Soweit jüngste Aufzeichnungen belegen, haben Menschen in den letzten hundert Jahren nur tief unter der Oberfläche erforscht. Obwohl es sehr umstritten ist, wann das erste U-Boot gebaut wurde, verdanken viele den Titel dem Niederländer Cornelis DrebbelDer Erfinder gab bekannt, 1620 das erste schiffbare U-Boot der Welt erfunden zu haben.
Seitdem haben sich U-Boote in Bezug auf Mobilität, Stärke und Tarnung verbessert - einige von ihnen können bis zu 8 Minuten unter Wasser bleiben. drei Monate unter Wasser.
Hier ist die interessante Technik einiger der fortschrittlichsten U-Boote der Welt.
Die Interessante Technik | wissenschaft-x.com von U-Booten
Nur einige wenige sind in den tiefsten Teil der Weltmeere, den Marianengraben, hinabgestiegen. Tatsächlich haben mehr Menschen den Mond erforscht als diejenigen, die den absolut tiefsten Punkt der Erde erobert haben, der als Challenger Deep gilt.
Die ersten Menschen, die jemals auf den Grund des Challenger Deep hinabgestiegen sind, sind die Hydronauten Don Walsh und Jacques Piccard. Das Team hat ihr Tauchboot versenkt, das Bathyscaphe Trieste, 1960 auf den Grund des Ozeans.
Die Bathyscaphe Triest
Das Bathyscaphe-Schiff taucht unter die Oberfläche und wird von einem Oberflächenschwimmer anstelle einer Besatzung getragen. Zuvor wurden angetriebene Tiefsee-Tauchboote von einem Schwimmer getragen, der an der Wasseroberfläche verbleibt. Seine Kabine ist schmal und kleingerade genug Platz für eine zweiköpfige Besatzung. Der Rest des Rumpfes wird von wissenschaftlichen Geräten eingenommen, mit denen eine der feindlichsten Regionen der Welt auf dem Planeten, der Meeresboden, untersucht wird.
Seit die beiden Hydronauten 1960 den Boden des Grabens erkundet haben, sind nur eine Handvoll Menschen zurückgekehrt.
Der Challenger Deep spricht für eine der schwierigsten Herausforderungen, denen Ingenieure gegenüberstehen - Druck und Lebenserhaltung.
Hohe Drücke drohen, den Rumpf eines Schiffes zu zerbröckeln. Pro 10 Meter Wasser steigt der Druck um eine ganze Atmosphäre an. Dies ist der gleiche Druck, der auf die Oberfläche eines Objekts vom gesamten Gewicht der Atmosphäre ausgeübt wirdvom Meeresspiegel bis zum Weltraum. Am Boden des Challenger Deep übersteigt der Druck 1000 Atmosphären fast 15000 PSI .
Nur kleine kugelförmige Schiffe können dem starken Druck am Meeresboden standhalten. Bemannte U-Boote sinken in der Regel nicht weiter als einen Kilometer unter die Wasseroberfläche. Moderne U-Boote können unabhängig voneinander operieren und eine Besatzung wochenlang unterstützenDie modernsten Atom-U-Boote können unabhängig voneinander arbeiten und die Besatzung monatelang mit lebenserhaltenden Systemen versorgen.
Es gibt viele Arten von U-Booten, von denen einige elektrisch, diesel- oder nuklear angetrieben sind. Es gibt ein großes Missverständnis, dass Dieselmotoren die Propeller eines U-Bootes direkt antreiben. Viele Menschen fragen sich, wie ein Dieselmotor möglicherweise mit genügend U-Booten unter Wasser laufen könnteSauerstoff für ihn und die Besatzung, während er irgendwie auch den Auspuff versteckt. Die Lösung des Problems ist eine viel trivialere Lösung, den Motor überhaupt nicht unter Wasser zu benutzen.
Wie Besatzungen und Motoren unter Wasser atmen
Die Lösung, um einen Diesel mit ausreichend Sauerstoff zu versorgen, ist einfach. Dieselbetriebene U-Boote sind in der Regel Hybride. Der Dieselmotor treibt normalerweise einen Generator an, der einen Akku antreibt. Der Motor wird jedoch nur verwendet, wenn das U-Boot aufgetaucht istDie Batterien gehen zur Neige, das U-Boot taucht wieder auf und lässt seine Motoren laufen, um die Batterie anzutreiben.
Das Mitführen von Sauerstoff an Bord ist die einfache Lösung. Jedes Mal, wenn das U-Boot wieder auftaucht, werden massive Kanister mit Luft gepumpt. Das System eignet sich für Missionen, die nicht länger als einen Monat dauern. Die Regierungen gehen jedoch immer an die Grenzen der SeefähigkeitenStealth ist die wichtigste Überlegung.
Während das Fahrzeug in Wasser getaucht ist, ist es auf der Wasseroberfläche versteckt. Ein U-Boot wird jedoch zu einer sitzenden Ente.
Natürlich bleibt das Problem bestehen - U-Boote auftauchen und verwundbar machen.
BrainStuff erklärt, wie Motoren in Diesel-U-Booten atmen.
Bei Elektro- und Diesel-U-Booten besteht das Problem des Sauerstoffs weiterhin.
Die Lösung existiert - Elektrolyse - der Prozess der Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff unter Verwendung von Elektrizität. Leider ist die Wasseraufteilung für vollelektrische und Diesel-U-Boote zu energieintensiv für ihre reservierte Stromversorgung. Elektrische und dieselbetriebene U-Boote tun dies einfach nichtTragen Sie genug Energie an Bord, um der Besatzung über längere Zeiträume genügend Sauerstoff zuzuführen. Der Prozess entleert die Batterien, die den Motor antreiben, zwingt das Schiff an die Oberfläche und macht den Zweck völlig zunichte.
Elektrolyse
Die Elektrolyse ist normalerweise den größten und fortschrittlichsten U-Booten vorbehalten. Der Prozess leitet einen elektrischen Strom durch Wasser. Der Strom liefert die Energie, die zum Aufteilen der Bindungen von Wasser oder H erforderlich ist. 2 O.
An einem typischen Tag verbraucht eine Person ungefähr ein Kilogramm Sauerstoff zusammen mit einer Mischung aus meist inerten Gasen. Kommerzielle Elektrolysesysteme erfordern normalerweise ungefähr 50 Kilowattstunden Leistung zur Erzeugung von 1 kg H2 und 8 kg O2 aus 9 kg Wasser . Anstatt ständig Batterien zu entladen, bieten Atom-U-Boote eine konstante Energiequelle - genug, um eine kleine Stadt mit Strom zu versorgen.
Das System liefert mehr als genug Sauerstoff, im Übrigen wird dabei Wasserstoff erzeugt. Im Normalbetrieb dispergieren nukleare Subs den Wasserstoff direkt im Wasser. Bei verdeckten Vorgängen werden jedoch geheime Methoden angewendet, um den Wasserstoff aus dem Abgas zu entfernen.
Da einige Marinen die Wasserstofffreisetzungen in Wasser nachweisen können, werden die meisten Waschmethoden geheim gehalten. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass die U-Boote Katalysatoren verwenden, um Wasserstoff zu einer anderen Verbindung hinzuzufügen. Dies ist jedoch nicht die einzige Stealth-Überlegung, die U-Boot-Ingenieure berücksichtigen müssen.
Die Stealth-Technologien von U-Booten
U-Boote machen eine Menge Lärm durch ihre Motoren, Propeller und den allgemeinen Betrieb. Der Lärm verursacht Vibrationen, die sich kilometerweit leicht durch das Wasser tragen lassen. Jeder Teil eines militärischen U-Bootes wird unter Berücksichtigung der Tarnung gebaut. Jeder vibrierende Teilwird mit Gummilagern an Ort und Stelle gehalten, die die meisten Vibrationen aktiv dämpfen. Die Technik funktioniert gut von außen, obwohl sie nicht die einzige Geräuschquelle auf dem Schiff ist.
Fast alle U-Boote sind propellergetrieben. Wenn die Propeller durch das Wasser schneiden, erzeugen sie aus mehreren Gründen Geräusche. Erstens senden die Blätter Vibrationen aus, wenn sie durch die Luft schneiden, und zweitens erzeugen die Blätter Kavitationsblasen, die zusammenfallen, mehr Vibrationen im Wasser senden - und die Klinge selbst beschädigen.
Kavitationsblasen bilden sich auf der Saugseite eines Propellers, wenn der Druck des Wassers unter den Dampfdruck des Wassers fällt. So schnell die Blasen entstehen, verschwinden sie fast genauso schnell. Die Blase kollabiert auf dem Propellerblatt und verursachtsie zermürben und Lärm freisetzen.
Das Geräusch ist leicht zu erkennen, daher ist es für U-Boot-Ingenieure unerlässlich, Schallschutzblätter zu entwickeln, die die Kavitation reduzieren.
U-Boot-Ingenieure ändern die Form des Propellers, um Turbulenzen und das Gesamtgeräusch der Blätter beim Durchschneiden des Wassers zu verringern. Oft gibt es vier oder mehr Blätter, die mehr Wasser aus dem Weg drücken, während sie sich mit langsameren Geschwindigkeiten drehenDas Ergebnis ist ein Propeller, der sich nicht so schnell drehen muss, um die gleichen Geschwindigkeiten wie Propeller mit weniger Schaufeln zu erzielen. Da sich die Schaufeln langsamer drehen, treten weniger Turbulenzen und weniger Kavitationsblasen auf. Manchmal werden spezielle Rillen in die Schaufeln geschnitztKlingen, die das Wasser weiterführen und so wenig wie möglich stören, wodurch die Bildung von Kavitationen erneut verringert wird.
Das U-Boot ist auch stromlinienförmig, um Wasser durch die Blätter zu leiten und so viele Turbulenzen wie möglich zu reduzieren. Wenn die Konstruktion nicht ausreicht, wird manchmal ein Ring oder Käfig um den Propeller installiert, der das Wasser linearer durchführt.
Andere Schallunterdrückungstechnologien
Die Unterdrückung des Lärms vom U-Boot selbst ist eine Herausforderung. Die Entwicklung eines U-Bootes, das dem feindlichen Sonar ausweichen kann, ist jedoch eine andere Situation.
Sonar ist ein Gerät zur Erkennung von Objekten unter Wasser. Es werden Schallimpulse abgegeben und ein Detektor zeichnet alle zurückkommenden Impulse auf. Durch Bestimmen der Zeit, die ein Impuls benötigt, um zurückzukehren, kann der Abstand zwischen dem Detektor und dem Objekt leicht bestimmt werden.
Der massive Rumpf großer U-Boote ist kaum verstohlen. Als Metallhülle reflektiert die Oberfläche eines U-Bootes leicht Geräusche und macht es für feindliches Radar gut sichtbar. Die Lösung, sich vor Radar zu verstecken, stammt aus einer unwahrscheinlichen Quelle: Blasen.
Unter Wasser absorbieren Luftblasen leicht Geräusche. Wenn sich Schallwellen durch das Wasser ausbreiten, zerstreuen sie sich langsam im Laufe der Zeit. Das Einbringen von Blasen stört den Schall und zwingt ihn, sich durch ein Medium zum anderen zu bewegen. , absorbiert mit jeder Blase ein wenig Energie.
Eingehende Schallschwingungen kollidieren mit den Blasen und zwingen die Blase, zu vibrieren oder sich zusammenzuziehen und auszudehnen. Die Schwankungen bewirken, dass sich die Luft im Inneren komprimiert und Wärme erzeugt. Im Wesentlichen wird die Schallenergie von Lärm in Wärme umgewandelt.
Gegenintuitiv könnte die Erzeugung von Blasen tatsächlich die Klangunterschrift eines U-Bootes verschleiern. Es ist jedoch nahezu unmöglich, alle Geräusche zu absorbieren, weshalb schalltote Kacheln eingeführt wurden.
Schalldämpfungskacheln
Am Rande moderner U-Boote befinden sich Schichten von schalltoten Fliesen, einem Gummimaterial mit Tausenden winziger Hohlräume. Das Material setzt die Wirkung von Blasen im Wasser fort, ohne dass Blasen abgegeben und eine Position freigelegt werden müssen.
Das Material absorbiert aktiv Sonar, während Lautsprecher vorhersehbare entgegengesetzte Töne spielen, um Geräusche zu unterdrücken. Zusammen mit anderen Technologien halten die beiden U-Boote jederzeit verborgen und zeichnen auf den Meeresböden.
Die extremen Fähigkeiten moderner Ingenieure sind das Ergebnis von Hunderten, wenn nicht Tausenden von Jahren des Versuchs und Irrtums. Die interessante Technik von U-Booten hält die Besatzungen am Leben und unter den schwierigsten Bedingungen gut versteckt. Der Weltraum mag schwierig sein, aberes scheint, dass der Grund des Ozeans die größte Herausforderung besitzt.
Via : MIT , BrainStuff , MarineInsight , Geologie , BBC
Geschrieben von Maverick Baker