印象中水上的阻力应该小于水下的阻力,可为什么现代常规潜艇的水面速度低于水下速度?

Question

印象中水上的阻力应该小于水下的阻力,可为什么现代常规潜艇的水面速度低于水下速度?

Answer 1

总的说来这就是潜艇水阻力、功率与航速之间的关系,潜艇的阻力构成主要为摩擦阻力Rf、粘压阻力Rpv、附体阻力Rap、兴波阻力Rw,它们随航速而变化其大小,但各自的变化率各不相同,一般说来摩擦阻力Rf与航速V的1.83次方成比列,粘压阻力Rpv约比例为航速的平方,兴波阻力Rw一般与航速的4--6次方成比例,附体阻力Rap变化率较小,可以近似的认为是一个定值,但水下状态一般略大于水面状态.水面航行时还会有空气阻力,但是一般小于总阻力的1%,通常在非精密计算中忽略. 水面状态阻力计算为 Rt=Rf+Rpv+Rw+Rap 水下状态阻力计算为（潜艇距水面大于1/2艇长,近似认为不受自由面影响,兴波阻力忽略不计） Rt=Rf+Rpv+Rap 潜艇总水阻力的各构成要件中比例不同,随航速的变化率也不同,所以各成分随航速发生变化,低速时摩擦阻力所占比例最大约总阻力的70%--80%,粘压阻力一般不到10%,但是在航速升高时兴波阻力将急速增大,在总阻力计算中将成为主要部分.但是潜艇在水面以下将不受到兴波阻力的影响,在功率恒定的情况下水下速度将大于水面速度. 二战多数潜艇之所以是水面速度大于水下速度主要是推进系统的问题,水面上以柴油机工作,功率较高,水下以电池带动电机工作功率低,以VIIC为例,水面功率为2800马力（MWM柴油机2部）水下功率750马力（电动机2部）,XXI型艇也被称之为电艇,电池容量很大,它的水面功率/水下功率为4000/4200+226,对比VIIC情况很不相同. 艇型也会影响航速,艇型不合适将导致湿面积增大,导致Rf增大,水下时问题将比较严重,Rf（水下）是水下总阻力的主要部分.