【原创】图说美苏核潜艇的兴波阻力

潮起潮落

0 @6 a4 e. z) `; s% R3 ]
' J* Q) R" G8 G; U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。
' w" H9 k/ c. C- x' R# I" Q
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。

; Q( M0 `" j1 S下面发一组照片对比一下：

; |: o/ A, r( e+ r+ U8 k7 H1 r, h1、        低速航行


BATON ROUGE号
1 S3 f# E0 H7 C- \) M4 O

* c9 T! W% Q( ]; a  H# BV-2级
: M' X/ W4 t" B. }: F
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。
2 k0 V( X- N. a/ ?! {9 \( n
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。

  O; C, V3 g1 O& q; Q; ^! Q. {
2、        中速航行
4 v# V- d1 }* Z
7 f" t% w4 t% C
* h9 ~+ D, S" S1 L1 d弗吉尼亚级
5 n5 M5 u- [( f; q
  ~, e* ~2 L. Q! D* a- Q- t# r
' ?& j4 ~7 L1 r' ~V-3级
8 G4 v; h" c1 J0 }% T! s
- E2 l8 C  v) b* q' s' f" k上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。

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。
; B- c% @/ G# q9 ^: u* }$ [5 L6 r

3、高速航行


' M& Q* I( t( W: r2 f$ _( ^高速航行的美国洛杉矶级


P级
6 \( I; e5 P9 e. O
7 n. W  ?4 q' O; \' {
; @- S- K$ Y# D7 \; F) c' r1 |C-1级

1 [" p0 _; d9 d  r
V-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。

0 M2 E  [+ v* i! Z- Y* v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。

+ R; p" O7 S1 D: b4

3 a! l$ D' b8 f7 o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。
3 I; t. A7 A- l, T6 z- w; @6 ~
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。


3 q0 O, R0 S1 g& y- U! K# B7 W0 G

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。

9 I) v. W4 V1 G8 V9 \- c7 N  @$ z* ^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 ...

/ k) G9 B$ M1 W1 r% 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，艇型基本就是个圆管子了。
  T1 {1 o7 a/ W/ y7 M: |- W
2 m- c5 L; o& L% f5 X  p$ H

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 ...

" m4 h, ]" B& W# Z" {; P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
( E$ I8 m, J3 w" G- {1 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 ...

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。
' f# Y7 d$ F' O
3 N* B6 s$ J2 V) S

groovy26

潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
- P; R# y4 ]/ ~  h8 S" c0 R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 ...

% @# I2 m1 J! `9 Z严重赞同这句…基本就是跟棍子啊

潮起潮落

. f$ W# ~9 |* l/ v
& b- b6 U. @( b( i1 Z  |发几张线图比较一下


9 r  Q: O' u9 G+ J洛杉矶级
- G! k5 }9 ^8 y+ y7 _2 v# l$ D
& A9 [$ q1 m' t3 P) }7 `
7 }. }3 R. ~) {$ f弗吉尼亚级
, n0 O( s" A- {+ l7 e5 l1 x
! x& c: R8 U! X$ q6 H9 F4 i
阿库拉级


; Y4 ^& ]! U( \$ L  x阿尔法级
) d  v9 H* r1 N/ N! ^
3 t0 D0 H2 {5 I: z" X

. A( d) w9 w8 G! b1 [2 p9 M( m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。
. l, i* A# Q6 M0 t! v7 n8 o
) `& |( [0 K8 Y% `个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。
2 ^+ G8 t* \" \# h3 P1 D5 w8 I/ G
& L6 ?7 w1 m/ N; h. V; g  ^2 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。
3 O. [- O5 Z. Q  `( F; I* ?* [% C
5 T# A  t8 K5 S. H: |& F


2 B6 A$ u6 z' {4 J8 j. v4 }

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
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
4 F! x) w7 D8 d) ?, {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？

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。
3 k% N& M& ?: H. B+ Q
  \8 o/ i' V% _8 o7 R  P: W6 [9 M

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。
/ ~, Y9 ]5 u6 |& J) S+ R6 \
( O# T( {0 {1 d3 J" ]6 |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。


  K( \' q9 h" z, u! {$ B

潮起潮落

+ X; |8 R+ Q: e* `

TopGun 发表于 2013-2-4 19:10
- |/ e0 D" Q# d+ C* t8 L! ]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  l! V1 @) ]
苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...

8 m" n) A. _$ a: j# n. 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。
* x9 j1 X# u% F; h
" ?. U& _+ B  x4 R: E. |5 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。
6 \6 L. X8 O2 O, _  a. ~, |; J6 Z
8 P0 I5 `8 c; `1 }$ N3 i, Q


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。
* w1 G( @1 B2 i# {$ b
+ b. F: W& D! x
' o% N; q. r8 \1 W+ J6 U8 t/ ?

TopGun

潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22
2 H: N  S" G1 }- e“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。

双壳体对艇型有修正调整 ...

美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。

) @. v! U8 O/ C' J$ J9 E& O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。
/ d0 y+ o5 w" x& f/ K" i
, K! a; m( F, N# J  l1 H( Y- \' R/ j3 ?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 @6 s: I& R3 G$ I% h- @+ P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？



$ a8 _8 w; K8 n$ h. 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？
' Z# R4 s3 M1 k" D

潮起潮落

  m7 Q4 {: `! ]. |8 l+ U

MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52
' Y- B5 ?# l4 V; @2 g1 ^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？
" @  l1 [' z$ s: k* B' m1 V ...

! B% @. l$ p, D# K! e
1 v+ e2 z  Y$ P" ]# n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。
7 E9 I7 v  o. W5 {4 y; S4 g
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。
. Q$ c/ ]9 k7 j" S- r
" U; o; x, g1 f2 ], i* C1 S
9 C2 V0 E% B4 ?

2 ]1 p" ?& ~& I3 a  Q' s. w

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