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潜艇为何采用圆头造型?最符合流体力学的设计,美国验证了10年

2019-11-12 15:14:43

原标题:潜艇为何采用圆头造型?最符合流体力学的设计,美国验证了10年

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。

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