这两天的推文中,多次谈到在日常最大速度35节的核潜艇,在500米的深度可以轻易的用同样功率飙车到45节以上。很多粉丝表示这很反直觉!总感觉水深越大水压越大,潜艇同功率下应该速度下降才对,怎么还能大幅度加速呢?要求彻底说明白其基本原理。这里就直接引用一位粉丝的留言,大致已经讲的很清楚了:潜艇在同样的推进功率下,随着下潜深度的增加,实际航速往往会提升,这并不是幻象,而是由水动力学特性决定的。主要原因有以下几方面: 1,消除波阻。在水面航行时,船体会产生波浪,波阻是潜艇阻力的主要组成部分,尤其在浅层时更为显著。潜艇完全浸没后,波阻几乎消失,只剩下摩擦阻和压差阻,整体阻力大幅下降。正因为阻力降低,同样的功率可以推动潜艇获得更高的前进速度。
2,水密度和粘度的深度变化。随着深度增加,海水的压力升高,密度略有提升,约每100 米增加 0.5 %,这使螺旋桨在同转速下能够抓取更多的水体,推进效率略有提升。同时,深层水温通常更低,粘度稍高,但对整体阻力的影响相对波阻的消除要小得多。3. 船体结构的受压效应 深海的高压会使船体略微收缩,表面微小的形变可以使流线更为光滑,进一步降低摩擦阻。虽然这种效应不如波阻消除显著,但在高功率推进时仍有一定贡献。 4. 实测数据的支持。多项研究和实际作战记录表明,潜艇的“临界速度”随深度上升而增大。例如,某型潜艇在50 米深度的临界速度约为 6 km/h,而在 300 m 深度时接近 13 km/h。另外,历史技术报告中也记载了潜艇在水面最高约14 节,而在海底可超过 40 节的速度差异。 综上所述,深潜时由于,
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波阻消失、推进效率略有提升以及船体在高压下的微观形变,潜艇在相同功率下能够实现比半潜或浅水状态更高的航速。以上是粉丝留言的全部内容,说的相当专业!本号出于科普的目的,在这里权当借花献佛。如果还看不明白,那么再通俗的重点强调2点:第一就是高速潜艇必须用泵推,再用普通的螺旋桨,即使在500米水深也很难超40节。因为水有个特征,加热到80度以上就会剧烈的气泡化。日常烧热水这个现象再常见不过。而给水体加热未必一定用炉子。用电磁振荡,或者猛烈击打摩擦水体都行。如果螺旋桨不断的加大马力加速旋转,等于不断的击打与摩擦周围的水体,就等于很快把水体加热到80度以上,此时会产生大量的气泡,这就是空泡效应。此时螺旋桨就不能获得更强的反推效应。
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相反用喷水或者泵推推进,就可避免产生过量的水中气泡,确保更强的反推力。第二个可能才是最关键的,就是避免潜艇的兴波阻力。宇宙万物,只要加速运动,就会产生向外辐射的波动。这种波动会带走能量,让物体本身失去能量降低速度。比如电荷被加速会产生电磁波;电子被激励跃迁会产生光波;黑洞合并会产生猛烈的引力波。都会带走部分能量。像是维克兰特号航母在高速下一步一磕头,就是兴波效应太明显,等于推进效率不高,最高航速也上不去。而如果维克兰特号能在500米深度的水下潜航,巨大的水压下,很多原本会兴起的波浪,天然被深水压缩大大消失,此时的维克兰特号就等于不自觉的突然加速30%。到这里算是把问题讲明白了吧?
