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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
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. B4 h; E3 t6 j* U" C) T1 H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。; _2 Q9 [/ M! x$ `% V. |2 ]& Y
" I( ~* r) r& [( \  H0 v+ I& s
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。% L8 u0 S4 q9 O5 b  [; c

7 R- L. r% ^/ s* H4 B+ T( E6 t下面发一组照片对比一下：
+ G4 B5 b  S) G% l+ w8 H. E, q& K
; d( {  U8 Q* {0 G; }& E. J1、        低速航行
- z- K, ^3 @# |2 ]+ \3 R3 f
/ |1 J" p3 M* A3 }9 S' r
+ I+ W3 ~; Q1 a( pBATON ROUGE号5 m0 P! k5 Y5 d4 Z1 F% W
9 H; O* m/ L2 [$ ?9 c

" P* A1 r' Q# `7 z$ t) tV-2级; g9 U/ m: G7 h. H0 ?

3 F& q  X( J# }4 x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。' u* Z6 i6 V$ R. J( z8 [& p
/ o4 X9 r) s  ^6 d( K! L
下图为苏联V-2级核潜艇。8 n9 J* z; X: ~
* r6 W3 ~! `1 Q2 s; M- l; w
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' J# {8 B/ V$ T7 Z( }
4 O: i/ a! K; C8 `) |% `! t7 K

. f* e2 I( _  H2、        中速航行( N- t; q: x0 m% E
! d) c8 v( g, U) k9 O/ r1 o% c8 d
9 E  \2 |6 H2 R3 F& I7 |% I. J
弗吉尼亚级4 p0 b% Y, ~) M: g, p
1 q' r- |: N" Q3 i% Z2 a# w. W5 ?

# T$ i6 R3 J( _" s% C& OV-3级1 V9 }0 T! j: C- {5 b: J5 h. n- d
3 C* |/ x+ `$ n7 [
上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。
  J! R% u8 H4 ]; f; u# N' ~( T8 w2 w0 y
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。; I( A) }" X/ |  s) P
+ d0 g, A% U, a: X' Q% q4 z
/ c0 w; x$ E7 l
3、高速航行( F; O0 }- Y& f  H2 E
2 w+ r+ n% c3 C6 u9 K2 }

$ r! B$ G8 @* \4 W4 p+ k高速航行的美国洛杉矶级1 o- v# o0 r; ~$ k  I' p& Q0 K
. k; o1 |. v# y- R

, Q5 {' |7 I0 c/ H1 RP级: O. {# f  u( R9 \" E7 ~

0 b' H* V8 w- F0 j6 o9 G* g
7 I5 l9 Q7 a3 k8 [! k" I; ^; MC-1级
+ R9 Z/ i# i/ o0 b( C8 W' `# U# ?* v) d
& U4 G0 E$ w0 X; J3 y; M3 L" Q5 b
( I% }, Q8 q1 d; J8 E8 l; T* MV-1级
+ N7 Q$ q/ ?; m& H' N' J) K9 A% C/ K7 D* l) u9 r! Q; q
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。
; [3 ]8 \+ D+ F7 Y0 O' P7 E0 `- H7 l, ~  o8 u) y, h  R& U" X6 |
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 |+ h/ @3 U, ~- F& F+ R* V6 c! Z) V  O$ k4 O
4
4 V3 b/ T# p" s8 z+ m8 b& x( t/ G+ F" p/ k( O7 M
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) F/ f* m9 l. {- j7 @6 l
+ F* L' @% u% H8 M
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。0 ?! D9 I# x! T$ R; d, n0 C

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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。
8 ]& r2 a9 g& A- W
' n1 x4 w% }: q0 S% t4 S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 ' A7 g) L' `# 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 ...

+ B% M0 T  W- y: W% 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，艇型基本就是个圆管子了。  j) }7 @  H2 `1 X' O2 D$ X

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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
' n" L' A: `6 [5 u' O% Z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 ...
) T& w4 J$ {4 z( y
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 . C+ t+ j6 X- 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 ...
4 ?. U; X( G& p. i- B
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
* n' _6 S1 o( z/ T! 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 ...
1 U: W; a2 @) @$ r$ V
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。
& G  T8 `' @( l0 f$ v" L8 n
" t! u: ?, g/ y' L* N
作者: groovy26    时间: 2013-2-4 15:21
潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01 ' Q6 E- f' O: T3 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 ...

3 r! F' f8 T% J7 ]3 ^) Q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 : W; B; x- e# Q
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发几张线图比较一下
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# i$ V( b' B: B4 c% k* t) e0 C5 Y; d) j洛杉矶级, h0 q2 T. T$ W+ N5 v: e1 ?1 t

; ~' y/ h, |( |/ f' o; g
7 F- q$ U% a  x- T弗吉尼亚级
, Q; p: q+ i9 R  g( u+ @# _9 h( t. r. C2 I/ z: ~* ]
6 E4 z, \( f9 K) i+ Z7 M2 t) d/ ~" N
阿库拉级1 R7 e7 ^6 ]* G2 c. _! Y& [1 f+ v6 z/ N

9 x& F6 r8 X. I7 ?% a) L/ C' [, l4 J; I$ ^8 L; Q& ^4 D
阿尔法级
% l  h, ]1 K" L# R, [4 F1 j  Q$ r& T1 L5 m
; X7 h; B9 s  [& h4 c. h1 J- S

( a. @/ Z; q6 l' W* ?0 O& _3 F7 n亚森级
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" t% {2 v0 v; s1 S% Y+ @# L
  J4 k/ Q+ B5 {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 `$ v# }  c& k# f
& `2 @$ R( n* w6 x2 s个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。% N8 J9 H8 b. M
! O, w' `7 J! R* H0 ^! }
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。* B6 }9 y; M$ s& k& o

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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
- Y  B% n2 [+ }1 m发几张线图比较一下
& l6 i3 `6 L4 z" L% t7 f
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
% w* X6 G( a5 K+ I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 u7 x8 K$ A2 S. [
2 L& j8 n0 N; C/ H/ [. F
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。9 @4 l: x8 n9 v0 b
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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。
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7 z) L8 |8 v3 s' a. O9 J' Q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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! B* l" W- U) {
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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
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TopGun 发表于 2013-2-4 19:10 7 r8 c6 F/ j( s! n# V* g) Z1 N
美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。  l4 g, r0 _0 b
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苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...

; X* S9 S/ i; D) D6 j7 B. Q: _) S+ j; 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。
& ], D& }$ c0 L5 X! f2 E; r& Q5 {9 G6 @1 a3 H$ c, _/ @6 l
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 t8 y: R! U; G$ G9 ^7 O* k$ p, M
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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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作者: TopGun    时间: 2013-2-4 20:16
本帖最后由 TopGun 于 2013-2-4 07:17 编辑
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潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22 . {) A$ Q3 M. j- e# g6 Y
“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。
3 T& r1 F) }  w4 M; p* H% {6 c+ G2 v4 r1 a- M
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。
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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。
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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。
; l  p) |0 z7 o& m% W: `
2 _2 w$ L0 J! 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？
5 C9 u, ]; q2 J  d
8 I& J, Q; g7 U1 x% F$ w0 J* j/ G, M  P% K4 D/ G* {8 ~. @
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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？
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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
1 @3 V4 H7 q5 p( D8 _! B) z
MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52
2 ^  \& L0 c! I3 d' t* C& S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( ]6 J+ U ...
' S/ v* Y( ?  \  N: u6 }4 ^+ J! o  g
. V8 }4 n8 r+ Y
不是技术流，仅凭上学时对教员授课内容的印象试着回答。$ c$ x, C; @: G- ]& a

" M- A! R$ |% ^" _! |9 @1 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。  ~" o, ?, J9 V2 X
* E) R' W! f6 f! ?$ `; d. Y5 |# S
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。
. J) _$ i0 T" x. `# \% j4 r/ t
# d" n5 s4 W/ P0 ^0 G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。
; {- E: Z9 \( d/ c) g5 ~" s0 p* t2 [# l

: D6 e, E3 t+ m" g- ?9 e) k
' k* k7 J9 E% D: T+ F: m: G3 U3 O, T) g5 J' l9 J  {

4 L3 \2 |. @. z4 b
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
0 E- c/ k7 w8 e4 @/ {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 ...

6 E  E! A. \& X+ G我就更不是学这个的了 ) x& t: W) B8 ~/ O4 Q5 \

$ h( d; T; R1 X! Q不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？
7 l0 I# j( Y+ a
7 H) i! f2 s: g! D
% `2 U2 y5 S2 Y5 A* j- g0 E) {% Z3 Z& Q

( W) F6 m5 @. n& a' ^' @0 y4 r$ F. M  G( U! ]; \
作者: xlan1976    时间: 2013-2-8 23:52
潮起潮落 发表于 2013-2-8 23:33 : T) C5 D6 T3 P( ]  D/ X! H* c0 C
我就更不是学这个的了 , {5 x. |* Y/ x) s. E" R& L* C
* x( `# U7 V* Y! G% x; O) n! d: g  S
不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？

7 l; G% m2 W: l* z' W$ E( S: n那两位啊，求指教



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