【原创】图说美苏核潜艇的兴波阻力

潮起潮落

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。
: o# _1 s6 l( k# A2 @
% K2 w" A' Z' W) n5 O) i5 X$ g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。
; d$ d5 k& T% @/ r
下面发一组照片对比一下：
3 O0 o* b! h8 C' {8 S3 ?( u
1、        低速航行
, \  c0 J# w3 G& w* s

- `( G; D8 y5 {, F! ?/ CBATON ROUGE号

  k* `0 I8 L2 D* _" }. V4 d/ {+ L
- O, Z% U* S# S; qV-2级
5 X; i- P, Y* N0 e# N+ A' B" @
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。
& A5 b: @3 f9 |' H+ Q
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。

. K7 e" U* Y2 l+ N
  N  g% f% E/ v% U1 C) W" ]$ |2、        中速航行
7 L- k$ e+ r& \" j" n. S

弗吉尼亚级
5 R* `' W& @  q# f0 c& s* p
2 m2 E  X, U% K3 T1 w
V-3级
- \7 q: Z; \! X! E4 x
3 Y/ }8 X$ ^( b# @$ D上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。
1 ~/ F1 ]$ ?: Q) f1 A5 R( t1 |  g
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。
8 b6 t( l- G) f6 Y4 E' c
1 I: p0 X& \# f! g4 _( v9 _  }$ i$ v
3、高速航行
1 p$ Q- h. ]4 [' s8 |. E
+ J1 |- f! Q, v8 J2 m# j' ^! Q; U
高速航行的美国洛杉矶级


6 A: u% a9 \8 B" @+ I% V0 LP级
+ Z9 h5 ?; D- U
% M( k3 |& V, i. W
C-1级
8 ]# z( G# c& ]1 w) x
  p8 u4 E8 ]3 g( R! E
9 ]* e# M0 I/ IV-1级
5 E* x) E: y# V. l( g8 r# o
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。

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。

4
7 x" P: k  K5 b( L* @3 p
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。

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。

4 t9 C1 q4 C3 s+ C8 T
$ V' A0 @! F/ l

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。

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
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 ...

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。
; f  p9 P4 H. n% v
6 \2 S* B* v, N; R# a- P

猫元帅

潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
  s* [! B' P9 Z0 d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 ...

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
" a0 A. S8 b+ ^8 @3 ~+ q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 s/ f/ C. B! a) V( u: {4 `4 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。

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
' @! T3 c! T3 O5 A4 j: P4 u  x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 ...

/ \* T) u8 h$ k7 L2 k$ `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。
6 w# ]1 k1 u% D' }! h( F
1 N& P5 U% B! L+ s

groovy26

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 ...

1 \$ g0 d- p% H3 l严重赞同这句…基本就是跟棍子啊

潮起潮落

; K  A: O& \# {3 |  R发几张线图比较一下
% z. E) u9 q. B7 S) ?+ r

6 Y4 H+ ]4 X5 b洛杉矶级

! ~9 g0 C& W3 z# w' `, p
, A8 j/ s* N' Z5 m7 k. B2 w/ I弗吉尼亚级


0 h4 ]4 e; v5 W( m阿库拉级

9 o7 S! m* b! [8 n" A
阿尔法级
1 e2 c$ s- ]6 }* F. V
5 K, N5 M) y% |. g9 s
/ q4 w) t1 }( f( V0 B, P
亚森级
' h. r" @  c7 R. c* j) R6 Q

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。
6 p: a" T" E! p+ c& i0 T+ d' u
7 D2 x5 ?+ C+ C, d( Q个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。
+ S4 }; I5 b$ _7 t1 @1 o
* `% Y( W/ @3 @0 ~6 T8 [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。




, U5 \2 X, r0 ^3 l/ W

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

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
& ~9 t" M' X1 U" ?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？

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。
( j: B. Q+ w( i& D4 u

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。
* O- Q4 ~7 S( Z7 c: O
苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻力小。
! O# m# ^( ^+ Y
以上请指正。
: e8 h0 F3 v, T8 _$ @  Z' S' F6 ?

潮起潮落

+ ~0 Q, H1 M# C; Z

TopGun 发表于 2013-2-4 19:10
, ]% Y7 C* D) p6 ^, q& J美国潜艇为了对付埋首，潜艇在水面静止时自然首部上仰。
" a/ d+ Q& @8 |( U0 ]
+ a( G7 _* G2 c0 t) o苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...

- x" O- H6 |! }5 @
9 m5 V) w5 m' b5 u9 g4 {: @( H“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。
& n* O1 H" D) T0 X
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。
2 |6 e1 z/ o2 o0 S1 b! q1 C
5 B) G- D2 k. S  N: w. |; ]  F0 G; A# Z


  }$ B' L& c& [1 N, A, _2 Z- z! O- |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。
% I1 `  r( l" B

TopGun

% g7 `- ~* z- X7 d' a1 w" [; o

潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22
“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* N& _% S) V6 A; n/ N双壳体对艇型有修正调整 ...

+ q! j( ]: V; h0 `" \! r/ j4 k7 H  n
美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。

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。
% H" l: S; {& a- M% m4 j
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。

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？
" J* p' Z2 F. B0 w# }) O# l: }0 r


/ m9 y0 J4 ?4 J
! g$ H0 V; i9 R  n% D' k7 u: l

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

MacArthur 发表于 2013-2-7 06:52
( E( [# b" L1 x9 m1 X5 k; T" z& Z3 N0 f& w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？
...

不是技术流，仅凭上学时对教员授课内容的印象试着回答。
1 D; i* J' B! 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。
. _" W; h, B" X' n7 H% P# W
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。

8 Z" K. m" t, L& U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。

" m: n- `0 ?! K8 z2 H+ n; r
6 C: ]% c1 k- v

/ T* Y" _7 s, s$ e( i  b1 M# I1 T
, y" k$ T8 ~9 K0 B- N- }6 K& R6 n9 R

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