【原创】图说美苏核潜艇的兴波阻力

潮起潮落

# ]" r' J  k- d% Q* r, D8 I$ G
2 L( O) {) C' C: b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。
7 G" V( T& e2 ?$ E+ C+ l' E
- J$ D! i$ Y4 o3 u  {; f2 H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, T. C! {0 ]. E$ z* [4 D
1 K1 W/ u* z' g2 c2 d4 g% G7 k. `下面发一组照片对比一下：
2 O6 z! b+ Q" }! c0 {$ Z1 X( r- K2 Z: K
& [: u# k* ~% y+ k+ b  R* s& h8 v1、        低速航行


2 T, A; V% S: z& s8 V  M+ cBATON ROUGE号


) h' ]& W( d7 B0 [V-2级
( G' r" S7 ]/ A. \. p. }
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。

3 d" H5 ]/ N$ a3 T4 s: v  e9 _1 l% x下图为苏联V-2级核潜艇。
! v# c, D4 `8 ~: q
# ?; [/ a5 L" f+ M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。
: J& V- l% h0 t0 p* ^! m( K6 E

5 R: P* D4 l& O9 C9 x2、        中速航行


弗吉尼亚级
5 e& d5 _- M4 f9 n. `& ~# p
( Q3 P; k. f5 P' q; Z
0 M) ~/ t+ _; n: c% A1 q* i! |V-3级
3 c4 t; }/ J: l1 F+ [
+ d8 f6 T# n% _0 e# H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。

) e6 I5 L% \, a
3、高速航行
4 x: i5 D3 U. h) z  x  D. _
: J) G' v8 ]0 o6 j
高速航行的美国洛杉矶级

4 L8 F/ _; h3 L3 s7 @. h
P级

) G- n7 ?! t4 e, B9 K0 z5 e
- H7 l2 n2 B6 n/ @3 yC-1级
- s1 g/ b  l7 T- ?" {

* ~" i& l5 ~1 g; ^6 @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。

9 z. Q  N) @& b; N2 a* a, \2 o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
( R  }- |% H; s7 w& J
$ {, M2 p1 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。

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 }0 O0 ]6 l: ~  c0 u2 b; u
' X* p  I& x+ [7 V
. w: e0 l7 ~2 B

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。

5 Z7 t2 G9 @( ?* O$ q* U6 l; v/ D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
* |: d. d* L: N/ c1 T2 f$ Z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。
; e2 a3 e5 D/ v$ ~0 i6 t

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 ...

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 ...

, v0 K# i2 ^! v5 i. q/ I1 G. C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。
" Q; Z- c7 n5 R& q. W( X

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 ...

/ z  a' ]) O9 E2 Z0 S# A严重赞同这句…基本就是跟棍子啊

潮起潮落

" h0 M% Q1 h& e/ |1 O7 ]: q  |6 R
发几张线图比较一下
+ B% j0 x0 z3 Y) a4 V) z' Y

洛杉矶级


& w% E2 G5 \" N; v. {( e弗吉尼亚级


阿库拉级
. P- R& w# @% E- ]" @+ p: Z9 v
% z  I# C6 k+ q& ]
阿尔法级
2 z6 A/ @! C# R; Q) m0 T
  p6 F4 @! a' I1 S9 a

  @" v5 N6 K' |! K  Z亚森级
; s0 I8 O. s. W7 p

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。
. J0 i; V4 l9 Z
个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。
( j/ j5 I' M, \' n
" e! z, ^  h* N/ C! n7 |" i; L/ J" P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。

# u, `4 a1 w& W8 J, [4 m: x: H8 t
* L. h2 O1 `, f- d9 i& ]: K6 [
/ k( k9 y  ?( X7 @; g, H
/ f0 K1 b' \) n9 h4 [5 f& D

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
& f$ [, J. T& m: c1 ~% c6 r$ Y. x发几张线图比较一下

2 H  A8 R2 n$ A( U, l7 H. g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
7 c4 s/ K# \) k% r# H1 w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？

8 t& _7 I  ?/ g" |; g
9 a( W% X+ ^/ S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。
+ {) D$ b3 `+ s' C/ m
# b* w- G. |# j; A+ U

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。
# r/ X8 O: Z1 \7 c
苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻力小。

! }0 y' Q! V3 o. T9 C以上请指正。
1 }1 k+ n8 F7 m7 o

潮起潮落

TopGun 发表于 2013-2-4 19:10
# U1 h- D' }7 K' \: ?& _  {) A美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。
4 U, m& M! i$ M+ H, m
" a0 q, F* X5 P' N苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...

; x$ h; n$ ~& r) X7 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。

& q/ x8 D+ L. z2 k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。

+ x) _: h. K+ g* X, x8 G, |6 b+ T

" r% i# d% d6 T7 _/ V- V& ^
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。

4 d7 ]/ x* V  M9 e3 X

TopGun

潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22
1 d+ K' t: Y+ k) x“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。

9 D; d/ A' J* P: P, K3 t双壳体对艇型有修正调整 ...

& `# ]- H5 T. r; @6 T. y美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。
9 _" G: `: n) c$ a# J* m- T1 O& C' Z
3 H$ P% D6 ?  i% m7 r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。

: M. m8 U" D- h) f& s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 p* r: u/ f5 ?. 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 A& {7 f1 n8 R
- S. Y9 Q# v6 k/ K0 I. z5 ~
5 A( O. |8 A  L2 ?6 K7 e. Q
2 @% b. e4 Z7 B3 f1 `

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？
+ c$ M: @0 A: [5 E  h, v7 U

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？
- y; C6 V( r8 ^. `3 q3 z/ ~3 C ...

# C5 K  @% B: @; {  S
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。

% I! A3 Y8 j/ Y5 {/ M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 c. C0 m1 ^$ F0 [# Y6 s: K

" A7 y. W0 a- V5 i( H

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