چرا ناوهای هواپیمابر با صدها هزار تن وزن واژگون نمی شوند؟

روزیاتو: سوال ظریفی است. آیا یک ناو هواپیمابر ۱۳ میلیارد دلاری که ساخت آن ۵ سال طول کشیده و اکنون خانه ۵ هزار نفر است، می تواند ناگهان واژگون شود؟ ناوهای هواپیمابر “به طرز دیوانه واری قوس دار و منحنی شکل” هستند، که باعث می شود به نظر برسد هر لحظه ممکن است واژگون شوند. بدنه های شیپوری شکل آن ها ممکن است باعث شوند که این ناوها بی ثابت به نظر برسند، اما در اینجا چیزهایی بسیار بیشتر از آنچه به چشم می آید در کار است.

به گفته ارشمیدس، ریاضیدان و مخترع یونانی، هر شیئی که روی سطح آب قرار می گیرد، توسط نیروی شناوری تحت تاثیر قرار می گیرد. نیروی شناوری به سمت بالا فشار می آورد، در حالی که جاذبه (که ارشمیدس از آن خبر نداشت) به سمت پایین فشار می آورد. در نتیجه اگر جسم چگالی کمتری نسبت به مایعی که جابجا می کند داشته باشد، شناور خواهد ماند.

در اصل به این شکل است که کشتی ها شناور می مانند. ناوهای هواپیمابر و بیشتر کشتی های دیگر نیز دماغه های تیزی دارند، بخش جلویی کشتی که بالای خط آب قرار دارد. ماهیت مسطح عرشه پرواز، که به ناوهای هواپیمابر لقب “سطح تخت” داده است، که تیزی دماغه را برجسته تر می سازد و کشتی را ناپایدار جلوه می دهد.

مشکل این است که شما با نگاه کردن ساده به یک ناو شناور در آب، خیلی چیزها را از دست می دهید. ممکن است یک دماغه چاقو مانند داشته باشد که به کاهش مقاومت باد و اصطکاک آیرودینامیک کمک می کند، اما در زیر خط آب، بدنه گسترش یافته و در واقع کاملاً پهن است. به عنوان مثال، یک ناو هواپیمابر کلاس نیمیتز در عریض ترین حالت خود در خط آب حدود ۴۱ متر عرض دارد؛ این عریض بودن مانع از آن می شود که نیروی شناوری از زیر به یک طرف به طرف دیگر فشار بیاورد و کشتی را واژگون کند.

سریع و حبابی

در اوایل قرن بیستم، طراحان کشتی شروع به آزمایش مفهوم به اصطلاح “دماغه حبابی” کردند. یک جسم در حال حرکت روی سطح آب، موجی در دماغه خود ایجاد می کند که اصطکاک را افزایش می دهد. در حالی که به نظر می رسید دماغه حبابی باعث کندتر شدن کشتی ها و افزایش اصطکاک در حین شکافتن آب اطراف می شود، در واقع این اصطکاک و سایش را کاهش می داد. دماغه حبابی موج دومی ایجاد می کند که به طور قابل توجهی موج اول را خنثی کرده و دماغه را از نظر هیدرودینامیکی کارآمدتر می کند.

از دهه ۱۹۲۰، کارخانه های کشتی سازی کشتی های مسافربری با برآمدگی های بزرگ و حباب مانند در زیر خط آب می ساختند. یکی از مشهورترین کشتی ها با دماغه حبابی، کشتی جنگی نیروی دریایی امپراتوری ژاپن، یاماتو، بزرگ ترین کشتی جنگی تمام دوران بود. دماغه حبابی یاماتو بیش از ۳ متر بیرون زده بود و سرعت فوق العاده بالای ۲۸ گره را به آن می داد.

ناوهای هواپیمابر نیروی دریایی آمریکا از زمان ساخت USS Ronald Reagan با دماغه های حبابی ساخته شده اند. دماغه های حبابی در جدیدترین ناوهای کلاس فورد از جمله USS Gerald R. Ford استاندارد هستند و در ناوهای آینده جان اف.کندی، اینترپرایز و دوریس میلر نیز همین ویژگی وجود دارد. این شکل دماغه همچنین در کشتی های تهاجمی آبی خاکی کلاس Wasp و America و ناوشکن های کلاس Arleigh Burke و Zumwalt استاندارد هستند.