Подводный аппарат — это подводное транспортное средство , которое необходимо транспортировать и поддерживать с помощью более крупного плавсредства или платформы . Это отличает подводные аппараты от подводных лодок , которые являются самонесущими и способны к длительной автономной работе в море. [1]
Существует много типов подводных аппаратов, включая как обитаемые человеком аппараты (HOV), так и беспилотные аппараты, [2] известные как дистанционно управляемые аппараты (ROV) или беспилотные подводные аппараты (UUV). Подводные аппараты имеют множество применений, включая океанографию , подводную археологию , исследование океана , туризм , техническое обслуживание и восстановление оборудования , а также подводную видеосъемку . [3]
Первым зарегистрированным самоходным подводным судном была небольшая подводная лодка с веслами, задуманная Уильямом Борном (ок. 1535–1582) и спроектированная и построенная голландским изобретателем Корнелисом Дреббелем в 1620 году, а в последующие четыре года были построены еще две улучшенные версии. [4] Современные отчеты утверждают, что окончательная модель была продемонстрирована лично королю Джеймсу I , который, возможно, даже был взят на борт для пробного погружения. [5] [4] Судя по всему, до « Черепахи Бушнелла» больше не было зарегистрировано никаких упоминаний о подводных лодках .
Первая подводная лодка, предназначенная для использования на войне, была спроектирована и построена американским изобретателем Дэвидом Бушнеллом в 1775 году как средство крепления зарядов взрывчатого вещества к вражеским кораблям во время Войны за независимость США. Устройство, получившее название « Черепаха Бушнелла », представляло собой сосуд овальной формы из дерева и латуни. У него были резервуары, которые наполнялись водой для погружения, а затем опорожнялись с помощью ручного насоса, чтобы вернуть ее на поверхность. Оператор использовал два гребных винта с ручным заводом для перемещения под водой вертикально или вбок. У автомобиля были небольшие стеклянные окна сверху, а к приборам было прикреплено естественно люминесцентное дерево [ нужны разъяснения ] , чтобы их можно было прочитать в темноте. [ нужна цитата ]
« Черепаха Бушнелла» впервые была использована в бою 7 сентября 1776 года в гавани Нью-Йорка для атаки британского флагмана HMS Eagle . В то время машиной управлял сержант Эзра Ли . Ли успешно нанес «Черепаху» на нижнюю часть корпуса «Орла » , но не смог прикрепить заряд из-за сильного течения воды. [ нужна цитата ]
Помимо размера, основное техническое различие между «погружаемым аппаратом» и «подводной лодкой» заключается в том, что подводные аппараты не являются полностью автономными и могут полагаться на вспомогательное средство или судно для пополнения запасов энергии и дыхательных газов. Погружные аппараты обычно имеют меньшую дальность действия и работают в основном под водой, поскольку большинство из них практически не выполняют функций на поверхности. [ нужна цитата ] Некоторые подводные аппараты работают на «тросе» или «шланге», оставаясь подключенными к тендеру (подводной лодке, надводному судну или платформе). Подводные аппараты могут погружаться на глубину более 10 км (33 000 футов) под поверхность.
Подводные аппараты могут быть относительно небольшими, вмещать лишь небольшой экипаж и не иметь жилых помещений.
Подводный аппарат часто обладает очень ловкой подвижностью, обеспечиваемой гребными винтами или водометами .
Различные базовые технологии, используемые при проектировании подводных аппаратов.
Атмосфера Земли оказывает давление на ее поверхность, подобно тому, как вода оказывает давление из-за своего веса. Однако в отличие от воды атмосфера сжимаема, поскольку состоит из газов. Следовательно, плотность атмосферы меняется с высотой, причем наибольшая плотность наблюдается на уровне моря. В результате максимальное атмосферное давление наблюдается на уровне моря, постепенно снижаясь с увеличением высоты.
Для расчета атмосферного давления рассмотрим давление, оказываемое столбом морской воды высотой 10 метров. В обычных условиях атмосфера может поддерживать такой столб, что приводит к атмосферному давлению 103 000 Ньютонов на квадратный метр (Н/м 2 ).
Манометрическое давление и абсолютное давление При измерении давления газа, в том числе под водой, важными понятиями являются избыточное давление и абсолютное давление .
Манометрическое давление: манометр обычно калибруется на ноль , когда манометр находится под атмосферным давлением. Этот манометр регистрирует только «разницу давления» между измеренным давлением и атмосферным давлением. Если такой манометр используется под водой, он будет показывать только дополнительное давление, оказываемое водой. Например, если манометр показывает 120 бар, измеренное давление на самом деле на 120 бар выше атмосферного давления, что эквивалентно 121 бару относительно вакуума.
Абсолютное давление: На уровне моря атмосфера оказывает давление примерно 1 бар или 103 000 Н/м 2 . Под водой давление увеличивается примерно на 0,1 бар на каждый метр глубины. Общее давление на любой заданной глубине представляет собой сумму давления воды на этой глубине ( гидростатическое давление ) и атмосферного давления. Это комбинированное давление известно как абсолютное давление, и его соотношение таково:
Абсолютное давление (бар абс.) = манометрическое давление (бар) + атмосферное давление (около 1 бар).
Чтобы рассчитать абсолютное давление, добавьте атмосферное давление к манометрическому давлению, используя ту же единицу измерения. Работа с глубиной, а не с давлением может быть удобной при расчетах погружений. В этом контексте атмосферное давление считается эквивалентным глубине 10 метров. Абсолютная глубина (м) = глубина замера (м) + 10 м.
Измерение глубины: устройства контроля давления
Давление более важно по структурным и физиологическим причинам, чем линейная глубина. Давление на данной глубине может меняться из-за изменений плотности воды.
Чтобы точно выразить линейную глубину в воде, измерения должны быть в метрах (м). Единица измерения «метры морской воды» (мсв) по определению является единицей измерения давления.
Примечание: Изменение глубины на 10 метров при изменении давления на 1 бар соответствует плотности воды 1012,72 кг / м 3
Погружные аппараты с одной атмосферой имеют прочный корпус, внутреннее давление которого поддерживается на уровне атмосферного давления на поверхности. Для этого требуется, чтобы корпус был способен выдерживать окружающее гидростатическое давление воды снаружи, которое может во много раз превышать внутреннее давление.
Погружные аппараты под давлением окружающей среды поддерживают одинаковое давление как внутри, так и снаружи сосуда. Внутренняя часть заполнена воздухом, давление которого уравновешивает внешнее давление, поэтому корпусу не приходится выдерживать разницу давлений.
Третья технология - это «мокрая подводная лодка», которая относится к транспортному средству, которое может быть закрытым, а может и не быть закрытым, но в любом случае вода затопляет салон, поэтому экипаж использует оборудование для подводного дыхания. Это может быть акваланг, перевозимый водолазами, или запас дыхательного газа, установленный на судне.
Когда объект погружается в жидкость, он вытесняет жидкость, отталкивая ее в сторону.
Когда объект частично погружен в воду, силы давления, действующие на погруженные части, равны весу вытесненной воды. Следовательно, объекты, погруженные в жидкость, кажутся весящими меньше из-за этой выталкивающей силы. Взаимосвязь между количеством вытесненной жидкости и возникающим в результате взбросом известна как принцип Архимеда , который гласит:
«Когда объект полностью или частично погружен в жидкость, восходящая тяга, которую он получает, равна весу вытесненной жидкости». [ нужна цитата ]
Плавучесть и вес определяют, будет ли объект плавать или тонуть в жидкости. Относительные величины веса и плавучести определяют результат, что приводит к трем возможным сценариям.
Отрицательная плавучесть: когда вес объекта превышает силу подъема, которую он испытывает из-за веса вытесненной жидкости, объект тонет.
Нейтральная плавучесть: если вес объекта равен подъему, объект остается стабильным в своем текущем положении, не тонет и не всплывает.
Положительная плавучесть: когда вес объекта меньше подъемной тяги, объект поднимается и плывет. Достигая поверхности жидкости, он частично выходит из жидкости, уменьшая вес вытесняемой жидкости и, следовательно, подъемную тягу. В конце концов, уменьшенная тяга уравновешивает вес объекта, позволяя ему плавать в состоянии равновесия.
Во время работы под водой подводный аппарат обычно имеет нейтральную плавучесть , но может использовать положительную или отрицательную плавучесть для облегчения вертикального движения. Отрицательная плавучесть также может иногда быть полезна, чтобы поставить судно на дно, а положительная плавучесть необходима, чтобы удерживать судно на поверхности. Точная регулировка плавучести может быть произведена с использованием одного или нескольких сосудов под давлением с переменной плавучестью в качестве дифферентных цистерн , а для серьезных изменений плавучести на поверхности или вблизи нее могут использоваться балластные цистерны под давлением окружающей среды , которые полностью затопляются во время подводных операций. В некоторых подводных аппаратах используется внешний балласт высокой плотности, который может быть сброшен на глубине в случае чрезвычайной ситуации, чтобы сделать судно достаточно плавучим, чтобы всплыть обратно на поверхность, даже если вся мощность потеряна, или двигаться быстрее по вертикали.
Некоторые подводные аппараты способны погружаться на большую глубину. Батискаф « Триест» первым достиг самой глубокой части океана, почти на 11 км (36 000 футов) ниже поверхности, на дне Марианской впадины в 1960 году .
Китай со своим проектом Цзяолун в 2002 году стал пятой страной, отправившей человека на глубину 3500 метров ниже уровня моря, после США, Франции, России и Японии. 22 июня 2012 года подводный аппарат «Цзяолун» установил рекорд глубокого погружения среди государственных судов, когда трехместная подводная лодка опустилась на глубину 6963 метра (22 844 фута) в Тихий океан. [7]
Среди наиболее известных и дольше всех находящихся в эксплуатации подводных аппаратов — глубоководное исследовательское судно DSV Alvin , которое доставит 3 человек на глубину до 4500 метров (14 800 футов). Элвин принадлежит ВМС США и управляется WHOI , и по состоянию на 2011 год совершил более 4400 погружений. [8]
Джеймс Кэмерон совершил рекордное погружение на подводном аппарате с экипажем на дно Бездны Челленджера , самой глубокой известной точки Марианской впадины , 26 марта 2012 года. Подводный аппарат Кэмерона получил название Deepsea Challenger и достиг глубины 10 908 метров (35 787 футов). [9]
Частные фирмы, такие как Triton Submarines , LLC. SEAmagine Hydrospace, Sub Aviator Systems (или SAS) и базирующаяся в Нидерландах U-boat Worx разработали небольшие подводные аппараты для туризма, исследований и приключенческих путешествий. Канадская компания Sportsub в Британской Колумбии с 1986 года производит индивидуальные подводные лодки для отдыха с открытым полом (частично затопленные кабины). [10] [11] [12] [13]
Частная американская компания OceanGate также участвовала в создании подводных аппаратов, хотя компания попала под пристальное внимание, когда их новейший подводный аппарат взорвался под водой, и никто не выжил. [14]
Небольшие беспилотные подводные аппараты, называемые «морскими дистанционно управляемыми аппаратами» (MROV), [ нужна ссылка ] или «дистанционно управляемыми подводными аппаратами» (ROUV), широко используются для работы в воде, слишком глубокой или слишком опасной для водолазов, или когда это экономически выгодно. .
Транспортные средства с дистанционным управлением ( ROV ) ремонтируют морские нефтяные платформы и прикрепляют тросы к затонувшим кораблям для их подъема. Такие дистанционно управляемые транспортные средства подключаются с помощью шлангокабеля (толстого кабеля, обеспечивающего питание и связь) к центру управления на корабле. Операторы на корабле просматривают видео и/или гидролокационные изображения, передаваемые с ROV, и дистанционно управляют его двигателями и манипулятором. Место крушения «Титаника» было исследовано таким аппаратом, а также судном с экипажем. [ нужна цитата ]
Класс подводных аппаратов, имеющих воздушный шлюз и встроенную камеру для дайвинга , из которой могут быть выпущены подводные водолазы, такие как:
{{cite web}}: Внешняя ссылка |ref=
