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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 9 X7 @: M3 a1 H$ ]& ~9 r% x

, p+ h/ F  T9 i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。' ^7 q" y1 h; [% U/ i

5 g6 J' `% [1 R* H  ~; m7 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。
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下面发一组照片对比一下：
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1、        低速航行
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( _& L5 G* ]) H7 X, L! BBATON ROUGE号4 e+ o1 C+ k/ _8 {4 V  G

0 d1 s% k; M) w9 n3 X
2 a( |0 i. X! s5 B% GV-2级/ x/ F3 A5 V7 a' O- d$ j

3 j5 G' `& b/ o# ^2 i# A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。
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下图为苏联V-2级核潜艇。
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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。& j) A2 z* N+ ]/ b

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: O2 }9 w7 s) {0 {5 @- S+ h2 M2、        中速航行% c% r# a' P& a! }8 H* {
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7 w% o2 G$ E5 t5 `& n. n弗吉尼亚级
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  N" Z4 B5 n7 n5 w) e! C* F, lV-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。0 p8 R0 m$ @$ {5 m5 x' U! y
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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。
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3、高速航行
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高速航行的美国洛杉矶级
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C-1级2 a0 @9 I. y1 a& L

7 |0 {7 F% v  c. m
2 ^/ w. w7 J- f& W5 f; k, gV-1级
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9 U3 ]8 U0 |  M( h0 t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。! Y/ F2 h6 ~! a) y

) b9 s3 W) i3 D, h& N$ T$ X% [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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: }  A% e4 y% T, k3 ?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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! O0 q; ]6 ^: }5 ?! j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。
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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 & ^6 a. X# {* i" x/ z0 P
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 ...
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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。- I8 I9 X" j" |) k" y/ P0 v

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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 ! ^, |7 B+ U  I4 |5 K
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 ...
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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
/ \$ M) o" C/ I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 ...
3 a3 D; k3 z9 `% g0 q% H& V
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 $ S- c/ N$ C) j* G+ _8 v7 }
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。4 b2 {: E% [* r3 A- W0 k* Z' r' _

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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 ]( S1 s8 K( f) Y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 ...

& z0 t7 N. b1 p. j1 r, E: B; w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
/ U8 F. Z8 }, d+ H- L) l1 \$ W
5 H6 m3 H0 ^+ f0 u发几张线图比较一下
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洛杉矶级9 G/ M# \  f, n  Y0 l0 E& Q

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弗吉尼亚级
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, P0 l7 }- {; @9 a) y阿库拉级/ ?& p* [/ w1 n2 ?  M* I
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阿尔法级
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亚森级
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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。" X: T  z4 I. y

; \' b9 R% z2 U2 v9 P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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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
7 v4 J& Q6 z% {9 f发几张线图比较一下
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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
/ ~7 U: [" D; [; F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？

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; {$ Y* u3 r; h$ J; F: w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。7 b% n2 O$ v7 A5 D9 c* X

) a; R9 ^/ a- Y( T, S4 t" c. ]苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻力小。, L. H- I2 T0 ]6 D+ C0 ~
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以上请指正。+ f1 |/ v3 O2 q: i/ I1 I* l
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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 2 F4 u# ]1 n  W
TopGun 发表于 2013-2-4 19:10 $ d7 ]. ?: S% e1 Z& I; i" O: L
美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。& H9 x1 s; I- v

4 q6 B2 b; ~4 V  `; c. @3 w6 O0 @苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...

' Z9 _9 b, _+ G5 E' d) @
' K/ _9 k; o( t0 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。
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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。+ ?+ \9 f4 D, S9 i' t( S

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- M) Y: U1 x. \: `1 `% F

) H% e. C: s! C9 H1 F7 _/ l- D3 P: F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。. O" A, M! l3 i" o* D

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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 0 @! Y1 r6 v6 \$ V" q7 ?
潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22 - j  |' S; j, Z9 s' S, e3 L( 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。
( P! O8 f$ K- ^9 h& G
; Q0 C0 ^& G, {9 N9 h双壳体对艇型有修正调整 ...

) V4 K8 \! r' W- U8 Q& R
, d2 N5 |) B1 X$ Z3 W" Q美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。
3 k# @& Y. p4 }' g5 \) e
8 D4 N. r1 b1 P* ]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。
) Y2 ^' ^. B  b: u1 T( G% C. }" {7 Q, T6 i* g/ e' `+ d( Q
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。  }2 J- X; c; x( V

7 D# w, d! j4 V: Y, h6 `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？
& L5 c  |, ?. ?, G1 V7 }9 Z: g! L% h  l* d

+ K* @! K4 g5 M: ~' U, p: ^" m9 t$ O

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8 s8 P$ U7 {) T& K, w( {6 l1 U
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？  _" n5 K; z$ Z8 v8 u9 Q! o
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
6 I5 ^4 k$ V, B
MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52 4 z  l* H, t  m% T6 }
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？
% X9 V$ J' Z) G4 }! v7 _ ...

& o- o2 H( R" Y4 Y, Q* r% }! i: Y6 L! B. d# w! [. 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。
/ y8 d3 G! v/ `; X8 n: S. P" b& w7 V$ t1 a: v" ^* h
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。
$ s. ?5 s- G4 G
! {9 _' w) ]# D/ F  f$ ~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。0 k4 R" u* T/ q

5 j/ I# G6 w  Y8 U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。5 O* l4 z2 U8 Y4 G6 X
  b3 u) @; S& I

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( M( _. M3 h' w1 m- L- }$ S% y$ V# q3 i3 Z* M& O
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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
3 n/ V  x# |+ r6 A" Q2 g. O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 ...

4 p# S: R( ?- D# d0 U我就更不是学这个的了 - r' h3 s! K6 w1 C
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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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作者: xlan1976    时间: 2013-2-8 23:52
潮起潮落 发表于 2013-2-8 23:33
' m, y: g! n0 h9 H; L5 q1 R+ I9 }& U/ R我就更不是学这个的了 + p& W5 D, \( o1 u5 h, L

0 s9 A" R) k) \  _! R0 W7 V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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那两位啊，求指教



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