【原创】图说美苏核潜艇的兴波阻力

潮起潮落

/ e4 O! H1 O2 Q9 }! b% w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。

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。

& |8 t% u# x: s9 h' Z6 z2 M$ w下面发一组照片对比一下：

1、        低速航行
$ \2 k4 `  g5 I# y. z
; W7 ~2 D4 B6 e+ h
BATON ROUGE号

- _" I8 D) G- @
V-2级

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。
4 d( v, p1 l  @% E0 A
4 r9 @9 Y1 \  Q4 y% @9 H下图为苏联V-2级核潜艇。
+ r  K, T6 N2 Q
7 y. \" E, r+ E3 Z& h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。

. w1 ?! v; j6 }# O$ B2 {
: \8 Y  \. U5 y. k7 V2、        中速航行
( b' U# S( D* ]2 r  R7 T

% b* N- ^$ M* {6 M弗吉尼亚级
' _* o% h0 [0 H) _) J/ V
( _0 W! Q4 |5 _4 H" s
9 s7 h. p+ n6 }" y9 }V-3级

4 E0 S% |0 }, r3 O上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。
/ G- m1 z. i+ `7 T7 ~+ X
- @  U2 V8 Y9 }! l: x3 {2 s. |0 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。

3 y% r" ^( C7 a# {* N) U
3、高速航行

! [( l/ q( u+ I
: F5 W* p% J3 w+ O% u: V+ p高速航行的美国洛杉矶级
' o, a4 R# [/ G) n9 J

1 T, E) g$ b# I7 v0 z3 JP级

+ {: o5 K/ ~7 d+ Y
: ?' }1 i; |" u4 z$ C: U. \C-1级
2 @. P& B0 u0 k5 _- {7 p

) N$ |  t; Z+ W7 O7 h0 D& T8 @V-1级
! ^, I: L' R9 g
: G3 r: a. |% C8 W9 W8 x5 s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。
! w& u; u  z! |/ [; 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。

* D1 e6 r- q. Y9 p6 V1 `0 ~2 w4

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。
# [( [/ F1 p+ Q8 s8 B+ a

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。

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
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。
& |3 L  K5 b( X
! e" x$ v/ Y( P% B0 j) @; Q7 m8 N

猫元帅

潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
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 ...

! w( h" A. y% o8 Z: X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
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 ...

$ M% V* H/ J% l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。

" z* C! |) }$ w  }% x1 C; m0 y

groovy26

潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
6 `4 j/ Z" W: `2 l, @& f7 n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 ...

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
/ }  R, k( G7 A4 y
" }; X# j6 @1 ]" u* n2 X
& \- I* Y0 j- H洛杉矶级


弗吉尼亚级


& i( A. X+ `4 W- m" k) U& m阿库拉级
0 l3 L$ T6 j: N2 W

7 Y) C" j9 k3 ?: \: I# @2 ?阿尔法级


8 r) i% }. F( x0 M' T9 P0 I
' ^" [- K, ^$ A1 x亚森级
/ W- h2 g- h5 b" I
  r9 X3 J/ u* Z. l7 o8 `" E' n9 H
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。

3 u* n0 p8 N+ b' z4 f2 B2 m个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。

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。
3 e: j; x( ?; s% S5 N$ |5 ^- {
7 t$ i' C; d" l0 y' a: o


5 K" I( K& `: ?# _

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
/ M/ j1 e; P* F% f. N9 U2 u发几张线图比较一下

* P9 k. t. s: m; 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？

潮起潮落

大鹏翔宇 发表于 2013-2-4 17:09
! E- Q: L) H4 l1 c/ r  X0 g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？

$ G  w4 e0 a. ~; `3 G0 d1 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。
+ |7 ?( P- @& D+ f+ Z

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。
; ?' r9 H  X8 A) m$ ~% _' q, [
苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻力小。

& |& q+ p% R  L8 @% @以上请指正。
+ q0 ~# ~( Z/ H3 Z& `! `
  s2 [( _2 T3 e4 z
: A+ R7 e& q3 z/ P

# N4 N9 G: k" ^) z) Z- g7 a% {" E
& T1 T$ I# Y  ]& L

潮起潮落

TopGun 发表于 2013-2-4 19:10
3 d# Z& I. \; L$ Q美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。
& C" x8 M& v! g) Y1 o9 ]
1 b( @6 F% Z* I9 b苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...

8 U) y1 Q; }5 C) _2 ~; O
  A. O9 P3 w) x. ?! 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。
8 U6 q4 s9 J* `& W6 w& H4 m
, l9 j) l" [' l9 e' l1 v9 [) H/ c0 c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。




% z2 ^; n7 T. ~2 r: a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。
! y! _6 c6 ]" m5 F  ?

; V* ?7 K* H  g7 R( m! D( p9 b

TopGun

& f8 e1 v% e# _" G' Q1 I

潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22
4 n7 F  Z7 F$ U; l- n- J) r“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。

; ?& x9 w, M1 z; [双壳体对艇型有修正调整 ...

5 T9 r6 |: p4 ]美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。
  v' l) ^- t4 c2 h
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。

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。
9 Z1 X  s# B5 X5 n2 P% F& R
6 r/ U7 O3 I9 K/ l! I9 I# x# {5 m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？

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？
" A2 U) A$ {- E9 d

潮起潮落

% X% _3 r! i0 I7 F. Y$ Q- H

MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52
6 J" Y1 L+ J$ \: {( U, [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？
4 a+ V2 T3 B$ _; l/ c0 K ...

5 _5 b5 d4 C- H$ u; ^不是技术流，仅凭上学时对教员授课内容的印象试着回答。

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。
# ]) D- K% y6 `# f4 k9 W1 B
0 ]- G% n6 k  K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。
* _4 f1 j& c0 k/ Y

2 L9 i. }4 F& \2 T$ S& g3 F

2 n3 F( b; r' `

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