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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 1 E$ N$ R  }3 B+ r' Y* v* i

$ n6 a, Z$ G5 o( A$ P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。: ^( o+ d3 [6 Y1 y
* M1 r0 ^* C& v# ~6 X; C) z
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 }" x3 ^1 O' e5 R# d
2 B( b, F! U+ J  u7 a' i6 F
下面发一组照片对比一下：! Y$ [( ]$ }5 L' F

3 Q; W5 R& \- y* ]- ~, b+ A! Y1、        低速航行( ^7 N+ f9 A# A# a% Z9 Y- k. U

1 s: |  k+ h* X3 w3 ~% n, }$ N6 d; _) Q
BATON ROUGE号! M! u% r0 |/ w# X) s- q
; c: |) X+ \0 G6 n# x1 \' s
$ S' N& B4 P. r5 H. [
V-2级! h& `% K# k4 c# ~6 |# ?

* W0 O4 M0 p# L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。
2 ]: D# k6 |, U2 n. G$ P
2 H' s2 F  x) m3 R4 i下图为苏联V-2级核潜艇。
/ }( s$ O9 c. M0 y
" K6 |8 x9 J+ P3 @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。  I" C: v7 t1 g/ {# L

6 I+ z! j& e8 o- u- u$ ~; o  k+ W+ ~
: U5 ~4 J7 O! ^! D/ ]+ n  W2、        中速航行' G& D' R0 P1 l* y$ B
; J# C; k  H' |0 U3 C$ @8 L

, X2 O7 Y/ c7 Z5 n, r弗吉尼亚级* k+ Z" `6 K+ e2 H( ~! m% V' T0 S% [

/ M% ~: R: h( Y2 c) T
: Q6 p7 I4 a0 [+ m+ Z' gV-3级9 A" z* q. V  j, r1 k+ ]
3 U. E. A; U( o& D/ u
上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。
( u+ J( ^9 i0 v! u/ o1 @- M) N
' T  M  _+ h( C! Y' l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。: o+ s0 a& f) D4 {! S' i
, s' H8 Z, z' Y* ]0 j

2 p- j. F$ y5 q) J: b( I3、高速航行: a* z% G4 r/ P3 i! s) P
, B5 T# O6 X) G, ^
) p3 Z& V/ d* S6 u4 U
高速航行的美国洛杉矶级
( B3 Z, w' K( a. u4 R; a$ b+ M
" J# M% i0 j% \# ]6 g/ j1 Z0 {4 d; F9 X7 J/ w
P级
4 }7 P& I% h; a! C5 b' L, x4 \9 R2 ^7 i; A3 ^' C
) N, }4 B# e5 V! g8 P( H
C-1级
! a3 a& v$ j+ w  {8 R! Y* b. F9 L  M* ]. d. d: o

3 Q( T1 Y5 ?8 g1 }, x4 ~. Z+ @V-1级
. X, I/ v1 W* t! K. v3 k2 J  g7 k' D
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。
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1 X' ^* X5 c3 K0 a/ }1 F' v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。
3 A5 S" q0 N! W" B, H+ I- L9 s5 ?7 _9 h8 K. I3 U& q
42 R# r7 a7 A% b6 Y5 n. t

$ c' X, ^7 e3 v- d7 d, W; ~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。
9 l* d5 c) e9 b7 y* f' @2 Q  j* |0 l  t6 |3 W
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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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。
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6 r1 u- g) P. S  ~+ t3 ?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 Q/ B+ h7 R6 K4 f
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 ...

2 w$ Z8 A  J9 Q2 r' [4 C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。
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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
) e1 e& n1 D$ U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 ...
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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
; I- W9 w- @  J: w1 E0 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 ...

* S( w5 s2 L- j( x+ N  F4 R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
+ e8 E' j  s, u$ e8 [5 X( Z8 v1 A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 ...

% u8 i! x( i( `3 A3 k# u, X2 Y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。2 l1 e' a+ ~! q% ]' \# @% `

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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
2 Y2 x1 z5 p" Y& \4 l. z9 I! s: g0 Z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 ...
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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 . q5 W  F9 b" Y, E$ }. V! Y0 B* T

! a# O, \: X! f发几张线图比较一下
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洛杉矶级
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4 K, s: i, I7 B
弗吉尼亚级
. ?- w/ t  q- r3 _: Z3 N
1 [1 F; r; K1 H4 A. F" I6 B& J- n6 y! U* ^, X" y
阿库拉级# d9 U$ Z9 X) F+ a. F

1 g. c4 ^0 i1 e* y% d* n" R* ?" n4 e4 t  ]
阿尔法级
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  j- A* N$ @1 C* l4 |) [0 }: M) j' X, B
' N; H; J* R% G
亚森级
) O' k6 y; s9 K$ p' E$ k. @* {
) v% m! U6 {! }8 _/ H/ [+ `' O5 O  q  K$ D1 U: W' B3 h
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。5 j! j, l! h9 H* ^) p6 v
7 w$ V% }# R. l* w0 F* R0 q( L, l
个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。
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1 ]' L8 V9 \3 V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。
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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 6 R- Y/ b; ^9 T' b9 d
发几张线图比较一下

7 y5 V, v0 e6 J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
) c' }  {0 O) a% \* |& ~: @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？
* \9 f$ \/ ~) |% X& W  Y) }$ T  N
: C4 V7 Q6 n2 N. Q
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。; W1 q! Z9 S( b' g" l1 @

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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。) T! I, y' i! `" [9 j7 q$ l" d
1 ~% s- G0 p/ P2 i
苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻力小。4 c% N# K  H5 b7 x; }) g1 e
# v1 B3 |- G6 Q& f' ?) V
以上请指正。9 E: H8 B$ p$ {1 R! R

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0 Y8 H8 {2 `, U$ P7 E9 d+ q) H7 S9 V
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2 X1 Z" P+ K$ Z# O; B9 g
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 3 }; s9 `% J% e0 x: H7 a% S" H2 F2 }: k
TopGun 发表于 2013-2-4 19:10
0 n. e+ w" T3 w' o8 I美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。: q) }9 Q+ ^+ L! X' h

: P; S3 `' G3 n; H苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...
6 H1 U+ ?4 g9 J8 Y) L8 d

: d9 `6 ]" h% g; V' n6 Y# k“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。  |* j% o7 l, _2 C' U
* k' d+ ~$ Y. C5 D8 W
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。
& X# q5 m* N. A1 R* s- n' r
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6 L9 W$ u4 {( n: R* C- a' c# M/ G. g6 _( I9 z( E# H5 K
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。) v! V8 _5 s! E  V" N6 x
2 ^$ m- o# P4 ~" v5 i- m
. k- d% D7 y* |9 o9 n
作者: TopGun    时间: 2013-2-4 20:16
本帖最后由 TopGun 于 2013-2-4 07:17 编辑
# Q2 ?$ R' F3 S2 {5 `' C
潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22
' J$ R2 ^; T, V8 z; K; F* y“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 }! I3 m, H, Z! @% t% q) Q. b* e9 O
双壳体对艇型有修正调整 ...
" c2 R- L! v( b9 P& E
5 y: G9 f* w6 L+ r& V
美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。4 w5 u3 ?( Y, G  e1 w

5 U! A( R; X& }8 C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。
6 ]2 t7 S  _& M4 a9 j9 P- B/ S1 t9 [
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。9 x/ |# k" O$ @: I- b
: T2 J) |# Z! E
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？
, _* z/ q- t* |& w
5 o4 g$ @7 u; g: \
9 a' g* e% g: f- ?4 _. ?; |. h
; \9 U0 r6 Q- w5 _0 D, a; i% C* E
2 J0 G, e5 P* w, a# S+ ~" T; N2 P8 E6 j' a. ~, x0 t  o

7 e: q9 O$ T% J. P" }0 R) K( V
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？
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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
& x4 W+ }( F: p
MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52
8 J: {" }/ t( r& g& Z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？( P2 F: E) e& v' d6 g
...

4 ?- p' ?0 }# j) L( N/ z" @8 \" `) L+ C
不是技术流，仅凭上学时对教员授课内容的印象试着回答。
0 Y, |/ s! t, o4 ?
) z  X4 R2 R; d4 Q% x" u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。
! I) r, k) d7 Y  m( a5 d7 g# b4 }- L( L" D3 _9 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。/ S0 l2 b6 J, T/ j9 q; t
3 {5 J& l$ ^0 m& Z: U9 [, t! l
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。
" {4 `6 ?; H2 z) Y
. ]! F, S$ d6 U- s& l* f' n  x8 H) _) U$ f3 M4 F

) F3 y3 \( f: G. A0 E7 B/ Q# \# F9 M3 G6 J  Q

+ q  ]. s7 n; P* @2 c  H4 N
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 - k1 z" [. s9 [' k
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 ...
' j$ S' I% ~8 G/ f$ F
我就更不是学这个的了   c- j. F% [" J  l

5 g7 g& t. w7 X4 H不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？6 x. M- o# f7 x& Z
0 n, j# p- ~! A: Z( I& c
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$ c/ v7 r. J% M, R
作者: xlan1976    时间: 2013-2-8 23:52
潮起潮落 发表于 2013-2-8 23:33
; }0 V# F! w3 o5 s) Z4 t我就更不是学这个的了 * B6 W! V" P5 {: U: J$ x. H4 A
" ?6 E: a4 w9 S+ y/ G
不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？
# L' p% k6 K( f" d' x& S: Z0 F
那两位啊，求指教



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