【原创】图说美苏核潜艇的兴波阻力

潮起潮落

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$ p" H+ z. x3 V3 W2 F  ~8 r- f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。
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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。

下面发一组照片对比一下：

1、        低速航行

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BATON ROUGE号

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V-2级
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& k+ Z' }5 t; q& B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。

下图为苏联V-2级核潜艇。
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5 H/ j% ^& p7 c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。

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2、        中速航行
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弗吉尼亚级


/ y' }* M6 p0 k5 ]0 eV-3级
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上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。

9 Z3 f8 d2 W4 R2 q5 Z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。


( A$ P( W- O. @6 E& h7 M3、高速航行
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! y7 L" ]" m# B  ~2 }5 M( x$ n高速航行的美国洛杉矶级

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P级
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C-1级

7 A4 @! H4 y; O  p' B/ ]
+ F* Z  S. s' L. A' g8 e- qV-1级

/ p" m3 J. `+ h8 T7 m% ^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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/ o' C, K+ v6 Z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。
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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。

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
0 n6 t3 C6 a5 @+ T' B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 ...

" C' j/ O7 F: w+ }; ]4 W3 ]4 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。

猫元帅

潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
$ e" h+ X: F! 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
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 ...

4 F1 g5 f$ l) l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
* v$ y9 p& [- e% ^' k2 r5 a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 ...

  l1 E6 C) @/ s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
" g# U, y: i; 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 ...

  Z  D1 H) |; T) s2 Q; I9 y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


, o9 u$ b8 f8 ]! x洛杉矶级

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弗吉尼亚级
; s6 S) W6 c) K

阿库拉级
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. }7 Q2 F5 S; p) {4 L3 P0 x4 x
; a' n( B9 i( W阿尔法级


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亚森级


. E. i6 {( [- f% C3 ^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。
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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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% h  Y; l: k; e8 u& E5 [0 c4 k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。
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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
, H0 `* ]; J7 \& H6 j+ v) O, V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
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。

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。

" [% g. q7 s4 a  }' {* D1 j9 A' 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。
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以上请指正。



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潮起潮落

TopGun 发表于 2013-2-4 19:10
2 }0 k" D$ Z8 Q, h0 C7 l6 W# O美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。

8 E/ F3 k; |: W' P苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...

& Y: N7 @6 r  {* X' a3 G9 R
“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。

6 ^- Z. M; p: w: W" g5 x/ y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

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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。

7 ^$ w& c2 T- t2 q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。
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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。

% ^. s9 n6 J; X1 x8 e" k2 U# B3 n6 d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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6 H/ |* J0 v+ i- \) f, I

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
/ }; M/ m( B8 {" N/ b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？
...

! w2 u, M- u& `9 N( t- D
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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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。

+ p, Z3 C& n5 Z& ^2 b5 N' h2 t. X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。
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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