爱吱声

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 1 V4 w2 k$ h9 M$ x

8 D* b! a& W3 W, J4 |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。
! S( y3 J$ @% N
* A# l( U/ l, u. \1 J: a; ]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。5 B  s9 O8 h8 M5 x9 h6 X
6 B  L7 v' d5 o0 m8 a% a3 P
下面发一组照片对比一下：7 j( h. ~- X' r- B( [5 N

( p& K0 ^; D5 x- h8 M- \1、        低速航行. B7 X$ W, r- _; N8 p

) D6 L3 y5 {( z! v$ ?& [) l! @; M
BATON ROUGE号
9 i" L5 ^0 s0 f) n, b
" T. E. l2 \' Z* r3 h, L! J) m/ n( P2 u6 a! K% c
V-2级# u! s0 J  T' B  O6 h7 K+ T# e

; K) z4 R8 @6 r) s" m8 S* T5 G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。
- ]( Z  q1 J3 h0 L8 R
3 t5 q% b# ?( f8 ]下图为苏联V-2级核潜艇。* v/ K9 r* `8 e( A9 `

9 Q: }' S8 [- K/ Z1 B: U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。/ g1 j, B& s+ ~$ D9 X# w$ ?
# D# u2 c% [* A. ~# h
, Y: O) D6 L4 R; ]! m* G& h" f
2、        中速航行
. H7 S$ O- r" F6 n. E+ ~
8 D. ?  n( {. j1 w# H
  }) W+ y  ?9 B# ?# _+ {弗吉尼亚级
) |" O% w% }4 t9 a: p% l& V3 \2 Y5 q2 N2 o( m4 x

( j# |3 K+ ~5 |# @0 i2 v% RV-3级
, t! b* [' \% E  l7 {# D. o. J1 m* M% a. L
上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。
# ~( u+ }8 A" g% L- I4 u) n' Y6 m- b9 s" G9 o! t" u
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。
5 U0 h0 `8 N0 H* U+ R; v4 o$ y" f  E4 e" \
/ y+ G. Q3 {' T  x  H* s# L, g/ Z$ D
3、高速航行
$ _. ~# Z  Y5 P) K
9 \+ I! P5 @: ^* T
& Q8 w1 V0 {7 s8 }9 v, I8 ?高速航行的美国洛杉矶级
  A- r$ T1 }. [; X  y  w$ c
3 c4 P3 q$ z; a8 c" l1 ?% L* ]% U. V+ U4 e9 Q( c
P级  ]* E$ N- f$ M5 B* s) m2 y& K
' m( i# o. ~1 b: f. o, j
* D  S9 l4 O6 O. T8 }8 U. L+ {
C-1级: H: ], e5 {( h4 v

+ r! A; D) X3 r1 E0 M1 d1 c% }; b2 U# k. r. C
V-1级
* h( k8 ~5 E- i4 k
; \* J5 w& o$ R- I+ f) |( [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。
1 a4 N' O8 Y# i# d( g( N/ n# G
+ G% u: G% |+ h5 I; K% _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。4 t5 z3 e0 i7 E0 \  W

1 {3 }1 Z. R% K' U1 V  g9 k4
9 ]' d  b4 J, s( {, C2 u3 Y5 x- l7 C9 \' C7 f) `7 g! 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。( Q& {; c) q2 }* i5 N

8 V5 ?4 e) _& x2 m4 m& V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" o$ b  y* m, y4 A" Z, \/ r1 R

3 a' G- n: m" d$ p# n" ^  x7 L  U$ @
9 R) A4 k' p6 s) ]; `7 S
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。, c2 y  K- ?7 E$ \/ b$ G

' k2 \; z9 `) i+ X: z1 M6 T. H9 a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 % a9 ^$ \  O+ P$ t2 U
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 ...
1 y- D% V2 k, O) m1 G2 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。
1 h( s9 B" @3 J' r- E2 r7 D4 p0 S( @: B3 }, {# {: {
作者: 猫元帅    时间: 2013-2-4 14:03
潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
8 v5 u& g# T; h9 Q9 J8 D8 b- |8 B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 ...
# }4 s; \4 P0 b
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
! L' z/ e; M+ o  ]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& b1 I. E; [/ _  f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 " y* F7 R9 Y/ ]- x5 t/ L! q
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 ...

# _7 N8 ], p  v. }, O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。7 P) ~. N# e6 C! W/ P7 d2 p! g
8 o3 q4 ~! ~+ G5 D4 b
作者: groovy26    时间: 2013-2-4 15:21
潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
% `% z; W# {6 Z$ e  O1 N2 n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 ...
1 q* s" P3 `' ~1 N  g
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
* j* i: B# b* Y  ]# K+ ]; B6 Q8 N% w/ W% Y! r5 J- b" Q4 a
发几张线图比较一下& Y% K* [! H! D% z) y
: ~  z: I5 D/ a6 ]3 d
/ M1 W6 J" c( V7 {) J# U
洛杉矶级1 Z, a6 L8 N! Z5 Z9 b

  X/ a# y! J' ?5 J5 a+ y7 L6 W2 F7 A5 ]$ N2 I
弗吉尼亚级4 r, g" H! w5 F& c; x' G& d/ b

- a9 C( ^1 l7 U, c. \: F" x
3 [$ u) w1 G1 a/ M3 Q2 C阿库拉级
9 z/ H& z* h) A5 ]  u& \# J1 V0 b( o2 \) G2 D0 |

7 \) K. z* ^, b: h, R阿尔法级
- G9 k# D( ^% Z% l% R, n+ j) I. n3 ~- c
7 x" t5 @9 s3 |" H2 _8 c( y2 v  }  ^' d# I8 ^  {  x
: X# |# ?6 v) \8 @0 b
亚森级7 m+ d9 M8 n0 O! V+ G

# i* U& Q" z# U, v+ Y
# M7 P. s5 N/ |1 S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。( Q, L" z  H8 c# H5 ]6 M& S

" K$ v: U6 c( Z3 w个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。4 I# `1 n0 B6 q# A7 O

0 m6 N( x# e) e) r( D+ W6 _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。
0 Y& N* @1 Z2 N5 Y% x) K2 F% Q

+ G' U; R0 A) {3 g5 k2 ^# \/ d5 A: X8 {, ]- W  _0 y
  C+ ^) a4 u0 O/ B3 O! N  |: [4 n
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 B# y! @4 N+ K2 c/ @) Z发几张线图比较一下
! n, z: a6 X1 w( K, ~9 A
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
6 t, I) d( F  K. `# W5 V6 O" P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？

. k( e3 `3 |, l- f# n  S% P$ n) F7 t6 y5 O+ t+ j; Z, V3 u
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。
1 g6 v7 J. t* }2 U& l, D; F  e5 [
# A' g3 B# |" o# b
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。
3 n9 D* U3 K# J; R4 e8 p, c+ y1 P4 i3 d+ Q# U
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 t: ?& i% n! ~- }- j( r& P! a. Q, Q  t/ N( p/ }( g$ s
以上请指正。
9 ?3 X3 A7 f1 E3 C; [& I, e( c* q- d+ J
' u# B) L" n+ U; z. H/ y# Z* J

& J" ^- a' t! ?) F  }& c3 J2 y# _7 r$ x8 H8 x
/ J2 B9 }' c. w* n8 L% p
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
1 y" S; ^+ ~+ u+ R
TopGun 发表于 2013-2-4 19:10
. J; [, k$ N0 S3 C) [& U美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。9 y+ W0 G0 _9 l/ n

, X5 H5 d; {# k: R: C  I5 l苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...

$ a: D, r" b: t7 b/ ?. d/ l* v, r4 P( d& N' K; J* t( G$ U
“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。7 W7 `4 ?" j# z0 F2 Q% F) p
# @* x/ f8 _& R. y
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。( Q4 p( G* }) w- d0 }6 l9 J; }
) D0 F5 Z( p$ B* @- w; ~2 O

$ ^! R5 e. ?4 J# K( d- D
% u& T- {4 M( w" N- G; H* N
/ n5 H6 b) z4 \+ r8 W" i, e/ g8 x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。
6 M0 ^1 u) b) C+ \, p9 G  c  t# \3 g1 d0 t

, N+ P  O' t4 h" b' k  B3 C# p
作者: TopGun    时间: 2013-2-4 20:16
本帖最后由 TopGun 于 2013-2-4 07:17 编辑 ! E7 O7 p7 O! T9 R; \8 M
潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22 2 V4 b+ O( ?0 I! F
“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。
" Q1 s0 @' y. B4 d- N, R: Q$ C% z4 v3 o+ Y6 s3 @0 h0 I5 V
双壳体对艇型有修正调整 ...
1 h+ t+ L# |! c4 O4 t9 s3 |
4 y" e: ?) Z  r# o/ o7 X
美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。/ d" y2 r4 ]8 D' Y

, j# T% |! J* `% H. i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。
# o; l; ^3 {4 R9 |% }1 a; y* W$ I" {% [- F! P( w! {/ ~
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。' u( i. P9 j7 V  w& Y& n- ~: P

  C" K. d1 Z! m1 i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？
/ E4 u- m( U. H- c; N8 r; p) e& |6 o* {" |( O( [0 L, k; E

' r/ L( O0 A+ s; r6 f" s+ w7 N$ t
, |+ D) l: K6 R8 j1 v* S$ n& ^& A8 j' n4 H+ p; V) t
  Z! v+ h- d3 o5 d( J7 ]
! j  c, h5 L: T  l
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？
5 Z+ A: e7 C7 _$ v
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
, A2 v8 P$ i, z3 ~" s
MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52 9 {) g! g0 G+ H9 A6 M4 B4 q. b; G" [8 B
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？
! S0 t! y6 l0 I$ W# f& p. k, r ...

, v( g. ]! e1 V5 d: c3 M: l& N5 y2 `/ y* v' i# e. m
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 Z' _/ c9 L! }+ w
7 E' _0 g4 u. n, D5 e. [
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 v$ \, z" Y* p7 m7 O( w; B( W* X7 _
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。/ z! \+ X) @$ o& [( l

4 y  `, D3 ]5 B+ K! M, t1 w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 `) y6 u" Q, r+ Z$ a* ?
8 t* |5 ^& o4 z. y6 I; ~, w6 i$ S6 h6 P
/ J9 b/ h/ l7 p: v9 s& }
$ F6 |6 F4 Y3 ~% y  Z
$ e. m) ~% k$ l5 _* f/ U- b; v8 y$ W5 i1 U
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 n5 [* x/ b2 b/ F& q# `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 K. m1 l- O* _: H4 V4 @6 {" _
我就更不是学这个的了 ) v8 s5 W' j* F. k5 y

" q6 P- l0 `$ Q( Z4 H不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？
3 W) ~( T$ z6 B$ B; J7 e' y2 F5 ^& U# h, B' @9 P& F6 E. y* v( J
+ u* `+ u3 h' D, C- Q0 I. R3 @

$ R. d  S( F; Q7 Y% q- i3 P6 i7 N# @' w" t7 R

7 [' |5 @' X$ n( T( J* q; K
作者: xlan1976    时间: 2013-2-8 23:52
潮起潮落 发表于 2013-2-8 23:33
" x* ?; f8 I! o2 O# v我就更不是学这个的了 & X5 W5 y9 c) b. W, k; a& [
1 g2 i* F9 X7 Y2 l
不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？
+ Z4 E- j- @$ c$ l& J" q
那两位啊，求指教



欢迎光临 爱吱声 (http://aswetalk.net/bbs/) Powered by Discuz! X3.2