Generaal

Die interessante ingenieurswese agter duikbote


Sover onlangse verslae aandui, het mense die laaste paar honderd jaar eers diep onder die oppervlak verken. Alhoewel daar sterk betwis word oor wanneer die eerste duikboot gemaak is, is baie die titel verskuldig aan Cornelis Drebbel, 'n Nederlandse uitvinder wat in 1620 die wêreld se eerste bevaarbare duikboot uitgevind het.

Sedertdien het duikbote verbeter in mobiliteit, sterkte en skelmheid - waarvan sommige onder die water kan bly totdrie maandeonder water.

Hier is die interessante ingenieurswese van sommige van die wêreld se mees gevorderde duikbote.

Die interessante ingenieurswese vir duikbote

Slegs enkele uitverkorenes het neergedaal in die diepste deel van die wêreld se oseane, die Mariana-loopgraaf. Trouens, meer mense het die maan verken in vergelyking met diegene wat die absolute diepste plek op aarde wat die Challenger Deep genoem word, verower het.

Die eerste mense wat ooit na die bodem van die Challenger Deep afgesak het, is die waterhutte Don Walsh en Jacques Piccard. Die span het hul dompelpomp, dieBathyscaphe Trieste, na die bodem van die oseaan in 1960.

Die Bathyscaphe Trieste

Die badvaartuig duik onder die oppervlak en word ondersteun deur 'n vlotter in plaas van 'n bemanning. Voorheen is aangedrewe diepsee-duikbote ondersteun deur 'n vlotter wat op die wateroppervlak bly. Die kajuit is smal en klein met net genoeg plek vir 'n bemanning van twee persone. Die res van die romp word opgeneem deur wetenskaplike toerusting wat gebruik word om een ​​van die wêreld se mees vyandigste gebiede, die bodem van die oseaan, te ondersoek.

Sedert die twee hidroneëls die bodem van die loopgraaf in 1960 verken het, het net 'n handjievol mense teruggegaan.

Die Challenger Deep spreek van een van die moeilikste uitdagings waarvoor ingenieurs te staan ​​kom - druk en lewensondersteuning.

Hoë druk dreig om die romp van enige vaartuig te verkrummel. Vir elke 10 meter water wat daal, styg die druk deur 'n hele atmosfeer. Dit is dieselfde hoeveelheid druk wat op die oppervlak van 'n voorwerp vanaf die seespieël van die totale gewig van die atmosfeer ervaar word, tot by die ruimtes. Aan die onderkant van die Challenger Deep is die druk groter 1000 atmosfeer (byna 15000 PSI).

Slegs klein bolvormige vate kan die intense druk onder in die see weerstaan. Bemande duikbote is geneig om nie verder as een kilometer onder die wateroppervlak te sink nie. Moderne duikbote kan onafhanklik werk en 'n bemanning vir weke aaneen ondersteun. Die mees gevorderde kernduikbote kan onafhanklik funksioneer en die bemanning maande lank lewensondersteunende stelsels voorsien.

Daar is baie soorte duikbote, waarvan sommige elektries, diesel of kernkrag aangedryf word. Daar is 'n groot wanopvatting dat dieselenjins die skroewe van 'n sub direk aandryf. Baie mense bevraagteken hoe 'n dieselenjin moontlik onder die water kan loop met genoeg suurstof daarvoor en die bemanning, terwyl hulle ook die uitlaat wegsteek. Die oplossing van die probleem is 'n baie onbenullige oplossing as u die enjin glad nie onder die water gebruik nie.

Hoe bemanning en enjins onder water asemhaal

Die oplossing om 'n diesel met genoeg suurstof te voorsien, is eenvoudig. Diesel-aangedrewe duikbote is gewoonlik basters. Die dieselenjin dryf gewoonlik 'n kragopwekker met 'n battery. Maar die enjin word slegs gebruik terwyl die duikboot na vore kom. As die batterye leeg raak, kom die duikboot weer op en dra die enjins om die battery aan te dryf.

Om suurstof aan boord te dra, is die eenvoudige oplossing. Massiewe houers word elke keer vol lug gepomp wanneer die duikboot weer opduik. Die stelsel is goed vir missies wat nie langer as 'n maand is nie. Regerings druk egter altyd die grense van vlootvermoëns. Meestal is stealth die belangrikste oorweging.

Terwyl dit onder water is, is die voertuig weggesteek, maar op die wateroppervlak word 'n duikboot 'n sittende eend.

Natuurlik bly die probleem: duikbote opduik en hulle kwesbaar maak.

BrainStuff verduidelik die proses van hoe enjins diesel-duikbote inasem.

Vir elektriese en dieselaangedrewe motors bly die probleem van suurstof steeds.

Die oplossing bestaan ​​wel - elektrolise - die proses om water in waterstof en suurstof te verdeel met behulp van elektrisiteit. Helaas vir volledig elektriese en diesel-onderdele is splitsing van water te kragtig vir hul gereserveerde kragvoorsiening. Elektriese en diesel aangedrewe motors het eenvoudig nie genoeg energie aan boord om genoeg suurstof vir die bemanning te lewer vir lang tydperke nie. Die proses leeg die batterye wat die motor aandryf, wat die vaartuig na die oppervlak dwing en die doel heeltemal verslaan.

Elektrolise

Elektrolise is gewoonlik gereserveer vir die grootste en mees gevorderde onderzeeërs. Die proses werk deur 'n elektriese stroom deur water te lei. Die elektrisiteit verskaf die energie wat nodig is om die bindings van water of H te verdeel2O.

Op 'n gewone dag sal een persoon ongeveer 'n kilogram suurstof verbruik, sowel as 'n mengsel van meestal inerte gasse. Kommersiële elektrolise stelsels benodig gewoonlik ongeveer 50 kilowattuur krag om 1 kg H2 en 8 kg O2 uit 9 kg water te produseer. In plaas daarvan om voortdurend batterye te laat leegloop, bied kernduikbote 'n konstante bron van krag - genoeg om 'n klein stad aan te dryf.

Die stelsel voorsien meer as genoeg suurstof, en waterstof word terloops in die proses vervaardig. In normale werking versprei die kernwaterstof die waterstof direk in die water. Tydens geheime operasies word geheime metodes gebruik om die waterstof uit die uitlaat te skrop.

Aangesien sommige vloote die vrystelling van waterstof in water kan opspoor, word die meeste skropmetodes geheim gehou. Alhoewel, waarskynlik, gebruik die subkatalitiese omsetters om waterstof by 'n ander verbinding te voeg. Dit is egter nie die enigste onderduimse ingenieurs wat dit moet oorweeg nie.

The Stealth Technologies of Submarines

Duikbote maak baie geraas deur hul enjins, skroewe en algemene werking. Die geraas veroorsaak vibrasies wat maklik kilometers aaneen deur die water dra. Elke deel van 'n militêre duikboot word gebou met inagneming van skelm. Elke vibrerende onderdeel word op sy plek gehou met rubberstukke wat die meeste vibrasies aktief demp. Die tegniek werk goed aan die buitekant, alhoewel dit nie die enigste bron van geraas op die vaartuig is nie.

Byna alle duikbote word aangedryf deur 'n skroef. Terwyl die skroewe deur die water sny, produseer hulle geraas om 'n paar redes. Een, die lemme stuur vibrasies uit terwyl dit deur die lug sny, en twee, die lemme skep kavitasieborrels wat inmekaarval, wat meer vibrasies deur die water stuur en die lem self beskadig.

Kavitasieborrels vorm aan die suigkant van 'n skroef wanneer die druk van die water onder die dampdruk van water daal. So vinnig as wat die borrels geproduseer word, verdwyn hulle amper net so vinnig. Die borrel sak op die skroefmes in, wat veroorsaak dat hulle verweer en geraas vrystel.

Die geraas kan maklik opgespoor word, en daarom is dit noodsaaklik vir onderzeese ingenieurs om klankonderdrukkende lemme te ontwerp wat kavitasie verminder.

Onderzeese ingenieurs verander die vorm van die skroef om turbulensie te verminder en die algehele geraas van die lemme te verminder as dit deur die water sny. Daar is dikwels vier of meer lemme wat meer water uit die pad dwing terwyl dit teen stadiger snelhede draai. Die resultaat is 'n skroef wat nie so vinnig hoef te draai om dieselfde snelhede te lewer as skroewe met minder lemme nie. Aangesien die lemme stadiger draai, is daar minder turbulensie en minder vorming van kavitasieborrels. Soms word spesiale boomstamme in die lemme gekerf wat die water verder lei, met so min as moontlik versteuring, wat weer die vorming van kavitasies verminder.

Die duikboot is ook vaartbelyn om water deur die lemme te lei, en verminder soveel onstuimigheid as moontlik. As die ontwerp nie voldoende is nie, word daar soms 'n ring of hok rondom die skroef geïnstalleer wat die water meer lineêr lei.

Ander klankonderdrukkingstegnologieë

Die onderdrukking van die geraas van die duikboot self is een uitdaging. Maar die ontwikkeling van 'n sub wat vyandige sonar kan ontduik, bied 'n ander probleem.

Sonar is 'n toestel wat gebruik word om voorwerpe onder water op te spoor. Klankimpulse word uitgestraal en 'n detektor neem die pulse wat terugkeer op. Deur die tyd te bepaal wat dit neem voordat 'n pols terugkeer, kan die afstand tussen die detektor en die voorwerp maklik bepaal word.

Die massiewe romp van groot duikbote is skraal. As 'n metaalskaal reflekteer die oppervlak van 'n duikboot geluide maklik, wat dit baie sigbaar maak vir die vyand se radar. Die oplossing vir wegkruip van radar kom van 'n onwaarskynlike bron: borrels.

Onder water absorbeer lugborrels maklik geraas. Namate klankgolwe deur die water versprei, versprei hulle stadig oor tyd. Die bekendstelling van borrels versteur die geluid en dwing dit om deur die een medium na die ander te beweeg, absorbeer 'n bietjie energie met elke borrel.

Inkomende klankvibrasies bots met die borrels en dwing die borrel om te vibreer of saamtrek en uitbrei. Die skommelinge laat die lug binne-in saampers en skep hitte. In wese word die klankenergie van geraas in hitte omgeskakel.

Kontra-intuïtief kan die vervaardiging van borrels die klankhandtekening van 'n sub vermom. Alhoewel, dit is byna onmoontlik om al die geluide op te neem, en daarom is daar anekoïese teëls aangebring.

Klankonderdrukkende teëls

Aan die buitewyke van moderne duikbote lê lae anekoïese teëls, 'n rubbermateriaal met duisende klein leemtes. Die materiaal sit die effek van borrels in water voort, sonder om borrels uit te gee en 'n posisie te openbaar.

Die materiaal absorbeer sonar aktief, terwyl luidsprekers voorspelbare teenoorgestelde toon kan speel om geraas te kanselleer. Saam hou die twee en ander tegnologieë te alle tye duikbote verborge en beplan hulle op die vloere van die see.

Die uiterste vermoëns van moderne ingenieurs is die gevolg van honderde, indien nie duisende jare se proef en fout nie. Die interessante ingenieurswese van duikbote hou die bemanning lewendig en versteek in die moeilikste omstandighede. Ruimte kan moeilik wees, maar dit lyk asof die bodem van die oseaan die grootste uitdaging bied.

Geskryf deur Maverick Baker


Kyk die video: Computing a theory of everything. Stephen Wolfram (Augustus 2021).