زیردریایی چگونه كار می‌كند؟

[pckho0r 3,022]

زیردریایی‌ها از شگفت‌انگیزترین اختراعات بشر هستند. طی صدها سال دریانوردان فقط می‌توانستند روی عرشه كشتی‌ها كار كنند. اختراع زیردریایی به انسان اجازه داد تا بتواند همچون موجودات دریایی برای مدت طولانی (ماه‌ها و حتی سالها) در زیر دریا زندگی كند. ما اختراع زیردریایی‌های پیشرفته را مدیون مسابقه تسلیحاتی جنگ سرد بین دو ابرقدرت شرق و غرب در قرن بیستم هستیم!

[img]http://www.gigapars.com/images/stories/physics/zir1.jpg[/img]

دانشمندان برای ساخت و حركت دادن زیردریایی‌ها از چندقانون استفاده كردند. ما ابتدا به بررسی دو قانون مهم می‌پردازیم:

[b]1- قانون ارشمیدس:[/b] طبق قانون ارشمیدس بر هر جسم (كمی یا كاملاً) غوطه‌ور در سیال معادل وزن سیال جابجاشده نیرو وارد می‌شود. همواره وزن جسم بطرف پائین و نیروی شناوری سیال بطرف بالا ظاهر می‌شوند. هرگاه این دو نیرو با هم برابر باشند (مانند كشتی روی دریا) جسم روی سیال شناور خواهد شد و اگر نیروی وزن بیشتر از نیروی شناوری سیال (مانند سنگ در آب) باشد، جسم كاملاً در سیال فرو خواهد رفت.

[img]http://www.gigapars.com/images/stories/physics/zir2.jpg[/img]

چگالی جسم به وزن بر حجم تعریف می‌شود. هرگاه چگالی جسم از چگالی سیال (آب) بیشتر باشد، جسم در سیال فروخواهد رفت.

[b]2- قانون بویل: [/b]طبق این قانون در دمای ثابت، حجم و فشار یك سیال رابطه عكس با هم دارند . یعنی هرگاه فشار وارد بر سیال دوبرابر شود، حجم سیال نصف خواهد شد.
برهرجسم داخل سیال، فشاری به تمام سطح جسم (متناسب با عمق سیال) بطور مساوی وارد می‌شود. هرچه عمق سیال بیشتر باشد، فشار وارد بر جسم نیز بیشتر خواهد شد و طبق قانون بویل حجم آن باید كم شود. برای مثال اگر بالون پر از هوایی را به عمق اقیانوس ببریم، فشار عمق آب باعث كم شدن حجم بالون و متراكم شدن هوای داخل بالون خواهد شد.

[img]http://www.gigapars.com/images/stories/physics/zir3.jpg[/img]

وبرعكس اگر بالون را رها سازیم تا به آسمان برود، چون فشار هوا در ارتفاع كمتر از سطح زمین است، حجم بالون افزایش خواهد یافت. بیایید این قانون را درمورد خطرات غواصی در عمق بررسی كنیم:
درشكل زیر (سمت چپ) ریه‌های غواصی را درحال شنا در سطح آب می‌بینید. هرچه غواص به عمق بیشتری برود، فشار وارد بر بدن و ریه‌های او افزایش می‌یابد. اگر دمای آب را حدود 04 ثابت درنظر بگیریم، باید حجم ریه‌های غواص كم شود. ولی حجم ریه‌ها كم نمی‌شود و درعوض برای خنثی كردن فشار عمق سیال، ریه‌ها هوای بیشتری را جذب می‌كنند تا فشار داخل ریه با محیط یكسان شود.

[img]http://www.gigapars.com/images/stories/physics/zir4.jpg[/img]

در عمق 40 متری حجم هوای فشرده شده درون ریه به 4 برابر سطح آب افزایش می‌یابد كه این موضوع می‌تواند باعث پاره شدن رگ‌ها و رسوب نیتروژن در خون و خطر حمله قلبی برای غواص بوجود آورد. به همین دلیل غواص ها نمی توانند برای مدت طولانی در عمق بیشتر از 30 متری شنا كنند.


[b]تاریخچه ساخت زیردریایی‌ها :[/b]

- در زیردریایی‌های اولیه از نیروی دست برای حركت دادن زیردریایی در اعماق كمك گرفته می‌شد. در سال 1620 شخص بنام ون دربل اولین زیردریایی را ساخت كه می‌توانست در عمق 5/4 متری حركت كند.
حجم داخل این زیردریایی بسیار كم بود، بطوریكه فقط یك نفر می‌توانست داخل آن قرار گیرد و برای حركت دادن آن در عمق به یك فرد بسیار نیرومند نیاز بود تا بتواند پره‌های جلو و فوقانی را بچرخاند.

[img]http://www.gigapars.com/images/stories/physics/zir5.jpg[/img]

- درحدود سال 1770، دیود باشنل زیردریایی را طراحی كرد كه می‌توانست بكمك دست و پدالهای پایی حركت كند. حدود 30 سال بعد روبرت فولتون، زیردریایی دیگری ساخت كه 3 نفر گنجایش داشت و برای اولین بار، بالهایی برای تنظیم عمق در زیردریایی تعبیه شد.

- فولتون سپس تلاش كرد تا زیردریایی دیگری با موتور بخار بسازد. مشكل طراحی این موتورها در آن بود كه در زیر آب اكسیژن نبود. بنابراین موتوری طراحی شد كه ابتدا آب در سطح آب داخل مخزنی با موتور دیزل (با سوخت گازوئیل) داغ و تبدیل به بخار می‌شد، سپس موتور خاموش می‌شد و زیردریایی به داخل آب شیرجه می‌زد و تا وقتی كه بخار داخل مخزن سرد نشده بود، زیردریایی می‌توانست با موتور بخار در عمق دریا حركت كند.

- در سال 1860 زیردریایی دیگری طراحی شد كه بطور كامل زیر آب نمی‌رفت و از طریق لوله‌ای كه به سطح آب راه داشت، اكسیژن را برای سوخت موتور به داخل زیردریایی مكش می‌كرد.

- در سال 1904 اولین زیردریایی كه با موتور دیزل- الكتریكی كار می‌كرد، در فرانسه ساخته شد. موتورهای دیزل در سطح آب، باطری‌های الكتریكی را شارژ می‌كردند و سپس زیردریایی در آب فرو می‌رفت در این هنگام موتور دیزل خاموش می‌شد و موتور الكتریكی بكمك باطری‌های شارژشده، زیردریایی را حركت می‌داد.

[img]http://www.gigapars.com/images/stories/physics/zir6.jpg[/img]

- مشكل این نوع زیردریایی در آنجا بود كه اولاً باطری‌ها خیلی بزرگ و سنگین بودند و ثانیاً پس از گذشت چندساعت زیردریایی مجبور بود به سطح آب بیاید تا موتور دیزل روشن شده و باطری‌ها را دوباره شارژ كند. اسید داخل باطری‌ها هم در تركیب با آب دریا، بخار خطرناك و كشنده‌ای تولید می‌كردند.

- درسال 1954 اولین زیردریایی با سوخت هسته‌ای ساخته شد. از مزایای این زیردریایی‌ها، عدم نیاز به هوا است. این نوع زیردریایی‌ها می‌توانند به مدت طولانی (حتی سالها) زیر دریا بمانند و فقط درصورت نیاز به سطح آب بیایند و نیز با سرعت بالای 50 كیلومتر در ساعت در زیر و یا سطح دریا حركت كنند. در این موتورها، حرارت راكتور از طریق لوله‌های آب به توربین بخار می‌رسد و آن را می‌چرخاند. در نمونه زیردریایی شكل زیر، دو مدار گردش آب طراحی شده است. در مدار اولی، آب در اثر حرارت زیاد (عمل شكافت هسته‌ای) راكتور، به شدت داغ می‌شود و با گردش آب در مدار اولیه محفظه تبدیل هم داغ می شود. سپس محفظه تبدیل ،‌ آب مدار ثانویه را تبدیل به بخار می‌كند و آن را سوی توربین بخار می‌فرستد.

[img]http://www.gigapars.com/images/stories/physics/zir7.jpg[/img]

- بخار آب ، توربین را می‌چرخاند تا نیروی محركه و برق زیردریایی تامین شود. سپس بخار آب در محفظه تراكم تبدیل به آب می‌شود و دوباره به محفظه تبدیل بخار ارسال می‌شود.

[b]اجزاء زیردریایی:[/b]

اجزاء بیرونی زیردریایی شامل بدنه استوانه بیضی شكل با دوبال افقی در جلو و دوبال عمودی در عقب برای شیرجه رفتن به عمق و اوج گرفتن به سطح آب، یك سكان برای حركت به چپ و راست ، یك پروانه در دم بدنه برای تولید نیروی محركه زیردریایی و یك بادبان برای ورود و خروج خدمه به سطح آب است.
درضمن یك آنتن رادیویی برای تماس با زیردریایی‌ها و كشتی‌های دیگر و یك پریسكوپ برای مشاهده سطح آب از زیر دریا روی بادبان تعبیه شده است.

[img]http://www.gigapars.com/images/stories/physics/zir8.jpg[/img]

بدنه زیردریایی از دو پوسته (قشر) ساخته شده كه مابین آنها خالی است. به این فضای خالی، مخزن بالاست (سنگینی) می‌گویند. روی قشر بیرونی و بالای بدنه، دریچه‌ای برای خروج هوا (دریچه اصلی) و در پائین بدنه هم دریچه‌ای برای ورود و خروج آب به مخزن بالاست تعبیه شده است.

[img]http://www.gigapars.com/images/stories/physics/zir9.jpg[/img]

داخل زیردریایی هم مخزن گاز فشرده با دو دریچه خروج هوا به مخزن بالاست روی قشر درونی تعبیه شده است. وزن زیردریایی با مخزن بالاست خالی، كمتر از نیروی شناوری آب دریاست و بنابراین زیردریایی در این حالت مانند كشتی روی سطح آب باقی خواهد ماند.
برای فرورفتن زیردریایی در آب، دریچه خروج هوا (دریچه اصلی) و دریچه ورود آب را باز می‌كنند تا آب دریا وارد مخزن بالاست شود. به این ترتیب وزن زیردریایی بیشتر از نیروی شناوری می‌شود و زیردریایی در آب فرومی‌رود.

برای بالا آمدن زیردریایی دریچه اصلی را می‌بندند و دریچه گاز فشرده شده را باز می‌كنند تا هوا وارد مخزن بالاست شود. با ورود گاز به مخزن و خروج آب از دریچه‌های پائینی، وزن زیردریایی كم می‌شود و نیروی شناوری آن را بطرف بالا می‌برد.

[img]http://www.gigapars.com/images/stories/physics/zir10.jpg[/img]

پروانه نصب‌شده در انتهای دم زیردریایی با چرخش خود، زیردریایی را به جلو و با چرخش برعكس به عقب! هدایت می‌كند. برای شیرجه رفتن بطرف پائین (درهنگام حركت به جلو) انتهای بالهای جلو بطرف بالا و انتهای بالهای عقب بطرف پائین كج می‌شوند و برای اوج گرفتن نیز انتهای بالهای جلو بطرف پائین و انتهای بالهای عقب زیردریایی بطرف بالا كج می‌شوند تا (مانند پرواز هواپیما در هوا ) مسیر سیال عبوری (آب) از بالها برای حركت به مسیر دلخواه تغییر یابد و نیروی بالابر یا پائین‌بر تولید شود.

[img]http://www.gigapars.com/images/stories/physics/zir11.jpg[/img]

برای حركت به چپ و راست نیز از سكان عقب كمك گرفته می‌شود. مثل حركت كشتی و هواپیما (درهنگام حركت به جلو ) با كج كردن سكان به چپ، زیردریایی به چپ و با كج كردن سكان به راست، زیردریایی بطرف راست خواهد چرخید.

پریسكوپ داخل زیردریایی هم از 2 آینه كج با زاویه 045 درجه ساخته شده تا خدمه بتوانند با چرخاندن آن، كشتی‌های سطح آب را مشاهده كنند.

[img]http://www.gigapars.com/images/stories/physics/zir12.jpg[/img]

از آنتن رادیویی هم برای ارسال سیگنال به اطراف و برقراری ارتباط با دیگر زیردریایی‌ها و كشتی‌های دیگر و نیز از فرستنده دیگری ( رادار ) برای تشخیص موانع سرراه زیردریایی كمك می‌گیرند.



منبع : سایت ملاصدرا (از سرویس خارج شده!)

[Electro_officer 13,798]

ممنون
مدتها بود جاي خالي همچين مقاله‌اي احساس ميشد تشكر.
البته كاملا ابتدايي بود ولي خوب همينم خوبه. در ضمن در مورد پريسكوپ الآن ديگه از اين سيستمي كه شما گفتيد استفاده نميشه.

[call-of-duty 245]

با تشکر از pckho0r عزیز.
در زیر دریایی اتمی جدید انگلیس که اگه اشتباه نکنم astute بود از یک دوربین فیلمبرداری مخصوصی استفاده میشه که ظرف چند ثانیه به سطح آب رسیده و توان تصویر برداری 360 درجه ای رو داره! دیگه پریسکوپ بدرد نمیخوره!
راستی Electro_officer عزیز در زیر دریایی های خودمون از چه سیستمی استفاده میشه؟

[arshya4171 42]

جالب و ساده و آموزنده بود
ممنون

[Electro_officer 13,798]

[quote]راستی Electro_officer عزیز در زیر دریایی های خودمون از چه سیستمی استفاده میشه؟[/quote]
راستش نميدونم! جزييات سيستم‌هاي داخلي جز اطلاعات طبقه‌بندي شده‌است.