【原创】图说美苏核潜艇的兴波阻力

潮起潮落

: R: a; _3 ~5 m9 `
/ u8 V# M* Q: Z8 K% m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。
( n7 n6 [- \' a8 u
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。
% y( ?2 t4 F' x
; t6 i# A/ S6 w. g1 H- t9 I; V下面发一组照片对比一下：
' l5 `: [* {& \7 T( |$ L. w& D: k8 r
1 u8 s. V  j, L+ d$ I+ ^1、        低速航行

1 l3 a- _" ^- |# G* [
4 ?9 S' \& D2 V1 N7 p! H4 _8 ]+ cBATON ROUGE号
) s- @" R) {# |+ r/ i
% r" b* S/ S5 A8 l: ~# T
V-2级
% W  V: c) r2 b- m
: ]4 Q' P1 {2 }3 C( T9 W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。
" M4 W+ \0 x8 |% I% A& k) i
下图为苏联V-2级核潜艇。
: @6 r, i1 @0 u, W% p6 s8 b
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

7 b4 A5 L6 f2 f% H: H4 O
$ D. s: e7 T" e, ?, X弗吉尼亚级

% t; y4 A( j, s3 o
) N9 ^: r5 R: pV-3级

上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。
$ U5 o/ G7 U* e
  E5 N" S- X8 N' H) G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。
/ P, z7 j+ N$ m+ M" {

3、高速航行
5 E1 U$ v! P4 T3 e" o5 T0 A: l
. J0 d0 p; N: V4 s' E& |4 V
7 i9 l0 U3 d& u2 m高速航行的美国洛杉矶级
9 ~) J8 y4 p7 X  M" E, K8 k
( M# S/ N; Q8 c9 g# d/ j% p
: @+ B, A( d& i5 c% J: MP级
' P7 T5 j# _4 M+ H- n7 ?1 b
9 Z' [7 O3 S$ p
; i; i3 D8 l* Z* S- o$ BC-1级

% a+ s7 J. A3 w0 b2 k. k( W' H
V-1级
2 ?) G4 H* X& L$ Q2 C7 ]8 V7 ^
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。
0 X0 U8 i8 C7 m% g2 e( \9 A
0 Y* N/ R$ l" f2 z7 f" e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。
4 g( f: S; |8 m1 Z" W$ p6 u
1 F& `: U6 }& a! K) q% D4 B4
2 k! I& {9 W' m7 I, w# S
: M5 l8 E2 q1 A2 |3 X- N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。
, X  W9 ]1 I6 Y
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。
0 R+ D: k8 `& y' H3 o

$ c+ R1 U3 m' i* 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。
1 C1 J% e0 B' @( i6 {2 ~, \
! W; `* L6 U: k& d" D; J. y/ Q0 b/ ?; B4 `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
  z3 D" k4 U! I, k' J9 {9 z  \1 G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。
1 M5 S" x7 M5 R$ ?) H, t

猫元帅

潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
. A8 E; p& {* Y/ b0 o! j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
' s7 V2 s1 L! r9 [5 z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 ...

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。
7 T6 d3 ]1 D* B% P) P

groovy26

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 ...

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
* I- ]/ M* l1 z) s0 J' I- V
. B' |" ^6 k1 ?9 ?9 Q# t/ |( n
弗吉尼亚级

. Q1 G4 D: t) D5 U8 D1 t
2 t' p) O& V% t; h. j7 X! Y阿库拉级


+ C1 x0 G9 j. e阿尔法级



+ \+ h2 t) I: g" A7 ?7 x亚森级


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。
6 h) L- i$ x; T( e0 e$ k$ D
4 t; y3 Y3 L7 G, n0 T/ x0 G" [5 u个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。
. I3 @. Z9 \; J7 U* P$ w& b
7 u) z9 o: p- 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。

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
- h* B! c% I. N; H- A0 c. [发几张线图比较一下

& j' e+ K2 X* \: y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
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？

* e8 P' l' o& i+ T  E1 \/ |' c
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。
& L: L4 M. x: |7 g/ B3 R5 }4 @
: g' @$ ~2 d3 I' a8 ^

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。
. m0 v4 f$ s( k3 U4 g% y
8 t3 A) y  J2 C% B0 h1 c; I* 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。

以上请指正。
$ E- T4 ]9 k' R" _1 T8 k  y& n- c( q

0 I8 R1 j2 T: @$ M( J3 `$ }


7 ?1 B2 `! R( J

潮起潮落

TopGun 发表于 2013-2-4 19:10
, u. z# e: e: H美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。
  j4 a6 D; y  B
+ u  }/ z$ o, y- {苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...

! U" `6 @# \8 E" P+ q' f/ f0 Y“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。
; t% h; }) @: N$ T# A$ _0 h
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。



+ Y9 |/ h6 E$ I' ^; N3 Z
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。
3 q& f9 k+ o; U

% e+ `0 D5 p+ T3 R9 \# Y1 S; x$ K

TopGun

, e$ G5 ]' G1 O. J: o

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。
# f( s; ?+ r) L" u
双壳体对艇型有修正调整 ...

+ ^3 g! H6 x* N4 V- U$ M1 s+ a
美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。
4 _7 ^1 Z1 D! d8 J  s
9 S' G" c+ _7 D0 V; u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。

+ i' m. {9 W/ L( W) y( y# S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？

" _  e" @" Q' K


: B3 x: g, U' C. [  w
4 n/ Y/ H% Y0 ~" r9 ]4 v

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？
1 z9 M, F" e! F' m/ n

潮起潮落

MacArthur 发表于 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？
2 R; k8 P$ T) k/ F9 c" P1 }5 R ...

( K: D$ r( R3 y3 A/ E# y7 F) ~1 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。
+ i& s. l0 K* Z! I! z9 s
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。

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 d' Z/ A9 D# o" u, y# 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