【原创】图说美苏核潜艇的兴波阻力

潮起潮落

' Y/ p- g. w, y8 d5 B& ~. z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。

* L9 e, F' ^. ?7 P# Q9 i' z7 S6 V9 W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。

8 f% x+ E/ ~8 R下面发一组照片对比一下：
, x% I. v9 M/ b' B
* R+ H" N7 S' u; [: _8 a$ `! ^1、        低速航行
% V, G7 k2 [; ]' a
/ a* B$ m: ^# B/ N" U  `
% f) m+ v- Z2 U, l% pBATON ROUGE号

6 M" Z8 i  F6 [) R
V-2级
7 v/ t& Q# B) }- h. K& |1 ~
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。

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。


6 X. I: ^. G( d* \2、        中速航行


% S- r2 \# g  [弗吉尼亚级
% ~. C: T) z2 @

V-3级
0 O8 E5 A% a# S' x4 Q8 e
上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。
0 w# d+ L- C' ]# f, g# k- d+ y
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。
- m( s- E0 r3 P, U6 D

3、高速航行

. M) H' d5 `+ @2 U$ j
高速航行的美国洛杉矶级
  F1 S. t- H( g# o% [' X2 ?
$ w9 C! W6 p, Z; ]) E& i
; V$ ?! ?1 X! Y9 [% \! J1 y5 a- NP级


: l  l7 ]9 R" ~: U6 h& Q* jC-1级


V-1级
$ ]6 V- J9 @  T! \9 }
* Z2 b4 ^# A2 Q. l6 H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。
2 |  y1 O) \3 u
- y+ _: t) s# c  ~4 e' I+ B2 s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。

, D; P% ?4 M8 B4
  Y7 ]& e5 V+ q
5 l* P. W8 i, v" m% ]. |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。
$ b+ O, f: _) {& k* e3 d
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。
$ @2 j" k! f% j' I
; r( N/ Q! S8 _; X

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。

. m8 M& ^. _% s% Y, y+ h% r6 j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
4 w- s( B$ F; E( g" g, V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。

* o6 _7 F, N* }  F8 B6 [! [1 S1 @

猫元帅

潮起潮落 发表于 2013-2-4 14:01
, @, Q! A% E/ j# {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 ...

7 {0 Y/ y0 K0 |6 Y- a3 u0 l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
' B* y7 k" }4 K9 d' E1 {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
. W3 f$ h8 Y0 @4 x5 Y' \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 ...

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。
; a' ]- \4 T! G8 L

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 ...

严重赞同这句…基本就是跟棍子啊

潮起潮落

. s8 S9 C% Y/ N; D$ n/ {0 S, b
+ p$ ?  c$ w1 d3 `8 y7 e发几张线图比较一下
/ q+ T4 z) p7 q9 t
( O5 |" R8 K* |$ S& {6 s
% W8 e2 M# p& d- X洛杉矶级

  [9 `, a# w; \
弗吉尼亚级


7 c, p5 e% }+ C+ h" N阿库拉级


; B; i2 M* a+ e阿尔法级
; R3 o2 m' g: l1 x/ g
# o8 z7 g3 W3 I5 A  o) P) E. }

. D5 G% B* ?& g/ j" w亚森级
3 u: [4 n7 J, I

5 w* ^4 |2 S% a& K$ v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。
/ A: e9 M" i& A9 Z# t
6 U2 B8 t3 |! ^/ S8 O个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。
& o+ \8 V8 S* x; n$ M$ W; J0 q
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。
( M8 z7 d' X, W! m$ z5 Y+ L1 g$ ^2 w
& `, {2 q4 R* ?6 w$ D2 F

8 I: G  W& R0 H# E8 \2 [8 r

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
5 T+ J4 Y/ U* o% }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
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。

# B9 R" K, b7 @8 [3 w

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。

  h/ q8 n0 Z1 S( f) V9 d* v3 F苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻力小。

以上请指正。

+ K# o0 O5 M) ]" G

) M4 v3 G6 f/ C& _+ a  e( l

. ?9 b8 n4 P1 j! N! i

潮起潮落

TopGun 发表于 2013-2-4 19:10
; A3 k3 q- [; 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。
2 {* P, q- J; v
苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...

) I0 q1 a: N, a( 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。

( i9 T, A' w8 R) p7 [) g! S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。



; V1 a" e$ _5 y( }
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。

TopGun

( ]% A3 `4 K& e9 |/ c% z* ^7 J

潮起潮落 发表于 2013-2-4 06:22
: K# n6 Y# E( w$ \" O3 z“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。
7 O- N+ R: w% `+ }% u5 `$ L( B# }( [
+ f4 O' U) O  x4 [5 B( Y+ ?双壳体对艇型有修正调整 ...

* N( D5 ?8 \; X0 e: H/ [2 m
美国潜艇在静止时艇首上仰，表示艇首的储备浮力大。
5 f! b5 z- y7 j
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。
4 |9 ]' X1 E: Z2 l1 t
2 c, w! Q" g' O+ N) t. l' |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。

# A7 E4 q* c: f9 T  d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？


9 s! {7 Y3 J7 t) z3 _
( E4 W+ z- @4 f  F" H$ h
* w  N3 Q, I2 p, C4 j4 n( X& b
. L# g5 N2 K, f1 V  L% B' g
7 U' `/ O- ?8 W- G( Y( A

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

$ e2 ~0 C0 l+ w' \; R* }

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？
8 e  J+ @" ]  h  g7 z2 `  g; O ...

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。
3 x7 V1 a9 e% Z) ^7 C
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。
! e0 g1 K, k8 w' _$ N
; a( L6 Z, i9 H5 w& 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。



4 s! D9 n' P2 ~1 B

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