03.07 为什么潜艇在水面航速慢,而在水下却很快?

春风化雨雨过无痕


这个也不是绝对的,潜艇在被发明以后的很长一段时间,水面航速都要远远大于水下航速的!例如一战中最有名的德国U-35潜艇,其水面最高航速为17节/小时,水下最高航速为8节/小时,水面速度是水下速度的两倍还多!时间来到冷战,苏联在80年代建造的基洛级常规潜艇,水上航速10节/小时,而在水下潜航时速度可以超过17节/小时,可见这时候的潜艇水下速度已经大幅超越水上速度了。那到底是什么造成了潜艇水上水下速度的变换呢?


(一战英国K型潜艇)

早期的潜艇其实更形象的说法应该是会潜水的军舰,他们表面上和水面舰艇几乎毫无分别,唯一的区别就是采用了全密封的内部舱室,并且有压水仓负责潜艇的浮沉。而在外形上,早期潜艇不仅有完整的甲板,还有各种上层建筑,他们的武器也甚至在上面还有各种口径的防空炮,德国就曾经将著名的88毫米防空炮搬上了U型潜艇。像这样一种充满了各种突出部的船型潜艇,在水下的各种阻力肯定大到爆炸,所以早期潜艇水下速度慢也就不足为奇了。


(苏联C级潜艇上大口径的甲板炮)

而到了冷战期间,随着反潜手段的日新月异,潜艇越来越注重长时间潜伏水下的功夫,如何在水下保持高航速也成为不可忽视的问题。军工专家们选择以流线水滴形的的壳体代替早期的船型壳体,而这就成为了潜艇速度蜕变的关键所在!
(苏联阿库拉级核潜艇,连围壳都与壳体融为一体)

流线水滴形艇体相比二战之前的船型潜艇来说,艇体湿表面积(在水中艇体与水的接触面积)要小很多,因此潜艇在水下的摩擦阻力要小上很多。而在水上航行时,由于潜艇的排水量和速度不断增加,潜艇在同样存在摩擦阻力的同时,兴波阻力(船在水面航行时击击起的波浪由于压力不均而对船体形成的阻力)大幅增加。所以总结来看,其实现代流线型壳体潜艇的水上阻力要远远大于水下阻力的。



阻力小了,可是没有功率强劲的发动机作为支撑那也是无济于事,众所周知,常规潜艇在水上浮航时可以使用后劲十足的柴油机作为动力,而在水下潜航时却只能用电动机消耗电池的电力进行航行,在二战之前,受制于相关技术的落后,电动机的功率一直提不上去,因此在水下速度也得到了很大限制。

(德国一战时U型艇动力舱)

冷战期间,东西方的对抗直接推动了潜艇技术的飞速发展,不仅诞生了澎湃动力的核潜艇,也催生了各种各样的常规动力潜艇,乃至于在水下也可以使用常规内燃机的AIP潜艇,正是因为多重因素的影响,潜艇的水下速度也是一日千里,最终超越了水面速度!


军武吐槽君


和生物进化一样,潜艇也在不断进化中。如今的潜艇大部分时间都在水下活动,水下速度比水面速度更快。尤其是核潜艇,更是拥有水下30节以上的高速奔跑能力。

冷战时期,苏联“阿尔法”级核潜艇是世界上航速最快的“大黑鱼”,曾创造出水下39-41节的惊人航速,至今也无人超越。

▲苏联“阿尔法”级核潜艇

但二战末期以前的潜艇可不是这样,那时的潜艇水面航速远大于水下航速。船型也和传统水面舰艇差不多,从侧面看上去就像一艘能下潜的驱逐舰。

比如德国VII型潜艇,水面航速17节,水下航速8节;更大的IX型潜艇水面航速18节,水下航速7节。同期的美国“小鲨鱼”级潜艇也是传统常规艇型,水面航速最大20.25节,水下航速8.75节。

▲改装成海军纪念馆的VIIC型潜艇

从1944年德国21型潜艇服役开始,潜艇才真正成为以水下航行和作战为主的兵器,水下航速也开始超过水面航速,是现代潜艇的鼻祖。

21型潜艇装备了通气管,可在通气管深度启动柴油机,不必浮出水面。它大部分时间潜伏在水下,最大航速17.2节,超过水面的15.6节航速。

▲21(XXI)型潜艇

导致这种变化的原因主要有两种:

一、潜艇阻力的变化。

潜艇是舰船的一种,航行时也会遇到各种阻力,包括:兴波阻力、摩擦阻力、粘压阻力、附体阻力、空气阻力、汹涛阻力、污底阻力等等。

1、舰船在水面航行时兴起波浪,改变船体表面压力分布产生兴波阻力。

2、水有粘性,船体与水摩擦产生摩擦阻力。

3、船尾流漩涡导致船艏艉压力差,产生粘压阻力。

4、船体外部各种突出物造成附体阻力。

5、水面航行中也遇到空气阻力,但空气密度小,仅占总阻力的2~4%。

▲船舶阻力图

所以兴波阻力、摩擦阻力、粘压阻力是船舶阻力的主要构成部分,其大小与航速、船型、表面粗糙情况等有关。对水面舰船来说附体阻力占比不大,但潜艇有高耸的指挥台围壳、前后水平舵、排水孔等突出物,所以附体阻力也是一个重要阻力来源。

潜艇航行时,各阻力随速度提高而迅速增大,兴波阻力与航速的4~6次方成正比;摩擦阻力与航速的1.83次方成正比;粘压阻力与航速的平方成正比。

低速行驶时,摩擦阻力、粘压阻力占比最大;高速行驶时,兴波阻力迅速提升,成为阻力中最大的部分。要躲开兴波阻力,一是使舰艇离开水面;二是潜入水中。离开水面就是现在流行的高速双体船、小水线面双体船、穿浪双体船等等;潜入水中就是潜艇。

▲双体船

潜艇在水下不产生水面波浪,兴波阻力这个大魔头就消失了,为提高航速带来优势。不过下潜后附体阻力和摩擦阻力大幅提高,所以为减小阻力,现代潜艇一改往日外形,进化出水滴型、雪茄型、鲸首型等流线形艇体。

同时大幅减少艇体表面突出物和排水孔、改善油漆性能、抑制生物附着,使表面光滑减小阻力,从而使潜艇水下航速大于水面航速。

▲德国214型潜艇的雪茄型外形

二、作战需求变化。

一战及二战初期时,潜艇大部分时间在水面航行,遇到目标时才使用高速接近、下潜、近距离发射鱼雷摧毁、脱离的战术。

它没有通气管不能在水下开启柴油机,只用蓄电池高速航行1~2小时或更短时间就没电了,所以一般都是以5~8节低速静音航行,也能减小被敌人声呐发现的概率。

后来盟军大幅增强反潜力量,尤其是雷达发明后,在海面航行的德国潜艇很容易被反潜飞机发现遭受重大损失,所以德国海军急需一种能在水下长时间潜航的潜艇。

▲21型潜艇伸出通气管潜艇

1942年底,德国工程师瓦尔特开始在前期V80原型艇的基础上研发21型潜艇。新潜艇使用通气管和大功率电池组,可在通气管深度开启柴油机航行,同时为电池组充电。潜艇作战方式由水上转入水下,对水下航速也有了更高需求。

二战后,潜艇隐身性越来越好,传统反潜方式越来越难发现它,于是潜艇自身就成了最有效的反潜武器。两艘潜艇在水下追逐竞赛,是潜深、静音和速度的综合较量。

当时苏联在大潜深、高航速潜艇上成效卓著,压的美军抬不起头来,后来美军研发“洛杉矶”级核潜艇时也特意提高了航速。

▲通气管深度航行的潜艇

再后来核动力登上潜艇,核潜艇绝大部分时间都需要上浮了,水下航速更成了重要指标。此外,核潜艇要为航母战斗群护航,要提前到前方清扫航路,为了跟上编队也需要30节左右的水下航速。

综上种种原因,现代潜艇水下航速比水面航速更快,代表了新作战形式下的需求。


和风漫谈


潜艇顾名思义是在水下航行的船只,是潜水艇的简称。

潜艇的特点就是它的隐蔽性,能够长期在水下航行而不被敌人发现,可以对地方目标发动突然打击。由于潜艇在“暗处”,敌人的目标在明处,往往让敌方猝不及防,打击效果出奇的好。


但对于潜艇来说,它的航速也非常重要。满足不了速度的要求,突袭效果就会大打折扣,尤其是在瞬息万变的战争中,速度更是决定因素。

因为鱼雷本身是一件速度并不快的武器,如果潜艇速度不快,加上速度同样不快的鱼雷,很有可能陷入看得见敌人却打不着的窘境。

另外,一旦潜艇被巡洋舰/驱逐舰发现,潜艇的境遇会非常危险,大部分时间没什么还手能力。这个时候,潜艇的航速可就是性命攸关的大事了。

那么,到底是什么决定潜艇的速度呢?

潜艇的速度除了和它采用的能源与发动机有关外,外形也非常重要。

最早的潜艇诞生在一战前后,当时的潜艇外形多数采用的是线形设计。为了减小航行时遇到的水波阻力,潜艇的顶部设计成跟水面上航行的船只的外形相似,潜艇内部有提高浮力的装置,这种形状的潜艇在水面航行时速度很快,但水下航行的速度却相对较慢。

(一战时的潜艇,不看密封的底部的话外表跟军舰没有太大区别)

但潜艇主要是用来水下航行的,这种潜艇显然满足不了现代作战的要求。 随着战争形式的变化,人们对潜艇水下航速的要求越来越高,一种崭新外形的潜艇问世——


新型的潜艇取消了原来的鱼脊形头部,取而代之的是水滴形首部。

水滴型潜艇的特点是:潜艇头部是纺锤造型形,潜艇的横剖面几乎都是圆的,这种潜艇是中间细细的小蛮腰,屁股尖尖的。这种水滴形潜艇的水下阻力小,水下航速就更上一层楼。可是凡事都有利弊,水滴形的潜艇水下跑快了,水面上的速度却下降了。

因为这种造型的潜艇航行速度快的时候容易往上蹿,专业术语叫“上浪”,同时头部容易下沉,行话说是“埋首”。这种潜艇水面上的航行时的速度没有在水下航行时的速度快。

常识告诉我们,物体行进时遇到的阻力大小是影响物速度的重要因素,阻力越大,速度越慢。按说水里行进的物体比水面行进的物体遇到的阻力应该大得多,潜艇水中行进的速度应该是比水面上要慢才对。但有时候,现实会颠覆常识。

潜艇在水面航行时,决定潜艇航速的阻力都有什么呢?

首先是潜艇和水面的摩擦阻力、然后是漩涡的阻力和波浪的阻力,还有突出体阻力和空气的阻力,潜艇遇到的这几种阻力越大,航行速度越慢。

可是当潜艇到了在水下时空气阻力就没了,而且潜艇潜伏越深,波浪产生的阻力就越小。往往是水面上无风三尺浪,水下却是一潭死水,波澜不惊。

这样,在深水下的潜艇航速的阻力就只有摩擦阻力、突出阻力以及旋涡阻力了,而波浪阻力则小得可以忽略不计了。所以,采取水滴形形状的潜艇,水面上航行的时速要比水下航行时要慢四分之一。因为他们在水下没有突出阻力和漩涡阻力,但在水面上却又巨大的波浪阻力。

采用这种设计的现代潜艇,以核潜艇为例,核潜艇的水下速度一般在每小时30海里时,水面航行的速度也就在每小时20海里左右。

其实,潜艇的特长就是“潜伏”,跑到水面上就等于暴露自己的行踪,无异于自杀。只要不是醉驾,轻易不会跑到水面上。一战时期之所以要注重水面航速,因为一战时潜艇顶部有很多武器是需要在水面上使用的。而现代潜艇全部使用鱼雷,并没有什么事情需要浮到水面上,潜艇水面上的航速就无关紧要了。


小约翰


初看这个题目,许多人也许会感到很奇怪。因为一般情况下,物体在地上进行速度要比水下快,因为空气了阻力要大大小于水的阻力。然而,潜艇却相反,在水下航行的速度要快于在水面的航行速度。这是为什么呢?

潜艇是一种重要的水下武器装备,因其具有良好的隐蔽性和作战性起到了其他舰艇难以发挥的重要作用。潜艇的航行状态包括近水面航行、水面航行、近海底航行以及远离海面和海底的航行状态。长久以来,人们对潜艇绕流场的研究主要集中在其远离海面和海底航行的状态,即不考虑自由液面和海底2种边界的影响。而潜艇在接近水面的情况下,考虑到自由液面和粘性效应,潜艇的绕流场相对于其他情况而言就更为复杂,潜艇对自由液面的影响也更加显著,这是潜艇在水面为什么航行速度慢的主要原因,那就是阻力因素非常多。

潜艇在水面航行时影响航速的阻力一般有摩擦阻力 、旋涡阻力、兴波阻力、突出体阻力和空气阻力 。我们知道,潜艇主要在水下航行,但是根据工作的需要必须经常在近水面航行,如潜望镜深度航行、柴油机水下工作深度航行等,因而不可避免地受到海面波浪的影响。在波浪力的作用下,潜艇会产生摇摆和击水。由于潜艇特殊的中性浮态,其运动在不受控制时是固有不稳定的,近水面航行的潜艇在波浪力的作用下,若不采取适当措施,会由于低频吸力的作用而出现“露背”现象,潜艇的航速就非常低。

实际上,潜艇在水下航行时,不但要考虑敌方火力威胁的影响,还要考虑海洋战场环境要素对潜艇安全性的影响。只考虑潜艇水下航行,因此,风以及海浪对潜艇航行的影响较小,主要是海洋水下环境,包括海 流、潮汐、内波、水深、海底暗礁、岩壁、冰山等障碍物、水道宽度、密度跃层、中尺度涡等,所以潜艇虽然在水下航行速度快,但也不能虽然开啊。


小鹰说科技


首先呢,这是因为常规潜艇依靠柴油机作动力。由于柴油机需要依靠空气,所以早期的潜艇使用柴油机只能在水面航行。二战以后的常规潜艇通常都安装有柴油机通气管,潜艇可以在水下10米左右的通气管深度使用柴油机,能够以10节以上航速进行潜航。但柴油机只能在通气管深度内使用,超过了这个深度,就不能使用柴油机航行,得改用电动机。而潜艇在接近水面的情况下,考虑到自由液面和粘性效应,潜艇的绕流场相对于其他情况而言就更为复杂,潜艇对自由液面的影响也更加显著,这是潜艇在水面为什么航行速度慢的主要原因,那就是阻力因素非常多。

潜艇在水下航行没有兴波阻力,所以相同动力条件下的航速比在水面航行时高得多,潜艇在水下以电机驱动可获得10节以上的高速,现代先进潜艇甚至可以进行20节航速的水下电机航行。从俄罗斯进口的基洛级636M型常规潜艇,是比较先进的大型常规柴电潜艇,水面排水量约2300吨,水下排水量超过3000吨,基洛级以其优异的静音性能被各国海军称之为“水下黑洞”。它的水面最高航速为12节,水下最大航速19节。中国从俄罗斯进口了10艘基洛级636M型常规潜艇,其中372艇艇名为“远征72”,于2006年开始服役于南海舰队。基洛级潜艇属于传统的常规潜艇,无辅助动力,在水下只有两个驱动方式,一直通气管柴油机动力,二是电池电机动力。

目前最先进的常规潜艇,已经开始采用水下长航时辅助动力装置(AIP动力),可以使用燃料电池或斯特林闭式循环发动机不依赖空气进行水下长时间潜航,例如我国最先进的039A/B型常规潜艇,带有AIP动力,排水量3600吨,水面航速12节,通气管状态的水下最大航速高达20节,使用斯特林闭式循环发动机做水下航行时,可潜航一个月无需浮出水面。而相对常规潜艇的低航速,核潜艇的水下航速具有明显优势。大多数核潜艇都能以20~30节的高速长航时潜航,现役最快的俄罗斯阿尔法级核动力攻击潜艇,水下航速可以达到42节,而且能够长时间保持最高航速。


迷彩虎军事


11月30日解放军报文章,发表海军南海舰队某潜艇支队以“信仰之光照亮深海大洋”为主题的党课讲稿,该支队的372潜艇在去年曾因为潜航突遇“掉深”,快速反应挽救潜艇,被中央军委授予一等功。文中还提到提到全军优秀指挥军官、支队教练艇长曾栋良在潜艇里摸爬滚打20多年,累计出海2000多天、水下航程5万多海里。

如果以出海天数2000天,其中三分之一为水面航行,三分之二时间为水下航行,水下总航程5万海里。那么可以推算出,我军常规潜艇每昼夜24小时的平均水下机动速度为37.8海里,那么平均水下航速为1.57节(节是海军速度单位,每小时航行1海里为一节,约等于1.85公里/小时)。大约折合2.9公里/小时的航行速度。通常情况下,一个成年人的步行速度为5000米/小时,散步或慢走的速度为3公里/小时以下,那么从上述推算可以看出,我国常规潜艇的平均水下航速还不如一个成年人走路的速度。

那么水面军舰的平均航速是多少呢,我们从一个例子得出结论。2014年6月,中国海军北海舰队导弹护卫舰528绵阳舰、565葫芦岛舰和补给舰洪泽湖舰组成的远海战备巡逻编队,经过19昼夜航行5500海里航行,完成了西太平洋海域的远海战备巡逻任务,返航途中插入日本大隅海峡,距离日本本土仅8海里。19昼夜航行5500海里,平均航速12节。又例如海军的053H1G江门舰,曾号称南中国海战力最强、吨位最大护卫舰,1995年入列至今18年,江门舰在2012年的全年累计总航程5000海里,总航时520小时,平均航速为10节左右。这都属于正常的任务巡航速度,是怠速时间、慢速时间和最高航速时间的总和平均值。

这样问题就来了,为何常规潜艇的平均水下巡航速度如此之低,只有3公里/小时,不仅大大低于水面舰艇的平均航速,甚至比成年人走路的速度还慢。是潜艇性能不好么?

都不是,与很多人固有印象相反,常规潜艇在水下作战,一直就是一个慢速的武器,从来没快过。

常规潜艇依靠柴油机作动力。由于柴油机需要依靠空气,所以早期的潜艇使用柴油机只能在水面航行。二战以后的常规潜艇通常都安装有柴油机通气管,潜艇可以在水下10米左右的通气管深度使用柴油机,能够以10节以上航速进行潜航。但柴油机只能在通气管深度内使用,超过了这个深度,就不能使用柴油机航行,得改用电动机。

潜艇在水下航行没有兴波阻力,所以相同动力条件下的航速比在水面航行时高得多,潜艇在水下以电机驱动可获得10节以上的高速,现代先进潜艇甚至可以进行20节航速的水下电机航行。但由于潜艇电池容量有限,如果以电机驱动10节以上的水下高速航行,那么一小时就能将电瓶的电量耗尽,于是潜艇水下电机航行通常为最低速,每小时只有1~3节的低航速,如果遇到逆流的洋流,潜艇的航速还会更慢,甚至可能被洋流推着倒退。

本文里的教练艇长曾栋良驾驶的是一艘从俄罗斯进口的基洛级636M型常规潜艇,是比较先进的大型常规柴电潜艇,水面排水量约2300吨,水下排水量超过3000吨,基洛级以其优异的静音性能被各国海军称之为“水下黑洞”。它的水面最高航速为12节,水下最大航速19节。中国从俄罗斯进口了10艘基洛级636M型常规潜艇,其中372艇艇名为“远征72”,于2006年开始服役于南海舰队。基洛级潜艇属于传统的常规潜艇,无辅助动力,在水下只有两个驱动方式,一直通气管柴油机动力,二是电池电机动力。

目前最先进的常规潜艇,已经开始采用水下长航时辅助动力装置(AIP动力),可以使用燃料电池或斯特林闭式循环发动机不依赖空气进行水下长时间潜航,但实际的水下航速仍然有限。例如我国最先进的039A/B型常规潜艇,带有AIP动力,排水量3600吨,水面航速12节,通气管状态的水下最大航速高达20节,使用斯特林闭式循环发动机做水下航行时,可潜航一个月无需浮出水面,但最大航速仅为3节。

常规潜艇的水下平均航速如此之慢,它如何与敌人水面舰艇作战呢。潜艇水下作战多采用伏击方式,在远程侦察和指挥体系的引导下,常规潜艇以慢速潜入伏击区,在水下静静的潜航,或停机待命,当声呐探测到敌方舰艇信号,再启动高速水下航行实施战术攻击动作。

相对常规潜艇的低航速,核潜艇的水下航速具有明显优势。大多数核潜艇都能以20~30节的高速长航时潜航,现役最快的俄罗斯阿尔法级核动力攻击潜艇,水下航速可以达到42节,而且能够长时间保持最高航速。

所以各海军都对核潜艇有着不可抑制的欲望,无他,那玩意在水下跑的太快了。


科罗廖夫


高速运动的物体无论车船飞机最终都要面对的是空气或水的阻力,由于动力学的不同克服水阻与空气阻的方式也不同。早起的潜艇和现在常规动力潜艇都配备2套发动机组,海面燃油机和水下电机。

潜艇作为一个隐秘攻击武器,发动攻击时都是在水下进行,常规动力潜艇由于电池组无法持续维持输出必然要到海面补充电力,所以相对在海面航行时间更长,设计上也更加优先于海面航行破浪及克服风阻,然而这种设计不利于水面下高速航行。另外燃油机为了发电和航行,功率往往大于电机动力,毕竟电池组还要进行性氧料补给,其他电气设备运转。因此除非紧急情况需要超载电机,常规航行时水面速度高于水下相对容易理解。

对于核动力潜艇而言,情况恰恰相反。有了核能这个几乎是无限能源的动力源,潜艇几乎可以永久在水下潜航(补给除外)。那么潜艇只需要客服水下阻力和洋流影响,设计上也不需要像军舰那样破浪和克服风阻,所以水下航速高于水面航速也很正常。另外对于潜艇人员来说,遇到了狂风暴雨时大多还是喜欢在水下跑的。

所以对于题主来说,应该针对的是核潜艇而不是常规动力潜艇。


天道轩辕


总的来说,潜艇航行时主要受到以下阻力,分别是:

兴波阻力、形状阻力、空气阻力和摩擦阻力

兴波阻力示意图。

兴波阻力跟船的外形、速度有关,船速越高,兴波阻力所占的比例越大,一些高速船的兴波阻力可以占到总阻力的一半,甚至更高。

而形状阻力更容易理解了,比如:

上图4种形状,其阻力依次减少,最小的,也就是最后一种,它像水滴一样,所以又叫水滴形外形,很多潜艇、核潜艇的外形都是水滴形的。

空气阻力不用说,摩擦阻力就是海水与潜艇表面的摩擦。


知道上面的4种阻力后,我们就不难明白,为什么潜艇在水面航速慢,而在水下却很快的原因了。

原因是,如果潜艇在海面航行,那么其受到的阻力是全部,也就是:兴波阻力、形状阻力、空气阻力和摩擦阻力,一个也没有落下。


但是在深水中潜行,那么占大头的兴波阻力没有了,这极其重要,另外就是空气阻力也没有了。

只剩下摩擦阻力和形状阻力。

而摩擦阻力,可以在表面采用特殊材料,进一步减少,这类似于奥运会上,游泳健将穿的那些泳衣。

形状阻力,使用水滴形外观,又可以减少到最小。

上图是二战时期的潜艇和现代潜艇的外观对比,显然,过去的潜艇外观设计很落后。


像苏联K-222,它是世界上速度最快的核潜艇,水面航速35公里每小时,而水下时速却高达82.8公里。


寒木钓萌


没有为什么,所谓潜艇水面航速慢水下速度快实际上是大家的刻板印象,现代潜艇的水下航速是高于水面航速。之所以会形成这样的刻板印象,主要还是大家在生活中接触的影视作品大多反应的是二战或更早时候的情况,而现代潜艇的知识大多出现在一些专业刊物上,对于我们普通百姓获取起来有一定难度。

一个基本的物理常识是,在流体中航行的物体的速度取决于其外形。早期潜艇的水面速度高于水下速度数倍之多,主要是因为其舰艇形状主要是为了其水面航行所设计的,特别是第一次世界大战时期的潜艇,如果从外形上看(特别是侧面)很难把其与普通驱逐舰区分开来。并非当时的潜艇设计者喜欢长时间在水面航行,而是受限于当时的技术。早期的潜艇在水下航行使用的是蓄电池,在给蓄电池充电期间必须浮出水面使用柴油机,且这一充电过程需要耗费大量的时间。然而,这种适合水面航行的潜艇在水下速度会严重下降。

得益于革命性的不依赖空气推进技术(AIP)的发展,现代的潜艇大多数时候是在海面下航行。一些核动力潜艇甚至可以做到在海面下航行数月之久,普通的采用AIP技术的常规潜艇连续几十天的水下航行也不成问题。在这种情况下,潜艇的外形就演变成为专门的水下航行外形。我们知道,水面航行和水下航行最大的阻力区别在于兴波阻力和空气阻力,这两大阻力限制了水面舰艇的速度。而采用纺锤形设计的现代潜艇在水下由于缺少了这两样阻力的影响,其航速是高于水面航行的。

比如著名的苏联“帕帕”级潜艇,由于采用钛合金材料,其水下航速达到惊人的44节,超过全球几乎所有当时在役的水面舰艇的速度。


强武堂


其实很简单,就是针对性设计导致的结果。

水面航行和水下航行需要的外形是不同的,这点可以对比水面舰艇和潜艇的外形区别。或者更简单一点,看看船的船艏部分。如图所示,这个是提康德罗加级巡洋舰的图片,可以看到船头水线以下是圆头,水线以上是尖头。这样的设计,当然是为了阻力更小。

潜艇要兼顾水下和水上航行两种模式,能采用的方案有两种,①学水面舰艇设计,追求水面高速。②采用圆头(流线型)设计,追求水下高速。

事实表明,潜艇水面航行快慢无所谓,水下速度快慢是决定生死的事,所以潜艇设计都是采用圆头(流线型)设计,水下速度更快。

(很多人以为不管什么外形,在水面阻力都应该小一些,这个看法是错误的。采用流线性设计,可以保证潜艇在水下航行时,水流均匀的沿着潜艇表面从头流到尾,阻力是最小的。如果在水面航行,船头露出水面一半,船头激起的波浪是需要消耗能量的,船高速行驶时。这种兴波阻力可以占总阻力的50%以上,潜艇设计没有经过水面航行优化,阻力更大)



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