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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 2 F$ A2 f) _3 e7 H0 E0 {" E2 h  n
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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。- w8 E5 `. ~/ V8 L
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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。+ Z) o$ z5 E8 _$ @7 k/ I( [" u# S
( x8 X5 T7 E$ N# V
下面发一组照片对比一下：, `0 Q0 ~2 @$ {: G' V
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1、        低速航行  M! T! U& u6 ~% Z# D" Y5 ]: D
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BATON ROUGE号
, u# y9 b. A* L/ l8 C+ {% j* r- v  ~2 V% ~+ a% H0 r

$ n! L3 [* O. `) hV-2级7 a3 c% r: p- y4 ~; D) e
, f3 o4 A& v, X8 l8 p
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。" B# E5 B; U+ p( [- g8 \6 X
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下图为苏联V-2级核潜艇。5 y" M; `' f" z8 K, ^7 }

% T+ G2 F* Z4 C% T( t% ~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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1 W1 g2 ^& T8 ?; J8 }# \2、        中速航行
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2 n7 ~( z8 H/ u( W% c. l" Z' T
弗吉尼亚级
  V" _( x  I% I! ]5 R# h+ @9 K
, \% K6 n! z: D
  b9 x  d1 s1 U% n) q' ~1 H. w4 ~5 hV-3级
; e, Q# C. s' {- O9 i
! z. W9 D  a: D1 g* e" q上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。) |& {$ ?" D% W9 r1 s, ~

) C  }9 g0 U! Q  t% }. y# v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。  a$ j/ D3 |- m! ^& O
' V2 A0 p+ T; N8 x! K: p# E% }
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3、高速航行
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( N! c/ x. K& h- [' c高速航行的美国洛杉矶级
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. A! D1 f9 @5 }* m0 r- G5 Z" E' tP级
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/ y# K/ }. R. fC-1级' v" W( f1 e7 ~( e/ Q
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( Y. u5 e' J3 ^. X! pV-1级+ E( }! S$ X$ V( g

3 k: p; A  l# r" w5 {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。1 ^( K9 [, T# E1 M9 u* P
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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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) U: L' u, B$ u4 s7 z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。# M# X0 @4 m9 B4 Z$ L3 w: |

8 q' x' [' D, T1 A! k8 @: @, e7 g; T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。% \. F$ t$ g- N2 G  l/ 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。0 p4 _( x- T8 m; i

5 R* Y) r2 O5 b+ A; Z* `6 V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 , v& h. L. b% ~0 a
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 4 l! ?+ r9 `7 K6 c3 l0 D8 v* s
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
8 |' Q- |( \% c5 F! {# a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
+ v; u+ ~3 E! z4 P' C, F; F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 ...

) u  d, e( a/ Q6 y' {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
% J- {* r- H% Y. M/ y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 ) ~$ ]( \" ~$ S- O1 x

3 A% i% J8 P" m  a' A( V# t% @8 b) e发几张线图比较一下: @6 t  F, d( s; f6 g
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洛杉矶级6 m9 @( v+ V& X& {

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$ D/ R$ k/ ?  h. |* u$ K! ]弗吉尼亚级
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' P5 f0 t2 o" t3 v3 h/ _8 y
7 l& v0 M( P0 h  d/ I0 A阿库拉级
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& |* f  Y. L, }
. m- Y- \; C& X+ L" p阿尔法级
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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。. A2 N% S0 q+ s  r" ^( B! @
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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。3 ^3 t7 |" D: H; ^
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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
, R8 V- H. h: I5 Q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
8 \8 }7 J0 V9 h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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  n1 o7 o3 `3 Z$ W$ O6 N% l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。" n$ e( G  v/ z9 m
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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。3 n+ t/ A" l: ~& Z4 D: ?3 Q

( _( m8 ^+ f( `& R; f3 x" y苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻力小。0 C% I- T5 _( A5 B; L
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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 ; M* Q* G6 c0 E% v) j9 Y- R5 Q3 `
TopGun 发表于 2013-2-4 19:10 0 W  i* q" ~0 U  M8 d
美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。* U  Y) e" O; o2 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 ...
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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。4 D/ S1 O; k- u+ R

3 t+ Q. F" S# V5 k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。9 W! s5 H9 M* N' z

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8 V$ Z. Q. @# T( k6 U0 c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。/ |# v! u8 H* p# v7 ~

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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 " A  c( A6 z% v' p9 n  J' g
潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22 ' A6 D2 U; b3 r- c: 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。
6 H, C! q! h! o6 y/ f  B7 L: J7 q) a3 m. b+ C3 y* q$ L
双壳体对艇型有修正调整 ...

( C% r8 N2 h: }% u; K* ?2 y6 s( w# W9 _; ~/ O. I, t; a5 B
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。
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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。, z+ O  o+ G( m( ~2 A9 z

- N7 p+ O+ o4 b* u- m/ {& Q  p/ C: o' J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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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？
2 m" W3 U3 [2 ], a
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
2 z' v! B3 l1 u0 W; p5 e8 E) Q
MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52 1 |4 I* Y6 p/ t8 x# _8 @
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 p, {  J3 o  F- @7 b
...

4 D7 K, v" B# h  a+ W3 G: y! h: P& ]0 A  A/ `! 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。& s0 v' I( ?+ U1 G
4 }4 j7 k, i( @: a# ~  V, q* |
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。' \4 D3 Y; `6 y6 C8 ?: V- _
+ X% T/ L3 {3 o' b+ f
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。
' {$ O. ]; K; r  }
2 D! ~* I- k' r' D9 h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。
( g" P. H* l$ a5 c% x4 D1 B+ O' M. N' B& i2 p

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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 ' o6 M3 m7 ?9 p& ?
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 ...
" D8 }5 ^* R$ _! y6 M. s+ c
我就更不是学这个的了 8 t5 a5 ]( Q( c$ ]3 K

# u4 [  f% {% L1 ~; m3 N9 W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
0 _& O: X4 I" @我就更不是学这个的了
, j7 z0 K% u  V9 l' P8 \% y4 P; H/ }( u0 d+ j/ n
不过本坛有两位应该是业内人士，或许请他们给讲讲？

. ?6 R6 J5 }; G( T9 c! N( f那两位啊，求指教



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