【原创】图说美苏核潜艇的兴波阻力

潮起潮落

/ I  U( |7 V, x; G
1 z* W. _7 m5 ?: j5 J# M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。
0 F; Z5 k  S6 Q- N+ `9 Z
" @* o2 F$ ^8 S/ ^) c  ?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 {1 C; |1 g5 ^0 r- n
下面发一组照片对比一下：

1、        低速航行

( t  f$ k9 W: L. y( W
BATON ROUGE号
* H- p. o8 A3 g3 a& ^0 Y! b1 ]8 |3 u! B
" {+ f* q2 P) B! c0 z! C- ^
. N- e6 n+ r' ^! h9 q  nV-2级

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。

9 [& h$ h8 u. m下图为苏联V-2级核潜艇。
+ b& Z3 ?, |" K$ }; |' \( J6 A
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。
* D4 ]! W3 F' g: g

% L) R% j% D: k8 A9 |2、        中速航行
& v8 |/ g: X7 m* ]  H" g' V% L2 \9 V

. V* l6 v7 _" q2 m弗吉尼亚级


) M1 r) c/ x3 bV-3级

. r# {4 a$ ~6 B2 J8 O+ T* I上图为美国弗吉尼亚级“密苏里”号，下图是苏联V-3级。

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。
7 U+ A; h2 m- ^6 }' D6 Q# }4 [5 H

3、高速航行
! {: X2 A8 N' v+ t& x9 m) R% }2 s# J2 J
1 i: X  ~  @. Z- I; C
高速航行的美国洛杉矶级

% H" ^" w* O' w$ x
( r" n+ }% c7 p7 ^8 NP级

) O$ N, R) D- h) B5 i5 f
3 h1 k! v% D, x: l; JC-1级


. G  c/ H" {- J: s1 @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。
0 I" Q7 q2 d# }
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
' i( Q1 c4 q! b0 |
' U/ M% I2 u+ Y% G& H2 ~# 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" i) l/ E# l' K. y# ]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。

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
7 j% i. ]( a" i7 ~0 J$ |+ L2 o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。

5 h$ [# s- G- X6 p) J2 L& z

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 ...

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 ...

) F  l. @7 @$ `# O* r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
1 k' r( i9 k" q4 {  K6 G( w+ C" n6 e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 ...

/ \7 {5 c# s3 c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。

( }: {# x% u$ X, j4 D+ Y, O

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 ...

- d$ [, x! G& c" s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
8 k0 V/ T4 z$ V- @8 U; a
4 l9 @; I7 _6 O; m
8 {1 ^, _6 A2 s6 g; Z  _洛杉矶级
  e" _& g4 b+ ], Y3 J
% _4 `, B; S/ W6 k/ i
$ o9 W4 }+ g8 Q弗吉尼亚级

  `4 |) o" X" p( p
阿库拉级
  ]* G8 K. p1 b3 S9 E

" t0 a0 ^  T* w阿尔法级

: f9 ]% m2 e7 `6 e

亚森级
0 [& e/ H* y3 F" U' x% k9 Z4 F
6 m. _3 o) e6 ]( C# a: ^* M
/ x: d( j3 v  S5 g0 ~9 G% w8 G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。
$ }2 f0 O7 c( n5 k4 O& z, [
5 v. J9 l  n' J个人认为，美国核潜艇里，最具水滴形造型的是鲣鱼级。

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。
1 \) p, Q$ A& w3 A+ a6 l$ U  H


) {( b' f5 S& [! e7 Y' f
3 U1 Z) q% ^  I7 {5 }( V

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
; P& f/ A* @( Q& F, |; U# S* d/ g+ f发几张线图比较一下

5 l9 a' q+ v# ~! }" e6 l8 z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
2 E) N% \! b$ _8 e1 c+ r7 ]0 |3 j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？

4 w; M% K% |$ i/ G
1 W, z5 ]9 ?* p% S! ~: F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。
5 v8 F" Z: Y' D2 _4 N. q8 y

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。

苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻力小。
) R8 |8 \7 o9 o/ I
5 @: o+ T! F, t! R; ?以上请指正。
5 q9 M) M8 e3 ]( N7 Q


- R( x1 ]7 J( `6 V! @+ Q! W

; ]" R  j; X! c3 c( L' Q

潮起潮落

TopGun 发表于 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。
  s0 @2 t( J$ ?
苏俄潜艇因有双壳体所以直径大，附带好处是兴波阻 ...

9 k: T5 \5 C7 i, A5 {* r7 {( Q' l
! b( a# \$ J7 T3 k4 \0 I“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。

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 n* G, I  ?6 X1 L9 F

' ?7 t* C& A5 D0 Z% ?$ F& n
1 [; U1 R8 d1 D5 S  P7 U
% n- w1 V9 h" l4 E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。
+ m- g* E. w% ^% D6 G  s8 e$ R
' P) G% a8 B/ |
9 ^0 N7 a0 @$ K9 e! n

TopGun

- v0 _) W" ]' l/ {5 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。
) w0 j& E+ l3 j( @$ Q( k8 e" Z& B
- t( m, v0 r5 ^5 _双壳体对艇型有修正调整 ...

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。
6 n: O7 A) U7 V# ~. ]
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 s& d: C' g$ x" o8 i% ]' k  d% r' W
' R4 C% i: \$ I, X/ f; }: g7 o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？

. Y) N2 ]4 ~: Z: t# Y' e
6 X1 O: K6 r+ m6 w2 @

1 A: o% m0 \9 U) t6 |  I
3 U( \- v7 g2 U

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

% w1 Q- x$ E5 d% u4 E* [

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？
...

0 x( F# ~2 n$ y, @( y不是技术流，仅凭上学时对教员授课内容的印象试着回答。
: ^, Y8 e6 F3 q$ }& d
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 h. F  q8 ^3 ~$ O$ b1 ?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 r1 r$ @% f! [+ m% e+ c7 E9 Q
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。
0 ^: w+ `% l3 x# d$ `: a
: ]( @$ z& L/ i5 n! @9 T% B
* J3 x# \) X) U; F

, t' `  @" {3 T5 ?

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