平养水线(航母看起来上宽下窄、头重脚轻难道不怕被海浪和炮弹掀翻？)

Posted 2023-05-25

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平养水线(航母看起来上宽下窄、头重脚轻难道不怕被海浪和炮弹掀翻？)

自从1921年世界第一艘航空母舰凤翔号下水以后，航空母舰逐渐取代战列舰成为了舰队作战的核心。不过我们看到航母的形状比较奇怪，和常规的军舰或者轮船相比，它的船底很窄，而甲板的部分非常宽大。

按理来说这样的结构是很容易发生侧翻的，但是航母为什么不会呢，它防侧翻的秘诀是什么？

航母的结构与功能息息相关

与炮击作为主要火力输出的传统战舰不同，航母自身的炮击能力很弱，进攻手段主要依靠自身携带的飞机。这使得它的外形结构与传统战舰有很大的差别。

特别是二战结束以后，随着现代海战制空权重要性的不断提高，单个航母的舰载机数量和重量也在与日俱增。相应的航母在外形结构设计时也不得不采用更大的机库，更宽广的飞行甲板来适应。

这就使得现代航母在外形上看起来异常的头重脚轻。特别是水线以上，就像大头儿子，水线以下则迅速瘦成了小头爸爸。

众所周知，航母出动，多是远洋作战。经常要面对大风大浪甚至飓风天气的恶劣海况。适航性对于航母能否正常作战非常重要。那么，为什么航母如此头重脚轻，却依然能够面对各种海况时平稳航行？

航母有什么防侧翻的秘诀？

这就要从航母的结构说起。航母虽然看起来上宽下窄，且差异巨大，但重心位置依然在水线以下。航母的结构分为三层，顶部是飞行甲板，飞机在那里起飞和回收。舰岛一般在右舷，空中交通管制和舰桥都位于该岛。这是飞行甲板以上的部分，也是通常我们看到的最宽的部分。

甲板以下是空旷的机库，大多数飞机存放在这里，需要起飞的时候，飞机通过升降梯从较低的机库甲板被带到飞行甲板。机库通常相当大，可以占用几层垂直空间。机库甲板通常位于水线附近。

美军航母杜鲁门号海上训练时的照片，图中黄线部分即为机库甲板位置

再往下是航母的第三层结构，弹药舱，轮机舱，燃料舱，海水淡化厂，巨型青铜螺旋桨，特别是核动力航母的核反应堆，这些航母结构中重量最大的部分都在第三层结构中。再加上这些舱位往往是决定航母生存性的核心，一旦破坏在海上很难修复，所以水线以下部分往往会加装大量多层钢板来保护，这使得第三层结构的重量远远大于上面两层。

也就是说，在航母结构中，我们看起来最大最宽的这一部分，重量反而是最轻的，甚至远小于我们通常看不到的水线以下部分，这就像一个沉重的小实心桶上面粘了一个大空盒子，无论上面的大空盒子怎么摇摆，都不影响下面实心桶的稳定。

更何况，绝大多数航母的下层结构其实一点也不纤细。航母一旦下水，除非遇到严重的船体结构损伤，一般不会再回到干船坞中修复，一辈子都在海水中飘着直至退役。

所以我们通常看到的航母都是漂浮在海面上的状态，大量的船体结构被淹没在水下。飞行甲板以上非常醒目显眼，就让我们有了“上面非常宽阔下面非常纤细”的错觉。如果我们看到航母的全貌，就会发现，航母的下部，其实也非常敦实。甚至连船底都是平的，并不是我们想象的像刀片一样薄。

美国航母福特号下水前的照片，可以看到下部结构的敦实以及船底的平整

事实上，航母这种上下宽窄差别较大的结构，非但不会影响它的适航性，反而大大加强了自身在恶劣海况下的稳定。

上下宽窄相差不大的普通船只，在海上风浪大的时候很容易出现甲板上浪，一旦海浪高过船头就极易倾覆。因为船只的浮力取决于本身排开的水量，当船只下沉时，浮力增加却没有那么大，这时候甲板再上浪进水，会进一步引发重心上移，加剧船只的不稳定。

航母则不同，由于上下宽窄差别大，水线每上移一点，船只排开的水量会指数增长，整体的浮力就会大幅增加，海浪更不容易将船只打翻。突出的飞行甲板又对海浪形成了屏障，使得海浪很难越过船头打到船体内部。

美国海军福特号海试急速转弯

图中可以看到，福特号受惯性影响，船体已经出现了较大倾角，飞行甲板严重偏离水平面，但船只稳定性依然非常好，海水很难打上船头。

这方面最典型的反例就是远洋邮轮。远洋邮轮出于经济性的考虑，需要承载足够多的游客，体型普遍非常巨大，接近航母。但又不能牺牲舒适性和功能性，所以结构上整体都非常胖，上下区别不大。结果就是大部分远洋邮轮都只能沿着海岸近海航行，无法进入远海。一旦进入远海遇到浪头较高时，上层建筑很容易没入水中，进而导致进水倾覆。

希腊巨型邮轮奥林匹亚号，船只航行的稳定性受到海浪极大影响，船尾甲板部分已经完全没入海中

看到这里大家可能会有疑问，既然航母底部那么重，为什么浮力却这么好？

因为航母虽然看起来很大，但大部分空间都是空心的。以福特号为例，这是目前各国海军现役舰船中体积最大的航母。福特号的机库体积占到了整个航母的一半，但重量却只相当于整个航母的十分之一。

我们都知道，一个大的空心物体会漂起来，是因为大意味着更多的排水量，更多的排水量意味着更多的浮力。同时空心意味着相对较小的自重。福特号满载时的排水量达到了112000吨，相当于112000吨的等效浮力，远远大过自身重量。

福特号满载编队训练照片。图中可以看到满载情况下吃水深度远低于安全位置

在导弹出现以前，航母面对的主要威胁是航空炸弹和鱼雷，因此各国海军都会在甲板及水线附近敷设大量厚重的装甲带，比如二战时旧日本帝国海军的信浓号，飞行甲板装甲厚达95毫米，水线装甲带更是达到了惊人的249毫米。仅仅一部升降梯的保护装甲就有180吨。大量敷设的装甲大大提高了航母的重心位置。相比之下现在的航母更像是薄皮大馅。即便如此，人类历史上也从未出现过航母因为恶劣海况翻沉的记录。

现代航母重心位置更低，排水量更大，自然更不容易翻沉。事实上，正因为这种上宽下窄的结构，在所有类型的船只中，航母的适航性，以及抵御大风大浪的稳定性，恰恰是最好的。