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。
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。
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。
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。
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。
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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