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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 . X7 u  K" K! v) S' j/ b

2 ]- ^$ J1 ?, }3 t' g6 F( D8 m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。- X8 Q1 Q! Y; D3 e" ^. h# |6 L

& m( z6 Y6 K5 H" L: v5 L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：( r* N& O, \: F7 o  P( r8 X2 Q. }+ u# o

* r" }* T/ Z0 V) l2 I' ?1、        低速航行. `5 L8 p, p: q' q9 N  G
, F1 o$ u, v* o! l

8 L4 l2 T0 f" L' U. KBATON ROUGE号( u- s7 q8 f5 I# [; T% w  ~

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V-2级- }2 g$ w- J; [7 M: @; U
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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。3 N. ^$ h8 L% ]9 a2 T
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9 q1 o/ n8 X5 F3 _* U* ^7 e* k% v2、        中速航行
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. M  i1 I7 V) s; W* A% Z弗吉尼亚级
9 X" E  n6 ]6 A$ }' Z8 V( A% H$ D+ S7 D5 a

: @9 P2 i# P  d0 CV-3级
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2 G/ i, v" ~# I. l& A上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。" p4 |$ n& s* {- {0 O

: k& O1 u: S/ l1 H% j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  p3 s, y4 Z6 O5 X
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+ {  L! |1 ~- C9 J6 Z0 CP级
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7 Z. ]1 G7 X) j2 R- [) W
C-1级* l& E; I0 k; L8 q

% W5 g6 c1 G+ y
0 M$ @) X! q0 G( f# |4 wV-1级& ~- `- K- t' N6 b6 [' V
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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。2 q9 X( {* Y' R0 w! K# n
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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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$ s3 t1 `. l) u3 ]' s( Y4 j8 m' u$ p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。9 a  W* G& r0 G6 g! W& K

2 J) X+ C; `1 N2 E' M* {4 G# _& @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 v: T$ z" ~; Z6 l

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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。0 T9 r  ^6 G: r! a

- O% G0 C  a: ~. n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
3 |7 k; G* Q/ s' n1 {% O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。& f4 a* N1 p" A4 b
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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 9 O# q$ U! I6 I+ \6 |( d
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 ...

) O2 |& U" p; q- w2 Q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
- h9 Z/ T4 }. 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 ...

3 `, ^: d) u, H9 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
* L1 V4 d8 G+ U# ?7 y6 P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 ...

/ @# n; s; W- S/ p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。) f1 A, R: y2 m$ S! u4 K1 Y$ L
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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 ) Y: c, l: m, b& ~' a0 v1 f& Q
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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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
" d" `0 K2 G4 b- X* E
, }9 i; h$ f% ~6 c- B发几张线图比较一下
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5 _; b1 F% k: O& v洛杉矶级9 o+ E) {% W3 h4 M+ N
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弗吉尼亚级
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/ B/ n7 g5 \& q, ^% z阿库拉级( Q' \6 ^0 X# w" I
5 T" N& Q" l9 d% d2 q5 p. @7 W
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阿尔法级6 \$ B$ x5 C/ ^* m" Z
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亚森级, q4 V4 q% p1 H0 B5 U  l' [

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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。
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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
0 Y6 o" _8 A+ z6 C2 q: }' Z/ v发几张线图比较一下

2 S$ v$ h3 D$ r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 / j5 f  r' t5 M
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？

( w0 S, y  N; U; m) `* Z6 |' _/ F2 V/ H: B5 z6 a8 a" {& E
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。
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" }' `" b- e( I: ^苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻力小。  U/ F. V0 n- w1 M" P4 r' G
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以上请指正。
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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
+ Z  E9 @: L* b$ B0 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。
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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 ...
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9 V' R) [4 n- o7 f; d' f$ 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。& S3 l& t+ `: t6 ?
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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。
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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。! g8 Y' g+ Q9 O6 e) b$ U) `7 R
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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
. n; m2 Q* a& A) w“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 n+ x# E7 I; T% A4 `( c+ o- u; U' \% |7 a0 H, a; Q$ c
双壳体对艇型有修正调整 ...

  ]% H' ~0 j) k! M4 k" Y
0 j" ~& X% }8 F+ O4 G9 G: X5 t% Z美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。, a$ Y' b; G0 w/ D5 V

2 W5 |4 w. B* 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。4 D% ^) {# A7 q
: E& P4 E$ {/ u  n
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。: ^& O6 i, y1 S. w

- b! g' b5 ^  r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？, S* T) L) y' N5 O

) k, }" v/ ?- A- U8 A# h
4 ~, \$ g7 e6 V2 e( G& Y7 s* s$ `4 J$ {# b5 H( I0 P

6 X0 k% ~  i& c3 Q$ I7 O4 o. i; T$ X: ]

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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 S9 k1 B  l3 v9 a; C
MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52 ; U, o8 |; t$ k  d
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？
. U/ [1 S" N( y5 ^2 O, Q. Z ...

! D+ c6 L' |" M# T7 ?
. H9 t/ b( M# z$ P) W! f1 H2 v# p% B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 w9 J5 |' y) K6 C3 c0 N0 |
9 D7 B5 X2 N6 L, P7 c
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。+ p, T6 m; {: l. v
0 N( g" Z5 ^" u: Z7 a
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。
* j6 y$ p5 R. q# n0 g  D4 i- {2 F7 Q9 C4 @3 [4 z3 F
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。
, N3 G' q: y. D, J3 Z, Q! }; O( f. s- |! ?/ N; W

* i9 ^" e5 {* h& D3 o/ ]% [- ?8 Y/ f# y1 z

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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
4 d% k8 k8 X2 }7 v4 [  B/ i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 ...
2 x9 t% @% ~9 \8 K) U' E, c
我就更不是学这个的了 2 Y( y/ Z9 x# r9 G

. y" @' E" [0 w+ U, C' P不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？% @+ Y  s- N3 O4 I: U
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3 K- y, j/ ]% Q6 `( h
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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
, C) ], A3 s! x) H* p* Z我就更不是学这个的了
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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？

! \+ v5 u1 c( M3 |2 k: ]! C  L那两位啊，求指教



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