的弹药重呢!更何况不是战时,根本不会存在满载的状态。

通常航母在设计时,都要考虑在狂风大浪时的摇晃问题,对船体重心的影响。因此在整体设计时,都是尽量把重心设计的相对更低,更合理一些。同时还会将舰体设计的较宽,而且还会设置一些减摇鳍,防止军舰随着波浪摇晃。从而也能稳定航母的摇晃幅度,保持稳定性。下面这张航母图片注意下面的减摇鳍。
所以,对于大型军舰而言,在设计之初就要防止翻船的技术失败。那么在设计安排上,自然这是必须要首先考虑到的。哪有几个印度,刚造好的船,刚下水就翻船了,闹出一大堆国际笑话。本文图片来源于网络,禁止抄袭,违者必究


由用户啸鹰评提供的知识:

为什么航母下窄上宽却不会翻船?,原因非常简单,以美国那群航空母舰为例。

水线宽度一般为40米,飞行甲板宽度最大为72米。

但是核反应堆蒸汽轮机发动机轴系螺旋桨等质量比较大的全部在水面以下。水面以上虽然说非常高,但是它是以机库为主的而几乎内部则是空空荡荡的,所以说重心依旧在水线以下。

只要重心在水线以下,你告诉他怎么翻?

这也是为什么改装的时候不能太过大刀阔斧的原因。
比如说美国的中途岛级航空母舰,经历过数次大改,从一艘典型的二战航母变为了一艘典型的现代航母,对此中途岛级航母的排水量从4万余吨增加到了6万余吨。换装了蒸汽弹射器 斜直两段式飞行甲板

自然而然的带来了重心方面的严重恶化。

所以美国拆除掉了中途岛级全部的大口径防空炮。即便如此依旧不够,美国还在中途岛级的船舱底部加装了数十吨的压舱铁,来稳定航母的重心。

当然了,这也带来了中途岛级航母吃水量的增加,让她的吃水吃水深度增加了不少。

保持重心依旧在水下比较深的深度。

这也是为什么战舰一般都会有储备浮力的原因。


由用户威呐解析提供的知识:

这问题在上中学的时候就有过同样的疑问,大型航母甲板宽度可达78米,而吃水线宽度也就在40米左右,这么“头重脚轻”的样子为何不会“翻船”呢?其实道理也很简单,很多人小时候都玩过“不倒翁”,不倒翁能够保持不倒原因就在于其中心很低,不论上部如何摇摆,只要幅度不超出其重心高度就不会倒
严重“头重脚轻”的美国“尼米兹级”核动力航母!
船舶设计如何保持稳定性的示意图

而对于航母也一样,虽然上层建筑体积庞大,但是大部分是机库、人员居住舱室等,整体质量相对来说并不大,整个船体绝大多数重量集中在水线以下,包括发动机(或者核反应堆)、油库、弹药库、泵阀管道以及用于调整船体平衡的压载水舱等,这样船体的重心就会比较低(一般会保持在吃水线以下),即使上部发生倾斜、摇摆,只要不超过一定的幅度,就不会发生侧翻的现象!英国“皇家方舟号”航母结构剖面图,可见底部基层密布大型设备!
美国“福特号”核动力航母的局部结构示意图,底部几层也是布置了大量重型设备!

除了将整个船体的重心设计的尽量低以外,对于类似航母、巡洋舰、大型驱逐舰等水面舰艇,还普遍装有减小摇摆幅度、提升航行稳定性的减摇鳍!这是一种从鱼类身上学习而来的减摇装置,也是“仿生学”应用在军舰设计方面的一个典型案例。当船舶发生摇摆或者海浪的冲击时,通过控制船体底部两侧的减摇鳍装置的动作,可以抵消或者抑制船体的摇摆幅度,进而也可以防止船舶在大的冲击下发生侧翻。船舶减摇鳍结构示意图英国“伊丽莎白女王级”航母系统组成,可见其底部侧面支出了2具减摇鳍翼面

现代船舶设计是一个复杂的体系,像航空母舰这样的超大型军用舰船,其设计要求和复杂程度远非民用船舶可比,不仅要考虑舰艇本身遭受各种武器打击的能力,还要考虑各种恶劣天气、作战环境的影响,在建造完成后还要进行最大航速下的极限机动性测试、抗爆炸测试等,在经历了“百般蹂躏”后才会交付海军使用!因此,对于航母的抗侧翻能力,完全不必担心!
“尼米兹级”核动力航母进行小半径快速机动时发生了大角度倾侧!

“尼米兹级”核动力航母进行抗爆测试!

对于事物的认知都是一个循序渐进的过程,尤其是在军工领域的进步更是不允许有任何的“弄虚作假”,任何一点瑕疵都可能要付出生命、甚至战争胜负的代价!我国经过在“辽宁号”上10年的摸索才真正掌握了航母设计的能力,才有了后续“山东号”等国产航母的快速设计、建造的结果!所谓“厚积薄发”、“积跬步至千里”,相信会有更多的好消息会接踵而来!国产第二艘航母效果图!

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(图片源自网络,侵删)


由用户兵说提供的知识:

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这种下窄上宽的结构,是现代航母普遍都采用的“外飘”设计,其目的毫无疑问就是为了增大甲板面积,停放更多的舰载机。从两栖攻击舰到轻型航母、再从大中型航母到超级航母,航母吨位越大,甲板越大,这种“外飘”看起来也就越明显。我们看到二战时期的有些轻型航母,舰载机停在上面只能排一溜儿,很明显它就没有“外飘”设计,这种航母的侧面看起来跟战列舰没什么两样,都是水线位置最宽。

航母会不会翻不在于它的外形是什么样的,而是取决于它的重心。这就像不倒翁一样,它的重心在下边儿,你把它摁倒了,你一松手它依然会起来。所以,航母不会翻是因为它的重心是在水线以下,而不是在甲板或者舰岛上面。如果你把航母的重心设在上面,搞得头重脚轻,即使是上窄下宽,那它也很有可能会侧翻。

我们经常说航母有20层搂那么高,甲板以下10层,甲板以上10层。然而甲板以上就只剩那个舰岛了,一眼望去又细又小,所以这航母的重量,大部分都在甲板以下。甲板以下又分为水线以上和水线以下两部分,为什么重心在水线以下呢?因为那下边儿主要是蒸汽轮机、核反应堆、大轴这些“硬货”,上面还有弹药舱、燃油舱等等,周围都有厚重的装甲防护,还有一个个的水密舱。这些部位被鱼雷击中以后,如果损管做的好,及时把水密门关上,海水就不会蔓延。

而甲板以下、水线以上的部分,主要是机库、水兵住舱、餐厅医院等等,这个重量要比下边轻的多。航母各部位的重量都是经过合理分配的,在遇到紧急情况时也会过水压舱来调节配重,所以说,航母是不可能轻易侧翻的。航母在海上做高速转弯机动时,一侧的甲板都有可能贴到海面上去,这都不会侧翻。当然,想要让航母不沉,主要还得看人,如果都像阿三儿那样,在船坞里都能把军舰弄翻,那就是再怎么分配重量都不管用了。


由用户诸葛小彻提供的知识:

在观察航空母舰的时候,我们会发现航空母舰的飞行甲板对于船体来说是非常大的,看起来有一种头重脚轻的感觉.但奇怪的是,为什么“头重脚轻”的航空母舰不但可以在海上航行,还可以在海上作战呢?

首先要说的是,其实航空母舰的下半部分比起上半部分是重得多的,毕竟反应堆、锅炉、燃油上面的比重比较大的东西在设计时就会优先放在下层来增加稳定性,而且作为航空母舰来说,水下的部分是很大的,在水下部分的重量除了排水以提供浮力之外还可以作为储存仓来进一步的保证航空母舰的稳定性。

阿基米德定律告诉我们,物体受到的浮力等于其排开的水所受的重力,而舰船指标之一的满载排水量就是在满载的情况下船体在水下的部分排开水的体积,以一艘满载排水量6万吨的航空母舰为例,6万吨水所受的重力大概是60万牛,这也就代表着航空母舰所受的浮力有60万牛。

那么为什么要把航空母舰的上部设计的如此之大给人一种不协调之感呢?其实结合航空母舰的用途来看也是很明了的。作为需要飞机起落的特殊类型的舰船,甲板面积当然是越大越好。二战时期的航空母舰是看不出来“头重脚轻”的,因为那个时代的飞机速度慢,起飞和降落所需要的空间相应的就小。而二战之后斜角飞行甲板的出现和喷气式舰载机、大型蒸汽弹射器的上舰导致航空母舰的甲板面积不可能像以前一样小了。

比起航空母舰,像现代海军的主力——驱逐舰就是特别传统的布局,水线处最宽,然后往上和往下逐渐减小宽度。这样设计的好处是可以极大的增强稳定性,而且被击中之后不一定会发生侧翻,但是像航空母舰这样的布局在增大飞行甲板之余所带来的缺点就是被击中之后极其容易侧翻,这也算是有利有弊吧。


由用户儒道之主提供的知识:

下窄上宽,几乎所有船都这样,并非航母的特例,只不过是航母的“外飘”程度要远大于其它的船而已。军舰采用的都是这种“外飘”设计,除了航母之外,就属大型两栖攻击舰这类的“准航母”的“外飘”程度大了。举个例子:美国的尼米兹级航母舷宽40.8米,飞行甲板宽76.4米。美国的黄蜂级两栖攻击舰舷宽32米,它的飞行甲板宽42.67m。

虽然看上去下窄上宽,有“头重脚轻”之感,但实际上,航母与两栖攻击舰等舰船的重心仍然在相对较窄的水线之下。简单说就是,重心在下面。航母等是否会翻船,不在于上面宽出去多少,而是要看它的重心,也就是船的稳定性。这原理类似于“不倒翁”,只要舰船的摇摆幅度没有超出它的重心高度那就不会翻!舰岛位于一侧,这又涉及到了舰船的“配重”设计问题——为了维持舰船的平衡,需要对甲板下的舱室和重量进行合理的分配设计。

比如锅炉、机组等的位置就要与舰岛所在位置相反,简单说就是:利用“配重法”来稳定舰船的重心。对于航空母舰而言,上层建筑、外飘甲板、停放在甲板上的舰载机,只是给人一种要“翻”的视觉效果而已,真正重量大的家伙都在甲板以下,比如尼米兹级航母的核反应堆、推进轴系、蒸汽轮机、辅助柴油机主机等,这些重家伙都在水线以下,为的就是降低航母的重心,确保它的稳定性。而那些航空煤油、武器弹药等都集中在水线附近——确保航母的整体重心位于水线以下,根本就不存在着“头重脚轻”、容易侧翻的问题。

航空母舰的上层建筑,相比水线那些设备等的重量来说,轻得多——根本不在一个层次上。民用船舶在海况恶劣时可进港躲避,但航母的任务是作战,战争何时爆发可不是天气说了算的——在设计之初,就必须考虑到恶劣海况对航母的影响,进行有针对性的设计。从理论上来说,尼米兹级航母可抵御11—12级台风,单就这一个数据,哪艘民船能够与之相提并论?重心更低、舰体更宽、减摇鳍等的设计,都大大的提高了航母的稳定性,并且降低了航母的横摇、纵摇水平。

简单说,同等海况上,如果你在民用船上被摇得“天昏地暗”,那大、中型航母上的情况要好得,至少能让人不至于把胆汁都吐出来……外飘的甲板实际上就是船体设计上的平衡方案(船越宽越稳、越大越稳),再加上设备等的配重设计,实际上这都是“静态”的平衡设计——在一定范围内解决船体重心的变化问题。然而,航母就是一座“海上移动的城市”,重心时刻变化,一旦超出这个范围又该如何?没有关系,还有其它方案——水压舱实现了可控的平衡。


通过对分布于舱内不同位置的水压舱内的储水量来进行控制,简单说:增加或者是减少不同位置水压舱内的储水量以增加或者是减少重量,来维持船体的平衡。还有就是通过各种感应器、计算机来感知、测算船身重心的偏移程度,利用电控调配金属配重块以保持航母的平衡,比如说法国的戴高乐航母。现代航母的稳定性相当高,为确保船身平衡所采用的措施、方法很多,但它们的原理都相同——利用配重法。


由用户筱晨科普提供的知识:

其实,航母之所以这样设计,是有一定道理的,不然的话,即便是不用下水,航母也不能保持不倒。

接下来,笔者就给大家分析下,这种情况究竟是怎么回事。首先,航母这种上宽下窄的结构,从专业角度来讲,叫作“外飘”设计。实际上,如果我们仔细观察现实中的船只军舰的话,就会发现实际上不单单是航母采用了这种“外飘”设计,即便是普通船舰也无一例外,只不过不明显而已。而航母之所以这样设计,主要目的就是为了其航母甲板能够搭载更多的舰载机,同时方便舰载机起降。

而航母之所以不会侧翻,主要是因为航母一定程度上借鉴了不倒翁的原理。也就是说,航母重型并不是在其甲板部分,即便是其甲板搭载满舰载机,其重型也一直都在航母底部,也正是因为这样,所以航母才能够在海中稳定行驶。

并且,许多时候我们看到的航母底部虽然并不完整,通常情况下我们在航母图片中只看到了航母底部的圆柱,但实则航母底部并非如此,一般情况下航母底部都是有N多个水密舱,第一是加大航母浮力,第二是是防止鱼雷攻击,整个航母构造复杂,所以并不是我们表明看到的那种情况。


由用户李晓伟提供的知识:

第一点,不管是什么船只它的重心靠近水线,吃水线的位置等于船只排水体积,但是由于船只体积是不变的它质量会变,质量变化的情况下吃水变深这样才能保持漂浮,浮力等于重力的情况下才能保持漂浮。

所以船只通常是下面的部分比上层建筑要重,类似于不倒翁一样,只要重心在底部是很难侧翻的。

第二点,船只配重外飘的斜角甲板通常在航母左侧,而舰岛在航母右侧这样能起到一个配平的作用,所以自然不会那么容易侧翻。

船只大部分在水下,所以说只要不要搞太高的东西,类似于挪威南森级一样,那种吨位小重心高的本身就不稳,在加上由于高度越高风施加的力矩越大,就会出现类似杠杆原理的现象,风大就会侧翻抗风浪能力很差。


由用户在十字路口等等你提供的知识:

航母下窄顶宽?是不是看舰艇前部水下部分特别尖觉得水线部分很小?所有的舰艇前段部分都是特别尖和窄的,这样的设计就是为了能保证舰艇能在任何海况下能穿浪前进而不被巨浪影响前进方向。



急转弯

至于为什么不侧翻,那因为重心低啊,军舰所有重的东西都在下面,或者说是在重心之下。特别是航母上的大型蒸汽轮机、燃烧锅炉、而像燃料舱、弹药舱等都是在下面(以)。而像战列舰的主炮绝大部分也是在舰艇之下,所以舰体绝大部分的重量都在下面,所以哪怕是像扶桑这样的违章建筑都不怕翻船。

由于资料有限我就以日本重型巡洋舰高雄级为例给大家列举一些资料。高雄级公试排水量约14000吨,蒸汽轮机与锅炉就占到了2770吨(19%),燃料1754吨(12.5%),而像弹药舱以及其他辅助设备又占一定比例。所以舰船稳性的G·M值保持在一个合理的数值之内是能保证船体的浮力和重心,而在建造之初船体的设计就必须考虑GM值。所谓的GM值是船舶的初稳心高,如果GM太小,船舶稳性不足,GM值过大,船舶摇摆周期短摇晃厉害。但是只要保证GM值是正值就不会翻船。

(一个文科生在网上查的资料理解整合,如有错误也请专业人士提出)


由用户墨墨观察提供的知识:

感谢邀请,我是墨墨观察!

自二战起,航母战斗群就已经是军事强国的标志,也是现代化海军的重要作战利器,更是“大国名片”,代表着一个国家的工业体系和综合实力。

那么,为什么航母底窄上宽还能抗十几级的台风而不倒呢?

阿基米德定律

阿基米德定律也被叫做浮力定律,通俗来讲:“液体对物体的浮力等于物体所排开液体的重力大小。”

航母的建造需要成千上万的科学家介入,其中就有我国顶尖的物理学家参与,航母的底部设计是重要基础。纵观世界范围内所有航母的底部都是采用舰体中空的方式设计的,也就是说航母底部虽然很重,但是内部中空,因此可以稳稳浮在海面上。

作战需求

航母底窄上宽符合现代化海军的作战需求,底窄水阻小,上宽可以容纳更多战机,航母上所有的重量重心80-90%军集中在航母很窄的底部。

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标签 :航母  军事  科技  

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