【原创】图说美苏核潜艇的兴波阻力

潮起潮落

  m" |( ^8 R% I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。

4 g; R8 s" h3 c' Y  g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。

0 J8 A. e( J" a$ ~$ m8 H, e1 L下面发一组照片对比一下：
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0 l. u* y6 e: Z3 ~7 I3 }7 X1、        低速航行

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BATON ROUGE号
4 P) X/ K" y1 o7 _
/ k+ v0 g. Q0 [1 t- O* V
V-2级
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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。
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/ c) F0 q* N5 ~, ]' s" w9 g下图为苏联V-2级核潜艇。

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、        中速航行


" o9 |7 a2 j; a弗吉尼亚级
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V-3级

) F" R7 W- ]- Z9 R" i# u( r+ d& c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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. W' {* M0 _) u, Q0 S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。


3、高速航行


高速航行的美国洛杉矶级

' G; t7 u3 z* Z0 J, Z1 e
! Q$ t' D) j7 i+ a. B- y) \3 d# yP级
" y+ d" M) D4 a% _1 }/ [' `
1 J. w+ z& Z. g4 C9 [" |
C-1级


, C4 k2 P; T; u* l, e; mV-1级

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。

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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, i" e. \7 B6 k0 j8 Y! 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。

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。

逍遥探花

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。

维京老海盗

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？

猫元帅

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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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。

潮起潮落

猫元帅 发表于 2013-2-4 13:44
5 E9 f) I2 ]8 X4 M0 T# E+ 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 ...

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。

猫元帅

潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
' W! }9 R9 |. k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 ...

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。

潮起潮落

猫元帅 发表于 2013-2-4 14:03
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 ...

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。

akboz

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。

潮起潮落

akboz 发表于 2013-2-4 14:20
: m0 @5 y6 G  Q! d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 ...

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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groovy26

潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
$ _: o7 o4 r$ r' f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 ...

" Z4 k# \! V2 b, l, y9 B8 }严重赞同这句…基本就是跟棍子啊

潮起潮落

发几张线图比较一下


洛杉矶级

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4 t' _% f  @+ [5 h  x弗吉尼亚级
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# n8 G/ p) m0 u  |; m( `4 I
, g; E! N8 w: H  `+ v7 x阿库拉级
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* O: ?% X0 l3 I$ A- Q/ n9 M3 F1 ^阿尔法级



$ Z+ D5 L. H1 n) R亚森级


1 o3 B% e9 o7 E% a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。

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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7 G; j1 L2 E1 v" y2 p3 `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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大鹏翔宇

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？

groovy26

潮起潮落 发表于 2013-2-4 16:43
1 W2 p( g; p$ Y6 u发几张线图比较一下

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？

潮起潮落

大鹏翔宇 发表于 2013-2-4 17:09
  ^. |* E1 z, ^8 U$ A3 ^7 P0 p) O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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/ T- Y5 q+ K: f% x" d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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TopGun

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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$ P% l1 _/ x& a1 t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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以上请指正。
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潮起潮落

TopGun 发表于 2013-2-4 19:10
) k, O4 P8 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。

: w2 e8 S4 k- X/ ?8 C苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...

' o; o, Y  Q- |) |# o# Z+ a
* O; \6 W/ |9 b1 u) [“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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  o) t* H7 G$ `, \9 I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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" i1 M+ \- U! _- Y1 \* P- \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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TopGun

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潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22
“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。

6 U! @5 b0 C; y+ G! R双壳体对艇型有修正调整 ...

) \! b! N) \8 {
- s" j' P  n7 C美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。

' h; c8 B+ A6 R. Q. 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。
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4 \5 f; j! d: q( s- [) T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。

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？



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MacArthur

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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潮起潮落

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MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52
3 A) P1 b- b# ]1 T& _# @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？
- y  _' K1 g/ Y; e$ h ...

" m& q$ x  x" Y& a& q  w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。

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。
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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。
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xlan1976

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