【原创】图说美苏核潜艇的兴波阻力

潮起潮落

$ V. o0 ]! x+ X' |2 }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。
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2 i: H; Y6 f5 x& w下面发一组照片对比一下：
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* B4 k7 x! [3 C  c9 g- B1、        低速航行

- S* x/ m1 J- i' @# Q, z
BATON ROUGE号


) Z6 A! C& a! B. pV-2级
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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。
) L' v' g3 H* s, y7 s" j
2 D' E) }9 k$ b1 B下图为苏联V-2级核潜艇。
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/ w* a3 l( }* p- j& G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。


# T) K7 Q3 y& i2、        中速航行
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7 |( M% R! i; {, u$ L% t5 B弗吉尼亚级
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2 `% z; h# J9 gV-3级

  b' y: ]. {2 C% D' e上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。

: Q1 e* _1 f* |  I0 I  u  b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。


2 Y2 r7 T/ ]5 T, u) r- ?& J( d! W3、高速航行

3 o4 U/ V+ f5 u, N* S) I% h
+ S8 _. N: Q0 I7 W* W0 l5 A高速航行的美国洛杉矶级


4 h* a; F2 }6 k" I% T) BP级

2 l9 i/ l8 W8 p3 n" i
C-1级


. l8 Q5 N6 A+ q+ I0 Z6 w& tV-1级

- O7 ~0 }! j+ D" 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。
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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。
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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。
* n+ n; n: G+ G
$ `# R7 O" C$ W! S( g) g+ U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。


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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。

# \: n* u1 ?2 B6 I/ e; Z2 K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
+ n7 _9 v7 ~3 b9 p0 z3 q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 ...

$ `: E1 r/ c. q, S1 W* K. 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，艇型基本就是个圆管子了。

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猫元帅

潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
" d' D" O. d+ }. f8 ^" X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 ...

4 p1 J, P0 E) Z7 u  `" O% w: d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  i, X4 t7 x. y0 V1 ^1 Y0 l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
& C; m( q3 t3 }+ ^% u) k% l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 ...

  v: J2 u7 }' i2 s- L, q7 i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。
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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 ...

% `5 l5 }# r/ `7 {' w) |% T严重赞同这句…基本就是跟棍子啊

潮起潮落

1 Y! \5 G2 r% b0 a6 N  o发几张线图比较一下
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( c8 Y) o; a* I洛杉矶级
: W* {0 S$ M" e8 a
" |; Y$ `) R2 E3 w% a! U, |
弗吉尼亚级
" F* S% f+ u* }
; O' O5 H0 j6 E4 @9 Y9 M
6 ?3 H* A) U" B. d" {' d9 ^阿库拉级
, U2 o$ d" f) C6 X! w
3 W! {9 ~  s9 A, J
阿尔法级

. Q. Z1 H& q' N) a3 S1 p

亚森级
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1 \6 z; Z5 @2 Q2 a: M+ H9 f& ?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。
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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
. Z! K- E& g% ^; I% E发几张线图比较一下

8 F# s! O! k: H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
3 t8 w0 X: O( _* r6 \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？

6 }& P+ `* ?* F) G* N; h4 o
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。

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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。

# ?6 E" D* U+ k# n( y4 K& Z8 l; Y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。
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潮起潮落

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TopGun 发表于 2013-2-4 19:10
8 [* E/ w# |5 W! T; F& Z# Y美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。
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5 h; j  s9 x& a) {- z苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...

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“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。

7 J! J7 a: E( M  s* }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。
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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。
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TopGun

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。
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% K$ c- D, e& f6 V双壳体对艇型有修正调整 ...

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美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。

5 E/ Z' b' I$ w& \( h9 W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。
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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。
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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？


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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？
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潮起潮落

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MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52
5 o7 y+ Q! q2 B6 ?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？
...

不是技术流，仅凭上学时对教员授课内容的印象试着回答。
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+ m) X& z5 H, I) L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。
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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。
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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。





) q1 a+ E7 S4 A! m& g

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