最佳答案

艦船桅桿源于帆船時代，在掛帆揚航的同時，也承擔著艦船“耳目”的作用，正道是:“刁斗三更，風急旌旗亂”。隨著社會進步和艦船技術發展，風帆時代的桅桿漸漸失去了動力源支柱的功能，演變為純粹的艦船信息源載體，尤其是雷達的出現，但初期作為平臺的高聳艦橋在后巨艦大炮時代不再受人青睞，相對低矮而流暢的艦橋顯然無法滿足“站得高、望得遠”的要求。于是，此后桅桿結構形式的變換便與雷達技術的進步息息相關，由細而粗，由柱而塔，桅桿既成為艦船“列艦聳層樓”的標志性結構，也在不知不覺間完成了螺旋上升的變遷軌跡 在現代艦船的桅桿結構形式上可以大致將桅桿區分為桁格桅、塔形桅和筒形桅。下面分別就這幾種結構形式對兩力六性的不同貢獻作簡要分析。 現代艦船桅桿的最主要功能是提供雷達等探測設備的安裝平臺，因此從雷達的探測性能要求出發，桅桿自然是越高越好，但同時任何形式的桅桿都是一種結構體，有其自身固有的結構力學特性，桅桿的選用和設計都必須滿足結構強度、振動、疲勞等力學指標，在相似載荷的前提下，幾種結構形式的力學性能有較大差異。結構強度方面，塔形桅具有不可動搖的優勢。塔形桅在結構上和上層建筑融為一體，本身也和船體結構一樣設計有縱橫骨架，壁板和骨架同時受力，都對強度作出貢獻，因此相比較于依靠鋼結構平衡受力的桁格桅(包括在桁格桅上敷上蒙皮的貌似塔形桅)和相對細長、橫截面較小的筒形桅而言，塔形桅的結構強度最佳，承載能力也最強。當然，在大型艦載多功能相控陣雷達裝艦之后，艦載雷達的數量有所減少，而且相控陣雷達融于艦橋結構之中，對桅桿的承載能力要求下降，出現了如美國DDG51、日本16DDH上的輕型多面體桅桿，其設計要點顯然和強度已經沒有太大的關系。前蘇聯早早地在大型水面艦船上采用塔式桅，在結構方面就是看中其承載能力，這和前蘇聯艦載電子設備大而重的特性相匹配;即使雷達本身重量并不大，但為了“看得遠”，艦艇也可能采用塔形桅在保證高度的前提下具有足夠的強度。另外，較難衡量的是桅桿的動力性能，即振動、疲勞等方面的性能。在這方面，直接計算的理論和算法并沒有發展到非常精確的程度，即使采用同一算法也有可能得出大相徑庭的結果。前蘇聯在這方面依賴于其雄厚的基礎科學研究能力和科技人員的豐富經驗，往往在計算結果出來之前就已經能夠作出比較準確地判斷。在某出口艇的新型大傾角桁格桅的振動響應計算中，國內三家院校(海工、交大、哈船)的計算結果差異在一個數量級以上，對實際設計沒有任何指導意義;而在提交俄羅斯專家后，在未經計算的情況下憑經驗估摸了某個數量級的結果，此后的實艇測試證明了俄羅斯人的判斷。近年來，由于有限元計算技術的發展，有限元動力計算軟件日趨成熟，應該說在振動、疲勞等方面的計算結果已經能夠滿足工程實際的要求。 如果排除實際設計的影響，單從結構形式本身來判斷，由于塔形桅和船體以連續結構連接，因此性能較好;而桁格桅和上層建筑的連接屬于點狀連接，在結構上形成應力集中，一般需要對根部特殊加強才能滿足動力性能要求;筒形桅在結構連續性上和塔形桅相似，但接觸面較小使其動力性能稍遜于塔形桅;輕型多面體桅桿本身重量較輕，承載較弱，受風面積也較小，而且有些可以做成“〉”型實心橫截面，因此在振動、疲勞方面的性能將不亞于塔形桅。總體上看，塔形桅在承載能力、結構強度、抗振動疲勞等方面的性能都較好，具有結構上的綜合優勢;輕型多面體桅桿在考慮到實際使用后，應該承認在滿足承載要求的同時，結構性能方面和塔形桅處于同一水平線上;筒形桅結構上可以視作塔形桅和輕型桅的中間體，性能上略遜一籌;桁格桅無論在承載能力、強度方面，還是在振動疲勞方面都和前三者有一定的差距 既然桁格桅在結構方面有眾多的弱項，為什么還是有不少的艦艇要采用桁格桅?究其原因，應該是艦艇總體設計平衡協調的結果。桁格桅在以下方面具有優勢:本身重量較輕，在占據艦艇最高位置的同時，對船體穩性影響較小;受風面積最小，使船體受橫風影響減弱，有利于側傾穩性;可以采用非金屬材料制造，隱身性能較好(但在使用金屬材料時，由于繞射等反射方式的存在，其隱身性能甚至比塔形桅要差);工藝性較好，和民用鋼結構有共通之處。如果從這些方面考察另三種桅桿，能與之相類比的僅有輕型多面體桅桿，而且在同樣采用金屬材料時，輕型桅的隱身能力強于桁格桅。而塔形桅的自身重量、較大的受風面積、較大的雷達反射面積等缺點則暴露無遺。前蘇聯肯達級巡洋艦所為人詬病的穩性問題既有干舷較低的因素，龐大的塔形桅也是誘因之一，但在承載能力要求較高的場所塔形桅仍是不二選擇。美國在70年代末80年代初的主戰艦船設計中，除了核動力巡洋艦采用塔形桅之外，其余大中型驅護艦以及常規動力巡洋艦均采用桁格桅，從中可以看出，在艦船總體設計中，解決桅桿的結構性能問題時其他性能犧牲的代價要低于總體性能問題，畢竟結構力學所牽涉的平衡范圍和難度要遠小于穩性、隱身性，從艦船設計局部服從總體的原則出發，在這些艦船上選用桁格桅應該說是水到渠成。 至于筒形桅，應用場合并不多，由于外形細長，并不適于作為艦船的主桅安置于艦橋之上，往往直接安裝于舯部甲板或甲板室上，在設計上往往更多地是考慮到實用性。除了能夠分散雷達等電子設備的分布從而改善整體的電磁兼容性之外，如果本艦動力為CODOG形式且桅桿位置合適，則可用于容納巡航用柴油機組和發電用柴油機組的排氣管;在綜合通信系統中，筒形桅還能兼作寬帶桅桿天線的發射體(如英國ICS-3系統);從美學角度，筒形桅和主桅一起能起到平衡視覺焦點的作用。另外，筒形桅和塔形桅都具有足夠的封閉空間以形成全天候的維護平臺，可維性較好;而且，封閉空間也有利于高頻電纜等雷達附屬設施的保護，不必受風吹雨打和各種海洋腐蝕的影響。 綜上，塔形桅的承載能力最強，結構強度較高，可維性較好，在選取合適的壁板傾角和涂敷吸波材料后隱身性能尚可，但自重、迎風面積較大，結構復雜;桁格桅承載能力一般，結構強度在優化設計后可以滿足使用要求，設備完全露天安裝，但自重、迎風面積小，結構簡單;輕型多面體桅桿除了承載能力最小外，其余性能指標均較優，是目前新興的一種桅桿結構形式。但隨著雷達技術的進一步發展，和艦橋圍壁共形的多波段雷達天線的研制成功將顛覆傳統桅桿的樣式，甚至導致桅桿的消失，正所謂:“長劍幾時天外倚，真是崆峒”。

回答者：JJ0708311182016-09-07 00:00