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标题: 【原创】图说美苏核潜艇的兴波阻力 [打印本页]
作者: 潮起潮落    时间: 2013-2-4 13:03
标题: 【原创】图说美苏核潜艇的兴波阻力
本帖最后由 潮起潮落 于 2013-2-4 13:09 编辑
6 }5 E4 d: O4 n9 q$ z' Q1 {
2 r! @( E- c4 C7 }0 w潜艇在水面航行，会掀起航行波，航行波会产生兴波阻力。兴波阻力与潜艇的航速有关，也与艇型设计有关。航速越快，航行波越大，兴波阻力也就越大；但艇型设计不同，在同等航速下，不同型号的潜艇，其兴波阻力也会有所不同。这个，看其掀起的航行波大小，就可一目了然。7 j9 u8 N: Y& m: e3 H1 l2 s3 ^9 T
4 v, b& E& Y  @3 N9 W& }
就兴波阻力看，总体感觉，苏联核潜艇虽然建造工艺显得粗糙，但瑕不掩瑜，其艇型设计还是比较考究的，兴波阻力要小于美国核潜艇。3 p) }' {* l; _$ P$ \$ Z* T

! ~. s7 ?2 ?* F  J" L# y* @8 E1 m下面发一组照片对比一下：
  W: r5 J. r+ A4 n5 _1 Q" x) q
8 X; ~' ~4 t4 w' D  _! j* W1 Z1 ]' a1、        低速航行
7 z8 H& X- K8 D( ~. b# |0 B$ G
4 v" S, x. z$ s; ?5 a2 k+ a5 E* e. f. m6 x  D7 Q  P
BATON ROUGE号& T! W% {3 M! o

* R1 p; C" Q7 {; m% M# T2 x
; M* `- |" Q  Y5 o0 d: U; dV-2级+ I% e$ S9 y1 i7 [

( w5 m$ v2 x; H$ A; ^/ G; x上图为美国洛杉矶级核潜艇“BATON ROUGE”号。附带一说：该艇后来在摩尔曼斯克附近海域执行间谍侦察任务时，被俄塞拉级核潜艇K-276号撞残了。大概修了两年吧（懒得查了）也没修好，成了第一艘退役的洛杉矶级核潜艇。俄艇脑袋撞瘪了一块，修好后依然在航。  t: K* m1 J* g7 ~* w

' T/ }  V/ q7 C: K; ]1 j7 j! Y下图为苏联V-2级核潜艇。
. g  o* r' K* d( ~5 N( a3 u) L5 _
" U$ R% T; O4 }# k( ~6 {这两条艇都在进港，为低速航行，因此两者掀起的航行波彼此彼此。兴波阻力与航速关系莫大，因此低速航行时，两国核潜艇产生的兴波阻力都差不多。
% k' _. ?7 ^. i0 V
& m- D1 x; i8 \0 S3 Z' V2 V9 q. a0 S
: ]$ I: @$ C6 ?2、        中速航行- w8 R+ E; W1 d; t  j

% u. I7 d+ f& I" j  O, x* {% ~% ~/ ?" s& E0 M: G
弗吉尼亚级
8 R" B" E5 s% C: z# p9 b0 h8 I

4 T4 w+ F. P: [4 hV-3级) N: Y+ u& ^+ x+ [3 Q8 x# n

7 ~; [- q) V# L上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。; W  C; x( O6 z4 j/ k
6 W3 a5 m! L$ V# S" o& U
中速航行时，差别就出来了。沉重的海水已经漫上了弗吉尼亚级前甲板，而V-3级的艇首依然挺立，海水没漫上来。8 s! r6 n/ ^" y: a/ W9 I
% z4 ?# s: U$ W9 \: q- [

' f2 J9 q$ y/ X9 S, h' `1 W3、高速航行5 Q9 P" |- a1 L* D* r
* O& z6 Z" _, x& |0 L3 Y

$ P0 Y! X4 y2 U/ G# Y# [高速航行的美国洛杉矶级- q8 `5 K- i0 Y. h$ H# [2 E  T& D

2 t4 M* E5 |8 ?
, Z" w, U7 I8 k+ m- {$ Z1 K. _P级  B1 P: j. d. L5 ~: m9 `' X

" f; [/ M$ i. ^3 p+ y+ {2 R/ y) L
C-1级
# r# D$ m* |; f8 l, U
1 V' f* B- G+ f& N: W8 a8 W/ ?# ]7 j; C; h2 @  ?) A$ R
V-1级
" K; h+ q$ h, S' e% D/ [! M4 d, A, ~0 m) j, e! \" m
上图为美国洛杉矶级，下边多放了几张苏联核潜艇高速航行的照片。分别是P级、C-1级（本图为租借给印度的那艘）及V-1级核潜艇。! q! n) N% `8 K' a4 M4 G2 b
* z" S6 ~( [8 J# ?3 b$ t
高速航行时，差别巨大。沉重的海水已经涌上了洛杉矶级的前后甲板，白花花的航行波汹涌澎湃，该艇已呈低头翘臀姿势，我们称为“埋首现象”。颇有点像猪拱地，道理也一样，拱得越深，阻力越大。反观高速航行的苏式核潜艇，其兴波阻力要小得多。5 Z8 p! [2 G) s* Y- _
4 }- r- ]" a: o" e; t% R* x2 ]
4( a7 `, w, p" H2 Y9 V/ b

* [4 u4 |  k1 S' U' H编队航行的洛杉矶级核潜艇，水面舰艇的尾迹要小得多，对比一下。
4 [' ~" [' Q0 p- ?0 J- ~# }
. V+ g# @  F/ {" s& g$ N: X" R( \1 Q核潜艇水面航行的照片有时挺骗人，看着气势汹汹的样子，其实其航速并不大，也就20节左右。其尾迹要比水面舰艇壮观得多。
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4 u+ S( V1 s5 l7 {* J
作者: 逍遥探花    时间: 2013-2-4 13:14
外行看热闹，没有老兄见解还真不知道这里面有这么多道道。
作者: 维京老海盗    时间: 2013-2-4 13:37
是不是因为两者采用的艇艏外形不一样？我印象中美国潜艇的艇艏是长水滴形和雪茄形，显得比较尖而细长，毛熊的更圆钝和短一些，更类似鲸形艏？
作者: 猫元帅    时间: 2013-2-4 13:44
我觉得这么比不公平。首先核潜艇要满足水下航行的需要，对于水面航行要求不高。其次，不同级别的艇首线形不一样，不好比较。
* d5 R0 p! v( S# K! L. O
+ e0 x$ V& q& m凭记忆说，洛杉矶级和苏联潜艇的艇首就像鸡蛋的两头。洛杉矶级像雪茄，而苏联的更接近拉长的水滴。因此洛杉矶级比较容易上浪。
作者: 潮起潮落    时间: 2013-2-4 14:01
猫元帅 发表于 2013-2-4 13:44 & |6 a. H+ ^+ h6 q0 H
我觉得这么比不公平。首先核潜艇要满足水下航行的需要，对于水面航行要求不高。其次，不同级别的艇首线形不 ...
9 a! N. e: f! d
以三代艇比较，苏联核潜艇造型很考究，更接近水滴形。老美早期的鲣鱼级还行，后来从长尾鲨级开始，艇型基本就是个圆管子了。6 z* z9 d9 s8 m1 e" y
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作者: 猫元帅    时间: 2013-2-4 14:03
潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01 0 p! o, ^" j5 t- J6 P
以三代艇比较，苏联核潜艇造型很考究，更接近水滴形。老美早期的鲣鱼级还行，后来从长尾鲨级开始，艇型基 ...
4 k# O' q% O* f; M
我一直认为中央流体动力研究所的那帮人其实比美国人牛。美国人很多东西是靠了大功率发动机，和高技术包覆材料。
作者: 潮起潮落    时间: 2013-2-4 14:07
猫元帅 发表于 2013-2-4 14:03 6 M9 @  w2 y" t2 t: ?
我一直认为中央流体动力研究所的那帮人其实比美国人牛。美国人很多东西是靠了大功率发动机，和高技术包覆 ...
! }# W, A  J* o5 z9 t7 D( U; j
是，苏联核潜艇在某些方面挺牛的。航速、潜深、火力、推进功率都强于美国。隐身技术方面，苏联在70年代，已经上消声瓦了。美国大概在90年前后才上消声瓦。
作者: akboz    时间: 2013-2-4 14:20
一向很喜欢俄国人的ACURA攻击核潜艇的线性，特别是低阻三元流线体指挥台围壳，漂亮极了。现在德国人的212/214也设计了类似的指挥台围壳，再加上一流的工艺，看上去就很舒服。
作者: 潮起潮落    时间: 2013-2-4 14:55
akboz 发表于 2013-2-4 14:20
4 I2 [  a1 g- d) X( u一向很喜欢俄国人的ACURA攻击核潜艇的线性，特别是低阻三元流线体指挥台围壳，漂亮极了。现在德国人的212/2 ...

  R6 H) G+ Q7 y5 x/ Y& W3 V是，我也一直很喜欢阿库拉级、212A级潜艇的造型。在光溜溜的潜艇里，这两种艇的造型当属最漂亮的了。
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作者: groovy26    时间: 2013-2-4 15:21
潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01 6 u- ?& x9 H6 S
以三代艇比较，苏联核潜艇造型很考究，更接近水滴形。老美早期的鲣鱼级还行，后来从长尾鲨级开始，艇型基 ...

7 i: T5 H( Z3 f严重赞同这句…基本就是跟棍子啊
作者: 潮起潮落    时间: 2013-2-4 16:43
本帖最后由 潮起潮落 于 2013-2-4 22:20 编辑 ; C3 X3 \" y# m4 e! F( u) \8 P

( t2 B- ]* |8 |% e: m# H7 O发几张线图比较一下
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! `# N9 q$ R* o! ^4 p# J. f% H( \2 w9 O+ _. G6 d/ f5 z& R
洛杉矶级
8 G$ S6 a+ S6 O' A" S5 g  m* M0 J  ]; a

/ v4 o6 s. s  X1 u4 O2 W弗吉尼亚级
& V2 ]* h6 ^% x" q$ A7 p4 U8 @3 z( E2 O3 I8 D) z: W4 Y
1 y% G5 m- r3 B1 F5 ^0 {) r
阿库拉级
% m. @9 u; B; o
- ^' K% Q& C# c; M
1 Y/ _: n0 O; j* T阿尔法级  i5 O* d& O) Y% Y- w
; }3 _% C2 g# a7 w5 [
9 A- r: Z/ [1 {- q: \* @( i  y1 m

( ~1 B, \" L2 ?& i) s& T/ ~亚森级: {& @9 r" G! P) r

% G! g! J  \9 d
! n. w! Z( p3 e, V# R自长尾鲨级起，美国核潜艇的艇型已基本固化，基本就是一个圆筒子，包括鲟鱼级、洛杉矶级、海狼级、弗吉尼亚级等皆如此。其间出现的几艘实验艇（一角鲸号、白鱼号、利普斯科姆号等），在艇型上，几乎看不出与同期批量建造的核潜艇有何区别。
0 ~( K0 y/ n0 K) ~
" e5 {! B6 W, \3 h& i个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。5 p, g9 ^' a+ Y4 w3 z8 p

7 h* _+ e% t' d: K6 c与美国不一样，苏联从第二代SSN（V级）起，艇型就已经采用水滴型了。而705型更是登峰造极之作，造型非常滑顺，适合高速航行。但到了亚森级，苏/俄核潜艇，在艇体上说，已经与美国区别不大了——当然，艇体长径比还是比美国更考究。
" o2 T0 t4 c: Q. Z+ S; {" @5 d4 m$ b8 o$ [# l
! Q4 _# @( w, `% d# N8 w$ _% P

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作者: 大鹏翔宇    时间: 2013-2-4 17:09
双壳体是不是比单壳体更耐撞一些，所以伊万们对水下撂跤有恃无恐？
作者: groovy26    时间: 2013-2-4 17:37
潮起潮落 发表于 2013-2-4 16:43 $ Z( b1 d* F8 N
发几张线图比较一下

7 \. }1 C2 ?; @- ~是不是美国喜欢模块化建造，有可能某几条艇会增加一个舱段…所以这种构型适合之后的大批量生产时的微调？
作者: 潮起潮落    时间: 2013-2-4 18:05
大鹏翔宇 发表于 2013-2-4 17:09 * L( S8 @, ]) I' K! ?
双壳体是不是比单壳体更耐撞一些，所以伊万们对水下撂跤有恃无恐？

* Q: z  h" `+ |' h
( y% r  b/ X* T# W2 q3 k2 c$ g$ K是，双壳体、小分舱结构，加上大储备浮力，抗沉性肯定好。苏联核潜艇潜的深，板材强度高，也是一个因素。
4 s; h" n, [" U1 u. M( w) E: `. A  C& e, |& \6 }1 p7 B
作者: TopGun    时间: 2013-2-4 19:10
美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。/ y. ]( M, c7 b& G
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苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻力小。+ ~7 C- W7 W5 W# A% p7 n- v1 I% B

- j, N8 [: V% y4 H) C) Z: n( \以上请指正。
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) s1 T- `5 {9 H/ o# X9 f& T' v( {) d$ p! V% u5 P' q
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作者: 潮起潮落    时间: 2013-2-4 19:22
本帖最后由 潮起潮落 于 2013-2-4 22:39 编辑   w6 P$ @8 x2 `, T$ U
TopGun 发表于 2013-2-4 19:10 * k, L: F" Z; f# U  v2 `
美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。
) R0 W$ @, ~2 f' v6 H$ ~
9 V4 |$ V/ `8 t4 q- h2 }$ ^苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...
5 v0 z, w# S6 H  _! t# T7 a
; z$ A4 u" [! |3 ~
“埋首”指的是航行时出现的现象，是兴波导致，在水面静止时没有“埋首”说法。
0 N1 |) r, W  h8 a' U* S# @3 g$ M  ^( Y
双壳体对艇型有修正调整作用，这也是苏联核潜艇更接近水滴型的原因之一。- j& b) f4 H- U9 _3 o8 W$ {
: @& P! w6 G" ~0 q+ f- Z6 }5 H
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当然，也不是说单壳艇的艇体就一定是个前后一边粗的圆筒子。比如英国机敏级就在固壳上边加了非耐压结构，有些设备可以布置在舷间结构中，也可降低兴波阻力（至少吧，兴波没都压在前甲板上）。所以这事儿全在设计。
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. o; _& Y8 V/ c, b# U; A1 R( l3 [% O* u- p. i: `: ]) ~/ V
作者: TopGun    时间: 2013-2-4 20:16
本帖最后由 TopGun 于 2013-2-4 07:17 编辑
6 ~! o, z; f5 E+ h% @: i$ J0 @
潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22
% G- ~, q9 k3 I9 @/ n7 M7 P6 \% L“埋首”指的是航行时出现的现象，是兴波导致，在水面静止时没有“埋首”说法。
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双壳体对艇型有修正调整 ...
$ E$ X% w( G) N: f! u

5 I8 A; H2 H6 M% |0 {1 R! E% _4 ^美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。, f8 }. w: Z# }) a

2 U- L  a% c/ i6 H. W在水面航行出现埋首时，潜艇虽艇首因被埋而低头。但因为本来艇首就是仰首，所以虽然低头，但不至于翘尾巴。9 M1 j) e. W+ B. O

& }. t0 F) K$ [+ n7 h1 ?: T8 C& D苏俄潜艇因采用双壳，不但直径大而且储备浮力大，导致在水面时浮出水面的高度高。所以埋首现象很少见。8 g/ X6 \: r& b# h' Q, D

6 B. e' P* v- w( a另外，洛杉矶级看来也在改进中加装了泵射装置，是否噪音也见了一些？5 T" N' w" k: }. k: t" @/ l# E

% J5 L# U2 E5 k
7 [$ d9 ]6 E# H* z, D; V; i3 r6 D. G& f. Y8 b1 t3 B
# ^, F+ z( ~/ y
, B- W$ f& g# b
! S  e6 c" k  n/ z! g
作者: MacArthur    时间: 2013-2-7 06:52
水面航行时兴波阻力大是否说明水下航行时的阻力也会很大？现在的潜艇水面航行已经不是主要模式了吧？' Y. S0 W' L) Q4 Z; i' i' w
作者: 潮起潮落    时间: 2013-2-7 09:57
本帖最后由 潮起潮落 于 2013-2-7 10:11 编辑 : O, U/ b- C# x- e/ P( j- }
MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52 ; e6 C( \' F6 W% y# }" {
水面航行时兴波阻力大是否说明水下航行时的阻力也会很大？现在的潜艇水面航行已经不是主要模式了吧？
: ?7 ^  D$ _& e+ w( x ...

2 K% L3 }) i! k: K) i) Z  t+ r( S: H- A: c6 d
不是技术流，仅凭上学时对教员授课内容的印象试着回答。- o) K) x4 G/ R
3 U6 Q7 V2 E, ~* D" Y, J4 I. ^
潜艇在水面航行时，影响航速的阻力有摩擦阻力、旋涡阻力、兴波阻力、突出体（比如舰桥）空气阻力。潜艇在水下时波浪造成的兴波阻力和空气会随之消失，影响潜艇水下航速的阻力就只剩下摩擦阻力、旋涡阻力和突出体阻力。
& \9 s% ~! U8 w: F6 i# M% s" }+ l- U" `
但问题是潜艇在水下航行时，浸水面积增大，摩擦阻力、旋涡阻力和突出体阻力也相应增大，这对潜艇（尤其是水滴型核潜艇）水下航速反而高（显见是因阻力小导致），是个理解上的难点，这涉及到水上/水下航行阻力大小的数值问题。但在水下高速航行时，水滴型的水下航行阻力肯定要小于水上，这是确定无疑的。具体数字~~~没具体数字。艇型不一样，数值也肯定不一样。不是技术流，拍不出具体数字。我懒，满足于记结论。
; k6 t5 u- f+ J- R. F+ s, M, g2 ^1 `9 n; l1 X3 c- r
现代潜艇水面航行已不是主要模式，但具体而言，也能看到某些常规艇（就算是不太老的型号吧）的设计思想还没转过来，比如法国的奥古斯塔级、039型，其艇型上还是偏于照顾水面航行。按我理解，英国的机敏级核潜艇也有点这个意思。当然，现在主流艇型基本都是水滴型了。+ ~  M5 N+ R4 }3 ^) Y( T6 R# W

: A/ {6 }* J2 ~+ q; i& U1 }: [/ u  o3 A. r+ _% g& m
! J) l4 Z0 q8 v9 B3 `
/ P& l' J* O  O. r" K

6 z, `$ D+ M6 b% x4 K
作者: xlan1976    时间: 2013-2-8 22:02
哈哈，这里讨论啥的都由啊。记得船舶在水中航行受到波浪的阻力好像与弗洛德数有关。不过我不是学液体流体力学的，对这个也就是知道个名词而已，楼主给讲讲呗
作者: 潮起潮落    时间: 2013-2-8 23:33
xlan1976 发表于 2013-2-8 22:02
" Y9 s% @% U. o* d: ?% z+ d哈哈，这里讨论啥的都由啊。记得船舶在水中航行受到波浪的阻力好像与弗洛德数有关。不过我不是学液体流体力 ...
' X" C3 K1 {& w- l9 T8 a
我就更不是学这个的了 & Z& a$ F0 W1 K6 F
: X& k: b2 \/ v; }0 F7 Y
不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？
7 e6 w6 R4 \) ~$ S  Q, ~: u
7 A$ T% ~' a' g8 O/ p; S$ A% W2 x. @3 R* f$ g4 z1 f" y  F8 Y
0 s, B& _' G/ w; H% b: ]$ Z9 a! s$ d
6 G9 Q2 }  }0 V5 i/ s2 {' \
% m0 P9 W# R+ [  W
作者: xlan1976    时间: 2013-2-8 23:52
潮起潮落 发表于 2013-2-8 23:33
3 K' h+ v3 a. n4 M3 X2 b我就更不是学这个的了
4 A  Z  g( I, t9 k: Q, k" E* K5 U- W6 B! r& ]8 i% n
不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？

& I, @$ Q+ S$ F! q+ A那两位啊，求指教



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