潛艇上浮排水所需的空氣是從哪來?

百里渡人

潛艇,也可以稱為潛水艇,是能夠在水下進行運作的特殊載具,潛艇的作用和種類可謂是繁多,小型的一兩人即能操作,也有無人的潛水探測器,大型的軍用級潛水艇,可搭載數百人。

大型潛艇的結構多為圓柱形,艦艇中部設有一個垂直結構的艦橋,可稱之為指揮塔,內部都安裝有通訊,感應器,潛望鏡,控制設備等,但經過實戰改良設計以後,軍用潛艇大多已經取消此設計了。在第一次世界大戰之後,潛水艇的應用極其廣泛,軍事用途可分為,突破敵軍封鎖,偵查,對特殊部隊進行煙花等。潛水艇對於軍事用途以外的應用,也是相當多的,例如海洋科學的研究,搶救物資,對海底進行勘探,進行偵測,參與搜索救援,維護和修理海底電纜,水下的觀光旅遊等,甚至有富豪將其作為水底豪宅。

德國在二戰時使用的潛艇尤為恐怖,它善於偷襲,戰術被譽為狼群戰術,在大西洋中,輕而易舉擊沉盟軍的艦船,打的盟軍措手不及,在1942年的一個月裡就對盟軍的118艘艦船造成了無法挽回的損失,令盟軍承受了巨大的損失。據統計,整個一次世界大戰,德國的潛水艇擊沉各國的軍用艦船達到192艘,包括有戰列12艘,巡洋23艘等。最無辜的是商船,被狼群擊毀約為5906艘,整個戰爭潛水艇的製造為650艘左右,德國就佔到了總比的一半多,而且水下機動能力和作戰能力非常優異。

那麼潛艇作為如此特殊的戰艦,是如何做到自由沉浮與海洋中呢?潛水艇的上浮一般情況下可分為兩步,第一步是從深水區域上浮到淺水區域,就是到達水面距離以下,這個階段時需要改變水平舵的角度,在潛水艇自身的驅動力推動下,產生上浮的力矩,成功到達水面以下。第二步就是浮出水面,整個過程是依靠向潛水艇壓在艙內注入壓縮空氣,然後排除潛水艇內的海水,潛水艇的浮力大於潛水艇自身的重量,使得潛水艇浮出水面。有一種緊急上浮的特殊情況,但這種情況下需要兩種手段結合使用,將發動機進行滿載荷運轉,水平舵調整到大迎角,潛水艇全速向著前方運動,期間向潛水艇的壓載艙注入大量壓縮空氣,進而加快潛水艇的上浮速度,但是這種特殊情況極少採用,因為是緊急上浮,幾乎是衝出海平面的,潛艇也是傾斜的。


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你好,我是齊奧爾科夫,我來回答這個問題。

這個來自潛艇上的壓縮空氣。壓縮空氣在潛艇上有非常廣泛而重要的用途,而且直接關係到潛艇的生命力。如潛艇發生緊急情況,需要從水下應急浮起時,用高壓空氣吹除壓載水艙內的水使艇上浮;又如耐壓艇體因海損和爆破等種種原因大量進水時,用其他方法是幾乎不能阻止海水湧入的,必須用高壓氣在艙室內製造壓力,頂住洶湧的海水,然後才能採取其他搶救措施,當艇員從水下出艇執行任務或是逃生時,也要用高壓氣設閘,就是利用氣壓和專用套筒,造成一個使人可以從艇進入海洋的水通道,發射魚雷或氣壓方式發射導彈以及其他等等用途都需要壓縮空氣。因此,潛艇上都設置壓縮空氣系統用以儲備和補充壓縮空氣,以便向需要壓縮空氣的部位進行供氣,另外當潛艇處於水下狀態時,可以用空氣壓縮機降低艙室的壓力。

潛艇內部壓縮空氣的示意圖

壓縮空氣系統分為高壓空氣系統和中壓空氣系統兩種。高壓空氣系統包括空氣壓縮機,貯氣氣瓶、空氣管路、各種分配閥柱和許多其他部件。高壓空氣管路是高壓空氣系統的很重要的、甚至是主要的部分,中壓空氣管路和應急吹除管路都取源於高壓空氣管路。高壓空氣管路的佈置方式有以下二種。一種是單管式。其主要特點是一根主管從艇尾貫穿到艇首,空氣瓶組和各種消耗壓縮空氣的“用戶’都以支管接到主管上。其優點是簡單、緊湊,因而重量小。但其缺點是生命力小,一旦主管損壞,系統就會停止工作,操縱也不集中,運輸能力小。故潛艇不採用這種佈置方式。

現在有的潛艇採用環形管路和雙環管路,即把壓縮空氣主管做成圓環形的,加上採用電磁閥,也可以集中操縱。這種形式克服了單管式的缺點,而保留了它的優點。第二種就是集中操縱的分路形式。這種形式的主要特點是所有氣瓶組及消耗處的支管都接到指揮艙的高壓氣分配閥柱上,充氣和耗氣都經過此閥柱進行。


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在基地碼頭有液氣補充裝置,潛艇上也有眾多高壓氣瓶等儲存裝置,單殼的可以佈置在耐壓艇體內,雙殼大多位於上層建築空間內,在容量上也完全滿足潛艇一次遠航所需要的高壓空氣使用量。潛艇在上浮過程一般使用二次上浮法,即對首尾組水櫃泵入高壓空氣,將潛艇轉為半潛狀態,此時露出水面的圍殼出入口或艇水面進氣管路口,已經具備為潛艇柴油機工作的空氣吸入條件,啟動柴油機後利用柴油機廢氣泵入中組水櫃,將潛艇轉入水面狀態。如果不用柴油機廢氣排出壓載水艙水,也可以中低壓管路泵入中低壓氣排出其他組水櫃,讓潛艇轉入水面狀態,以儘量節省高壓氣的使用。

關於高壓空氣系統,這個可以寫個章節了,那天閒來無事隨便說了說,忘提到空氣壓縮機,發個圖-壓縮空氣集中操縱分路原理圖,在高壓空氣總管上即接有帶油水分離器的空氣壓縮機,空氣壓縮機當然可以用來為高壓空氣系統補充高壓空氣。一般現在用電動空氣壓縮機,早期還有柴油機壓縮空氣機。在以前我們用的是雙作用級差活塞式多級電動壓縮機。終端壓力一般200公斤/平方釐米,在排水量中等的艇上一般用2-3臺空氣壓縮機,小點的一臺就夠了。潛艇上需要儲存多少高壓空氣,需要綜合考慮,最緊密的應該是潛艇的排水量和深度,因為這都關係到潛艇在水下上浮所需要的吹出除壓載水艙的壓縮空氣量。

艇上高壓空氣系統除負責吹除壓載水艙水外,還是失事吹除,應急吹除,魚雷發射,設置逃生氣閘艙等壓縮空氣來源。至於艇外出執行任務巡航過程中,一般無必要情況下不用空氣壓縮系統來補充高壓空氣,一則需要補充高壓空氣的情況不多,二則空氣壓縮機在壓縮空氣時無論機械還是管路流噪都比較大,三一般潛艇設計時都會根據潛艇續航力要求配置有一定餘量的壓縮空氣儲存容積,一般不會超出壓縮空氣使用量,同時艇上指戰人員也會盡量根據合適的條件來節約壓縮空氣使用。


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首先,潛艇在水中航行是通過重力與浮力之間的平衡來實現的。而潛艇的上浮和下沉,由於潛艇本身的重量是一定的,相對無法改變,所以潛艇就通過改變潛艇耐壓水艙中攜帶水量的大小來改變艦艇自身的重量,從實現潛艇的上浮或者下潛。這也是潛艇可以順利在水下不同深度懸停、潛伏的關鍵。

對於潛艇來說,迅速高效的上浮和下潛有著重要的戰術價值。通常情況下,潛艇內部會攜帶多部空氣壓縮機,通過向耐壓水倉注入空氣的方式實現排水,進而達到上浮的目的。現在的問題是這些空氣是哪裡來的,這些空氣是潛艇自帶的,每次潛艇出海前都要向潛艇中的儲氣氣瓶中滿氣,主要這裡存儲的都是液態的高壓空氣,而潛艇在設計之初就對需要的高壓空氣用量進行過測算,並且保有一定的餘量,使得潛艇在水下活動時可以充分保證潛艇在航行中的空氣用量。

由於潛艇儲氣氣瓶中液態的空氣是有限的,所以一般情況下,潛艇會盡量節約高壓空氣的使用,畢竟關鍵時刻,還要指望著這些液態的高壓空氣救命。當潛艇在水下遇到緊急情況需要緊急上浮時,就需要迅速吹除潛艇耐壓水倉裡面的海水,使得浮力迅速大於重力,其他的方法雖然也可以上浮,但速度太慢、效果不好。而潛艇在水下受到攻擊一旦某艙室進水時,就需要往這個艙室注入大量高壓的氣體以堵住缺口,而後再進行損管控制和搶救維修。此時彌足珍貴的高壓氣體就是用來救命的。


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其實這個問題很簡單,潛水艇有多個壓載水倉,沒有加水給時潛水艇提供浮力,要下潛時用用打開進水閥就可以了,這時空氣讓水壓縮在倉的頂部或者其它容器內,因為空氣壓縮比很大所以需要的空間很小,潛艇自然就潛下去了,要上來的時間,正常是通過壓縮氣體或者泵排海水,空氣慢慢膨脹填補空間,或者直接讓壓水倉在真空狀態也可以,這樣潛水艇自然就上來了,通過調整不同壓水倉來調整潛艇的航行狀態也是一樣的原理。


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這不是明知故問嗎?物理學過嗎?空氣是可以壓縮的知道嗎?當需要緩慢下沉時,是把水櫃中的空氣壓縮保存到容器當中,就像煤氣罐一樣。當需要緊急下沉時才是快速放掉水櫃中的空氣,快速灌水並且頭朝下向下開足馬力向下衝,極速下沉。當需要緩慢上浮時,抽走水櫃中的水,向水櫃裡釋放壓縮空氣。當需要緊急上浮時,除了抽水和注入空氣之外還需要馬力全開,讓潛水艇頭朝上像汽車爬坡一樣衝上水面來。潛水艇裡面一般都事先準備好備用的壓縮空氣。


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潛艇要完全恢復到水上航行,有兩種方式,第一用艇內的高壓系統提供的高壓氣,把水壓出水櫃,使潛艇完全浮到水面,第二是低壓氣排水(也稱廢氣排水)就是用內燃機燃燒後的廢氣通過低壓氣系統進入水櫃,把水壓出水櫃,使潛艇浮到水面。


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壓縮空氣在潛艇上有非常廣泛而重要的用途,而且直接關係到潛艇的生命力。如潛艇發生緊急情況,需要從水下應急浮起時,用高壓空氣吹除壓載水艙內的水使艇上浮;又如耐壓艇體因海損和爆破等種種原因大量進水時,用其他方法是幾乎不能阻止海水湧入的,必須用高壓氣在艙室內製造壓力,頂住洶湧的海水,然後才能採取其他搶救措施,當艇員從水下出艇執行任務或是逃生時,也要用高壓氣設閘,就是利用氣壓和專用套筒,造成一個使人可以從艇進入海洋的水通道,發射魚雷或氣壓方式發射導彈以及其他等等用途都需要壓縮空氣。因此,潛艇上都設置壓縮空氣系統用以儲備和補充壓縮空氣,以便向需要壓縮空氣的部位進行供氣,另外當潛艇處於水下狀態時,可以用空氣壓縮機降低艙室的壓力。


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空氣是能壓縮和儲存的,同時也有壓力差別。通過管道進出閥門的控制,利用壓力差原理,來操控水櫃與儲氣筒之間的交換。從而使潛艇完成下潛與上浮。一條魚也都有一個氣泡泡,分成大、小二段。上浮與下潛都靠它!


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