艏柱

有足够的刚度和强度的船体构件

艏柱是要求要有足够的刚度和强度的船体最重要的构件之一。船舶艏柱是船舶首部最前端的构件，也是船体最重要的构件之一，船舶首部的外板、甲板、平台和舷侧的纵桁都是在艏柱处结束。

简介

艏柱是船体最前端的构件，其作用是：连接舷侧外板、甲板和龙骨末端，并加强船首，保证船首端形状不变。

尖形船首和“T”形船首木船首端的一根强力骨材。下自主龙骨前端起;沿首部中纵剖线上升至首尖或封头板。首部两侧的壳板向纵中线靠拢与艏柱连接。艏柱处于船体最前端，承受水压力、波浪冲击力和外部碰撞力，强度要求高。

分类

按照制造材料和制造方式的不同，艏柱有以下几种：

锻钢艏柱

用钢材锻造而成，呈矩形、梯形剖面，强度高，冲击韧性好。由于锻造形式简单，造船很少采用。

铸钢艏柱

铸钢艏柱可根据铸造的特点，把断面做成复杂的形状，以满足强度和航行的要求。但铸钢艏柱重量大，较少采用。

铸钢艏柱由铸钢浇铸而成，其特点是：

①可以制成较复杂的断面形状，以适应首端线型和满足强度的要求。

②刚性大而韧性差，受到撞击时易发生裂缝，而且重量大、制造费工。

钢板艏柱

钢板焊接艏柱由艏柱板、加强材和肘板焊接而成。艏柱板由钢板加工成圆弧形。在艏柱板内侧纵中剖面上装一根T型加强材，在艏柱板和加强材之间再用几对肘板连接加强。艏柱板的厚度是上部较薄，下部较厚。钢板焊接柱的优点是重量较轻，损坏时容易修理，但它容易变形，适用于中小型船舶。大型船舶的艏柱板较厚，要加工成所需要的形状比较困难，过去采用铸钢件较多，随着加工能力的提高，也逐渐采用钢板焊接。

钢板焊接艏柱由厚钢板和纵向加强筋及水平肘板等焊接而成，其优点是：

①与外板、甲板、龙骨等连接牢固。

②重量轻、制造方便、成本低，碰撞时仅发生局部变形，损坏小，且容易修理。

混合式艏柱

大型船舶的艏柱往往采用混合式艏柱。其上半段受力较小，艏柱板较薄，曲率半径较大，加工比较容易，故采用钢板焊接。中段在设计水线附近，断面形状比较尖瘦，下半段与平板龙骨相接，对强度要求较高，断面形状比较复杂，则采用铸钢艏柱。有的混合式艏柱下半段的中间一段用圆钢代替，可减少铸造工作量，施工也方便。混合式艏柱各段之间采用焊接。铸钢部分的两侧各有一凹槽，外板在此与艏柱牢固地焊接。

在大型船舶上，常把设计水线以下的形状复杂的部位做成铸钢艏柱，而设计水线以上的部分采用钢板焊接艏柱，这样就兼顾了铸钢艏柱和钢板焊接艏柱的优点。

相关研究——水动力性能

简述

具有较低阻力、足够安全和舒适的新型船舶是船舶领域研究的热点问题。从Michell给出经典的细长片体兴波阻力公式到发现球鼻艏，以及多片体兴波干扰公式、基于Rankine源法的兴波和耐波计算，都是为了分析船舶的水动力性能。随着计算机技术的发展，将考虑流体黏性的计算流体动力学(CFD)方法用于分析船舶水动力性能已成为可能，船舶型线优化进入了自动化和精确化时代。但在国内，完全自主产权且可靠的船舶型线优化程序还较少，而且由传统方式优化所得阻力最小的优良船型的耐波性较差，因此，针对耐波性和阻力的优化研究引起了重视。对于船舶设计师和操作者来说，考虑高速船舶在波浪中航行的失速性是一个严峻的挑战，而高速船舶的重要指标就是能否在波浪中保持快速性。

对水动力性能的影响

依托NPL4b船型开发了3种不同艏柱形式的船舶，计算程序基于STF切片法和雷诺平均Navier—Stokes(RANS)方程，得出其在顶浪中的水动力性能。

（1）利用STF切片法能够得出垂荡、深沉和波浪的增阻的大致变化趋势，但不能精确地得出其在每个遭遇频率下的值。与STF切片法相比，考虑黏性RANS方法的计算结果与其实验值较吻合，但其计算耗时长，可结合两者优势互补而对船舶型线设计做出初期论证。

（2）波浪中增阻和湿表面积的增加，将增大船舶的摩擦阻力；剩余阻力的增值与船舶在波浪中运动的幅度密切相关。

（3）穿浪体型(DDG1000型)船舶可适用于穿浪双体船的片体，但需要较高的甲板或甲板全密闭，以避免航行溅起的波浪淹湿甲板，其在高速下波浪中的阻力较低；NPI4b母型船舶为滑行艇的雏形，航行中的重心抬升较多，摩擦阻力较小，但波浪中振荡运动的幅度较大(尤甚是纵摇)；斧头形船舶具有最佳的兴波性其船体周围兴起的波高最小，不易发生甲板上浪且船体淹湿较小。

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