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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
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3 I9 A+ f5 {1 G! [0 d  L" k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。5 l: Y" ]' Y( c6 h  p7 U7 {0 \. o

" }  r5 T$ N1 F5 K; |1 r5 B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。
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* |: ]  H0 q' t, Z下面发一组照片对比一下：5 z$ q& h' d6 @  _# W6 n

0 q) \5 Y; J- N1、        低速航行
/ x4 {& }$ G( V; v) o, F; b* e. I6 \' K- Y4 C* N' T
0 c) |# n+ X7 f% `/ x6 _& O) m
BATON ROUGE号
7 q, [" u) R8 v9 A/ x6 n+ }( N2 O" x& N) {+ G/ V
% y) e' t+ ]4 N. q) A0 g, c
V-2级) `/ B, p! f" V# q% V: @, c3 @

! a! ?+ `( c7 V$ b" v  k9 v5 G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。
, P8 P' ?( j! @3 f$ D7 H% t) _2 m4 y
: {* T8 H5 k3 D% C下图为苏联V-2级核潜艇。( D4 Y, e, b& O( W
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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。
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6 }: |6 ^+ I% F' g7 Q2、        中速航行
- v5 H4 ~* v% b$ ?
7 I+ g' C5 w; w
2 x$ F$ r* |# S3 K5 t弗吉尼亚级
2 ?# P8 Y/ z4 K5 `4 L' }8 |; D) ]5 |) Z. @8 O3 n6 Y( Q! q( H$ i, S

( P; r" q/ _- C6 IV-3级
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上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。- |, B& K: n( L

! ?# U8 c8 V" ?# ?! U! A6 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。
: y- R% @$ s9 @  D# {) G5 ?( S
0 [8 V+ {* h4 n* ?1 c" @
6 y) U; S, E6 _: c, r3、高速航行
5 J* R1 @$ L# x$ p/ m% \. V
/ }, r" S( A8 s" l$ }: U! R- r
高速航行的美国洛杉矶级1 ?  ]% N% ^. g% o# U5 G
5 V6 i" v0 g7 b+ z/ `+ ^# n

" c' g3 X. [# XP级, o( M' K$ A4 d- m, O+ ~  x# r

5 ~$ d6 |' R5 W$ E: C. Y6 |  I( {0 K1 F) u' O, G" g
C-1级
9 e7 J3 [5 o! J2 a, S+ E) J
% {) V) X" v( R- `7 E2 Q$ C$ X) t$ }
V-1级) C; @2 z2 z9 a5 Q$ s  B
% B' D7 H$ f+ t: |
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。$ ^6 u! J$ @- N1 x6 {5 g# x# r
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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。
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3 j6 x& M0 R# V' }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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! S2 F9 A5 h7 P: f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。" d8 s/ y9 F9 A+ ^0 M

2 |4 {4 s4 l2 X! \& d% K7 i' 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
2 h$ V! p9 d0 v8 \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。0 m1 d* Q3 H4 ^* y& R6 q5 G
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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 ) l5 `* J; ]' E3 b: G9 n% ?$ M4 t& 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 ...
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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 1 w/ E4 k3 p$ @( y
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 ...

% K. O( I; f0 a9 J/ F0 F; p9 P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 $ Y3 |! A# ?6 x3 @
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 ...

! u4 B" I8 s" m9 G" 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。1 n$ L$ ?# Z0 n9 ^+ \

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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 8 J( [5 K. J, p5 r. _' 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 ...
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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
! x+ U. I* S4 l+ S
* s& m+ y& d5 u& T发几张线图比较一下
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" Q( ^4 ]3 [' J  z
洛杉矶级
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9 b$ @. n7 {# X# p0 f: T, C弗吉尼亚级1 `9 U% L% Z( ^& w

- {7 ^+ i& s$ @  w) Z4 Y0 z' M5 M+ n7 W* U& b/ w) ~
阿库拉级! ^/ V) [" Q, K
3 t3 }! w5 k6 c+ L" u
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阿尔法级
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5 V0 B' u* I4 Z, x亚森级) G, _5 J) n4 ^1 Q/ _
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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。& o3 E6 b! I* a' e

  [2 Q2 I4 }2 V* t$ b! O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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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。$ k! z+ U/ u7 m
5 U! n5 o% M# r$ N! k* B& H

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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
% C/ W$ L6 I+ T4 L/ r0 G; @- Y发几张线图比较一下

5 d) |# q) `) u9 b$ J9 s1 i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 ; ]/ A& q9 S- G: ^! O2 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？
3 m! u0 l& S2 O& H7 ]

8 H- Z. J; }( L% @" N& ^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。$ S$ w, u+ A  G- C- G- s

7 P/ D. Z! G; x! E5 _. t, k& L苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻力小。
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5 d& k9 J9 [4 f3 @以上请指正。
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9 ~) V" `& d. v: `( l! K
& a& v. b, ~7 d) `) T
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 ; @0 O" v4 {* H# w& s9 k
美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。* J) \( h: T9 K) S
# K# Q! I  O; t( ^/ o
苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...
3 z8 R$ I' X( d+ Z7 k$ ^. r

9 V- w7 Q1 R1 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。$ G- T- i) g3 @# }* _
& N! l( N* Z/ L
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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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。& x2 p8 A1 m% d. R# L" {
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, M! D, p6 _$ W$ q6 k1 D" 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
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潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22
7 X- q& c# o, x+ h7 M# O  |“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。$ a# C2 [- ~5 M8 L# H

/ \! q1 t! k" d( M) B3 O双壳体对艇型有修正调整 ...

$ x8 H  n3 @+ R$ @1 _; w8 q
) S9 c9 d8 {8 H  d4 ]; R0 B5 L$ f美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。
3 J! d8 m* c& q* e( |( n, Z. J
( N) l$ K! T  [6 K5 p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 b8 T2 G# u0 B% y, s/ k5 R3 y0 G. L( I7 F5 b  \, L
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。
0 {2 i+ x; w: Z0 T
6 {( p' `0 f7 \0 @  {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？
2 z  }9 E  u3 C  {- p0 d/ b" ]4 ?: u  F; c
8 e! k2 a1 A& X6 Q* q! y0 i
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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？5 d. y, Y/ l2 R+ ]1 G. U
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 . _5 S) H8 T  U$ a! v
MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52
. C; m' n) v9 L1 \- b% b# r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？
6 w: ~% @+ N  [, H6 D* T ...

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不是技术流，仅凭上学时对教员授课内容的印象试着回答。
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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。
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( I+ Q7 p& Z4 [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。0 {0 T1 i. x9 L! o
% u! l# m. L8 C
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 4 [2 V+ t3 u* g0 b3 A6 w
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 ...
# p" W1 _% o) j* N
我就更不是学这个的了
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: X3 m2 j8 T% |# a& o/ _" J1 C不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？/ Q. m& }2 s, m% X1 C

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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 ! R) \; x& Z: H2 s
我就更不是学这个的了 ( C4 s, ]- H/ N) R0 r- _# u) l

: e# c" c  ~9 a) D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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