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潛艇為何采用圓頭造型?最符合流體力學的設計,美國驗證了10年

2019-11-12| 發布者: 宜豐信息港| 查看: 144| 評論: 3|來源:互聯網

摘要: 原標題:潛艇為何采用圓頭造型?最符合流體力學的設計,美國驗證了10年現代潛艇多采用的是水滴造型,其舷首......

原標題:潛艇為何采用圓頭造型?最符合流體力學的設計,美國驗證了10年

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,然后從最粗的腰腹部開始收縮,到最后以尖尾狀收尾。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,但是潛艇為什么卻反其道而行,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,沒有一個采用的是尖頭設計,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,后半部卻會因為水體巨大的摩擦力而快速停止運動,由于物體兩部分所受到的力量完全不一致,最后就會導致進入水中的物體發生翻轉,并且很快停止運動。

采用鈍頭設計后,寬大的頭部可以撐開更大的面積,在后方形成一個類似于空腔的空間,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,由于水下姿態不穩定,必須加裝截錐體,后來就干脆都采用圓鈍型的彈頭了。

▲采用鈍頭造型的三叉戟潛射導彈

潛艇之所以采用圓鈍型的艦首,也是出于水下穩定的考慮,但是它又為什么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于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后會形成渦流區,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,采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并不是一蹴而就的,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,然后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并不大,都是采用剪刀型舷首,外形棱角分明,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。

二戰后的第一代核潛艇開始采用直角的鈍頭直首柱設計,整體造型也是棱角分明,并沒有突出流線體,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。由于它的成功,美國的第二代鰹魚級攻擊核潛艇便開始正式采用這種外形設計,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。

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