02.25 潜艇为什么是圆头?这样不是增大阻力,降低速度了吗?

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二战时,潜艇大部分时间,都是在海面行驶的,因为技术的原因,无法随心所欲的设计外壳,大都设计成了常规型的艇艏,其侧面形状与水面舰艇相似,为了降低航行时的兴波阻力,在有风浪的洋面上有较好的适航性,这样的艇艏形状适宜于水面航行,但对提高水下航速却极为不利。

战后水滴型潜艇开始流行,其线型特点是艏部呈圆钝的纺锤形,潜艇的横剖面几乎都为圆截面,艇身从中部开始向后逐渐变细,尾部呈尖尾状;此形状的潜艇,水下航行阻力小,有利于提高航速,但水面航行性能较差,且艇艏容易上浪出现埋首现象。

现在,通常将潜艇常规型的前倾角取消,改成了直首柱,将常规型和水滴型潜艇直首和水滴型的尖尾相结合的一种潜艇线型,称为过渡型潜艇,取消了首脊弧和浮力舱,艇艏大都数是圆头的;这种潜艇的水面航行性能优于水滴型,而水下航行性能优于常规型潜艇,是常规型和水滴型潜艇的综合体。

由于潜艇的耐压壳制作,如果将艇艏设计成尖头,既不利于鱼雷发射管的安装,又严重制约了鱼雷管的数量,且要浪费大量无法利用的空间;因此,弄成尖头的艇艏对减少水的阻力作用不大,最主要的还浪费了宝贵的艇体;将艇艏弄成圆形,则可以获得更大的空间,可安置更多的鱼雷发射管,以及大功率声呐装置等。

此外,将艇艏隆成尖头的,水在流动时产生的阻力,将大部分都转移到艇身上;将艇艏设计成圆头,除了艇体空间面积利用大以外,圆艇艏能将水产生的阻力排开,因此,当下的潜艇没入水中时,大都是头圆尾尖的形状。


国平军史


潜艇70%以上的动力损失都来自于海水的阻力,为了减少动力的损失,现代潜艇一般都才用圆头,也叫雪茄型,在学术上称为“鱼雷型”,鱼雷型的潜艇是目前世界各国都采用的一种普遍的壳体,这种壳体是当前水下阻力最小的壳体形态。



潜艇之前并不是圆形壳体,而是类似于水面舰艇前端的形状,其中经典的代表作就是二战末期德国的U21潜艇,前苏联的R级常规潜艇、英国的小鲸级潜艇都才用这样的外形布局,这种外形布局舰艉尖锐呈梭状,不利于潜艇在水下高速航行牺牲动力太多。

在50年代末美国发明了“水滴型”潜艇外壳布局结构,这种结构的改变极大的改善了潜艇的机动能力,是目前主流潜艇的首选,但是“水滴型”不适合常规潜艇非常适合核潜艇,“水滴型”潜艇头部较小不适合常规潜艇搭载大量的电子产品,头部又是最为重要的部位。



在这基础上又研发了一种“鱼雷型”壳体这种壳体尾部呈水滴状、前端圆头、主体呈圆柱体,这种布局更能提高潜艇内部空间,能搭载更多的电子仪器,而且还有利于水下航行。

对于长时间水下航行的核潜艇、AIP潜艇来说,水滴形是最好的设计,根据任务需要,为容纳中段到达发射舱等,也会退而求其次,选择加长水滴形。普通柴电潜艇,有可能会选择鲸首型舰体,但是水滴型是目前的主流。



各国经过长时间实践证明,水滴型壳体是当前水下阻力最小的壳体形状,能极大的减少水下运动时的阻力,保证潜艇能有良好的操纵性,但这种形状的潜艇有一个不能忽视的问题就是在海面漂浮时抵抗海浪的能力要差很多。


难明我心


现代潜艇多采用的是水滴造型,其舷首呈圆钝型,圆润线条一直延伸至中部,然后从最粗的腰腹部开始收缩,到最后以尖尾状收尾。按照常理来说,越尖锐的东西才更能够刺穿水体,最小的减少水下阻力,获得更高的速度,但是潜艇为什么却反其道而行,将头部设计成阻力更大的圆钝型呢?很多人认为只是为了增加艇内空间,以容纳更多的设备,其实这只是一个原因,更多的是为了减少阻力,提高水下稳定性和速度。


▲法国凯旋级核潜艇

其实我们只要仔细观察,但凡是在水下运动的武器,无论是潜射导弹还是水下子弹,没有一个采用的是尖头设计,全部都是钝头。主要原因就是水体阻力是空气的约800倍,当物体前半部尖头击穿水体向前运动时,后半部却会因为水体巨大的摩擦力而快速停止运动,由于物体两部分所受到的力量完全不一致,最后就会导致进入水中的物体发生翻转,并且很快停止运动。

采用钝头设计后,宽大的头部可以撑开更大的面积,在后方形成一个类似于空腔的空间,最大限度的减少水体的摩擦力,提高物体前进的速度和稳定性。普通子弹在水下杀伤距离不足2米,所以做出了钝头的水下子弹,早期的潜射导弹也是尖头的,由于水下姿态不稳定,必须加装截锥体,后来就干脆都采用圆钝型的弹头了。

▲采用钝头造型的三叉戟潜射导弹

潜艇之所以采用圆钝型的舰首,也是出于水下稳定的考虑,但是它又为什么要将尾部做成尖尖的呢?因为除了摩擦力之外,在流体中前进的物体还会由于首尾部的压力差而产生黏性压差阻力,当水流经过艇首时,水流流速减毛,压力增加,而在水流经过潜艇尾部后会形成涡流区,压力随之减少,这两部分压力差也会形成较大阻力,影响潜艇的机动性。采用尖锐尾部能够减少涡流区的形成,减少黏压阻力。


当然了,潜艇目前主流的水滴流线型并不是一蹴而就的,现代潜艇主要有三种外形。第一种为常规性,潜艇在诞生之初,其实就是将水面舰艇设计成全封闭结构,然后加上压水浮力舱进行上浮和下沉。所以包括U型艇在内的早期潜艇外形和水面舰艇区别并不大,都是采用剪刀型舷首,外形棱角分明,在水面前进时,这种外形可以更好的克服水面航行时的兴波阻力,但是在水下阻力太大,航速太低,因此很快就被淘汰了。

二战后的第一代核潜艇开始采用直角的钝头直首柱设计,整体造型也是棱角分明,并没有突出流线体,这种造型一般被称之为过渡型,美国第一艘鹦鹉螺号核潜艇就是这类造型的典型代表。
全世界第一种钝头水滴形潜艇为美国的大青花鱼号试验艇,他在1953年建造完毕,水下速度超过了30节。由于它的成功,美国的第二代鲣鱼级攻击核潜艇便开始正式采用这种外形设计,时至今日,全世界几乎所有潜艇都已经成为了圆钝头,水滴形的模样。


军武吐槽君


错了,潜艇使用圆头,在水中受到的阻力反而更小。因为潜艇在水中航行时,受到的阻力主要有两种,分别是摩擦阻力(或者叫粘性阻力)和粘压阻力,前者摩擦阻力好理解,顾名思义,就是物体表面和流体之间存在的一种阻碍物体运动的摩擦力,那么什么又是粘压阻力呢?就是当物体在流体中运动时,由于流体的尾部出现涡流运动而形成的一种首尾之间的压力差,这种压力差带来的阻力就叫做粘压阻力,且这种阻力的大小与尾流的形成有很大的关系,看下图:

▲粘压阻力形成原理简图

如图所示,当物体在水中运动时,水流也会沿着物体表面运动的,且运动方向与物体的相反,而当水流流过物体尾部时,就会出现一个低压涡流区,也就是我们大家平时见到的尾流,关于这个低压涡流区(尾流)的形成,我们可以这样理解:正常情况下,液体会填充满静止物体的周围空间的,而当物体运动时,液体会与一定的速度流过物体尾部的大折角区域,此时就会导致流过的液体“来不及”填充满物体尾部的那个空间,从而形成一个涡流区,而相对来讲,这个涡流区的水要“少于”物体前端区域的水,所以压力也就小于物体前端,因此就会在物体的首、尾两处出现一个压力差(前端大、尾部小,等同于阻碍物体向前运动),这个压力差就是物体在流体中运动时遇到的粘压阻力。

▲流线型和钝型物体的所受阻力示意简图

物体在水中究竟由哪种阻力主导,则是跟物体的形状有关,首、尾成流线型(比如水滴形)的物体,在水中受到的阻力主要是摩擦阻力;首尾成钝型(圆头、平头等)的物体,在水中受到的阻力则主要时粘压阻力。如上图所示,流线型的物体,首、尾的锥度较小,当前端破开水流时,水流可以沿着带锥度的尾部运动,从而在尾端空间汇合,所以,产生的低压涡流区很小或者是几乎是不产生低压涡流区,也就不会出现粘压阻力,因此才说流线型物体的主导阻力为摩擦阻力;钝型物体的首、尾两端的锥度很大,液体很容易被物体的前端排开,所以与液体接触面积相对更小,摩擦阻力没那么明显,但是因为水流被排开的原因,会导致更难及时地填充慢尾部空间,所以,形成的低压涡流区就更明显,同时粘压阻力越大,因此,钝型物体在水中的阻力以粘压阻力为主导。

▲现代潜艇的结构示意图

所以,对于潜艇来说,使用尖头还是使用钝头(圆头),就取决于这两种结构的在书中受到的阻力谁更加小,答案很明显了,现在的潜艇基本上都是钝头的,所以钝头结构的潜艇在水中受到的综合阻力要更小,为什么?因为增大潜艇的长径比(长度和直径的比值)以及减小尾部锥度(即尾部弄成流线型的)就可以有效地减小粘压阻力,同时,使用圆头来取代尖头又可以减小摩擦阻力,所以,大家发现了没,现在的潜艇她的外形结构都是这样的:前面为圆头,接着中间是一段圆柱体,最后的尾部则是尖尖的流线型,如上图所示,那么,为什么前端用钝头时潜艇受到的阻力反而会更小呢?如果用尖头又会是怎样一种情况呢?我再给大家画一个简图来帮助大家理解,如下:

▲尖头和钝头结构的潜艇优缺点对比

从图中我们可以看到,因为潜艇加大了长径比,以及尾部弄成了流线型,所以,不管是前端使用尖头还是钝头,尾部都已经不会产生低压涡流了,也就是说钝头带来的粘压阻力缺陷已经被弥补了,然后我们再看潜艇的前端,如果使用尖头结构,那么带来摩擦阻力没有得到解决,而如果换成把尖头换成钝头,那么当潜艇向前运动时,钝头就会起到一个把水排开的作用,也就相当于在一定程度上减小了水和潜艇表面之间的摩擦阻力,然后因为长径比增大了,被排开的水有足够的时间来回流,再加上潜艇的尾部也是流线型的,所以钝头也一样可以忽略粘压阻力。因此,在同样的长径比、同样是流线型尾部的情况情况下,使用钝头结构的潜艇受到的水的摩擦阻力相对于尖头结构会更小,在忽略粘压阻力的情况下,钝头结构在水中受到的总阻力也就越小,这就是为什么现在的潜艇都使用圆头而不是尖头的原因。

▲水滴形的“青花鱼号”潜艇,现代潜艇外形设计的先驱

最后再提一点,对于潜艇来说,圆头结构对空间的利用率明显要高于尖头结构,如果潜艇的前面是尖头的,那么很多设备就装不下了,会影响整个潜艇的内部布局,所以,使用钝头除了可以减小阻力之外,还是为了尽可能的提高潜艇的内部空间利用率。其实一艘从设计到研发,这个过程是需要花费很多人力物力的,因此,在定型之前,潜艇的任何一项设计都必须达到现有技术条件下的最优解,而现在的潜艇既然都是圆头的,就说明了圆头才是最适合潜艇的,不然的话不就是在浪费研发经费么?


哨兵ZH


早期的潜艇不是圆头的,而是像水面舰艇那样的尖头破浪型艇艏,比如著名的德国U型潜艇。大家好,欢迎关注兵器知识谱,今天我们聊一聊潜艇的脑袋。现代潜艇按艇体线型的形状可分为三种,即常规型、水滴型和过渡型。常规型潜艇是第一次世界大战前后潜艇采用的线型,这种潜艇的侧面形状与水面舰艇相似,为了降低航行时的兴波阻力,脑袋做成类似水面舰船那样的刀型破浪艇艏,而且为了使潜艇在有风浪的海面上有较好的适航性,首部有很大的脊弧并设有浮力舱,依靠浮力舱提供的浮力来改善潜艇在风浪中的埋首现象,这种艇型适宜于水面航行,但对提高水下航速是不利的,这也是二战时期潜艇总是跑不过驱逐舰的主要原因。下图为影视剧中体现潜艇遇到驱逐舰时无奈的表现,二战时期的潜艇由于水下航行速度极慢,驱逐舰对于潜艇来说就是天敌般的存在。

随着对潜艇水下航速要求的不断提高,人们对常规型潜艇的艇型进行了一系列改进。比如取消了艇艏部位的脊弧和浮力舱以及艇艏的刀型前倾角,改成了直首柱,这就是现在常见的滴水型艇艏。水滴型潜艇的线型特点是首部呈圆钝的纺锤形,潜艇的横剖面几乎都为圆截面,艇身从中部开始向后逐渐变细,尾部呈尖尾状。水滴型潜艇的水下阻力小,有利于提高水下航速,但水滴型潜艇的水面航行性能较差,破浪效果远远不及常规型的刀型前倾角艇艏,而且易出现埋首现象。有的水滴型潜艇为了提高水面航行性能,采用了艇首浮力舱,比如俄罗斯的“基洛”级潜艇。不过现代滴水型(也就是题主所说的圆头啦)潜艇能长时间潜航,比如AIP常规潜艇的最长潜航时间为45天,而核动力潜艇则长达90天,因此水面航行时极差的适航性反倒不重要了。下图为阿尔及利亚海军装备的俄制基洛”级潜艇,它就是“圆头”潜艇的典型代表。

过渡型潜艇是把常规型的直首和水滴型的尖尾相结合的一种潜艇线型,这种潜艇的水面航行性能优于水滴型,而水下航行性能优于常规型潜艇。然而鱼和熊掌不可兼得,过渡型潜艇由于兼顾了水面和水下两方面的适航性,必须把艇身造得十分修长,从而导致潜艇内部空间非常狭小,人员作训条件极差不说,还严重影响潜艇的性能发挥,比如我国已经全部退役的035型“明”级潜艇。因此过渡型潜艇和常规型潜艇逐渐被淘汰,目前除了相对落后的国家仍然在采用这种设计以外,过渡型潜艇设计早已被世界各个军事强国摒弃。下图为过渡型艇艏设计的035型“明”级潜艇。

二战时期潜艇采用常规前倾角刀型破浪艇艏设计的原因

当潜艇上浮到水面以后,它的航行状态就与水面舰船无异,因此也会受到像水面舰船那样的水面适航性的制约。我们就以水面舰船的适航性为切入点来讨论潜艇水面航行阻力吧,舰船航行阻力是指船舶航行时,作用于船体上阻止船舶运动的力,包括空气阻力和水阻力,空气阻力在低航速或良好天气环境下影响比较小,仅为总阻力的2% ~4%;而水在为舰船产生浮力的同时也产生阻力,水的阻力成为舰船航行时主要阻力,占比为总阻力的80%~90%(淡水区域与海水区域各有不同),比如在风平浪静的海域航行时,舰船的航行阻力有80%来自于水,当海浪超过2米时水产生的阻力就达到90%以上;剩下的3%~10%为其他阻力,比如没有关闭的鱼雷舱门、未回收到位的船锚以及舰船超重等等。下图为采用传统前倾角破浪舰艏设计的055大型驱逐舰。

为了减小航行阻力人们设计出了两种船首,即前倾角的刀型破浪船首和后倾角的剑型穿浪船首,比如我国的055大驱以及所有水面舰艇一律采用刀型破浪舰艏设计;而美国DDG-1000“朱姆沃尔特”级驱逐舰则采用剑型穿浪舰艏设计,两种舰艏设计都能在风浪中取得非常好的适航性,同时也能起到减小航行阻力的作用,只不过刀型破浪舰艏设计的大风大浪适航性较高,减阻效果率低;而剑型穿浪舰艏设计适合在风浪较小的滨海海域活动,远洋适航性较差,然而减阻效果却十分明显,这种设计能让10000吨级的驱逐舰以40节的速度高速航行。下图为舰艏采用后倾角穿浪设计的“朱姆沃尔特”级驱逐舰,这种设计使其成为世界上速度最快的驱逐舰,但是遇到风浪时就糟了,它将比任何一种军舰都慢,因此猪舰一般不出远海,只在滨海欺负小国弱国。

基于长期在远洋蛰伏作战的需求,再加上蓄电技术相对落后,水面航行的时间要比潜航时间长,因此二战时期各个国家的潜艇一律选择像水面舰船那样的前倾角的刀型破浪艇艏设计。还是以德国U型潜艇为例,水面航行时使用柴油机驱动,最大速度为13节(23.4公里/小时),水下航行时使用电动机驱动,最大航行速度为6.8节(12.3公里/小时),续航力为水面1600海里(即2960km),水下水下35海里(即65km)。可见二战时期的潜艇在75%的时间里都在水面航行,只有25%的时间在潜航,因此为了水面适航性而牺牲水下适航性以减小航行阻力是当时技术水平条件下最正确的选择,这就是是二战时期所有国家潜艇有一个像船一样的刀型前倾角破浪艇艏的原因。下图为从海底打捞上岸并复原的德国U型潜艇,前倾角的刀型破浪艇艏设计使其在水下巡航时速度仅比自行车快一点点。

现代潜艇采用水滴型“圆头”艇艏设计的原因

随着科技的进步,潜艇的隐蔽需求更加显得刚性,因此要求潜艇能在大部分时间都处于隐蔽的潜航状态,只有在需要对外联系或者回到本国安全领海区域时才能上浮道水面航行。我们就以美国“俄亥俄”级战略核潜艇为例来说明吧:迄今为止美国一共建造了18艘“俄亥俄”级战略核潜艇,其中12艘常年在深海中执行核威慑战略值班,其余6艘则轮换做为修整和保养的备份艇。每艘“俄亥俄”级战略核潜艇自持力为45天,其中有40天的时间一直在水下潜航,不论是水面还是水下航行都使用核反应堆发电来驱动电动机,水面航行时的最高航速为12节(21.6公里/小时),水下最高航速为25节(45公里/小时)。下图为“俄亥俄”级战略核潜艇的“圆头”艇艏特写。

可见现代战略核潜艇在水下的航行时间占88%,而水面航行的时间仅为12%,而且水滴形“圆头”艇艏设计明显改善了水下适航性,减阻效果显著提高,水下航行速度甚至是水面航行速度的近2倍,因此现代潜艇没有理由不选择水下适航性优异的水滴型“圆头”舰艏设计,而对于自持力达90天的美国“海狼”级攻击核潜艇而言,水面航行甚至可有可无了,它的作用仅限于在离港时供官兵们站在甲板上与家人或者战友挥手告别,水面航行时间恐怕连12%的占比都没有了。下图为正在水面航行的“海狼”级攻击核潜艇,航行中艇艏被激起的海浪不断掩埋,说明水面航行阻力非常大,但是到了水底这种阻力就会消失。


综上所述,潜艇的滴水型“圆头”艇艏设计不但不会增大航行阻力,反而能明显降低阻力。看到这个结论时各位读者是不是觉得很意外却不怎么惊喜?其实心里有这种感觉是很正常的,毕竟要一朝扭转长时间形成的错误意识是一样很不容易的事,相信为数不少的读者甚至读到文章结尾到这里了依旧接受不了潜艇的“圆脑袋”在水下航行阻力明显小于“尖脑袋”或“扁脑袋”的事实。没关系,我们可以再举一个例子——鱼雷!可以说世界上自鱼雷诞生之日起就一直使用圆脑袋设计,因为没有其它设计能比圆脑袋的航行阻力更低了,如果不是因为潜航技术落后,德国U型早就使用“圆脑袋”设计了。可能会有一些读者想用“尖脑袋”的空泡超高速鱼雷来抬杠,作者打算把讲述所谓“空泡超高速鱼雷”的机会留给读者朋友们,希望大家踊跃在评论区发表评论,记得关注兵器知识谱,让我们一起探讨有趣的军事领域话题。下图为传说中最高速度可达200节(370公里/小时)的空泡超高速鱼雷。


兵器知识谱


潜艇是圆头,技术与需求最终平衡的结果。潜艇类似深海鲸鱼,它们身体是圆柱形,鲸鱼头部和潜艇头部相符。潜艇速度慢,制造成尖头减少水阻力作用,而浪费更多空间。二战时期直至今天人类潜艇头部都是圆的,研发潜艇技术人员不是没想过尖头的潜艇,水密度较大,水分子作用力较大,所以应做成流线型,圆形优秀过其它形状。


图为伊400型潜艇水下航母的设想也是相当超前。伊-400级作战思想和设计都相当先进,抗压差,无法再突破深度深潜,但和德国XXI型潜艇一样,因为到来得太迟而无法影响二战的结局。

第一、二次世界大战,他们没多余时间去实践,日本伊400是二战最大潜艇,设计船形,长度293英尺,水上排水量3550吨,水下排水量6560吨,设计最高航速水上20节、水下7节,航程33000海里/16节,伊400最多可搭载人213人。伊400形状抗水压能力差,日本海军胆大包天,有作死念头,假如下潜中有突发事件,很难力挽狂澜,只能全艇船员葬身大海,这是潜艇船体违背物理定论。

纳粹德国潜艇IA型潜艇,首艇1936年2月下水,此潜艇是德国一战后自主研发,为海军设计第一种作战潜艇,也是二战纳粹德国海军潜艇部队首款潜艇。

图为德国潜艇IA型设计流水线不合理,最主要的是这型潜艇的性能极差,包括操作性差和下潜速度非常慢,这很容易被敌方潜艇发现。


IA型潜艇设计像战列舰形状,可以说失败之作,海上适航性差,只能活动范围是近海,操控性能差,机械故障不断,因试航不理想,放弃批量生产。IA型潜艇抗水压能力相比伊400强一些,虽然没伊400那么多功能,但没伊400那么多地方渗水,后来德国以IA型为基础,研发的VII型和IX型非常先进,在IA型积累宝贵设计、建造经验。

二战后,潜艇为提高生存能力,只能在蛰伏水下方面做功课,随时间越潜越深,抗水压问题成重点。

图为美国海军海狼级潜艇,它的形状是长水滴形,流水线做工细致,耐抗压,极限下潜800米深。

物理学和地球引力教导大家,最抗压是球形,但潜艇要装备发射系统、发动机、容纳人员、各种设备等,不可能用球形去造潜艇,那样还能水下活动么,早早浮起来,只能水柱形,圆形头很好融合水中与抗压,主要长水滴或古巴雪茄型。长水滴形制造工艺很难,当今世界潜艇是此形,特点水阻力减小,提速快,雪茄型用于常规潜艇多。

大型潜艇设计多为圆柱形,艇中部设立一个垂直舰桥,早期称为指挥塔,内有通讯、感应器、潜望镜、控制设备等,当今世界先进潜艇或专业潜艇去除此设计。


森林狼6


潜艇圆头的设计主要是考虑水下耐压性和潜艇空间使用的考虑,还有就是水下阻力的减缓考虑,潜艇设计灵感来源于鱼类,鱼类在水中畅游,有些鱼类的迅速躲避,给了设计师很多的灵感。


潜艇最大的杀伤力就是潜伏在水下,出其不意攻击目标。现在的潜艇最大潜深已经突破了水下1000米,在这么深的水下,首先要解决的就是潜艇壳体本身的耐压性问题。经过各种实验数据,圆形壳体在水下耐压性能最好,于是潜艇选择圆形壳体,参考鱼类的活动,选择鱼类身体外形结构,在潜艇前部采用圆头设计。

潜艇本身携带的设备比较多,空间又有限,采用圆头设计,不至于浪费潜艇前部的宝贵空间。这两点既解决了潜艇耐压的问题,又解决了潜艇设备安装的问题。



还有就是潜艇的阻力,参考鱼类在水中的活动,采用圆头设计,是一个极佳解决潜艇在水下所受阻力的问题。不仅不会增加阻力,反而是减少阻力,并增加了速度。


图片源自网络


科沁杂谈


潜艇是一国海军的王牌

在人们的常识之中,锥形是最有利于刺穿物体的形状,像是钉子、刀尖、等都是如此。这其实是人们对于“锋利”的认识,即越尖锐的物体越能够穿越阻碍。但是,在现实之中,这一常识其实并不正确,或者说在生活中勉强算是正确的,但是放到军事上或者特殊的物理环境下,则将会成为一个彻彻底底的谬论。


二战时的伊400潜艇便是采用了刀型艇艏

潜艇所处的海洋环境,恰恰就是这样一种特别的物理环境。在海洋环境里,锥形或者其他形状的艇头,实际上并不能够减少航行时的阻力,甚至于所受到的阻力大小要比圆形艇头更大。而且,艇头设计成尖头,不利于安装更多的设备,如鱼雷管、声呐等潜艇常用的关键设备。一般来说,艇头空间越大,潜艇所能够搭载的设备数量越多、性能越强,潜艇的水平也就越出色。

二战时德国潜艇也采用了刀型设计

而与之相对应的,则是潜艇整体性能的不平衡。早起潜艇为常规型,使用刀头设计,水下航行速度极慢,想要加快航行速度就必然要增加动力,而这会使潜艇所发出的噪音大大增加,远超海洋背景噪音90分贝。为了增加潜艇的水下航行速度,二战后出现了许多新的潜艇形状设计,这其中最受瞩目的便是水滴型潜艇。顾名思义,其形状类似拉长的水滴,亦或是一枚艏部呈圆钝的纺锤,特点是横剖面为圆截面,尾部为尖尾,在水下航行时性能出众,航速非常之快。

许多时候潜艇都需要上浮海面

水滴型非常适合核潜艇,因为常规潜艇往往吨位较小,只有上千吨到3000吨左右,采用水滴型设计,则艏部空间不足以携带大量电子设备,并且会损失相当的水上航行能力。而核潜艇则不然,核动力赋予了其长期在水下活动的能力,吨位更是远超常规潜艇,可达9000吨甚至是上万吨,是常规潜艇的3到10倍以上。因此核潜艇采用水滴型设计后,既能够搭载足够多的电子设备,又无需担忧水上航行能力的丧失,因为其职责便是潜伏在水中。

潜艇艏部空间非常重要

与之形成对比的则是过度型设计。这种设计综合了常规型和水滴型的优点,将常规型的艏部和水滴型的尾部相结合,使得其既适合在水上航行又能够保持相当的水下航行能力。过度型潜艇后来还发展出了许多分支,如所谓的鲸型、雪茄型潜艇,都属于过度型潜艇的一种。这种潜艇也是现如今使用最为广泛的潜艇。

潜艇是在不断进化的

其实说到底,武器是为战争服务的,能够打赢战争的武器才是好武器,不适合战争的武器则将会被不断淘汰。潜艇使用圆头而非尖头、刀头,其实就是因为人们在不断的战争和探索中,发现圆头最符合物理规律和战争规律、最适合战争罢了。


区域拒止


错了在流体力学中前尖后粗的形状在液体中反而阻力更大。

大家都发现飞机都是前细后粗可能认为飞机的可以套用在潜艇上,但是飞机是飞的很快的所以它很少受后部空气涡流的影响,但是飞机的机翼基本上都是前缘厚度高于后缘,机翼的剖面类似于潜艇剖面砍了一半,这是因为飞机要产生升力而潜艇浮力是来自水柜。

箭头代表流向,线条代表流体流过的路径,后面的圈圈表示涡流,前细后粗的尾部会产生涡流阻力会非常大,并且尾部的螺旋桨跟涡流搅在一起噪声更大,涡流不光产生阻力也产生噪声这是要命的。

其实你说的潜艇都是圆头是错的,我国035型就不是圆头而是鲸型舰首,而且圆头点潜艇多数为拉长的水滴形,这种设计主要针对水下航速要求高的潜艇,核潜艇基本上都是这种设计。

这种鲸型设计是一种劈波设计,这种设计的好处是水面航行速度非常快,跟船一样是劈波设计所以适合水面航行,水下阻力就很大了。

水滴形水面航行会浪涌上舰首,造成潜艇舰首下沉这类可参考美国核潜艇水面航行的视频,整个舰首都被淹没水面航行性能不太好。


李晓伟


流体在低速流经障碍物体的时候,是尽量沿着物体表面流动。

在流经物体后半部时,流速增加。如果物体截面突然减小,由于惯性作用,就会产生局部乱流,增加压差阻力。

只有逐渐变细,才不会产生乱流,降低阻力。所以流线型在低速时就是钝头细长尾部的形状。

流体速度越高,物体前部越要尖锐。高速流线型的头部更尖锐。这样阻力才小。

尖锐的物体有效容积率低,表面积大。为了增加容积,减少建造材料,潜艇当然选择钝头。


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