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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。
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( z: I7 X2 D) a" t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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. A% w2 U2 I: j1、        低速航行! v( u% n: `6 o1 a" i. X  f! `

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BATON ROUGE号
: @$ Q- h) S! U9 B* P( z* f
$ Q. j0 H5 I4 _) r
6 C; R0 ^$ h: g1 e3 }V-2级
3 T! r9 Y# I/ M( x% ?) q( r/ z7 x5 F9 d* ^. J) V. 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。
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下图为苏联V-2级核潜艇。4 j/ S% ?4 X4 @8 A! r) o
% R' p- a2 f. D- Y! G1 J% o0 p
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。* a/ i# ^; I; ]+ J

1 T+ A8 g8 d( r
9 S4 H3 h9 H* b) @% j2、        中速航行
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9 C* u7 Y5 t. |! D7 D& J4 s
弗吉尼亚级
7 C5 n9 V1 e, k- z: J2 k# ^) z+ m& Y6 h% {
9 D4 ?) O4 S& g/ l6 M- W% N3 `
V-3级5 G9 B: I3 K# U9 U. L' R# R' x

. ]5 c# R: Y: B! C9 F3 h0 ?上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。$ H* L/ `- o$ 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。7 e- j3 W; D7 g$ V1 T' v+ d
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) e9 A/ B7 {& o, h3、高速航行- h% P; i5 A1 {/ H" t# w- X
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2 V; x" w, z) Q- n高速航行的美国洛杉矶级
5 b/ @% |! R( a3 H2 M4 J# s
- V! Q' D+ z: b: V7 @: G
! P: d/ {, V. AP级
" W% k4 H: N. y  }) d. c: x1 ~
) B, X, i( f& z3 z4 h% z8 K% {; M9 \! Q1 N( R
C-1级% k: l. q; p. A. e6 g; i
% x- E& r: I# a+ O

1 I5 ^% x  e. V2 SV-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。0 [* E" n  s% F3 E; L7 n, y. y
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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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: G$ d5 S" {/ T+ z) m9 ^1 y
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。, B8 ~, S# |# e! \( b6 `

! U/ T2 q" Y) K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。5 o: f+ D) o1 Z* Q) {3 J/ R2 i2 X3 l
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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
9 q2 ?* _" U- f* y4 X6 z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 a, B0 X" v0 t1 }/ i# V( W# f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 8 \! d3 G4 X  D" ?7 ?+ m/ Z, Y& g- h
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 ( g& r4 a& p9 e! n! \8 x0 D4 @1 T
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 ...
7 h7 a- r4 ]; ~; O: ~% @
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 - o" O+ {/ H$ l9 F: f$ @% F3 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 ...
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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 4 k0 G" j5 }2 ^* G/ P9 u
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
' g) B, x7 Q8 V( z+ `# _9 t1 y$ E6 y% L! F0 I; ^% S( I$ \
发几张线图比较一下
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- X: P+ q# z8 V+ f* H9 |+ p洛杉矶级! z1 \% m: z8 T5 ~
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) N+ O' \1 |3 S: o/ ~% H' y弗吉尼亚级
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. Z4 O  u7 Q* o8 s% g8 Y( W2 Y4 s: ]2 J4 u$ s( `1 H
阿库拉级1 N) B; L$ T0 Y4 U  U1 ]5 K& t- k
$ J8 G8 D* X: ~& B: i9 B2 a3 E
6 t3 A- N3 L% }. a3 @# G; ~
阿尔法级
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亚森级* K# Y( u# n6 a* h6 Q% m

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0 Y/ a' [3 H' v- V( T" D' ]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。! L% |: H+ L  `( F3 U
3 y1 R) h& z% v' `5 H) S
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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3 \: Q, h# c6 _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。* \, a+ s" A$ j2 _
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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
. s' w3 J3 W/ ^% V. N7 ^- t+ S# ], H6 G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 ) g% p$ K* n' r* B
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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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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3 k; D/ N6 M* `! `苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻力小。! I) r' J0 V- B2 d$ X; W" _

* X5 \$ S4 n3 a$ J. Y3 I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 ; g# l* v( q; ^0 R& j
TopGun 发表于 2013-2-4 19:10
) B( G5 Y+ K/ B6 Q2 I' Z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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  }0 [% u" u0 I, A0 B, M! l9 n“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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0 o3 h- l- ~6 Y2 D% i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。, N, `+ @8 B- U* h

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( S. ^1 [: T: f9 T; Q3 ], N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。
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- s) x& [; _9 c1 ]& g, u
作者: TopGun    时间: 2013-2-4 20:16
本帖最后由 TopGun 于 2013-2-4 07:17 编辑 3 \% |3 P" E+ D9 w2 r) w
潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22   i! ?! h( t; m- z" M4 o5 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。
: J! ~& t- ^$ \& _; l. L$ a5 v0 c/ G% ?" P) g3 s
双壳体对艇型有修正调整 ...

" F0 l6 e& @+ Y& x% J% T. J/ A9 z: ^  p% L* {* n2 u
美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。
" o3 r. L6 T7 z
( n1 d1 N3 t0 w" u3 l8 u8 w7 P' g: y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。
' Y0 a( n; S) D# y4 e0 l2 {8 _& g5 ]1 W5 q1 U! w  @" w1 Z
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。
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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？* ~+ G1 x' [7 \' \! j

0 {+ s) g8 Z1 s
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1 E+ H+ z; ~# v% y7 B+ Q+ M  l9 \% u  r& z. h, v  T; U

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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？9 ^, @1 d9 L  `  z; B1 V! x5 f
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 5 Y1 |0 k1 N, h: H) |
MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52 & j; X; t& K8 x4 Z
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 P3 W( [4 G$ b
...

) t3 b$ i+ [* u" M
8 O6 d/ ^  t1 _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 k& U: ^' \$ x
; u# C, w- a* W: |+ {" O# Y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。
* ^' E4 G* A( P
! a6 S3 \- @2 J, N; M0 ]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。
3 t9 E) `8 I) g+ |  H; s0 Q# W+ e$ U1 ]$ f  z+ N5 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。0 u( B3 N/ U7 B& h' Q- [
  @3 I( P8 Q; N
4 w6 Q5 Y" O6 h
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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
  M' ~3 ]) c4 X, j& H' m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 ...

0 f: }( K( q9 s我就更不是学这个的了 3 w2 k/ o$ i% q0 `$ `4 t# N

" e0 l! P# ?8 A& s不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？- D' K- Y( o+ d5 D9 ~* G

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0 Q& _: U& K! I; N! Y6 y
作者: xlan1976    时间: 2013-2-8 23:52
潮起潮落 发表于 2013-2-8 23:33
: U: A3 k: E/ q( e' K我就更不是学这个的了
0 x4 a5 |! b- Q/ P# M  C- m. H+ @  w! H$ l9 X
不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？

; C" s# e  \2 b1 u# K那两位啊，求指教



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