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标题: 【原创】图说美苏核潜艇的兴波阻力 [打印本页]
作者: 潮起潮落    时间: 2013-2-4 13:03
标题: 【原创】图说美苏核潜艇的兴波阻力
本帖最后由 潮起潮落 于 2013-2-4 13:09 编辑
$ E' U; c/ b% r$ u; f
# A5 I* w  K) D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。
' J3 r# s  Y* E2 [
/ ~5 w! K5 Z% P9 `4 }5 V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。( c2 Z1 k" P5 P
2 y) h8 `! ?: Y0 X
下面发一组照片对比一下：
! J: s$ Y' p" J
# O% u, f- J0 I5 a4 L0 \, ?* T6 N1、        低速航行8 f8 o2 C9 z! Z4 [

8 w; _$ L6 @+ O/ I" R0 V& L4 }' p' n4 x
BATON ROUGE号* q! I( {- i& c! ^, A2 t
" i& W- G* r* G& F4 D! y4 G
4 t+ M: [' p5 S( g8 J7 P
V-2级
/ f7 n, V% @3 [" F# i3 v
1 m- u- {: E4 s( f3 w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。
- N3 \+ o7 S+ H: i/ p. W& O
; ?2 v* W/ Z; e0 p4 {$ }下图为苏联V-2级核潜艇。5 H$ P5 \- a$ ?2 B! T/ |

" o( m3 q6 ], U/ u. P- i  i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。' ^& k: ^5 D/ Y" {1 U1 T$ j" s3 i* H

6 E$ \; l: L! s/ @# w% L1 E0 O
, ^* H1 O+ n* E9 i1 f2、        中速航行( L, y7 n, f& c& s8 F: j* d
% M, `% h  B6 p: T& r1 M% |

2 W, l9 K& f7 a& t弗吉尼亚级: ^; u1 M3 Q) u; q3 {
3 t4 T; Q# n( M

, s3 h1 w2 m; v6 z1 T5 FV-3级% [+ y* Y9 U* l1 h4 D
; P/ \0 x9 F. ]5 {8 L! t/ ?) M4 P  m
上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。
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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 j" A1 {" w$ Z

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3、高速航行- N5 [2 t# {* ]2 C
( K, I5 |% G" \' T$ N+ S

7 _  F2 I2 y5 T9 y/ h5 Y  ?& Q/ f高速航行的美国洛杉矶级
' J$ [# Z1 _5 q( M: @3 u! _- p& p1 ?& g. n4 t, t

! h' V; |$ t2 t" I. UP级8 ~/ ]0 l6 ^6 j

8 {5 f7 H9 S4 A2 s2 ^! N2 ^  S5 V" W/ P4 I" Z0 Q/ T. w+ Y% l, n
C-1级
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1 f! m$ d: C, Z
7 q0 N5 K' T1 p; [4 Y1 ^V-1级
) D& \' M- }- M6 q
( e  {$ @) e) w; @, Q! z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。. n& i  T- u/ b
/ u) H; R6 f. }  @3 d) G
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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. y) P/ m! L5 a: H3 ^/ \0 V4/ P( R" G7 d) i. ^7 k6 ^

6 @1 W' L$ Q  U4 n$ E, G* T$ v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。: }) [* j" W" Z' A
5 _% s" M" x0 g& d8 I1 e( N
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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作者: 逍遥探花    时间: 2013-2-4 13:14
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。
作者: 维京老海盗    时间: 2013-2-4 13:37
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？
作者: 猫元帅    时间: 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一样，不好比较。4 F/ t" c, K1 M) r' s3 }6 X

; L$ {# o+ u" 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。
作者: 潮起潮落    时间: 2013-2-4 14:01
猫元帅 发表于 2013-2-4 13:44
& n% {: u" z4 d8 P$ `+ c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 ...

/ E* u3 J* f- m+ V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。; a$ M8 Y5 \$ S! N' U, L

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作者: 猫元帅    时间: 2013-2-4 14:03
潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
1 G( x! U/ b9 e- Q# ]7 ?& H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 ...

' \0 @. v/ G8 A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。
作者: 潮起潮落    时间: 2013-2-4 14:07
猫元帅 发表于 2013-2-4 14:03
- d$ J- |, x* }- Q5 A0 n8 j! j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 o7 }9 @, W' n9 }4 ]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。
作者: akboz    时间: 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212/214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。
作者: 潮起潮落    时间: 2013-2-4 14:55
akboz 发表于 2013-2-4 14:20 . L2 B# v: `# ^. }% 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 ...
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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。) w" Q. @/ `  g: K; [

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作者: groovy26    时间: 2013-2-4 15:21
潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
3 O9 K& p, q3 x9 i- a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 ~1 L: l1 C- E$ X% l& h2 _) P严重赞同这句…基本就是跟棍子啊
作者: 潮起潮落    时间: 2013-2-4 16:43
本帖最后由 潮起潮落 于 2013-2-4 22:20 编辑 8 N' F& O% K) N; h+ L; ], u  N

- M) f, J, H2 l* r8 L5 j发几张线图比较一下
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5 L4 ?! `" l: I/ _. D" r3 _* r; E洛杉矶级
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1 W  \0 u9 `! H9 p8 t* U' F% `/ W/ ^; J  D* w. b" B
弗吉尼亚级
3 c1 ^( L! V. }! g4 t: l. P8 R& [5 D9 W  @% Z
' u3 N* U" f: l  x# r. W
阿库拉级. x  L0 S+ \- f# o5 J5 n
" F+ C4 P& H; |# o

& E! o6 g" H0 f8 H+ }阿尔法级( s5 B9 Z) u  |- G7 i

+ a( p& x: m( Z
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亚森级
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  S& e6 W" M2 y/ `/ c" `, n
& }* g4 v  t" t7 y8 S0 Z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。
9 I9 E) S3 _" I3 ?: T) N8 W$ @6 i' G' d( M/ {' I
个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。8 H9 b# X! S; d& s* R

5 P5 d" I9 t0 m. D0 L! {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。3 v' P6 o* w& z% {+ U

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作者: 大鹏翔宇    时间: 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？
作者: groovy26    时间: 2013-2-4 17:37
潮起潮落 发表于 2013-2-4 16:43 ; p, K1 Z0 |( l5 g( F' C2 G
发几张线图比较一下

5 d( L$ e6 ^& w, }3 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？
作者: 潮起潮落    时间: 2013-2-4 18:05
大鹏翔宇 发表于 2013-2-4 17:09 ' D5 G; @) T( q/ {$ {
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？

8 p+ Y* t, `# T) W0 u
' w0 A+ k7 w. x, @5 d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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作者: TopGun    时间: 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。. y" y7 ]6 J. S7 R/ s/ D( d
* j# p7 p- I6 R% T5 v& d
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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: k$ c& X2 J/ d+ ]' l# I以上请指正。" {% M9 L, B; I5 o4 q; l# t/ J3 p) j

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作者: 潮起潮落    时间: 2013-2-4 19:22
本帖最后由 潮起潮落 于 2013-2-4 22:39 编辑 / r! }% o+ V+ U
TopGun 发表于 2013-2-4 19:10 % k8 N5 L3 P" h% z) _* ?" n7 k
美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。
! p+ V$ \2 }# W4 d# Y5 c1 H) M/ g
. }, G8 d0 h; t' ?7 E- |苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...

" s- j) q3 K; L# |% ~/ o. e  L% D+ F" K9 {
“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。
' Q! D1 v( Q) E5 @8 {! R2 c% |: t; @* e) ?" e' X5 |' m# ]! t, n* Q
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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, h& Y! G2 G- v  x$ x, c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。9 k8 a* [$ V' N& P" Y6 q8 T, c
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作者: TopGun    时间: 2013-2-4 20:16
本帖最后由 TopGun 于 2013-2-4 07:17 编辑 % D4 ~2 }# X+ C. J5 _8 d
潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22
2 ?* r# F' N- a4 D7 T+ z“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。+ W& J1 ?3 c4 y
. M, O1 z" B1 R2 A# o2 w% _- a
双壳体对艇型有修正调整 ...

8 e# H' v: ]) T% R! L8 O$ L% y/ P; l4 }( E9 {
美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。; Q# h$ Z! Y' c8 {7 K2 c
# N) E$ x) I+ t
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。
& i1 a1 z" J+ f
/ ]0 g( E& E4 i5 E3 A) i; y( A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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# V  G4 w) _8 k# m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？
& k$ W8 B+ M5 X0 _9 t1 ]. `) w. ]+ q! \# L8 D
6 f' @$ s/ |0 Z, a* y
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作者: MacArthur    时间: 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？1 Y+ l! ^9 a2 |# J5 `0 S% P/ D7 c
作者: 潮起潮落    时间: 2013-2-7 09:57
本帖最后由 潮起潮落 于 2013-2-7 10:11 编辑
* ]; z8 M9 {) S3 ?8 j; Z
MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52
5 O* x) B7 r8 ~( v, V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？
- j; e7 p- t9 m7 x+ \# u" [  Q2 w ...

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不是技术流，仅凭上学时对教员授课内容的印象试着回答。9 ?7 S, {4 j- o% D  f# \4 m) E
6 w- [) E$ _; g/ w9 E2 }
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。
6 v1 |4 y! v3 S0 q5 [8 C. U, W: s) y! H6 i" H6 n. q
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。
+ }9 _2 C6 c4 ^- _. }- l( t" n& {0 }2 N% S( _: Z, N
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。3 z. r% b  ^# n4 p- N" P' k0 K
5 k% m* ^8 q  f& U, [

( x2 Q2 d' u7 V7 M& W' t8 ]4 V( [/ J+ o) ^+ @* m

8 M4 ~. j5 u) B+ p
1 o; G9 N1 b. i. s/ }1 Q$ A$ `
作者: xlan1976    时间: 2013-2-8 22:02
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
作者: 潮起潮落    时间: 2013-2-8 23:33
xlan1976 发表于 2013-2-8 22:02 9 i6 c# ?1 F% y$ [
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 ...
8 E" J3 G" I' W- q* {' h) F
我就更不是学这个的了
; n4 Y6 q6 D7 T# A2 b6 z$ {3 A, A  B* e: V9 `$ O7 F8 l! t- X) K
不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？
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- r# p8 u8 j- q# V, k  c1 T
% w- P0 D! T1 ^7 Z6 D
3 [/ A+ K( F9 d
5 A  m' [4 `5 S- @7 i
作者: xlan1976    时间: 2013-2-8 23:52
潮起潮落 发表于 2013-2-8 23:33 2 d7 D4 f) S' M8 c1 o& N
我就更不是学这个的了
5 P3 l. y! G2 n3 M9 s- }* X6 y. C- `; X& o
不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？
5 o1 |# j' P" Z) f+ J
那两位啊，求指教



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