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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 & N5 L9 [: p9 G  h. n

. Q; R! d! F  Y+ y/ G  p$ B* @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。/ A% K3 p0 a; q- \  @" K( _

! t  i+ s2 t/ c: d8 S: I2 `/ h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。9 y; C6 U% \7 o
6 x, C0 L( v) j6 Y4 [
下面发一组照片对比一下：
: {. S1 K/ ]4 W. i7 `  t/ y, e
8 T! }# o2 D4 |  p1、        低速航行
7 M7 R; L8 A* V. w" f. ~0 y3 J: F: ^9 i2 \4 b8 ]$ i

- B( {8 r- {4 nBATON ROUGE号
2 s  h  ~9 M; R1 h& G5 G
: b; D5 S- Q4 i) w! B1 t; r' {. H, j
3 c. R, `6 O8 g7 F" F& LV-2级
; B$ _5 u4 S7 J) N7 g1 P: a) }0 V* [/ o
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。
' \0 U/ t/ |2 ~0 @3 \9 s7 B% L9 l& l! y* ^0 `8 L5 u
下图为苏联V-2级核潜艇。: L$ W# K' ^# e! s. J' a( a8 j9 ~
3 J4 U4 [! v2 Z3 f9 B) J% `* a( R
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6 z+ Z* l5 d$ I0 h- N* y4 w
) G* J$ A0 x& ^6 g  o% r* K
! \+ W9 M; I' [0 k5 Y. T5 p
弗吉尼亚级- s3 k9 N! b+ ~7 r
, Z& h4 ]. m+ k! o
; l0 b& K8 o' C0 m
V-3级6 n) d, q7 N2 H7 H
" o; i; O* e! k0 _- j
上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。( }7 Q+ W) U  L' _5 Q2 \4 V
+ l! f  F6 i# p1 \3 H( H
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。" Z/ p+ ]# ]5 ]& J" n2 a

" v2 R; D/ |' P+ E2 B2 w4 V
  X9 v( U' M4 W1 ~) Q4 D3、高速航行$ ]) D+ P, Z0 y  Z8 P' N
( l* S  B2 ^; _2 z

( L; j% ~( t& b$ C: D高速航行的美国洛杉矶级  ^# x& W" g( K" \

0 `) Z& d1 a' W- F+ C( M8 i+ L
5 w! `! Q8 z/ A$ W, vP级# f) k/ R* w% O" T- M  b

5 q; B0 J( M% `3 a' o+ H' m! A/ [# F% J+ I& m  O
C-1级+ x/ B4 a" p7 z5 T8 S

: Y4 O" o+ ~# t; s% p2 O4 q
/ w) |% b" h' g% d- M/ q  G8 \V-1级: i. a8 o; g- z( b$ w/ p! T
3 p% ?5 k+ b! e# f% M
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。% n  Y' M3 M9 R
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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。- [$ H  f1 z3 Y* g1 G+ }1 s+ ?

- V, [7 ]: ?" B& N0 H8 w4
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; h% w) v* h+ y3 P7 N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 G. l! Z& p4 a, j* s
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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
) _3 D2 i0 p7 G9 H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 ...

2 d' g3 Z) d/ ~" j- M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。: f6 e! t) m0 b: y+ \: l
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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 f3 }5 b" k4 E# M
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 0 }: ~% W2 I( Q* }0 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 ...
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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 0 M) D- P: K6 R# `2 _
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。- y2 c0 W0 l. W* j/ {+ r
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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
" P6 `4 t! B8 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 ...
" M0 [9 @# d2 w; b! A0 R) a
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
; N4 v4 f8 b( @) ~
* B4 v: {  J( F& o# s' S# f7 ~发几张线图比较一下# u' _3 G2 a1 Z* |
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洛杉矶级) c# q; n# p6 S/ Y  X  C% P

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弗吉尼亚级
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: I/ `7 V9 U% O6 D9 z  _+ h
阿库拉级
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. W  D! K  K) }2 M* K) H+ G. k* o# v阿尔法级! A3 U% H9 Z- b) s2 n  C/ t

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* E5 b6 j1 K1 f1 g" i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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个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。: f: @4 C- K" Q3 U
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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
" J. L& l- t% k. O! F发几张线图比较一下
! l, n. H  f9 s+ u. l; \) G  g
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   P3 y5 C" f! X' G
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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) V8 f( R( i6 K; E0 n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。: j9 }" M6 ^" H2 U! |7 v
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苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻力小。
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+ x0 |# o6 Z  ~8 d& d0 o6 }以上请指正。
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2 N  t/ B4 f$ m/ U3 M; a

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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
6 t5 t! U' R# ]. W4 V. T' R( D  F- |美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。, R/ i% {) R% J+ _7 t
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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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& m; f7 c( K' l. F2 g1 c“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。) l1 s6 F( r8 j2 ~

6 Q3 E& J9 f) d. x# ?6 D0 r$ X7 z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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; X6 K8 q7 R$ B( L% r* v  ~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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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 / v/ o( N9 U* J" E8 P
“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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" c0 s* h- d, ^! G8 K双壳体对艇型有修正调整 ...
4 M6 M' L3 h3 h' J7 V% f

( y) Z4 z& v2 Y5 r& |美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。5 e- e, e$ }4 H* F7 w3 a

* R" M8 ]6 `% ^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。  [, u7 {% S8 }

6 H0 c3 o! @# ~. {6 m0 f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。1 w6 Z$ S. b3 l- f
$ g8 k4 d: [! Z4 e4 k: |/ Y
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？
! c3 B( U. T" T- x; o+ N# u+ d& O% X, w' J# b) ]- B( S3 o0 Z
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& q2 ^; C3 P- v6 q% b4 i% u2 U
; T5 h% }" x/ |: w0 f5 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？1 c' A' B5 Z4 m" A1 m
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 : k6 n) k) m, s0 ~  L7 n
MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52
3 l8 B, h" r9 J3 m; 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？
! }3 e8 ?$ X7 w- w+ d2 k7 i ...

3 r8 p1 w/ W7 d' L% ~$ B
/ s* m$ M0 S2 C0 X不是技术流，仅凭上学时对教员授课内容的印象试着回答。
! B3 W1 i: q( u6 F0 O3 l6 g& F% G$ l+ f! ~
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。
0 p/ i- z% ~9 b2 n" Y1 P/ i/ ~- A- j5 l) R/ `7 H' L$ `: v, l5 {
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。
- P- L) R8 ~  I4 q2 z8 R
; d1 P9 b$ T+ }( k! T% A# O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。* y/ R; I& O2 o; j7 x6 v6 T

. D, u- A# ?  w% X+ ~% A
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: j" \6 x( e/ h! z+ H* E" \  V. L" D- \3 p& x# 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
8 C& y: ?, |" E9 R" C( D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 ...

, u& s9 w  g, j) D- r" z& k1 r$ }" [4 z我就更不是学这个的了
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$ T/ b$ {# L& l% s+ _& f$ C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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) k) _( v+ P7 u0 B4 M% ~5 U" G8 m, n; G! |6 t% v/ u, w; @8 Z
" S7 y. E2 N( G# n; e0 d

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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
& P( C. M+ V6 \3 }% p我就更不是学这个的了
- F6 N' O% v! J8 @( }
5 d- x' w) l* z  a" m* V3 H/ x/ ~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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那两位啊，求指教



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