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为什么以前的潜艇水面速度比水下快,现在却正好相反?

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干练水手

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发表于 2019-12-28 00:39 | 显示全部楼层 |阅读模式

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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。

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▲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。

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▲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。

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▲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、水有黏性,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%。

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▲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,一是使舰艇尽量离开水面;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。

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▲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、鲸首型等流线型艇体。

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。

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▲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。

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▲21型潜艇伸出通气管潜航

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。和风漫谈原创,禁止抄袭。

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▲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,代表了新作战形势下的需求。

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