【原创】图说美苏核潜艇的兴波阻力

潮起潮落

$ Q5 ]& b* a' \
6 p4 x) d) i" Q, G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。
  |/ v0 I. d% t" y
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。
' g1 V" w1 D: M4 z) O% c; Y# x2 ~
6 u8 ^5 p! w0 w5 g, N下面发一组照片对比一下：

; J- }9 j$ q3 @, S0 _  [8 H# i1、        低速航行
& c7 d* N0 k7 _7 _7 }* z% i
. [/ z$ _0 X* L" X
# O2 a0 b6 l, J8 c& G) g, qBATON ROUGE号


% B, E: G* f$ a& X- mV-2级
- l1 G" x- Z- d8 E) z# w1 T
& ?# V' Y3 Q. D" f8 `) 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。

下图为苏联V-2级核潜艇。
4 E# E) z4 n2 b) A* R
$ G" W9 S. I# ]* Z  D5 P$ p0 T7 w* 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。

$ q" J$ B! d3 N6 m0 g: g! _( Z1 V
2、        中速航行
! s$ ^+ Y: o* x# Z/ j
3 M1 |0 U' y" w/ y
弗吉尼亚级


! B. s" w/ t8 D- D4 m  F/ x: vV-3级

上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。
- f" v) C0 ^0 G* m+ J9 j
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。
6 E3 m# X6 y1 Z, r

3、高速航行
0 A0 N4 Y! }/ S. I) Q

高速航行的美国洛杉矶级
( F' i6 \2 k5 A. \4 p
3 Y( E' Q2 L: i1 v2 B6 R! n
P级
$ D. Y) v0 l6 a$ j. V+ v

C-1级


' ~1 `" X4 c, d8 F* XV-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。
2 K- F  k' q# Z& f) D0 |* Q7 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。
6 h9 }8 ^1 R; }/ q4 {
4
: H& t& F) z" X2 B+ ?, _
1 ~) @5 b: p8 K: M& U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。
- W. }1 f* f! @  D

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
6 s$ W, S; M  i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 ...

& ]- ^; \) ?' Q4 z0 V. L4 b  {* f' 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。

) v: S- ~7 U; k5 N: 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 ...

- h% O; ]* e5 V6 q# v% r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
) @+ G% `( u1 q0 h8 e! `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 ...

$ m) a$ V  }/ t  R) {- G4 x8 q0 a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
, B1 L9 X0 z$ J' e- |' o* N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。
* H2 r3 u. Q5 q; C2 h( V5 v# f5 C
! V" |2 O8 s" @9 V3 m! p

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 ...

3 N- b  d0 t# P: |' W! ^严重赞同这句…基本就是跟棍子啊

潮起潮落

8 N  Q# u  j: e7 V$ n
发几张线图比较一下


, [/ n, t' R+ p) w% s3 D洛杉矶级
: Q! ^% s) L2 U' |. o2 v
& Z: C) k3 V# y3 m' B/ v
9 e; |3 S8 k% Y0 x8 ?弗吉尼亚级

7 e: W& o; V8 Q/ @  G" ^
阿库拉级


, i. S4 N: r. [% y1 v, x阿尔法级
0 l$ w8 ^* _' w; y+ x. H! e1 \* i
4 `9 C& \7 \. A$ k5 A- L  F
) X0 P3 j3 V0 v/ A, e0 s& w2 H
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。

个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。

# G( l" z* u. U  @1 N2 t/ b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。
; K/ o; ~* o8 }, z" b. {. t

1 M  I. F* T" e4 p# [
3 S# d# L6 k' Z& y( p5 a* x

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
: {/ ~# _9 v( c0 L- h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？

9 Z" l3 H" u1 ~% r9 |6 a% v) r9 |6 N; V4 I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。
/ j0 l$ y) K5 b1 W! t+ }
$ [6 u0 O8 W5 k. ?苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻力小。
9 \6 k0 l0 p0 m2 H
以上请指正。
4 r. i8 ^+ [$ u3 g% X: j) b
, f* O) n: g1 k

' k. l- w# H' k  n3 n  Y3 }- [

潮起潮落

/ b3 t- F9 S" P2 B  d( t+ ^$ ~5 F

TopGun 发表于 2013-2-4 19:10
; O7 r- c' J, F4 f. ~美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。

苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...

: v# t6 \1 ]" p( Q' |; ~“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。
! e5 f: ~8 w9 L, W$ {: c- [
7 R  n, ~$ A: t4 r. B  x" H2 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。
3 P0 d" _9 z6 v" V) _) b
" u" C# M! t0 R9 Q; e9 V+ V/ q2 n


& u& G6 U- A7 U5 e4 T! N# m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。
* k+ u: G2 D) Y+ q* x7 ?
! Q# s- ?# r9 b9 ^3 ^; u

TopGun

潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22
% P! @: ~7 {, C, z, U! D“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 ...

! Z3 n; t# ?  g$ o5 S: s+ v6 y美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。

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。
0 }) w: s: Y2 @
1 o5 Y( |  A) 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？
/ T( v# k) d. P* |& Q


4 S' S6 q( i5 r; X) H

( i6 H( W# X; b/ p1 Z
0 a0 L7 x# H" E

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

MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52
+ T2 Q8 N) h1 L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。
7 T9 t" X8 b3 T
* A! h! w5 L2 w# `$ c0 v. j/ r( g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。

" m  y: E' ^( `: H( z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。
  _- U3 r7 m! l: q2 a
2 }- Z! K, E, d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。


) F7 }4 x6 D* P4 U) _
( U, y# I! F# a1 q% S# @4 t

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