【原创】图说美苏核潜艇的兴波阻力

潮起潮落

9 ^' G, Q0 S  ]
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。

' g, e: X& @# A8 R' a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。
, W: _; }6 ?% s6 O! m0 U  w2 F
7 C* M* _) Z; j) l下面发一组照片对比一下：

1、        低速航行

  U5 v- ^8 }6 ]
BATON ROUGE号
" ~( U2 d0 }: L2 V4 M  x' p4 x5 {5 F

+ B# {5 U1 Y% Z- }4 LV-2级
, D7 F# s* I( `: \! e
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 J: O$ X" E$ k下图为苏联V-2级核潜艇。
3 q  G8 o7 Q0 t% ~  W7 C/ r
+ B) m$ z# }6 g8 W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 \. _& {) P
( _9 U2 |3 k. N/ @: H
, p% W" M8 j3 C/ V8 [1 D- `2、        中速航行


弗吉尼亚级
  {1 t* m' \* i# t# L. Y$ w% o! K

V-3级

- g: f0 \/ t( I) `& L0 z上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。

+ U7 v/ j8 u' e  D8 H3 E0 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。


+ Q8 \8 D* ]6 O: T3、高速航行
# x  p6 e) j, E  s2 C7 ~! W% K3 X
; `! A2 k5 o8 ^$ f7 w
高速航行的美国洛杉矶级

# H1 f& Q! B# r  A& t4 m% n
$ H1 e/ H! L& {( ^2 ]% RP级


) F2 J" q4 ^* b& t8 L) mC-1级
. f5 G0 C! N) h" K% N4 m

: w' ]( x# p" [1 d, D) g: HV-1级
6 J9 Q8 t% y: e1 I& |5 e, x# A
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。
, q- N- n5 m; q+ E; R; i9 q5 q
5 ~$ K- T& Y/ r( ?. |$ w/ S9 K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
# a# l$ t& r. p, T1 |
# j8 o( c8 [# ?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。
. `* M5 \' F, ~' b* g

+ [. M/ ^# ?" v7 z

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 ...

! S% r; S2 B2 H" |0 `& A4 \. B1 |& _3 @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。
4 Z# A% ?: ^- k$ u! G8 O
* T& ~& Q/ X) Y0 f  a; [/ J/ R

猫元帅

潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
' ^: M0 h' d4 D& W; `- @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
  S; l: d) ~& W- }1 \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 ...

. g3 o1 @( ~; R$ }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 ...

: k5 F4 O3 J, S4 W& y! y1 V; P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。

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 ...

6 F: \9 U) v5 j, {. L严重赞同这句…基本就是跟棍子啊

潮起潮落

. `$ f- @6 S. e: [8 R8 p
/ L( y+ C1 p' a0 W9 g发几张线图比较一下


3 T( {2 l% o- U  g2 \' c* A  |4 Z6 F洛杉矶级
! }. s2 W/ F' s0 f) t
. n# {/ @% E$ s& B
弗吉尼亚级
' D0 d  ?: C  `* ^) R2 u

- C- k* ~2 }3 M- d; Q1 n7 Z6 s阿库拉级

& O7 r" ], V2 n1 n0 c
& i$ z+ O7 B6 \阿尔法级

$ i$ ]1 c7 E3 g
( R3 W* t* [4 m6 S, r  n
亚森级
  }0 {' a5 w# f1 ?; `4 g- k' x( U, Z

9 h) ]. Z6 R2 o3 a; g1 N4 C) 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。

个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。
8 s! }3 A+ Y# K% `% h" e
3 j3 i6 K6 x) T! S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。
$ f- ?$ }7 h2 T" s9 C& d
: X2 Y4 L& ]. c# D# V/ @% q

2 W# v& h" l# P- [7 O/ W, y! b

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
  v1 M* A0 A  H; X; C发几张线图比较一下

# e" k5 k+ z1 z" e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？

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。
) S5 G5 B/ x3 K/ k

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。

) Y7 q& i; t6 ]' l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 ^" @. q& G, ^! Q4 |以上请指正。
3 s9 K7 ^3 F1 a



4 z$ u; T. @9 k; Y. p: z& s& U
7 X) K' o$ i8 {1 w, b0 w0 P2 I

潮起潮落

. d8 ?+ B" G. t% J5 V) w

TopGun 发表于 2013-2-4 19:10
; }: @, \' E# [4 l2 _美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。
2 ]) d( H' I, W; Q- X
0 c/ t6 p1 u; Q6 k苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...

“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。
5 \* n/ s6 y6 Q: a$ h
  M: R! o  G2 S, j+ ?. 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。



- V8 ]1 N  O% X: ]
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。

TopGun

" e! P: T7 N# ?$ ?) f, ?+ n; B

潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22
! M, T7 e' Z3 v; Q( C4 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。

; G% T9 F, g  _+ k; r. u' R双壳体对艇型有修正调整 ...

7 m# u) b# @. v) Y! `美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。
- C: Y6 C. H4 P% G) K
5 W7 C$ s2 c- C$ R) i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。
4 m; q' C% U9 K% H/ Y$ E3 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。
. |" [0 _  o4 I9 v* J
* E. _; X; E8 ?9 g$ V. W) Q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？
& I/ X2 J$ d$ n9 h3 C9 d
: E9 d; S% s% I" Z# h3 U9 z

$ N! X5 z% s+ g# a6 Z: r
6 s5 i! d9 h1 @2 x0 Q7 @5 ?# J4 b& ]
* O: q% I( u' X# T: J! f3 b1 K

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？

潮起潮落

3 h3 t" n7 n  V9 o

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？
9 h& |7 j  `  q, Z ...

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。
# J5 F; k; i+ v3 O( t# E6 n! ^
# H( T+ G8 W: A* ^) h6 e: F! G! 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。
9 R4 z# t: \# P* ~4 e# q  |/ l
1 k1 C8 K" C+ l2 n
  i* S* a. P0 t- c% k


# P9 e1 M) e" [6 V- c5 F

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