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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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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 h2 S" c5 b' M3 _+ `
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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。. f6 [2 i9 M. z, K- f
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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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0 N/ P* A* E; P2 T; _+ r" V! h
3 R$ @" z& K) }& zBATON ROUGE号' G4 Z* t5 P8 s! N- q3 C$ a

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V-2级5 w& f8 B* [% U  i) P

! }' r( N$ C2 j/ C/ E) q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。" m7 l9 a) t2 q( V
5 w" x. \: I% m4 a7 ^) y* o
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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2、        中速航行
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( g( x3 ?" r8 H1 g; o. L弗吉尼亚级
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V-3级
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$ B) j2 V; ^6 F, b4 ]上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。
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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。& T- p! j7 H, [! o) T1 O! d! l

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7 \) J0 Q4 {. z6 {: M3 C2 R3、高速航行& l3 _6 G. q, e* |& Y: R" @
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. W9 ]5 n! i9 B9 r高速航行的美国洛杉矶级. Y9 H- {0 _: t: M9 G  ]

8 S6 a: ?2 k, @( V  A; @9 f* E9 {( W# a
P级
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  |$ p" j- A$ K3 W2 f0 Y7 g2 e) e9 N8 H% u1 k! E: n
C-1级, _9 i6 \7 Y/ S# h, ]8 Y& x
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V-1级
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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。
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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。- F* O2 x% H5 r8 A
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$ H9 t9 a5 E( U, J  R" O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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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。* Z4 P* @& q: b

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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。' `: s3 c- S' P" T

' I' @3 p1 q3 w( u1 z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 - E/ I2 ?" U6 T$ N  n
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 ...

) `; M0 G+ \6 [" P8 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，艇型基本就是个圆管子了。1 y$ ?- \3 w, @1 z

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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
( S. l/ u6 ~4 {# \+ {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 6 A( U2 C+ W& ^. A( P" y1 @3 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 ...

  N& e% G* \; c" T- G8 X/ a/ E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
7 D3 p1 [% h. n: m% u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 % C! E; k# b4 j  L
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 ...
2 @  x6 h( y" i1 }* Z4 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 " {/ g' {3 B4 b, A
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发几张线图比较一下7 |7 [0 _; I; ~" v7 F6 o! Z

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洛杉矶级
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. q2 n$ X3 s& N9 f, D8 g
弗吉尼亚级  l  y' A& g+ Y" [4 B
0 a2 C8 V; \+ C3 N; [

. H2 @: `. w, O: E# M( B; v阿库拉级# k  h6 [! k' i' ~+ o( s7 k# c

' x) ?5 }' D5 V6 v. G9 v+ b/ n
' E/ Q, H  G+ S4 d7 A阿尔法级
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0 M2 ]: k. \! [! e3 f$ L& @
9 y; J7 Z1 E) o! p6 R5 M# {! g4 m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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+ \- e/ n2 o8 L, p( o个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。- v, t$ a2 H( V1 }0 V
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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 " X7 D9 Y2 l' U! s) Y
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 $ {1 u$ Q( R+ Z5 d! b' I$ Z
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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# c, Q6 q) n9 g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 [, t9 p- q+ [9 J

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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。2 R: o, \) o; \- y2 y( V

# R; C4 {( p4 C7 ]7 H6 M# e苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻力小。6 ?. ~3 i. P1 ?/ |
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以上请指正。) k; |" Y3 L6 a; I+ f
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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 & \4 R6 w  G; ]( y0 `
美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。
# S& k3 [' P. X! D$ h5 l3 @2 T8 h& }3 U; h8 n, ]. E" l& `. i
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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% N* P  z3 S: j# o1 @“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。& W% y: O5 B: O; M- r$ ^# F
0 N5 D/ V  j5 h. v/ T# m
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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; i2 t  n9 ~* f8 G) E$ }( Q$ @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。+ A" E, l/ m4 H: W% S/ i6 }

4 K; o! L: X5 y! s5 `' w5 U
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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 / }9 x% V6 G; Y  e' ?- c
潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22 9 t" y" V/ n! L) B6 O- l
“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。
) K* J+ H5 f# d- B
" t( V2 |0 Y( T3 g. l7 L8 A+ A双壳体对艇型有修正调整 ...
* q) o) k4 }5 Z1 q( S  x4 f

* d4 B/ P* Q6 p# ]$ [  [; @0 Z美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。& A1 J8 O5 a6 a, t2 c! m+ F, ^) y
$ K7 R, |4 N1 a9 }
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。& U0 T+ x( _( c1 s4 ]( Y
  ?3 Y3 a; ^+ 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。
/ c3 C8 h& @0 U1 t; y" w  W  ~  D4 {( |' Q2 J1 a; 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？. G3 t* g2 A* e' g& ?9 r% I% @

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4 p0 L0 g* D5 t0 m) H3 ]

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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？+ X/ I& Q. b) @3 C+ T1 R' {
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
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MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52   ?& Q4 P+ V( x  Z7 q& Y
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？% W! O3 \  {* A5 d5 n/ J
...
" @  i) K* {5 P

- m9 R4 n2 a/ l3 x) H7 w( 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。
0 L/ O1 [" `4 t' j* Z: B9 ?
3 X) E0 h* E0 N- g9 [5 H2 X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 N6 W  Y! ^4 v9 B+ R' n# t( W" O% a% T$ `
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。# l5 a; i8 w3 R8 N0 _2 X

0 }& D7 K2 u6 M. 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。
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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 0 }$ r: f! [1 W, A
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 @- r6 ]$ \+ I  x2 }2 S我就更不是学这个的了 ( ]8 f7 t5 s1 o* N! _& S; M8 ~
# |2 K7 z2 }% r) S" M. O4 b
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 % e! k4 p! \  O6 D! N" N
我就更不是学这个的了
/ Y+ }9 s7 g* H7 f) O) J; s/ q( p5 I, j$ j7 l  J1 K. Y( n
不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？

1 J7 p. w3 s3 J" l4 J( C/ Z" Y: K那两位啊，求指教



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