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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 1 s, P. n7 T7 Z4 K

- H) u, ~2 {* r7 Q5 o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。
' G# `) Z, K' L8 s) w
% f* H$ ]6 I* K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。6 G# h4 P0 t  z0 }( ]; F( ?
+ ?! g; @5 e6 k
下面发一组照片对比一下：
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( m) M/ z. ]$ a( D, s* K# L1、        低速航行
. B; o- b0 N( i* \  u  C2 @% U0 H( R) M1 e, g
/ z1 y5 a, B7 w) L. s  l! @5 v: ~
BATON ROUGE号
5 x' `! ~- V, _% r9 [0 R8 y  A( e4 ]/ [
2 t% |5 r# \* i) {+ v1 W6 k. ]
V-2级
6 p- d) c% @) c1 C( [% n) g, w- N3 k' D! x0 |$ a# {8 r
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。6 s/ |- r' u- j7 w: o& `+ N$ @

. q, r7 P. H( E6 x1 D下图为苏联V-2级核潜艇。
. n) t1 X$ O. y! |
+ `8 t5 G) p1 z( F% j7 B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。
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9 k/ d) O2 J- }4 `2 w8 `! ?
2、        中速航行) [/ R6 J  ~( T
1 h2 }$ J# @8 E& w' B

9 h5 p! y! e/ G& Z弗吉尼亚级
* g/ M7 n3 s+ V8 O* s# u  r9 T
4 a' |8 g7 G: |0 F- ~# B( {9 ]: b. Z, w9 Z6 R! P$ f( @1 M
V-3级
0 l# }5 L* I4 F% l4 Z9 o" W8 T' V+ M6 C! N# f: M
上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。
% u8 a8 }7 y& O& m
' h" g  Q* Y, X3 Z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。
% r# {7 {3 g/ u- K7 |! J" W; S+ B+ a) |$ M3 ]2 a
7 m+ s6 B9 F& i0 I2 F) L
3、高速航行) M/ j7 w5 K  ]! g3 ^: l

+ P; u( L9 Q/ T! V# h0 y! f9 B! f6 e
高速航行的美国洛杉矶级
6 w4 P* w: S2 B& b
/ H9 N3 `2 k% O4 A+ f3 J/ c' u' V& y7 ^( H% F6 u/ _8 A4 }
P级
: G7 t  k  T7 u5 X$ F8 j: Y# Y# i0 {! D& j
, B# t5 [& R6 h( T% Z
C-1级; \' |/ N0 U8 k" g1 k1 ~
9 b8 q5 c" f6 m6 R/ {) W$ @9 Y% }

6 w3 i; M  {& _V-1级
  u& P4 Q) T5 O& v- l6 R2 o3 P  U- I% c. 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。
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/ `$ l& v7 F7 M& c, t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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4
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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. U# \, q) {8 J  S$ p
  N! p8 v/ I0 d# s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。$ Q' y) v$ K! n6 V1 S" e; ?

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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 ! ^& [% P  F( M
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。
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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
- X4 |4 \) x% T  t+ p. ?3 ?% 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 ...

0 e0 J! T- ]- i: t- ?# A: V! e: e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 / b) {  w" A$ `) y9 t2 l: 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 ...

8 L9 E1 y& q$ [1 w4 h* ]) r8 K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 2 R- i) A7 T! G: }! [/ p! ?- S+ Z
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。
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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 ( s# p$ L  h  t; 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 ...

8 E& G; [- R' b; E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 2 A4 N8 `/ Q$ E& V
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发几张线图比较一下
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$ F8 K: j6 ]- ?7 r6 l$ O( R" z6 M6 T3 b* }, \( l% B0 T  X- v
洛杉矶级2 X( M. i$ x7 d) g: _$ g( [

9 W- x$ i5 {- t) G6 V: Z6 }
% ^6 h  v" Z2 e- P% L  B4 ^- x' j弗吉尼亚级
' G9 l' X  X! q3 l8 S, q. w8 f) U  \6 b
1 E+ |7 D1 b( S! \, Z
阿库拉级: Q( {) A+ R, U9 m9 `

' O! z3 @! {3 k" G4 R/ H9 a, X" B5 D/ u7 v% X5 T
阿尔法级2 Q6 s& B7 @" k9 |- p) w2 V

% g. G8 @5 j7 M2 f; W7 Y3 p  }
3 l! i0 q6 e& k( z( p
% F6 G0 c' _9 E/ R2 [- u5 `0 p亚森级
8 Q' U  [/ K3 F' z: @. R6 b* ^4 m: g! Z* o  l$ L

! a& R0 m; S: 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。. @3 T/ H* S; Y- I" Y& b" `

! J: b6 H! M: g/ ]% U! U- z2 C0 }个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。# L% D. p  T6 l- ]1 |; Q( m

) V5 D2 k1 q! F( n: k4 D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。/ y& G8 S$ E8 P/ T7 h( e1 n

6 H' g3 G& P- b( |: G; k  y: H; ]% O/ O# [- e

( }$ S4 ~- T" l- 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
4 x3 f( {) Q0 H# S/ j( ~发几张线图比较一下

/ l" q% ?; `5 K( v5 C5 K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 0 F( X1 C3 S% E; S; U" l8 ~0 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？

' T4 o( I8 P# r8 y  n. q* _3 I2 a: P
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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4 l2 `( o( Y# n  S% \* R+ f+ x苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻力小。, E$ Y% J# n! R+ a  o  v
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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 7 J$ _$ `2 V; z8 {3 f: i2 {* S( b
TopGun 发表于 2013-2-4 19:10
' P& C' M. Z9 i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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“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。" b8 B5 E! V2 P- r1 {: x4 k, ~7 |

3 m% E7 l" h# M$ ^' i3 w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。: L; f4 o6 k) K% F$ F
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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 ; W9 o; w% n& I: u% T7 E# ^! d9 T
潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22 1 U. {/ c( i$ u- 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。8 p; B* _; V6 ?/ H1 ~' L+ e& x" x
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双壳体对艇型有修正调整 ...
1 t; v$ L; _, Z
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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。/ c9 r+ B/ {: z' o* x9 K) s
$ V) e% @" i. Q" U9 }) S. Y* O7 \
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。% w0 J' t- ^. w/ r6 n1 X9 h

$ M  P" j2 S4 R% H  T) @6 D% A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？
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% x) E$ a+ V" W* }0 d
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2 y$ O8 v; f" W. @+ F. r
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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？5 J1 z5 g/ @% y; ?/ l
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
: h& f! b& ^& V0 {
MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52
1 M, j2 Y+ s  b& ]' u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？9 z' L: g: V5 B
...

7 G% ?! X5 U4 g; g& u0 |& n( Y! j/ N
不是技术流，仅凭上学时对教员授课内容的印象试着回答。" T8 H. ?/ X! @/ y( q" _& D4 r7 B
+ q2 l0 G6 U9 E5 Y5 V) ~/ f+ T4 ?
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。8 F. n2 ^7 S4 v7 L! H. Z2 r

. Y% }# _, }  M# f* 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。
; T0 s& p' x0 ?9 S# O5 L" I
% c* [$ q) t6 @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。
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& \7 x) I8 A$ X( R3 z, |* G
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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
+ |: }  `+ o! S8 k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 ...

5 ^2 I! b# L1 ^& v- S/ g& W我就更不是学这个的了
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* \( x# \) m+ d0 ?- Z不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？$ d) V" K# h  j

) r  m) e3 \- O& Y) `" B( B+ M3 T0 s% k) v& S
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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
9 w1 \2 a, C. g$ C6 ~2 g我就更不是学这个的了 ) J  B. [" L# a' n  ?
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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？

, U, B5 E6 r( \, `1 l那两位啊，求指教



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