Cum Funcționează Submarinele

{h1}

Submarinele sunt în esență containere care rețin oamenii și aerul. Aflați cum aceste nave remarcabile se scufundă, se suprafață și manevrează prin ocean.

Submarinele sunt piese tehnologice incredibile. Nu cu mult timp în urmă, o forță navală a funcționat în întregime deasupra apei; odată cu adăugarea s-ubmarine la arsenalul naval standard, lumea de sub suprafață a devenit și un teren de luptă.

Galeria de imagini submarine

Adaptările și invențiile care permit marinarilor să nu se lupte doar cu o luptă, ci și să trăiască luni întregi sau chiar ani sub apă sunt unele dintre cele mai strălucite dezvoltări din istoria militară.

În acest articol, veți vedea cum un submarin se scufundă și se suprafețează în apă, cum se menține suportul de viață, cum își ia puterea submarinului, cum își găsește un submarin în oceanul adânc și cum ar putea fi salvate submarinele.

Scufundări și suprafata

Cum funcționează submarinele: care

-Un submarin sau o navă pot pluti, deoarece greutatea apei pe care o deplasează este egală cu greutatea navei. Această deplasare a apei creează o forță ascendentă numită forta flotanta și acționează opus gravitației, ceea ce ar trage nava în jos. Spre deosebire de o navă, un submarin își poate controla flotabilitatea, permițându-i astfel să se scufunde și să ia suprafață în voie.

Pentru a-și controla flotabilitatea, submarinul are tancuri de balast și auxiliare sau rezervoare de tuns, care poate fi completat alternativ cu apă sau aer (a se vedea animația de mai jos). Când submarinul este la suprafață, rezervoarele de balast sunt umplute cu aer, iar densitatea totală a submarinului este mai mică decât cea a apei din jur. Pe măsură ce submarinul se scufunda, rezervoarele de balast sunt inundate cu apă, iar aerul din rezervoarele de balast este evacuat din submarin până când densitatea totală a acesteia este mai mare decât apa din jur și submarinul începe să se scufunde (flotabilitate negativă). O sursă de aer comprimat este menținută la bordul submarinului în baloane de aer pentru sprijinirea vieții și pentru utilizarea cu rezervoarele de balast. În plus, submarinul are seturi mobile de „aripi” scurte numite Hidroavioane pe pupa (spate) care ajută la controlul unghiului scufundării. Hidroavioanele sunt înclinate astfel încât apa să se miște peste pupa, ceea ce forță pupa în sus; prin urmare, submarinul este înclinat în jos.

Acest conținut nu este compatibil pe acest dispozitiv.

Flotabilitate într-un submarin. Faceți clic pe Suprafață și submergere

Flotabilitate într-un submarin. Faceți clic pe Suprafață și submergere

butoane pentru a urmări flotabilitatea în acțiune.

Pentru a menține nivelul submarinului la orice adâncime stabilită, submarinul menține un echilibru de aer și apă în rezervoarele de tundere, astfel încât densitatea sa totală să fie egală cu apa din jur (flotabilitate neutră). Când submarinul atinge adâncimea de croazieră, hidroavioanele sunt nivelate astfel încât submarinul să călătorească nivel prin apă. Apa este forțată, de asemenea, între rezervoarele de arcuire și pupa pentru a menține nivelul inferior. Submarinul se poate orienta în apă folosind cârma pentru a întoarce tribordul (dreapta) sau portul (stânga) și hidroavioanele pentru a controla unghiul de la pupa al submarinului. În plus, unele submarine sunt echipate cu un dispozitiv retractabil motor secundar de propulsie care poate învârti 360 de grade.

Când suprafata submarinului, aerul comprimat curge din baloanele de aer în rezervoarele de balast, iar apa este forțată să iasă din submarin până când densitatea totală a acesteia este mai mică decât apa din jur (flotabilitate pozitivă) și submarinul se ridică. Hidroavioanele sunt înclinate astfel încât apa se deplasează în sus peste pupa, ceea ce forță pupa în jos; prin urmare, submarinul este înclinat în sus. În caz de urgență, rezervoarele de balast pot fi umplute rapid cu aer de înaltă presiune pentru a duce submarinul la suprafață foarte rapid.

Suport de viață

Există trei probleme principale de sprijinire a vieții în mediul închis al submarinului:

  • Menținerea calității aerului
  • Menținerea unei alimentări cu apă dulce
  • Menținerea temperaturii

Menținerea calității aerului

Aerul pe care îl respirăm este format din cantități semnificative de patru gaze:

  • Azot (78 la sută)
  • Oxigen (21 la sută)
  • Argon (0,94 la sută)
  • Dioxid de carbon (0,04 la sută)

Când respirăm în aer, corpurile noastre își consumă oxigenul și îl transformă în dioxid de carbon. Aerul expirat conține aproximativ 4,5% dioxid de carbon. Corpurile noastre nu fac nimic cu azot sau argon. Un submarin este un container sigilat care conține oameni și un aport limitat de aer. Există trei lucruri care trebuie să se întâmple pentru a menține aerul într-un submarin respirabil:

  • Oxigenul trebuie reumplut pe măsură ce este consumat. Dacă procentul de oxigen din aer scade prea mic, o persoană se sufocă.
  • Dioxidul de carbon trebuie îndepărtat din aer. Pe măsură ce concentrația de dioxid de carbon crește, devine o toxină.
  • Umiditatea pe care o expiram în respirația noastră trebuie înlăturată.

Oxigenul este furnizat fie din rezervoare sub presiune, un generator de oxigen (care poate forma oxigenul din electroliza apei), fie un fel de "recipient de oxigen" care eliberează oxigenul printr-o reacție chimică foarte fierbinte. (Este posibil să vă amintiți aceste canistre din cauza problemelor pe stația spațială MIR - consultați această pagină pentru detalii). Oxigenul este fie eliberat continuu de către un sistem computerizat care sesizează procentul de oxigen din aer, fie este eliberat în loturi periodic pe parcursul zilei.

Dioxidul de carbon poate fi îndepărtat chimic din aer utilizând var sodic (hidroxid de sodiu și hidroxid de calciu) în dispozitivele numite epuratoare. Dioxidul de carbon este prins în calcar de sodă printr-o reacție chimică și îndepărtat din aer. Alte reacții similare pot îndeplini același obiectiv.

Umiditatea poate fi îndepărtată printr-un dezumidificator sau prin substanțe chimice. Acest lucru îl împiedică să se condenseze pe pereți și echipamente în interiorul navei.

În plus, alte gaze, cum ar fi monoxidul de carbon sau hidrogenul, care sunt generate de echipament și fumul de țigară, pot fi îndepărtate de arzătoare. În cele din urmă, filtrele sunt utilizate pentru a îndepărta particulele, murdăria și praful din aer.

Menținerea unei alimentări cu apă proaspătă

Majoritatea submarinelor au un aparat de distilare care poate prelua apa de mare și produce apă dulce. Instalația de distilare încălzește apa de mare la vaporii de apă, care îndepărtează sărurile, iar apoi răcește vaporii de apă într-un rezervor colector de apă dulce. Instalația de distilare de pe unele submarine poate produce 10.000 - 40.000 litri (38.000 - 150.000 litri) de apă dulce pe zi. Această apă este utilizată în principal pentru echipamente electronice de răcire (cum ar fi computere și echipamente de navigație) și pentru susținerea echipajului (de exemplu, băut, gătit și igienă personală).

Menținerea temperaturii

Temperatura oceanului care înconjoară submarinul este de obicei de 39 de grade Fahrenheit (4 grade Celsius). Metalul submarinului conduce căldura internă la apa din jur. Deci, submarinele trebuie încălzite electric pentru a menține o temperatură confortabilă pentru echipaj. Energia electrică pentru încălzitoare provine de la reactorul nuclear, motorul diesel sau bateriile (de urgență).

Alimentare electrică

-Utilizarea submarinelor nucleare reactoare nucleare, turbine cu abur și reducere ge-aring pentru a conduce arborele elicei principale, care asigură tracțiunea înainte și inversă în apă (un motor electric conduce același arbore atunci când se conectează sau în caz de urgență).

Submarinele au nevoie și de energie electrică pentru a opera echipamentul la bord. Pentru a furniza această energie, submarinele sunt echipate cu motoare diesel care ard combustibil și / sau reactoare nucleare care utilizează fisiunea nucleară. Submarinele au, de asemenea, baterii pentru a furniza energie electrică. Echipamentele electrice sunt adesea oprite din baterii, iar energia de la motorul diesel sau reactorul nuclear este utilizată pentru a încărca bateriile. În caz de urgență, bateriile pot fi singura sursă de energie electrică care să funcționeze submarinul.

Un submarin diesel este un exemplu foarte bun de vehicul hibrid. Majoritatea subsolurilor diesel au două sau mai multe motoare diesel. Motoarele diesel pot funcționa cu elice sau pot folosi generatoare care reîncărcă o bancă de baterii foarte mare. Sau pot funcționa în combinație, un motor care conduce o elice și celălalt conduc un generator. Submeniul trebuie să ia suprafață (sau o croazieră chiar sub suprafața folosind un snorkel) pentru a rula motoarele diesel. Odată ce bateriile sunt complet încărcate, sub-capul poate merge sub apă. Bateriile alimentează motoare electrice care conduc propulsoarele. Funcționarea bateriei este singurul mod în care un sub diesel se poate submina. Limitele tehnologiei cu baterii constrâng sever perioada de timp în care un sub diesel poate rămâne sub apă.

Datorită acestor limitări ale bateriilor, s-a recunoscut că energia nucleară dintr-un submarin oferea un beneficiu uriaș. Generatoarele nucleare nu au nevoie de oxigen, astfel încât o subnucleară poate rămâne sub apă săptămâni întregi. De asemenea, deoarece combustibilul nuclear durează mult mai mult decât motorina (ani), un submarin nuclear nu trebuie să vină la suprafață sau într-un port pentru a se alimenta și poate rămâne pe mare mai mult timp.

Subservele și transportatorii aeronave nucleare sunt alimentate de reactoare nucleare care sunt aproape identice cu reactoarele utilizate în centralele comerciale. Reactorul produce căldură pentru a genera abur pentru a conduce o turbină cu abur. Turbina dintr-o navă conduce direct elicele, precum și generatoarele electrice. Cele două diferențe majore între reactoarele comerciale și reactoarele din navele nucleare sunt:

  • Reactorul dintr-o navă nucleară este mai mic.
  • Reactorul dintr-o navă nucleară folosește combustibil puternic îmbogățit pentru a-i permite să furnizeze o cantitate mare de energie de la un reactor mai mic.

Vedeți Cum funcționează energia nucleară pentru detalii despre sistemele de energie nucleară și de propulsie.

Stația Sonar de la submarinul USS La Jolla, cu atac nuclear

Stația Sonar de la submarinul USS La Jolla, cu atac nuclear

-Lumina nu pătrunde foarte departe în ocean, așa că submarinele trebuie să navigheze prin apă practic orb. Cu toate acestea, submarinele sunt echipate cu diagrame de navigație și echipamente sofisticate de navigație. Când este la suprafață, un sofisticat Sistem de poziționare globală (GPS) determină exact latitudinea și longitudinea, dar acest sistem nu poate funcționa atunci când submarinul este scufundat. Sub apă, submarinul folosește sisteme de orientare inerțială (electrice, mecanice) care urmăresc mișcarea navei dintr-un punct de plecare fix prin utilizarea giroscopurilor. Sistemele de orientare inerțială sunt corecte până la 150 de ore de funcționare și trebuie să fie redirecționate de alte sisteme de navigație dependente de suprafață (GPS, radio, radar, satelit). Cu aceste sisteme la bord, un submarin poate fi navigat cu exactitate și poate fi la o sută de metri de cursul prevăzut.

Pentru a localiza o țintă, un submarin folosește activ și pasiv SONAR (asa deund navigation And ranging). Sonar activ emite impulsuri de unde sonore care călătoresc prin apă, reflectă din țintă și se întorc la navă. Cunoscând viteza sunetului în apă și timpul pentru care unda sonoră va călători în țintă și înapoi, calculatoarele pot calcula rapid distanța dintre submarin și țintă. Balenele, delfinii și liliecii folosesc aceeași tehnică pentru localizarea pradelor (ecolocalizare). Sonar pasiv implică ascultarea sunetelor generate de țintă. Sistemele Sonar pot fi, de asemenea, utilizate pentru alinierea sistemelor de navigație inerțială prin identificarea caracteristicilor cunoscute ale fundului oceanului.

Salvare

DSRV a fost asigurat pe puntea unui submarin

DSRV a fost asigurat pe puntea unui submarin

-De când un submarin coboară din cauza unei coliziuni cu ceva (cum ar fi o altă navă, peretele canionului sau a mea) sau o explozie la bord, echipajul va transmite un apel de stres sau va lansa o cheie care va transmite un apel de suferință și cel al submarinului Locație. În funcție de circumstanțele dezastrului, reactoarele nucleare se vor opri, iar submarinul poate fi doar pe baterie.

Dacă acesta este cazul, echipajul submarinului are patru pericole principale cu care se confruntă:

  • Inundarea submarinului trebuie să fie cuprinsă și redusă la minimum.
  • Utilizarea oxigenului trebuie redusă la minimum, astfel încât alimentarea cu oxigen disponibil să poată rezista suficient de mult pentru posibile încercări de salvare.
  • Nivelurile de dioxid de carbon vor crește și ar putea produce efecte periculoase, toxice.
  • Dacă bateriile se scurg, atunci sistemele de încălzire vor defecta și temperatura submarinului va scădea.

-Încercările de evacuare de la suprafață trebuie să se producă rapid, de obicei în 48 de ore de la accident. Încercările vor implica, de obicei, încercarea de a reduce un tip de vehicul de salvare pentru a îndepărta echipajul sau de a atașa un tip de dispozitiv pentru a ridica submarinul de pe fundul mării. Vehiculele de salvare includ mini-submarine numite Vehicule de salvare cu adâncime profundă (DSRV) și clopotele de scufundare.

DSRV poate călători independent la submarin, încuiat pe submarin peste o trapă (scăpa de portbagaj), creați un sigiliu etanș, astfel încât trapa poate fi deschisă și încărcați până la 24 de membri ai echipajului. Un clopot de scufundare este coborât de obicei de pe o navă de sprijin până la submarin, unde are loc o operație similară.

-Pentru a ridica submarinul, de obicei după ce echipajul a fost extras, pontoanele pot fi amplasate în jurul submarinului și umflate pentru a-l pluti la suprafață. Factorii importanți în reușita unei operațiuni de salvare includ adâncimea submarinului coborât, terenul fundului mării, curenții din vecinătatea submarinului coborât, unghiul submarinului și condițiile mării și ale vremii la suprafață.

Pentru mai multe informații, consultați linkurile de pe pagina următoare.

Tur ghidat

Pentru o privire uimitoare și aprofundată asupra subsolurilor nucleare, consultați cartea „Submarine: A Guided Tour Inside a Nuclear Warship” de Tom Clancy.






Descoperiri Științifice

Cercetare


Science News


Noua Aplicație Traduce Strigătele Bebelușului
Noua Aplicație Traduce Strigătele Bebelușului

Formele Flipper Urmează Funcția În Creaturi De Mare
Formele Flipper Urmează Funcția În Creaturi De Mare

Urciile De Mare Inspiră Modalități Ieftine De A Reduce Emisiile De Carbon
Urciile De Mare Inspiră Modalități Ieftine De A Reduce Emisiile De Carbon

Tunelul De Vânt Pentru Păsări Ar Putea Duce La Drone Agile
Tunelul De Vânt Pentru Păsări Ar Putea Duce La Drone Agile

Noi Cercetări Descoperă Deteriorarea Celulelor În Creierul Autistic (Infografic)
Noi Cercetări Descoperă Deteriorarea Celulelor În Creierul Autistic (Infografic)


RO.WordsSideKick.com
Toate Drepturile Rezervate!
Reproducerea Oricăror Materiale Permise Prostanovkoy Doar Link-Ul Activ La Site-Ul RO.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RO.WordsSideKick.com