潛艇為什麼是圓頭?這樣不是增大阻力,降低速度了嗎?

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早期的潛艇不是圓頭的,而是像水面艦艇那樣的尖頭破浪型艇艏,比如著名的德國U型潛艇。大家好,歡迎關注兵器知識譜,今天我們聊一聊潛艇的腦袋。現代潛艇按艇體線型的形狀可分為三種,即常規型、水滴型和過渡型。常規型潛艇是第一次世界大戰前後潛艇採用的線型,這種潛艇的側面形狀與水面艦艇相似,為了降低航行時的興波阻力,腦袋做成類似水面艦船那樣的刀型破浪艇艏,而且為了使潛艇在有風浪的海面上有較好的適航性,首部有很大的脊弧並設有浮力艙,依靠浮力艙提供的浮力來改善潛艇在風浪中的埋首現象,這種艇型適宜於水面航行,但對提高水下航速是不利的,這也是二戰時期潛艇總是跑不過驅逐艦的主要原因。下圖為影視劇中體現潛艇遇到驅逐艦時無奈的表現,二戰時期的潛艇由於水下航行速度極慢,驅逐艦對於潛艇來說就是天敵般的存在。

隨著對潛艇水下航速要求的不斷提高,人們對常規型潛艇的艇型進行了一系列改進。比如取消了艇艏部位的脊弧和浮力艙以及艇艏的刀型前傾角,改成了直首柱,這就是現在常見的滴水型艇艏。水滴型潛艇的線型特點是首部呈圓鈍的紡錘形,潛艇的橫剖面幾乎都為圓截面,艇身從中部開始向後逐漸變細,尾部呈尖尾狀。水滴型潛艇的水下阻力小,有利於提高水下航速,但水滴型潛艇的水面航行性能較差,破浪效果遠遠不及常規型的刀型前傾角艇艏,而且易出現埋首現象。有的水滴型潛艇為了提高水面航行性能,採用了艇首浮力艙,比如俄羅斯的“基洛”級潛艇。不過現代滴水型(也就是題主所說的圓頭啦)潛艇能長時間潛航,比如AIP常規潛艇的最長潛航時間為45天,而核動力潛艇則長達90天,因此水面航行時極差的適航性反倒不重要了。下圖為阿爾及利亞海軍裝備的俄製基洛”級潛艇,它就是“圓頭”潛艇的典型代表。

過渡型潛艇是把常規型的直首和水滴型的尖尾相結合的一種潛艇線型,這種潛艇的水面航行性能優於水滴型,而水下航行性能優於常規型潛艇。然而魚和熊掌不可兼得,過渡型潛艇由於兼顧了水面和水下兩方面的適航性,必須把艇身造得十分修長,從而導致潛艇內部空間非常狹小,人員作訓條件極差不說,還嚴重影響潛艇的性能發揮,比如我國已經全部退役的035型“明”級潛艇。因此過渡型潛艇和常規型潛艇逐漸被淘汰,目前除了相對落後的國家仍然在採用這種設計以外,過渡型潛艇設計早已被世界各個軍事強國摒棄。下圖為過渡型艇艏設計的035型“明”級潛艇。

二戰時期潛艇採用常規前傾角刀型破浪艇艏設計的原因

當潛艇上浮到水面以後,它的航行狀態就與水面艦船無異,因此也會受到像水面艦船那樣的水面適航性的制約。我們就以水面艦船的適航性為切入點來討論潛艇水面航行阻力吧,艦船航行阻力是指船舶航行時,作用於船體上阻止船舶運動的力,包括空氣阻力和水阻力,空氣阻力在低航速或良好天氣環境下影響比較小,僅為總阻力的2% ~4%;而水在為艦船產生浮力的同時也產生阻力,水的阻力成為艦船航行時主要阻力,佔比為總阻力的80%~90%(淡水區域與海水區域各有不同),比如在風平浪靜的海域航行時,艦船的航行阻力有80%來自於水,當海浪超過2米時水產生的阻力就達到90%以上;剩下的3%~10%為其他阻力,比如沒有關閉的魚雷艙門、未回收到位的船錨以及艦船超重等等。下圖為採用傳統前傾角破浪艦艏設計的055大型驅逐艦。

為了減小航行阻力人們設計出了兩種船首,即前傾角的刀型破浪船首和後傾角的劍型穿浪船首,比如我國的055大驅以及所有水面艦艇一律採用刀型破浪艦艏設計;而美國DDG-1000“朱姆沃爾特”級驅逐艦則採用劍型穿浪艦艏設計,兩種艦艏設計都能在風浪中取得非常好的適航性,同時也能起到減小航行阻力的作用,只不過刀型破浪艦艏設計的大風大浪適航性較高,減阻效果率低;而劍型穿浪艦艏設計適合在風浪較小的濱海海域活動,遠洋適航性較差,然而減阻效果卻十分明顯,這種設計能讓10000噸級的驅逐艦以40節的速度高速航行。下圖為艦艏採用後傾角穿浪設計的“朱姆沃爾特”級驅逐艦,這種設計使其成為世界上速度最快的驅逐艦,但是遇到風浪時就糟了,它將比任何一種軍艦都慢,因此豬艦一般不出遠海,只在濱海欺負小國弱國。

基於長期在遠洋蟄伏作戰的需求,再加上蓄電技術相對落後,水面航行的時間要比潛航時間長,因此二戰時期各個國家的潛艇一律選擇像水面艦船那樣的前傾角的刀型破浪艇艏設計。還是以德國U型潛艇為例,水面航行時使用柴油機驅動,最大速度為13節(23.4公里/小時),水下航行時使用電動機驅動,最大航行速度為6.8節(12.3公里/小時),續航力為水面1600海里(即2960km),水下水下35海里(即65km)。可見二戰時期的潛艇在75%的時間裡都在水面航行,只有25%的時間在潛航,因此為了水面適航性而犧牲水下適航性以減小航行阻力是當時技術水平條件下最正確的選擇,這就是是二戰時期所有國家潛艇有一個像船一樣的刀型前傾角破浪艇艏的原因。下圖為從海底打撈上岸並復原的德國U型潛艇,前傾角的刀型破浪艇艏設計使其在水下巡航時速度僅比自行車快一點點。

現代潛艇採用水滴型“圓頭”艇艏設計的原因

隨著科技的進步,潛艇的隱蔽需求更加顯得剛性,因此要求潛艇能在大部分時間都處於隱蔽的潛航狀態,只有在需要對外聯繫或者回到本國安全領海區域時才能上浮道水面航行。我們就以美國“俄亥俄”級戰略核潛艇為例來說明吧:迄今為止美國一共建造了18艘“俄亥俄”級戰略核潛艇,其中12艘常年在深海中執行核威懾戰略值班,其餘6艘則輪換做為修整和保養的備份艇。每艘“俄亥俄”級戰略核潛艇自持力為45天,其中有40天的時間一直在水下潛航,不論是水面還是水下航行都使用核反應堆發電來驅動電動機,水面航行時的最高航速為12節(21.6公里/小時),水下最高航速為25節(45公里/小時)。下圖為“俄亥俄”級戰略核潛艇的“圓頭”艇艏特寫。

可見現代戰略核潛艇在水下的航行時間佔88%,而水面航行的時間僅為12%,而且水滴形“圓頭”艇艏設計明顯改善了水下適航性,減阻效果顯著提高,水下航行速度甚至是水面航行速度的近2倍,因此現代潛艇沒有理由不選擇水下適航性優異的水滴型“圓頭”艦艏設計,而對於自持力達90天的美國“海狼”級攻擊核潛艇而言,水面航行甚至可有可無了,它的作用僅限於在離港時供官兵們站在甲板上與家人或者戰友揮手告別,水面航行時間恐怕連12%的佔比都沒有了。下圖為正在水面航行的“海狼”級攻擊核潛艇,航行中艇艏被激起的海浪不斷掩埋,說明水面航行阻力非常大,但是到了水底這種阻力就會消失。

綜上所述,潛艇的滴水型“圓頭”艇艏設計不但不會增大航行阻力,反而能明顯降低阻力。看到這個結論時各位讀者是不是覺得很意外卻不怎麼驚喜?其實心裡有這種感覺是很正常的,畢竟要一朝扭轉長時間形成的錯誤意識是一樣很不容易的事,相信為數不少的讀者甚至讀到文章結尾到這裡了依舊接受不了潛艇的“圓腦袋”在水下航行阻力明顯小於“尖腦袋”或“扁腦袋”的事實。沒關係,我們可以再舉一個例子——魚雷!可以說世界上自魚雷誕生之日起就一直使用圓腦袋設計,因為沒有其它設計能比圓腦袋的航行阻力更低了,如果不是因為潛航技術落後,德國U型早就使用“圓腦袋”設計了。可能會有一些讀者想用“尖腦袋”的空泡超高速魚雷來抬槓,作者打算把講述所謂“空泡超高速魚雷”的機會留給讀者朋友們,希望大家踴躍在評論區發表評論,記得關注兵器知識譜,讓我們一起探討有趣的軍事領域話題。下圖為傳說中最高速度可達200節(370公里/小時)的空泡超高速魚雷。


兵器知識譜


潛艇70%以上的動力損失都來自於海水的阻力,為了減少動力的損失,現代潛艇一般都才用圓頭,也叫雪茄型,在學術上稱為“魚雷型”,魚雷型的潛艇是目前世界各國都採用的一種普遍的殼體,這種殼體是當前水下阻力最小的殼體形態。



潛艇之前並不是圓形殼體,而是類似於水面艦艇前端的形狀,其中經典的代表作就是二戰末期德國的U21潛艇,前蘇聯的R級常規潛艇、英國的小鯨級潛艇都才用這樣的外形佈局,這種外形佈局艦艉尖銳呈梭狀,不利於潛艇在水下高速航行犧牲動力太多。

在50年代末美國發明瞭“水滴型”潛艇外殼佈局結構,這種結構的改變極大的改善了潛艇的機動能力,是目前主流潛艇的首選,但是“水滴型”不適合常規潛艇非常適合核潛艇,“水滴型”潛艇頭部較小不適合常規潛艇搭載大量的電子產品,頭部又是最為重要的部位。



在這基礎上又研發了一種“魚雷型”殼體這種殼體尾部呈水滴狀、前端圓頭、主體呈圓柱體,這種佈局更能提高潛艇內部空間,能搭載更多的電子儀器,而且還有利於水下航行。

對於長時間水下航行的核潛艇、AIP潛艇來說,水滴形是最好的設計,根據任務需要,為容納中段到達發射艙等,也會退而求其次,選擇加長水滴形。普通柴電潛艇,有可能會選擇鯨首型艦體,但是水滴型是目前的主流。



各國經過長時間實踐證明,水滴型殼體是當前水下阻力最小的殼體形狀,能極大的減少水下運動時的阻力,保證潛艇能有良好的操縱性,但這種形狀的潛艇有一個不能忽視的問題就是在海面漂浮時抵抗海浪的能力要差很多。


難明我心


現代潛艇多采用的是水滴造型,其舷首呈圓鈍型,圓潤線條一直延伸至中部,然後從最粗的腰腹部開始收縮,到最後以尖尾狀收尾。按照常理來說,越尖銳的東西才更能夠刺穿水體,最小的減少水下阻力,獲得更高的速度,但是潛艇為什麼卻反其道而行,將頭部設計成阻力更大的圓鈍型呢?很多人認為只是為了增加艇內空間,以容納更多的設備,其實這只是一個原因,更多的是為了減少阻力,提高水下穩定性和速度。


▲法國凱旋級核潛艇

其實我們只要仔細觀察,但凡是在水下運動的武器,無論是潛射導彈還是水下子彈,沒有一個採用的是尖頭設計,全部都是鈍頭。主要原因就是水體阻力是空氣的約800倍,當物體前半部尖頭擊穿水體向前運動時,後半部卻會因為水體巨大的摩擦力而快速停止運動,由於物體兩部分所受到的力量完全不一致,最後就會導致進入水中的物體發生翻轉,並且很快停止運動。

採用鈍頭設計後,寬大的頭部可以撐開更大的面積,在後方形成一個類似於空腔的空間,最大限度的減少水體的摩擦力,提高物體前進的速度和穩定性。普通子彈在水下殺傷距離不足2米,所以做出了鈍頭的水下子彈,早期的潛射導彈也是尖頭的,由於水下姿態不穩定,必須加裝截錐體,後來就乾脆都採用圓鈍型的彈頭了。

▲採用鈍頭造型的三叉戟潛射導彈

潛艇之所以採用圓鈍型的艦首,也是出於水下穩定的考慮,但是它又為什麼要將尾部做成尖尖的呢?因為除了摩擦力之外,在流體中前進的物體還會由於首尾部的壓力差而產生黏性壓差阻力,當水流經過艇首時,水流流速減毛,壓力增加,而在水流經過潛艇尾部後會形成渦流區,壓力隨之減少,這兩部分壓力差也會形成較大阻力,影響潛艇的機動性。採用尖銳尾部能夠減少渦流區的形成,減少黏壓阻力。


當然了,潛艇目前主流的水滴流線型並不是一蹴而就的,現代潛艇主要有三種外形。第一種為常規性,潛艇在誕生之初,其實就是將水面艦艇設計成全封閉結構,然後加上壓水浮力艙進行上浮和下沉。所以包括U型艇在內的早期潛艇外形和水面艦艇區別並不大,都是採用剪刀型舷首,外形稜角分明,在水面前進時,這種外形可以更好的克服水面航行時的興波阻力,但是在水下阻力太大,航速太低,因此很快就被淘汰了。

二戰後的第一代核潛艇開始採用直角的鈍頭直首柱設計,整體造型也是稜角分明,並沒有突出流線體,這種造型一般被稱之為過渡型,美國第一艘鸚鵡螺號核潛艇就是這類造型的典型代表。
全世界第一種鈍頭水滴形潛艇為美國的大青花魚號試驗艇,他在1953年建造完畢,水下速度超過了30節。由於它的成功,美國的第二代鰹魚級攻擊核潛艇便開始正式採用這種外形設計,時至今日,全世界幾乎所有潛艇都已經成為了圓鈍頭,水滴形的模樣。


軍武吐槽君


錯了,潛艇使用圓頭,在水中受到的阻力反而更小。因為潛艇在水中航行時,受到的阻力主要有兩種,分別是摩擦阻力(或者叫粘性阻力)和粘壓阻力,前者摩擦阻力好理解,顧名思義,就是物體表面和流體之間存在的一種阻礙物體運動的摩擦力,那麼什麼又是粘壓阻力呢?就是當物體在流體中運動時,由於流體的尾部出現渦流運動而形成的一種首尾之間的壓力差,這種壓力差帶來的阻力就叫做粘壓阻力,且這種阻力的大小與尾流的形成有很大的關係,看下圖:

▲粘壓阻力形成原理簡圖

如圖所示,當物體在水中運動時,水流也會沿著物體表面運動的,且運動方向與物體的相反,而當水流流過物體尾部時,就會出現一個低壓渦流區,也就是我們大家平時見到的尾流,關於這個低壓渦流區(尾流)的形成,我們可以這樣理解:正常情況下,液體會填充滿靜止物體的周圍空間的,而當物體運動時,液體會與一定的速度流過物體尾部的大折角區域,此時就會導致流過的液體“來不及”填充滿物體尾部的那個空間,從而形成一個渦流區,而相對來講,這個渦流區的水要“少於”物體前端區域的水,所以壓力也就小於物體前端,因此就會在物體的首、尾兩處出現一個壓力差(前端大、尾部小,等同於阻礙物體向前運動),這個壓力差就是物體在流體中運動時遇到的粘壓阻力。

▲流線型和鈍型物體的所受阻力示意簡圖

物體在水中究竟由哪種阻力主導,則是跟物體的形狀有關,首、尾成流線型(比如水滴形)的物體,在水中受到的阻力主要是摩擦阻力;首尾成鈍型(圓頭、平頭等)的物體,在水中受到的阻力則主要時粘壓阻力。如上圖所示,流線型的物體,首、尾的錐度較小,當前端破開水流時,水流可以沿著帶錐度的尾部運動,從而在尾端空間匯合,所以,產生的低壓渦流區很小或者是幾乎是不產生低壓渦流區,也就不會出現粘壓阻力,因此才說流線型物體的主導阻力為摩擦阻力;鈍型物體的首、尾兩端的錐度很大,液體很容易被物體的前端排開,所以與液體接觸面積相對更小,摩擦阻力沒那麼明顯,但是因為水流被排開的原因,會導致更難及時地填充慢尾部空間,所以,形成的低壓渦流區就更明顯,同時粘壓阻力越大,因此,鈍型物體在水中的阻力以粘壓阻力為主導。

▲現代潛艇的結構示意圖

所以,對於潛艇來說,使用尖頭還是使用鈍頭(圓頭),就取決於這兩種結構的在書中受到的阻力誰更加小,答案很明顯了,現在的潛艇基本上都是鈍頭的,所以鈍頭結構的潛艇在水中受到的綜合阻力要更小,為什麼?因為增大潛艇的長徑比(長度和直徑的比值)以及減小尾部錐度(即尾部弄成流線型的)就可以有效地減小粘壓阻力,同時,使用圓頭來取代尖頭又可以減小摩擦阻力,所以,大家發現了沒,現在的潛艇她的外形結構都是這樣的:前面為圓頭,接著中間是一段圓柱體,最後的尾部則是尖尖的流線型,如上圖所示,那麼,為什麼前端用鈍頭時潛艇受到的阻力反而會更小呢?如果用尖頭又會是怎樣一種情況呢?我再給大家畫一個簡圖來幫助大家理解,如下:

▲尖頭和鈍頭結構的潛艇優缺點對比

從圖中我們可以看到,因為潛艇加大了長徑比,以及尾部弄成了流線型,所以,不管是前端使用尖頭還是鈍頭,尾部都已經不會產生低壓渦流了,也就是說鈍頭帶來的粘壓阻力缺陷已經被彌補了,然後我們再看潛艇的前端,如果使用尖頭結構,那麼帶來摩擦阻力沒有得到解決,而如果換成把尖頭換成鈍頭,那麼當潛艇向前運動時,鈍頭就會起到一個把水排開的作用,也就相當於在一定程度上減小了水和潛艇表面之間的摩擦阻力,然後因為長徑比增大了,被排開的水有足夠的時間來回流,再加上潛艇的尾部也是流線型的,所以鈍頭也一樣可以忽略粘壓阻力。因此,在同樣的長徑比、同樣是流線型尾部的情況情況下,使用鈍頭結構的潛艇受到的水的摩擦阻力相對於尖頭結構會更小,在忽略粘壓阻力的情況下,鈍頭結構在水中受到的總阻力也就越小,這就是為什麼現在的潛艇都使用圓頭而不是尖頭的原因。

▲水滴形的“青花魚號”潛艇,現代潛艇外形設計的先驅

最後再提一點,對於潛艇來說,圓頭結構對空間的利用率明顯要高於尖頭結構,如果潛艇的前面是尖頭的,那麼很多設備就裝不下了,會影響整個潛艇的內部佈局,所以,使用鈍頭除了可以減小阻力之外,還是為了儘可能的提高潛艇的內部空間利用率。其實一艘從設計到研發,這個過程是需要花費很多人力物力的,因此,在定型之前,潛艇的任何一項設計都必須達到現有技術條件下的最優解,而現在的潛艇既然都是圓頭的,就說明了圓頭才是最適合潛艇的,不然的話不就是在浪費研發經費麼?


哨兵ZH


二戰時,潛艇大部分時間,都是在海面行駛的,因為技術的原因,無法隨心所欲的設計外殼,大都設計成了常規型的艇艏,其側面形狀與水面艦艇相似,為了降低航行時的興波阻力,在有風浪的洋麵上有較好的適航性,這樣的艇艏形狀適宜於水面航行,但對提高水下航速卻極為不利。

戰後水滴型潛艇開始流行,其線型特點是艏部呈圓鈍的紡錘形,潛艇的橫剖面幾乎都為圓截面,艇身從中部開始向後逐漸變細,尾部呈尖尾狀;此形狀的潛艇,水下航行阻力小,有利於提高航速,但水面航行性能較差,且艇艏容易上浪出現埋首現象。

現在,通常將潛艇常規型的前傾角取消,改成了直首柱,將常規型和水滴型潛艇直首和水滴型的尖尾相結合的一種潛艇線型,稱為過渡型潛艇,取消了首脊弧和浮力艙,艇艏大都數是圓頭的;這種潛艇的水面航行性能優於水滴型,而水下航行性能優於常規型潛艇,是常規型和水滴型潛艇的綜合體。

由於潛艇的耐壓殼製作,如果將艇艏設計成尖頭,既不利於魚雷發射管的安裝,又嚴重製約了魚雷管的數量,且要浪費大量無法利用的空間;因此,弄成尖頭的艇艏對減少水的阻力作用不大,最主要的還浪費了寶貴的艇體;將艇艏弄成圓形,則可以獲得更大的空間,可安置更多的魚雷發射管,以及大功率聲吶裝置等。

此外,將艇艏隆成尖頭的,水在流動時產生的阻力,將大部分都轉移到艇身上;將艇艏設計成圓頭,除了艇體空間面積利用大以外,圓艇艏能將水產生的阻力排開,因此,當下的潛艇沒入水中時,大都是頭圓尾尖的形狀。


國平軍史


潛艇是圓頭,技術與需求最終平衡的結果。潛艇類似深海鯨魚,它們身體是圓柱形,鯨魚頭部和潛艇頭部相符。潛艇速度慢,製造成尖頭減少水阻力作用,而浪費更多空間。二戰時期直至今天人類潛艇頭部都是圓的,研發潛艇技術人員不是沒想過尖頭的潛艇,水密度較大,水分子作用力較大,所以應做成流線型,圓形優秀過其它形狀。


圖為伊400型潛艇水下航母的設想也是相當超前。伊-400級作戰思想和設計都相當先進,抗壓差,無法再突破深度深潛,但和德國XXI型潛艇一樣,因為到來得太遲而無法影響二戰的結局。

第一、二次世界大戰,他們沒多餘時間去實踐,日本伊400是二戰最大潛艇,設計船形,長度293英尺,水上排水量3550噸,水下排水量6560噸,設計最高航速水上20節、水下7節,航程33000海里/16節,伊400最多可搭載人213人。伊400形狀抗水壓能力差,日本海軍膽大包天,有作死念頭,假如下潛中有突發事件,很難力挽狂瀾,只能全艇船員葬身大海,這是潛艇船體違揹物理定論。

納粹德國潛艇IA型潛艇,首艇1936年2月下水,此潛艇是德國一戰後自主研發,為海軍設計第一種作戰潛艇,也是二戰納粹德國海軍潛艇部隊首款潛艇。

圖為德國潛艇IA型設計流水線不合理,最主要的是這型潛艇的性能極差,包括操作性差和下潛速度非常慢,這很容易被敵方潛艇發現。


IA型潛艇設計像戰列艦形狀,可以說失敗之作,海上適航性差,只能活動範圍是近海,操控性能差,機械故障不斷,因試航不理想,放棄批量生產。IA型潛艇抗水壓能力相比伊400強一些,雖然沒伊400那麼多功能,但沒伊400那麼多地方滲水,後來德國以IA型為基礎,研發的VII型和IX型非常先進,在IA型積累寶貴設計、建造經驗。

二戰後,潛艇為提高生存能力,只能在蟄伏水下方面做功課,隨時間越潛越深,抗水壓問題成重點。

圖為美國海軍海狼級潛艇,它的形狀是長水滴形,流水線做工細緻,耐抗壓,極限下潛800米深。

物理學和地球引力教導大家,最抗壓是球形,但潛艇要裝備發射系統、發動機、容納人員、各種設備等,不可能用球形去造潛艇,那樣還能水下活動麼,早早浮起來,只能水柱形,圓形頭很好融合水中與抗壓,主要長水滴或古巴雪茄型。長水滴形制造工藝很難,當今世界潛艇是此形,特點水阻力減小,提速快,雪茄型用於常規潛艇多。

大型潛艇設計多為圓柱形,艇中部設立一個垂直艦橋,早期稱為指揮塔,內有通訊、感應器、潛望鏡、控制設備等,當今世界先進潛艇或專業潛艇去除此設計。


森林狼6


錯了在流體力學中前尖後粗的形狀在液體中反而阻力更大。

大家都發現飛機都是前細後粗可能認為飛機的可以套用在潛艇上,但是飛機是飛的很快的所以它很少受後部空氣渦流的影響,但是飛機的機翼基本上都是前緣厚度高於後緣,機翼的剖面類似於潛艇剖面砍了一半,這是因為飛機要產生升力而潛艇浮力是來自水櫃。

箭頭代表流向,線條代表流體流過的路徑,後面的圈圈表示渦流,前細後粗的尾部會產生渦流阻力會非常大,並且尾部的螺旋槳跟渦流攪在一起噪聲更大,渦流不光產生阻力也產生噪聲這是要命的。

其實你說的潛艇都是圓頭是錯的,我國035型就不是圓頭而是鯨型艦首,而且圓頭點潛艇多數為拉長的水滴形,這種設計主要針對水下航速要求高的潛艇,核潛艇基本上都是這種設計。

這種鯨型設計是一種劈波設計,這種設計的好處是水面航行速度非常快,跟船一樣是劈波設計所以適合水面航行,水下阻力就很大了。

水滴形水面航行會浪湧上艦首,造成潛艇艦首下沉這類可參考美國核潛艇水面航行的視頻,整個艦首都被淹沒水面航行性能不太好。


李曉偉


潛艇是一國海軍的王牌

在人們的常識之中,錐形是最有利於刺穿物體的形狀,像是釘子、刀尖、等都是如此。這其實是人們對於“鋒利”的認識,即越尖銳的物體越能夠穿越阻礙。但是,在現實之中,這一常識其實並不正確,或者說在生活中勉強算是正確的,但是放到軍事上或者特殊的物理環境下,則將會成為一個徹徹底底的謬論。


二戰時的伊400潛艇便是採用了刀型艇艏

潛艇所處的海洋環境,恰恰就是這樣一種特別的物理環境。在海洋環境裡,錐形或者其他形狀的艇頭,實際上並不能夠減少航行時的阻力,甚至於所受到的阻力大小要比圓形艇頭更大。而且,艇頭設計成尖頭,不利於安裝更多的設備,如魚雷管、聲吶等潛艇常用的關鍵設備。一般來說,艇頭空間越大,潛艇所能夠搭載的設備數量越多、性能越強,潛艇的水平也就越出色。

二戰時德國潛艇也採用了刀型設計

而與之相對應的,則是潛艇整體性能的不平衡。早起潛艇為常規型,使用刀頭設計,水下航行速度極慢,想要加快航行速度就必然要增加動力,而這會使潛艇所發出的噪音大大增加,遠超海洋背景噪音90分貝。為了增加潛艇的水下航行速度,二戰後出現了許多新的潛艇形狀設計,這其中最受矚目的便是水滴型潛艇。顧名思義,其形狀類似拉長的水滴,亦或是一枚艏部呈圓鈍的紡錘,特點是橫剖面為圓截面,尾部為尖尾,在水下航行時性能出眾,航速非常之快。

許多時候潛艇都需要上浮海面

水滴型非常適合核潛艇,因為常規潛艇往往噸位較小,只有上千噸到3000噸左右,採用水滴型設計,則艏部空間不足以攜帶大量電子設備,並且會損失相當的水上航行能力。而核潛艇則不然,核動力賦予了其長期在水下活動的能力,噸位更是遠超常規潛艇,可達9000噸甚至是上萬噸,是常規潛艇的3到10倍以上。因此核潛艇採用水滴型設計後,既能夠搭載足夠多的電子設備,又無需擔憂水上航行能力的喪失,因為其職責便是潛伏在水中。

潛艇艏部空間非常重要

與之形成對比的則是過度型設計。這種設計綜合了常規型和水滴型的優點,將常規型的艏部和水滴型的尾部相結合,使得其既適合在水上航行又能夠保持相當的水下航行能力。過度型潛艇後來還發展出了許多分支,如所謂的鯨型、雪茄型潛艇,都屬於過度型潛艇的一種。這種潛艇也是現如今使用最為廣泛的潛艇。

潛艇是在不斷進化的

其實說到底,武器是為戰爭服務的,能夠打贏戰爭的武器才是好武器,不適合戰爭的武器則將會被不斷淘汰。潛艇使用圓頭而非尖頭、刀頭,其實就是因為人們在不斷的戰爭和探索中,發現圓頭最符合物理規律和戰爭規律、最適合戰爭罷了。


區域拒止


二戰末期德國的U-XXI 型潛艇做到了水上速度和水下速度一樣快,而在外形上和之前的U型潛艇相比U-XXI型的艦首外形更為圓滑,但依然是穿浪型艦首的設計,只不過設計得更為圓滑,而這樣的設計直到現在依然由國家在使用。而戰後各國的技術都在上升,潛艇不在是穿浪型設計,而是改成了水滴形的圓頭型艦首,這樣的設計是不利於在水上航行,但是潛艇的作戰環境是在水下,所以這樣的圓頭型艦首讓潛艇的水下速度比水上快。

二戰時期的潛艇其實就是能潛水的驅逐艦,在德國早期的破交戰中潛艇大部分都是浮起來用艦炮擊沉商船的,畢竟魚雷的數量比較少,是非常寶貴的。而且那時候的潛艇水下航行的時間比較短,大部分時間都是浮在水上活動,遇到地方軍艦才下浮的。而在戰後50年代潛艇的流線型艦艇開始改為水滴形艦艇,而水滴形艦體就是圓頭,這樣的設計在水下的阻力更小,適合潛艇的長時間在水下活動。

而且這樣的設計除了阻力小意外,體積變大了,可以攜帶的東西變得更多,而且這種圓柱形的艇身更適合做耐壓艇殼,所以現在的潛艇的潛深到達了300-400米,而二戰時期的潛艇都是在150米以內,而且很少會潛到150米的深度。至於說圓頭在水上航行時的阻力會比水下大,水上速度慢就沒辦法了,不過現在潛艇在大洋上大部分時間都是在水下活動。


在十字路口等等你


潛艇圓頭的設計主要是考慮水下耐壓性和潛艇空間使用的考慮,還有就是水下阻力的減緩考慮,潛艇設計靈感來源於魚類,魚類在水中暢遊,有些魚類的迅速躲避,給了設計師很多的靈感。



潛艇最大的殺傷力就是潛伏在水下,出其不意攻擊目標。現在的潛艇最大潛深已經突破了水下1000米,在這麼深的水下,首先要解決的就是潛艇殼體本身的耐壓性問題。經過各種實驗數據,圓形殼體在水下耐壓性能最好,於是潛艇選擇圓形殼體,參考魚類的活動,選擇魚類身體外形結構,在潛艇前部採用圓頭設計。


潛艇本身攜帶的設備比較多,空間又有限,採用圓頭設計,不至於浪費潛艇前部的寶貴空間。這兩點既解決了潛艇耐壓的問題,又解決了潛艇設備安裝的問題。

還有就是潛艇的阻力,參考魚類在水中的活動,採用圓頭設計,是一個極佳解決潛艇在水下所受阻力的問題。不僅不會增加阻力,反而是減少阻力,並增加了速度。


圖片源自網絡


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