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潛艇是如何控制上浮和下潛的,里面的氧氣又是從哪里來的

制造原理 2022/12/23 20:21:05 責(zé)編:遠(yuǎn)生

眾所周知,我們居住的這個星球都是被海洋所包圍,可以說地球其實就是一個海洋的星球。

但是人類對于海洋的了解卻是非常的少,據(jù)統(tǒng)計只有 5% 左右,在我們的印象中上天比入海更難,實際情況卻是恰恰相反,但是人類從來沒有停止過對海洋的探索。

圖片來源:pixabay

海洋給人的感覺就是深不可測和神秘,而能夠在海洋中自由穿梭的潛艇同樣充滿著神秘感,所以很多人就會好奇,潛艇到底是怎么在海洋中上升和下潛的,氧氣從從哪里來,最久能潛伏多長時間等問題。

潛艇

潛艇也叫潛水艇,潛水船甚至還有一個別稱叫黑魚,它就是一種能夠在水中持續(xù)潛行一段時間和距離的艦艇。

潛艇的種類和大小有很多,既有只能容下一個操作人員下潛數(shù)小時的民用潛水探測器,又有能容下上百人,持續(xù)潛航幾個月的戰(zhàn)略性打擊核潛艇。

圖片來源:pixabay

潛艇的應(yīng)用也非常的廣泛,在軍事,科學(xué)考察,搜索救援,海底電纜維修以及水下旅游觀光等諸多行業(yè)和領(lǐng)域都有運用。

潛艇的發(fā)展歷史

潛艇的出現(xiàn)可以最早追溯到十六世紀(jì),其被稱之為“可以潛水的船”,但當(dāng)時這種具有很強隱蔽性的艦艇并不被人接受,主要還是覺得不夠紳士。

直到一戰(zhàn)前潛艇都并未受到人們的重視,對其未來也并不看好。

一戰(zhàn)末和二戰(zhàn)時期,潛艇在戰(zhàn)場上的巨大威力顯現(xiàn)出來,潛艇能在海底隱藏,然后出其不意的發(fā)動攻擊的能力被所有國家所接受,潛水艇也得到了快速發(fā)展。

特別是隨著技術(shù)的發(fā)展,具有靜音和更長續(xù)航能力的核潛艇在軍事上的用途更是被無限放大,成為各大國爭相發(fā)展的軍事武器。

潛水艇的特點

潛水艇能夠發(fā)展得越來越好,這主要還是與它具有的一些特點有著密切的關(guān)系。

首先是具有強大的自給能力,能夠在長時間潛航在深海中,遠(yuǎn)離基地,航行到很遠(yuǎn)的地方。

潛艇具有非常好的隱蔽性,在戰(zhàn)時可以悄悄的繞到敵人后方發(fā)動突然攻擊,具有強大的威懾力。

海面上的狂風(fēng)大浪,海面下則不會有這樣的情況,所以潛水艇相對于其它水面船只要安全一些。

但由于要深入到深海中,所以潛水艇的通訊較困難,并且還不具有在陸地上那樣的觀察距離。

圖片來源:pixabay

潛艇的制造對技術(shù),工藝和材料的要求非常的高,并且配套設(shè)備多樣,所以世界上能夠自行研發(fā)和制造潛艇的國家并不多。

潛水艇的工作原理

潛水艇能夠自如的在水中上升和下沉,那么它是怎么做到的呢?

地球上任何物體都會受到其引力的作用,而在水中還會受到浮力的作用,重力向下浮力向上。

物體都有自己的密度,密度不同的物體在水中就會呈現(xiàn)出不同的狀態(tài),

當(dāng)物體的密度大于水的時候,則就會重力大于浮力,物體就會下沉;

而當(dāng)物體密度小于水的密度時,浮力就會大于重力,物體則會上浮;

當(dāng)物體的密度與水的密度相同,那么物體就會懸浮在水中。

而要想讓一個密度小于水的物體下沉,就只有增加物體的單位密度,所以說在物體體積不變的情況下,通過改變物體密度,就能改變其在水中的狀態(tài)。

潛水艇就是利用了這一原理,在其內(nèi)部設(shè)計了多個儲水倉,用來調(diào)節(jié)上升和下潛,而要保持潛艇的平衡,也是通過調(diào)節(jié)不同儲水倉內(nèi)水的多少來實現(xiàn)平衡的。

而在水中的魚類也同樣是利用這一方法,魚利用體內(nèi)的魚泡,通過往里面充氣和放氣來實現(xiàn)上浮和下潛的。

潛水艇除了使用儲水倉來實現(xiàn)上升和下潛外,還會使用升降舵,通過改變升降舵的角度并配合推進器,就能改變潛艇的深度,所以潛水艇的上浮和下潛通常都是由儲水倉與升降舵配合完成。

潛艇要受多大的壓力

任何物體只要在水中就要承受四周水的巨大壓力,潛艇也是一樣的,潛的越深受到的壓力就會越大。

潛艇每下潛 10 米,就會隨之增加一個大氣壓的壓強,而當(dāng)潛艇在水下 500 米時,其外殼每平方米就要承受大約 50 個大氣壓的壓強,就相當(dāng)于每平方米的面積上要承受超過 500 噸的重量。

圖片來源:pixabay

因此潛艇要想潛得更深,就需要外殼更加堅固,現(xiàn)在很多潛艇外殼都采用堅固的鈦合金材料,這讓潛水艇的承受壓強的能量變得更高。

同時,將潛水艇設(shè)計成水滴型結(jié)構(gòu),能夠達(dá)到分散外殼受到的壓強,從而減小潛艇外殼單位面積上所受到的壓強,并且這樣的設(shè)計還能減小航行時的阻力。

潛艇中氧氣從哪里來

潛艇長時間在水中航行,這就需要能夠持續(xù)給在密閉潛艇內(nèi)工作的艦員供氧,那么這些氧氣是從哪里來的呢。

早期的潛艇需要每隔數(shù)小時就上浮出水面,或者是水下數(shù)米的深度,使用通氣管來向艇內(nèi)輸送氧氣,并將廢氣排出艇外。

后來的潛艇開始使用制氧設(shè)備,采用空氣再生法制氧,將排出的廢氣經(jīng)過處理分離出二氧化碳,再由制氧裝置加工產(chǎn)生氧氣,潛艇內(nèi)的空氣就能循環(huán)使用,這樣潛水艇能在水下待 4~7 天。

而更厲害的核潛艇所采用的是電解水法,通過電解就能在水中分離出氧氣,能為潛艇連續(xù)供氧,從理論上講核潛艇可以長年累月的在水下航行,但考慮到艦員長期在密閉的環(huán)境中所承受的巨大壓力,核潛艇連續(xù)呆在水中的時間不會超過 3 個月。

目前核潛艇水下潛航時間世界紀(jì)錄,是由中國海軍創(chuàng)造的,時間為 90 天。

文中圖片截取自 Youtube《Meet the First Submarine Used in Combat》

文中 gif 截取自 Youtube《The Largest Submarine in The U.S. Navy》

本文來自微信公眾號:制造原理 (ID:zhizaoyuanli),作者:老鄭

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