【原创】图说美苏核潜艇的兴波阻力

潮起潮落

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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。

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。

: i- w9 ?' Y* T7 A$ Q- Q* g下面发一组照片对比一下：
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9 V! e5 d. [5 {( z0 X1、        低速航行
1 z# j- m% X9 L

: v+ u8 |+ v3 S7 A6 e( OBATON ROUGE号
) Y2 Y6 G  a, I% T7 f5 |2 p1 W. m

V-2级
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( Y& n. l* @0 z- f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。

, `( @- {2 O$ E下图为苏联V-2级核潜艇。

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。


) Y. N4 E" |) D& i5 G! |2、        中速航行

9 k' ]  p. N# d3 @# `3 I8 Y! ?( q
9 @6 G: n3 l0 j1 U5 f; G弗吉尼亚级
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, Y6 J, h% P2 p- o( |V-3级
) F& z* J" C0 T) a7 T! }
8 G  l9 s7 u; T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。
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# K  X# a4 G4 H( Z' M3、高速航行
* T: e7 y+ O3 y& x% I7 U7 }

8 N7 L9 n3 I( c+ B( N高速航行的美国洛杉矶级
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0 ]( u$ k  [5 w' vP级


C-1级
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% ~9 P% E3 ]  l1 B8 E
V-1级

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。

5 d% l5 R4 a) ~2 f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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) p3 i9 \1 U. T. z; r6 N3 h3 i+ S0 h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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4 r/ I$ `, S9 J9 }8 h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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逍遥探花

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。

维京老海盗

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？

猫元帅

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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6 K8 ?& z) t# D- F0 N/ m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。

潮起潮落

猫元帅 发表于 2013-2-4 13:44
5 I- B- {. J8 k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 ...

8 s+ T" Q+ e& E2 V" v- Q5 `% 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，艇型基本就是个圆管子了。
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猫元帅

潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
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 ...

4 E. ~8 ~: i; m. C+ w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。

潮起潮落

猫元帅 发表于 2013-2-4 14:03
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 ...

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。

akboz

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。

潮起潮落

akboz 发表于 2013-2-4 14:20
+ y8 h3 [% e! K+ @" K$ h) 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 ...

& }8 E9 `; D' t/ r+ p+ o/ W) h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。

groovy26

潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
$ x; @: w" \. Q$ d" E: q4 C# K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 ...

严重赞同这句…基本就是跟棍子啊

潮起潮落

发几张线图比较一下
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- j; K4 K! V/ s( ]# ~3 R洛杉矶级

9 ]' H2 M# j5 c; m; G/ u, E2 r
弗吉尼亚级
8 u+ H+ X6 a$ h

阿库拉级

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阿尔法级
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: k5 ^9 D# ^3 ]8 X! n/ {

$ a) w% P9 i2 d. ~; O6 N2 i6 O亚森级

" I! h  h  c% @  p. W# C
3 k6 ^. _) X/ a$ e) b) S/ @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。
( \$ c3 ?7 s2 i8 a6 F# e3 b
# t) ?7 x6 o, s2 E* {个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。

+ u  |& V6 K" l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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大鹏翔宇

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？

groovy26

潮起潮落 发表于 2013-2-4 16:43
发几张线图比较一下

  ?$ @  m  T7 g/ K0 P# b" y! D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？

潮起潮落

大鹏翔宇 发表于 2013-2-4 17:09
6 V% g# L6 \% g( p3 \( L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？

" b" g: Y- e4 q& S4 W7 u: R2 _6 @
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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TopGun

美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。
) o0 \( }" {% L/ e# [6 F
: U1 \1 K5 ]. r* A# N% P% a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 _. N+ n1 Q' V& A7 v: S以上请指正。
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# R. }1 l9 \) t

潮起潮落

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TopGun 发表于 2013-2-4 19:10
/ L& \2 j) s# s/ V, `美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。
' n* V. p; l4 t) S$ L
苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...

% _" R1 C" b9 P4 D“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。
+ d; g! d0 ?. J- w1 t
% j7 c$ M& g% p9 ~+ V7 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。


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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。


0 D/ V5 o- R. n1 A7 d$ f- c

TopGun

+ E  k5 E! a; J( l% }0 v

潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22
2 w# o" P7 h6 G* t* C/ B# W“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。

# u  k; j% b4 N0 p4 |3 _双壳体对艇型有修正调整 ...

5 F" V3 V. m6 ?* i( V
美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。

3 J. _! r9 N, a8 x* 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。
6 s: n+ D5 b; \( L. n. u) _( c
, v" t3 B: S: }/ T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。
2 K2 B: O' r) i; A, {6 P( z# [
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？

3 N* r5 K8 X4 F, D) W: {

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" C; t- h' ]( @3 x+ I! f

MacArthur

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？

潮起潮落

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MacArthur 发表于 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？
...

$ Y" P* V4 Q- V( r
* U0 C- o1 F/ E! e* E8 |; H9 F不是技术流，仅凭上学时对教员授课内容的印象试着回答。

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。

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。

' Q, A- h( b7 {9 }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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& z. P8 ?3 G8 O0 ]% A. v
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xlan1976

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