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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
5 V' @, Y1 l- j% r- ?) f2 n
8 O5 E$ @7 Y: M  S4 q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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* |* }$ P% U+ a1 U$ m9 `$ M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。+ m; p# n+ d8 N$ ?% g& I& ]
2 B$ ~- e' d. u8 a8 u& A+ d
下面发一组照片对比一下：6 W: K# [" v* x, r. D& k

* G4 M3 X, X: g6 O4 J! q6 O1、        低速航行
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BATON ROUGE号
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& O6 d% x2 u- g1 v% ^* i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。
9 L2 \5 }, s6 L3 k) P
; B  W6 F( z! U下图为苏联V-2级核潜艇。/ B+ U, j9 r- P/ o
" k/ X, C4 j9 G" O) @& D
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。2 e7 ]# G; g1 K0 [5 g# y2 Y! T
. m: S% P) k- V% [) c. c& W$ P
9 W$ s* ^" j9 L0 j/ m, b" R0 W
2、        中速航行
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弗吉尼亚级
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V-3级
2 k9 E, Q/ n  |1 [8 u: s& B4 C" j! K) }7 C4 ^4 j' C0 [) w# F4 A
上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。% T& m6 Y& Z, ^2 h) I7 t, d

+ F3 U) F8 [) P6 O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。
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3、高速航行! p$ `5 c5 `$ Q; {  V

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3 x- @6 Q( j& E0 t! ^% j高速航行的美国洛杉矶级
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* Z" G7 [- u! W. [& J1 G; r- `* M2 n# O- t
P级% p, G. `& Z3 Q; \( k: S$ w2 D* u

8 \6 k. c" s7 K$ A% i5 O
$ |0 o6 s1 a2 S; _C-1级5 S6 J( r4 Q6 @3 E* ]* F

6 ~' k! r( I0 P. H  C6 K$ H' J# \, G& ~( A6 i! s4 I0 G
V-1级
8 w+ t; ~1 v3 n& j" k, @  ]6 O. Q: h/ [3 ]# A
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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" C3 H+ w# A$ X, }) ^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。/ a. ?+ C7 k4 m; b/ {

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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。& Z' C3 `7 T  ]/ u6 Z
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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。
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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。( R+ V' J, I0 P  p2 ]5 r. s
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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 S1 W5 y; Y* p- l' t% P. S  T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 ...

' J, ?  V1 z/ E2 ^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。1 g& F" p4 v) g, u9 C
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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 & J7 C7 ?, {3 w! a% `9 m* ?1 l
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 ...
6 y7 K. S- _! q7 C+ ~
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
2 R7 {, D, Q0 O/ C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 ...

& d% V+ F2 K( Y9 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
5 f; Y3 E: _- E* l, C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 ...
) y& \: q0 O% I! z6 ]
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 $ K% u8 ^( h2 t) I! `5 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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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 6 X) V9 x! N3 |

" v0 a$ A8 Y; N' q$ g( M" Q5 v发几张线图比较一下% y& Q* @+ T5 A4 D) X# U
( m5 t' }9 K0 ?6 _) Y
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洛杉矶级
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' Y; l  a" W* i8 E" L
, p) E, r3 c( g) K弗吉尼亚级' f, D& a) W7 t! X
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8 e/ y) o( \1 \+ a2 M阿库拉级; X' r' t$ J+ D% X2 z- R1 y
, c4 e7 @3 u7 T% d( T
. p8 V: N, i: T# i9 u  }( t- N/ Q
阿尔法级0 S& P3 ^. K& m% @( `! j3 @
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" Z% ~; `5 E! t/ j5 h9 k/ f

7 m  w+ Y8 O1 k' `) g9 k亚森级
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: o  y) Z$ ~9 f7 P9 M
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。! M8 F( G0 s* E
/ y) e7 p) w' L9 W# x, S
个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。( @& `1 r2 O: j; h, }

$ N" z; t2 N) X5 H  }" [5 T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。9 k3 m5 G# r4 E$ q, K* S6 M

4 [+ L7 S/ a6 P) D" _+ S+ `/ Z& h; T/ Z0 V" ]

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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 `& U  R: V' ^5 U( U
发几张线图比较一下

+ N: ~) _% \% y$ m' g, C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
8 i# r1 U8 O% }3 h5 Q1 U0 V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？

( o& c: q6 ~: k& s- Q, h8 B0 t8 F+ c  v$ E
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。! H0 U( I1 ^- S5 q, \5 H
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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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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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" H/ E) d4 B% u0 P, _- f6 {9 t以上请指正。# l1 l1 ^) t5 i  ?+ O
3 o# v  y7 E* p, z( q7 a

- Q) G/ t  i7 G3 X; b, \) d( ]9 t0 z2 }' C2 L; e2 b
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1 F! h9 ]9 U6 u" b8 ~
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 & ~$ S+ V3 t3 u: `4 ?% A# @
TopGun 发表于 2013-2-4 19:10
6 r% A8 J" s% j& @/ v5 [美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。$ G" A" A/ _) }0 V  n4 N

8 _! T, B9 A" o' v% Q苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...
; z  `9 U# U7 h. w" P! N

3 w: F0 W8 v1 ]; I( {3 i8 t, h“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。
" d! {  a7 n  [6 @0 X, ?. ~, g2 I. M3 Z5 G5 A6 |! ]0 S2 t
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。+ a  o1 n: R* ]9 F% y
3 K9 |* _2 A& Y* u6 r6 S% e3 @

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! B; ?/ X0 L( j2 H+ [% d5 Y
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。
8 Y4 J* v: L+ d7 [7 p& p/ c, y& ]0 k

6 i# ^9 M: g6 h% M
作者: TopGun    时间: 2013-2-4 20:16
本帖最后由 TopGun 于 2013-2-4 07:17 编辑 8 q9 x' Z4 I0 V+ ~5 Y: D6 ^- J0 h
潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22 ' Z' q$ z9 m) B" H! 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。
$ o" C/ `: D5 u% w+ c0 U$ T2 q8 H8 j' `/ z4 T- a5 L1 l) Q* p
双壳体对艇型有修正调整 ...
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, i; Z. v6 Z1 [8 l7 a美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。
  w% `( ]5 k* R$ L+ T/ k, r7 G2 N$ `6 n
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。
" y8 v* g/ ~# P( K, A. n1 y- N6 }& _  z  S# l% S- z/ @
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。
( @3 o7 A% ]0 g1 L7 i1 Q: A: J/ d6 k6 p' L; H
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？1 ]' D& U9 x; @

  d2 G( V  M7 t% ~4 U. J3 F0 Z& D" p1 H& H" r" B% t1 l$ }8 v% R
# I/ m6 b+ j- b4 q; s$ U: N

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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？
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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
/ P% a) O/ f2 X' X% y
MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52
2 b; u+ l$ b* }- U4 e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？! l/ k8 a3 P% Q& a& ]9 o; i
...

4 Y. x6 E5 B$ ~" [8 u% w& ?* u4 S0 D  X6 e# w* {% g
不是技术流，仅凭上学时对教员授课内容的印象试着回答。
- ^' Z, o- g" i: f6 E, a) b% @- [
9 y5 w, T9 d2 P: z- k! ~( a" 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。9 W8 D) \* [. K6 T1 f9 Q, e
) i* k: Y# i) s
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。5 G7 z- f* l0 H
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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。; f4 }* h# \+ |; @

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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
; ~+ Z( M# Q6 ^- d3 D9 `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 ...

3 v( j) Z+ b6 G& ~* J% B我就更不是学这个的了
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- z! f  L$ |) `1 b不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？* C0 O9 _. F2 f1 W" U8 }5 P$ _1 V2 f

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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
5 T) d- O- G* q8 v我就更不是学这个的了 - y& m; j7 W8 R3 h

+ u  O- M0 |, A, P8 O5 X不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？

  t; i+ x' ^' g3 g& d那两位啊，求指教



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