【原创】图说美苏核潜艇的兴波阻力

潮起潮落

/ O8 e3 T1 v; I9 t1 O% V
& r- i! }4 z6 w% m5 n& W( n/ 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。
. J6 ^2 y0 ^7 E( I9 h
% R7 k' }) K- Z) D3 h0 {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。
( ]# s/ S( |0 s
+ u# G7 G: V0 R7 e* J8 \) H下面发一组照片对比一下：
  J  x4 p) D: d2 f- ^$ `8 D
8 P, {9 k! U9 @1、        低速航行
' J; B/ m; g: G) H) g2 K* U. Z1 W+ H

BATON ROUGE号

6 b0 _$ O: {) _) _8 H0 }
V-2级
& Q$ w# q- w" L4 H
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。
7 T5 i2 K$ a  I% v
下图为苏联V-2级核潜艇。
, j' H6 ^  R8 A% K, I$ X6 A
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。
8 o; B; Y6 o6 k( _& g8 J2 U$ |

2、        中速航行

% P: @( G' T6 G" H1 o$ J6 D/ z
弗吉尼亚级
9 h) p7 j) h, c% ^; Z( `

: Z( T5 g! D8 F% [+ E/ JV-3级
5 v9 w" i/ c+ B+ W% |2 V* X
0 E* B) o2 P" p& [  G9 t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。

( W4 j% O3 z, o5 a4 x3 f
* m1 K) s* W, _6 I( V3、高速航行


高速航行的美国洛杉矶级
  R$ E. r0 I- s4 d
3 }2 @4 M( H/ {& G3 L: n: _# b; x5 q
9 I; q+ a. @& T7 jP级


# m/ i& k2 i/ S3 T1 O6 e1 sC-1级
& Y* k' M' c+ I# W/ m. }, S
: h4 V3 |' l( d: i. Q. r
/ {6 p7 U) b; q/ [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。

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。
2 F9 |7 H9 v- p' \$ l7 h
4
/ p4 g1 z& _: ~! c" t+ Q1 g0 e
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。
0 }4 j' z, o5 @  n7 f
- ?+ M! z, ^) `6 x% S! I1 O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 r: l4 I, L6 {& i* |* L

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。
: m' s, f+ K9 e( i8 D+ l
; O$ d8 O! @7 H6 E+ C) l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
% Q# d' x% Z" h* _2 y, k# h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。

' ?* ?2 ~1 R$ K. H( m& [' x

猫元帅

潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
5 V* m8 \3 M' [' U. w5 c7 E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 ...

- k! o! K$ I5 c, g9 c$ m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
% x% q& e# b2 `. n. x2 I* V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 ...

* }' o" l2 g# a. H( C* P4 d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。
+ _% H7 s3 u, X; ^, v  U, {$ s) e

groovy26

潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
3 `6 g7 [5 G9 }7 t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 ...

严重赞同这句…基本就是跟棍子啊

潮起潮落

. N" }2 }" `8 o) u: @! W2 r$ }
发几张线图比较一下
" t& Y/ z8 e3 g: C0 v- E' d0 `
- `$ L8 z, S- n* }' g5 i1 U
洛杉矶级

9 v/ I) i$ W; |
弗吉尼亚级
' _" w) C$ \6 x+ E; q( b* I! O

阿库拉级

6 W: Q4 R- q1 i4 T1 R6 Q
阿尔法级
. l6 n% G5 |) }- {) u2 s) B9 B  M
( v; W9 u8 q8 ]" ~" P% \& x1 Q

亚森级

2 o3 \4 G* L: Y) |
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。
3 n4 m$ N' ~7 o3 v) h
个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。
4 s# P  L; ?3 o# I) G3 F
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。
% z( m5 j( y7 p: K  u* ~9 o& Q



" S9 o3 P/ t# F9 b" c

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
2 R' q6 J, v0 p8 L8 N4 O  I( w. F发几张线图比较一下

& x4 ^# H1 l& a4 ~# A, N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
4 a4 X( Z2 R9 m- E& g  V) K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？

% `, V2 J- \; f8 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。
8 s2 q( c2 Y: f0 R

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。
5 c& ?0 Q) C3 _" }7 ]$ I2 k% f
4 f: N9 R' x1 J4 X! f- S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 W7 G; m" p2 t! o
0 {- Z5 t5 |; I2 |# n( c以上请指正。

  [" l# L& C: ], d3 E5 Q: |( e& Y/ d
; w( u8 W4 M% y" v3 d) }9 c) ^
0 B: Y6 r5 A8 D

潮起潮落

TopGun 发表于 2013-2-4 19:10
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 ...

- k; F  l* ~. ]+ j; \2 ?
* n+ N! t0 d: f5 ~+ e“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。
! O* E3 S. f7 \6 c
$ F4 ?2 ]" ?/ T' F9 ^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 F. v* t6 x
9 f. _7 `4 u( A' x" A


; }% A7 R' _; P5 S6 \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。


7 K1 v7 E+ r* r! a) L

TopGun

潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22
. o2 ?. X9 e, R- B! S! V+ m8 j“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。
* j" j; W: U7 ]. ^1 g
双壳体对艇型有修正调整 ...

: a! p7 a# E- k美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。
# ~; F% c1 ^* k" v" N; {
2 G' f, F! ^% |' j6 N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。

* h  z  M0 [% g- x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。

) L6 Y* y( D) S; g. }! [4 I8 x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？
% D2 X6 F" B6 \9 n. i

2 z& l% w- I5 f, N: K1 ^* ~


& E; E  C2 J9 [  h, b# d  W% A

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？
& _% Z1 _( |% a# K7 R: v

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？
...

2 c/ n$ I- I* U8 w5 I7 |) M1 E不是技术流，仅凭上学时对教员授课内容的印象试着回答。
6 t/ K7 {" p) S8 K5 ^7 z/ c5 g
& y' r; w8 v, F! x- q! x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。

: u3 t5 W2 Q8 b4 ]. \9 i0 [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。
  y* D7 C; `% H5 C" |& a& ?
, r/ ^7 T5 x+ D5 I0 P  @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。
$ U; [" q1 X. k' e; v! Y
! v+ Q7 F! t& I% e

( Y: k, g/ \+ H4 n# O- ?

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