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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
) P  o4 e( T/ d6 `: C  P
/ P2 G# f# ~3 l* J( X  `, U* d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。
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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。' q5 b' g, x) Q9 n) c9 s4 C) ?
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下面发一组照片对比一下：7 P* J9 d& n7 j. o4 M  s- U) Y

$ D5 T2 G( c% t/ Z( v1、        低速航行, [+ c) [2 ?% n! E

+ Y& W, C# K0 ~5 K, h3 s4 z; k1 [$ A" C+ \' [! e' S
BATON ROUGE号
5 ]2 I$ v' [. T: c$ A* p3 b3 a4 i7 G! f

, X. @2 h& S! m3 }' O$ `9 u: zV-2级
  u. C* w2 I5 L( |6 [( N
& f! ?: G, O! x4 a) n* Q& e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 J! ~' S; c. V2 u" _8 H# L: K

6 j- ], b3 Y8 n下图为苏联V-2级核潜艇。
, `; x# t, B# |( B' x8 E; v* e4 L5 G* p6 `/ @, J
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。. p3 D2 {2 t6 E# p3 I
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2、        中速航行4 j4 G. E3 H% B$ e
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) s- y' F+ s6 t7 X$ l8 `
弗吉尼亚级
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V-3级. s* k$ j* F  e& l, d* N5 y* a

0 m; W" Q: q$ S+ ^( ^上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。
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3 ?4 f/ D* \' @# J1 v+ ^* X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 v0 |6 {  E$ s1 v& Q

6 N1 ~3 r- U( W3 `7 a
/ R. ~& `/ f7 `' u. C4 M, @! i3 m3、高速航行
) W' A' u, p5 g6 U  D$ P, i' i; P& Y
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高速航行的美国洛杉矶级, ^$ L) m! |, Y8 Q. {3 |  V

: U# Z, I% t- d# p, z. ^5 w
# O2 i; F" Y" ]$ {( RP级' m( B& U# L3 G3 y
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1 A0 S5 x9 k& l  N7 m
C-1级
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; F9 E+ ?7 l6 i" ^) O0 sV-1级  i1 q+ u+ @, y& `* \* D

/ g  S% B' \$ p- G' D9 [2 U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。! g. F) S5 x6 O! ]" j
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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。4 s( Y; z& L# A4 U  }6 `0 w
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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。
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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。* u$ d$ w4 [2 l, O. a( n
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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。: o8 D; J. p: z/ Y8 j) |6 W

- O# Z" q' V7 Z( J( o% U1 R( s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   a  h7 h; _3 ?8 D) ~
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 ...
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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。  O- I3 C/ i* n+ j

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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
/ I: I- H; s" X5 i: D6 w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 n* y  N) M" o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
0 E0 Q% ^0 @# H- }8 n4 t0 h' v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 ...
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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
" X; a- ]7 Z! B" W3 E% |, h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 ...
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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。  M: t/ [5 Q& W8 N1 u

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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 ) \- _7 X+ w- W5 ~% ?
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 ...

% X# z& a; v  H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
$ d( Q+ K, [7 G' m
, w- P, t. i& {+ `  r) y3 e发几张线图比较一下
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$ m' V- V  S2 Q6 f洛杉矶级& ?7 n/ P" y; `3 `: R* P, g( M

9 J$ E- {( k: D* r4 y3 a
% B) r6 t" }, X) \* `弗吉尼亚级9 G# X5 @7 n- o; S- s, r2 a
5 r" y) K, v3 ^% f& U
2 [& i% T: e5 ~% ^# [! z" q
阿库拉级+ }6 M* ^0 o6 _

2 C) V6 O4 w7 J* N
: M: M. e, C4 A) `' z' w阿尔法级
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8 U1 X0 @9 K9 a: J
( f8 ~: e+ n7 w9 X+ {) S# e亚森级7 ~( V5 ~& f. j6 L! {! Q) X( G' K! ~
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3 x6 J" m& \: Z6 S; |7 N: W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。
, Q: @2 H8 u& i% x' R$ z
, ?- b, W" @9 ~个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。5 {! I" M# E4 F' @- s  e/ S2 |( A$ s* I

4 y& ?3 v7 ]/ r0 K  g! s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 0 S/ w; l6 T$ G2 `
发几张线图比较一下

9 I0 Q3 o$ ?& O( D- J' q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
0 }& d6 N8 E1 t. ~8 f) T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？
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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。8 Y! O- Y7 |; {! x: Y, F% S% _
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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。
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) |* G7 f. d" ~* x( U8 h苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻力小。- O+ E' D) }9 v. M, N
; J5 ]& }2 T" b1 Q7 G) }
以上请指正。8 A; @' y/ h7 O& B' S
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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
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TopGun 发表于 2013-2-4 19:10 ( P( g% A& s* ]7 W4 |9 e* X8 x
美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。: Q4 q+ t# V  m4 ^$ s! W, T. y0 T
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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 ...

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“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。
( [2 N' `6 z1 F* p' R+ d" v
% o' ]$ m, z# @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。
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; F: S0 @% Z3 x( v3 T" ?- [$ Q
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。. J7 L' T9 R# B& M4 }
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作者: TopGun    时间: 2013-2-4 20:16
本帖最后由 TopGun 于 2013-2-4 07:17 编辑
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潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22 # Q  v5 [" e8 [. d
“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 ...
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+ j. F! t$ U( {- V美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。
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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。$ C8 U; q, z5 d- H9 }; M$ {* o8 E& U

. i. X6 B# L6 I9 A1 b( C: }) o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。% j7 ]" ~( V; _" z& g" h6 c" H$ q, q

1 r# D- \3 \9 r: [4 I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？# `$ S9 p) u. B8 ~( n- U
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) [) B& w1 m* F( D. @, k, {; a
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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？9 m3 \, e: t5 Z( T' \
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 1 H9 d8 a! B6 E& S4 T/ ]3 y& o
MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52 1 q; j/ A4 V$ j1 |2 m  _
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？
5 F8 W+ _; Z, C! S' V ...
+ u$ x/ m2 F% i  W# e. e

3 f8 {' [" ~; s  J2 L5 K不是技术流，仅凭上学时对教员授课内容的印象试着回答。
2 P, ?( q* J9 y' d  f5 `% ^7 Q6 P. Y' h6 Y$ r
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。
- r7 o2 ^9 u0 T! h7 @+ [' K& i0 v3 A$ e$ E! t# E6 j& Z) I, i
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。1 L9 u/ l" n2 c( C/ _, ~; F
6 z4 `5 b$ c' K. y( a1 s
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。
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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 0 Q, m5 _3 b. v
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 ...
9 n; y- W& I$ M9 _3 [  K
我就更不是学这个的了 $ E" l1 J0 N& }  z( q- }0 M

5 T1 d) i  f6 l不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？
( T. o! K& o! Q9 _% t6 Q+ y! h9 a/ M3 ]* q

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作者: xlan1976    时间: 2013-2-8 23:52
潮起潮落 发表于 2013-2-8 23:33
3 I$ }! i& h( ^2 A, o9 h9 b/ C, L我就更不是学这个的了
- r, ]8 _" ^) H/ D9 d. k  T$ a6 H+ l' @) u; W" w
不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？
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那两位啊，求指教



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