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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 0 A- F5 ]# Y0 H& w) ~+ H; J: _

" D6 }6 d5 k5 c" C, u7 Z# o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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8 y8 A% x+ @9 r% N" h  X0 z8 I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。* Z( N/ E( S# r' M  `0 B8 ]
5 m' t0 N, \  z7 g3 R% G! }; f
下面发一组照片对比一下：4 i- r) Q$ s' R2 j, u$ ?

2 [' z% \. K8 ?( Q- E' n* p1 v9 @# s1、        低速航行* q3 H# X: I) i, e& c

: d$ J4 ]' ]+ q+ {6 ~
9 k. S: _0 a0 S0 B  JBATON ROUGE号
& r5 M6 S  n" C  O# n/ B( @9 R, r; r5 \; k) l( d

) |! O+ `3 |" V4 {V-2级
; M+ \+ N- u1 z2 ?/ ^
6 X" s% @( j2 a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。+ V4 T1 E1 Q5 n- m

2 l  E+ ~2 K; f0 Z下图为苏联V-2级核潜艇。0 _. O9 U& e( D# A. h" p' j
& O* f$ V2 z' v
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。5 R# d: i9 w* e

) k' k: z6 d2 O; Y# t8 |3 r# v+ M3 A7 z- |, _5 L+ v
2、        中速航行  S$ f. b- L9 v" `! U0 e* ~8 V* j* w9 d

9 p7 B: a& _2 e
: C' k: M8 o. f1 {0 a9 e弗吉尼亚级, \! x7 Q: ^5 I  d6 ]
) d6 Q4 z( Y# z# {& H; [( x- a4 A: |
. D' l4 ]# Y! @& Z% D$ a% M
V-3级) p/ Y% J/ l! d- _3 n0 {- L
' [% Z# U4 e! r0 Q
上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。6 Y: m) f7 c5 A5 e3 G: l) N2 M8 s9 R4 {

1 `4 m0 t/ j/ Z, J4 ~, Y- t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。) |  `2 q. H# B  n' n3 l

- ~; P3 v! N, y& g6 Z' _. x8 x+ Z- H2 m& }9 [$ b
3、高速航行1 @! r" Q. O, |8 c! f2 a
% M% e4 W, A% G* h: p: i. I
* c% L/ {( u$ ^- f6 l
高速航行的美国洛杉矶级/ F& _. x! s! w7 y1 b( O3 T

) C- D- B' }2 ^3 r1 }& I# q
# z5 a8 U$ T  z) c# t3 @" }+ ^P级
( |( I5 r3 U4 m+ m  U: b- Y* K3 z8 f* B0 E) P) L! f

( x4 I5 N4 U/ B6 t! A% W7 k5 xC-1级
) E' I" u- X# G7 l6 `! F- {" C# R& M) |* U8 ^

# K3 I+ R/ V" P% m# Q; JV-1级
- y; X6 \3 ^5 {3 k1 ~& J# @5 y3 y6 C
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。3 H: z! w1 h: @* z+ @9 j1 `/ J

4 j2 R  G- X8 y3 C/ \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。
* K3 |" k3 h/ W! o
7 N. v- A/ _' a/ S49 j7 Z% ^* u& ?$ R- y  L

+ U  V. `' V$ V3 ?* b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。
% g! x1 C% F; t8 U) e9 `2 M5 }2 E( B, `6 P! W. G( g
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。
" f8 p& a8 d/ \- h& S' s- X+ A9 r. x# F% o' R8 R1 @

( m5 t5 p. o, R% M3 ]. m6 V
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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8 T% k8 W5 R+ W% f! Z6 A5 X: u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 - u1 x+ k3 M* |6 ~
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 ...

" Y' G! O: y, ?* C5 l& A7 Z3 K0 j7 K. H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。7 J( \3 Q- `# ?, y2 {  @0 M
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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
7 `" d" d8 }# ?5 e. I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 ...

; E9 S6 H$ E( Y: i% I6 J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
% a0 q& t6 h4 g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 ...
: U4 l- m8 w2 h  t
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 5 ?+ {$ z' }# g5 d4 L: b
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 ...

1 W0 n4 g6 j# ]8 G, |' ]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。: r- q' x1 ^/ ~- @; Q7 s$ @

7 H. o9 x3 }! F6 {$ g2 P
作者: groovy26    时间: 2013-2-4 15:21
潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
! V( N; F1 n+ T2 D" ^' l# M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 ...
# P  G, c, x* a& V6 j) g# [: T- E
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
$ b6 k% w' s9 W1 b) K8 p0 _' v
% h: G& h6 w# Y; u0 V1 w; C: |4 C发几张线图比较一下
  y! S! \: q" b: V6 N! Z
$ v8 p7 z5 f. X8 \4 A6 A" |4 k5 |5 w9 H3 w( r$ `4 Q
洛杉矶级
3 [# l0 x3 e* X
3 ]; w; a, l# g! g
% ~+ L& G5 Q* ?1 B+ z- e弗吉尼亚级
( O3 z# {6 ?) F3 N, u- T
2 n/ l+ a- B' P
# L: U4 V) q2 H阿库拉级$ R) E$ y8 c3 ~' b6 _# T: @0 L

( `8 D5 O, P7 R& J, d( \
6 \% Y: V7 F9 f% E% d7 T( r+ s+ h- H阿尔法级
( [) U7 V$ l$ C: v+ V! a6 ^+ T! j
! g' t+ `& W, y! P0 t; V
( e- U' |3 Y7 `; S" t; i
7 O! d0 n; I; t亚森级
! x" o0 R) ?4 |: W# T$ |. u* }% U# y2 o

1 n& K/ W7 g# O$ c" H% w/ C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。) k7 q( I8 D3 w: ?& ~, I& [

1 i' C3 C2 J/ b. J个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。
( c, j+ n7 E; X
/ c1 V/ h7 R1 |$ Z2 b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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( o. s4 O. x7 Y1 g; o
0 |9 ^' V# A, m* F4 m! `. o% P- m  H8 E& U4 ]
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 2 ]+ @* i& |( a4 ~; e4 a' @6 r
发几张线图比较一下

- P. T6 w! P3 z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   m' y8 r$ c" D
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？

- M" R1 l2 j; d) s
2 @, M* t6 [" @" Q% r0 z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。
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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。" R1 ?% M2 c4 c, `9 a4 O! L

; P+ Z3 Y* Z: I# b  ~9 j$ B  Z苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻力小。( t+ c* I! R% t  S1 O8 v
: N# X  M7 q  @; I! Y! l* Q
以上请指正。3 G  l- ^% ~+ {- E4 R: z3 i

, A: b& g7 q% ^5 {6 D! H! O: G$ t2 ]3 V6 H6 [

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7 H1 N" \9 B# J0 K
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 - d+ z/ @6 T1 r9 X, ?8 r7 `% i+ q
TopGun 发表于 2013-2-4 19:10
% w. |* _; G6 v美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。
: k: s* B  E  W* h/ v% i9 {! e7 \# J$ ~( L: A
苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...

- v/ q3 l1 C0 ^) t
% r( ~3 H( |/ w7 F“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。$ u2 [$ z/ h+ O1 l# L% P" F
1 L: a+ {7 c( C8 v0 W. M
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。3 A3 W2 l% w$ C0 x5 R/ \$ ^
* x: V  D/ A% Z% `2 c5 w8 B* E

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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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5 R$ i, b3 M9 e' K& K% W
" B; x) h  \3 D* R% f
作者: TopGun    时间: 2013-2-4 20:16
本帖最后由 TopGun 于 2013-2-4 07:17 编辑
: ?. a7 I. `3 t3 [% v! L) i
潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22
/ A! o6 e; h: ?" A# A3 W. Z“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。
7 s: b2 V: y8 \5 F4 g
& U) h8 P3 S; ~; x双壳体对艇型有修正调整 ...

; f4 a0 Y+ N: U: `1 V" q0 P9 i" e) f, Q2 R, F7 Q
美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。
% l9 g% o& `0 {$ E( x% m) n
3 t% X/ A, H1 o7 K) L" G0 L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。$ J$ ?: C8 m9 Y4 }" t$ v/ X! j( d
! C' Z) b4 o% t2 @1 F5 b
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。
  o! u4 ~# z. |3 @2 X/ p# t/ X: g
/ r5 v/ A" h- T5 r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？
9 C  h: Y) C" w2 U1 j. Z
" L) e0 q, \1 w2 p0 v) B) {9 S) n" A+ z+ ]  G

* |; _2 o/ E$ z9 [% m1 t9 {7 g& n: f1 B, P, @

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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？- p( [  p. ~5 ^8 J5 m
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
7 b0 f3 f" L! B/ C& U8 q
MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52
0 Y7 Z2 c5 y7 p# o) k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 A& Z0 b; H' R, ` ...
2 z8 O2 W! ]" U

+ Z  r3 G) @4 l( X- R" P不是技术流，仅凭上学时对教员授课内容的印象试着回答。
+ C- @4 C8 h4 r& q" @! v# t, I' t
1 `% \/ `/ S7 R5 K! N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。: ^* z, k3 a3 C& K. `
+ [# {' z0 m( _# w8 m) O
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。" E6 O' Y6 m* Y3 F; l  G: D: t
  L$ G+ s# U5 B' O" F$ U
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。
3 M* ]( }- C! @! ?( q" J+ T4 `9 F. ?/ r& }
; U1 ?# J+ g# v, m, Q* K

% E, V0 v& |/ z, ]1 V' A
( P. B! B7 c8 j+ W4 F! ~6 m% B3 F+ X5 r
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 ( y6 i. d  [2 f. P4 d4 V( W# h
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 ...

: L% _; ]( q5 Q0 j/ S5 p  }0 L3 V# H我就更不是学这个的了
" ~- z" F6 ]6 m
9 m* W4 J& R/ \8 P2 x3 s8 v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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6 d) `4 V" c; n2 Q  n( i/ a
+ V' V- m' ^. m. _  t& P* P# O6 u- v8 X9 [

3 a8 Q/ }5 O5 _& T0 J+ s/ G3 `/ {0 H1 R; E3 G3 b* x( T
作者: xlan1976    时间: 2013-2-8 23:52
潮起潮落 发表于 2013-2-8 23:33 9 S  V/ f) H1 o, V) U
我就更不是学这个的了
# \% u1 b1 Y3 z6 W: l! d! i- @$ ?) x) S$ V+ G" v: W
不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？
7 K* f2 y8 t5 p6 H2 s
那两位啊，求指教



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