Bathyscaphe

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 13 juni 2021; kontroller kräver 32 redigeringar .

Bathyscaphe ( Bathyscaphe ) (av grekiskan. βαθύς  - djupt och σκάφος  - skepp ) är ett självgående undervattensfordon för oceanografisk och annan forskning på stora djup.

Till skillnad från andra djuphavsbemannade undervattensfarkoster och "klassiska" ubåtar , använder bathyscaphes en bensinflotta för att skapa positiv flytkraft [1] [2] . Flottören är en lätt kropp av apparaten, en sfärisk stark kropp är fixerad under den - en gondol (analog med en badysfär ), där utrustning, kontrollpaneler och besättning är placerade under förhållanden med normalt atmosfärstryck. Batyskapen rör sig med hjälp av propellrar som drivs av elmotorer .

Bathyskafer användes fram till 1980-talet [*1] och brukade vara det enda sättet att uppnå rekorddjup. Sedan, i djuphavsfordon, kunde de överge det skrymmande bensinflottan: de började skapa positiv flytkraft på grund av ett starkt skrov (nu ganska lätt) och syntaktisk skum [5] [6] .

Ibland kallas badyskafer för alla undervattensfarkoster.

Historik

Ubåtar , byggda enligt det "klassiska" schemat , har ett begränsat dykdjup, inte bara på grund av styrkan hos det starka skrovet (själva existensen av bathyscaphees som kan dyka till många kilometers djup indikerar att skapandet av ett starkt skrov är inte ett tekniskt problem), utan eftersom vatten i ubåtar förträngs från barlasttankar av tryckluft som lagras ombord på ubåten i högtrycksgasflaskor . Som regel är lufttrycket i gasflaskor ca 150-200 kgf/cm 2 . När det är nedsänkt i havets djup ökar vattentrycket med 1 kgf / cm 2 för varje 10 meters djup. Sålunda, på ett djup av 100 m, kommer trycket att vara 10 kgf/cm 2 och på ett djup av 1500 m - 150 kgf/cm 2 . Faktum är att komprimerad luft i en typisk gasflaska vid ett tryck av 150 kgf/cm 2 på ett sådant djup inte längre "komprimeras" och kan inte tränga undan vatten från ballasttanken. På ett djup av 11 tusen meter (" Challenger Abyss ") är vattentrycket cirka 1100 kgf / cm 2 , respektive luften i gasflaskor måste komprimeras till ett högre värde.

Fram till början av 2000-talet trodde man att det var tekniskt omöjligt att designa gasflaskor, rörledningar, ventiler och andra kopplingar konstruerade för ett tryck på mer än 1100 kgf/cm 2 , samtidigt som de hade en rimlig vikt, dimensioner och 100 % tillförlitlighet för en fartyg . För närvarande erbjuder tillverkare av rörledningsgaskopplingar, kopplingar och sömlösa rör serieprodukter med kolossala arbetstryck upp till 10 500 kgf / cm 2 (1050,0 MPa) [7] [8] [9] [10] med täthetsklass "A" i enlighet med med GOST 4594-2005 «Isolerande rörledningar. täthetsklasser och -normer, vilket flyttade diskussionen från apparattillverkningens " tekniska genomförbarhet " -plan till planet "tillverkningslämplighet" .

Man bör också komma ihåg att komprimerade gaser kyls under expansion , och när trycket minskar från kolossalt till normalt kan den kylda gasen orsaka frysning av ventiler, kingstones och andra beslag.

Idén att bygga ett djuphavsfarkost som kan nå de ultimata havsdjupen kom till den schweiziska forskaren Auguste Piccard under förkrigsåren när han arbetade på världens första stratosfäriska ballong FNRS-1 . Auguste Piccard föreslog att bygga ett skepp baserat på principen om en ballong , stratosfärballong eller luftskepp . Istället för en ballong fylld med väte eller helium bör den dränkbara båten ha en flottör fylld med något ämne med en densitet mindre än vatten . Ämnet vid högt tryck bör inte ändra sina fysikaliska och kemiska egenskaper, flottören ska bära lasten och samtidigt behålla fartygets positiva flytförmåga . Nedsänkningen av apparaten, kallad bathyscaphe , sker med hjälp av en tung last (ballast), för uppstigning till ytan tappas ballasten. Den första bathyscapen FNRS-2 byggdes av Auguste Piccard 1948 .

Auguste Piccard svarade på frågan varför han, efter den stratosfäriska ballongen, började designa en bathyscaphe.

dessa enheter är extremt lika varandra, även om deras syfte är motsatt.

Med sitt vanliga sinne för humor förklarade han:

Kanske ödet ville skapa denna likhet just för att arbeta med skapandet av båda enheterna, en forskare kunde ...

— [11]

Naturligtvis är det inte roligt för barn att bygga ett bad. Det är nödvändigt att lösa ett oändligt antal komplexa problem. Men det finns inga oöverstigliga svårigheter!

— Auguste Picard

Konstruktion

Designen av bathyscape FNRS-3
1  - näsa 2 och 6  - barlastvattentankar 3  - öppen avverkning 4  - däckslucka 5  - min fylld med vatten 7  - foder 8 och 18  - fack fyllda med bensin 9 och 14  - nödballast 10  - "lobby" 11  — lucka i gondolen (med hyttventil) 12  - "cell" 13  - gondol 15  - bunkrar med "skott" 16  - hyttventil 17  - spotlight 19  - kompensationsfack 20  - guidedrop

Bathyscapen består av två huvuddelar: en lätt kropp  - en flöte och en stark kropp  - en gondol.

En flottör (lätt kropp) är lika viktig som en livlina för en drunknande person, eller som en väte- eller heliumballong på ett luftskepp . I flottörens avdelningar finns ett ämne som är lättare än vatten, vilket ger fartyget en positiv flytförmåga . På badyskafer i mitten av 1900-talet användes bensin med en densitet på cirka 700 kg/m 3 . En kubikmeter bensin klarar att hålla en last som väger cirka 300 kg flytande. För att utjämna det hydrostatiska trycket inuti flottören med trycket från den yttre miljön separeras bensinen från vattnet med en elastisk skiljevägg, som gör att bensinen kan komprimeras. Förmodligen, i mitten av 1900-talet, kunde skeppsbyggare inte hitta ett ämne som var bättre än bensin, och i bathyscapen Deepsea Challenger (2012) användes ett kompositmaterial med ihåliga glaskulor som fanns i det .

Det är mycket lovande att använda litium som flytfyllmedel  - en metall med en densitet som är nästan två gånger lägre än vatten (närmare bestämt 534 kg/m 3 ), vilket betyder att en kubikmeter litium kan flyta nästan 170 kg mer än en kubikmeter bensin. Men litium är en alkalimetall som aktivt reagerar med vatten , det är nödvändigt att på något sätt separera dessa ämnen på ett tillförlitligt sätt för att förhindra deras kontakt.

Besättningen, livstödssystem , kontrollinstrument och vetenskapliga instrument är inrymda i en gondol (tryckskrov). Gondolerna i alla befintliga bathyscaphes är en sfär, eftersom en sfär  är en geometrisk kropp som har den största volymen med den minsta ytan . En ihålig sfär med samma väggtjocklek (i jämförelse till exempel med en parallellepiped eller en cylinder med samma volym) kommer att ha mindre massa . Dessutom har sfären absolut symmetri , för en sfärisk stark kropp är det lättast att göra tekniska beräkningar . Eftersom på stora djup det enorma vattentrycket komprimerar gondolen, reduceras dess yttre och inre diametrar något. Därför är gondolen inte styvt fäst vid flottören, utan med förmågan att göra en viss förskjutning. All utrustning inuti gondolen är inte fäst på väggarna utan är monterad på en ram som låter väggarna närma sig obehindrat.

För att öka den beboeliga volymen är det irrationellt att öka diametern på gondolen, eftersom detta leder till en ökning av djuphavsfarkostens totala höjd. En lovande riktning är konstruktionen av badyskafer med ett polysfäriskt (sammansatt av flera sfärer) starkt skrov.

Gondolerna i badyskafen i mitten av 1900-talet var gjorda av slitstarkt legerat stål . Det är lovande att använda lättare material för hållbara skrov på undervattensfarkoster. Lämpligheten av ett material för konstruktion av ett djuphavsfordon bestäms av förhållandet mellan den tillåtna mekaniska spänningen och den specifika vikten ( specifik styrka ); ju högre detta värde är, desto djupare kan enheten dyka. Därför har material som är något mindre starka, men mycket lättare än stål , en fördel framför stål. Sådana material inkluderar titan och aluminiumlegeringar , samt plast . Dessa material korroderar inte i havsvatten .

Mekaniska egenskaper hos vissa konstruktionsmaterial
Material Specifik vikt,
g/cm 3		 Tillåten dragspänning,
kg/cm 2		 Specifik draghållfasthet,
kg/cm 2
Starkt stål 7,85 10 000 1 290
titanlegering 4,53 6000 1310
Aluminiumlegering 2.8 4 300 1520
Plast 1.7 3000 1770

Batyscapen får ström från batterier . Den isolerande vätskan omger batteribankerna och elektrolyten , och havsvattentrycket överförs till den genom membranet. Batterier går inte sönder på stora djup.

Batyskapen drivs av elmotorer , propellrar  är propellrar . Elmotorer är skyddade på samma sätt som batterier. Om bathyscapen inte har ett fartygsroder  , gjordes svängen genom att bara slå på en motor, svängen var nästan på plats - genom att motorerna kördes i olika riktningar.

Hastigheten för nedstigning och uppstigning av bathyscapen till ytan regleras genom att man släpper huvudballasten i form av stål- eller gjutjärnshagel placerad i trattformade bunkrar. På den smalaste punkten av tratten finns det elektromagneter , när en elektrisk ström flyter under inverkan av ett magnetfält verkar skottet "härda", när strömmen stängs av rinner det ut.

En bathyscafe med en flöte fylld med litium skulle ha en intressant egenskap. Eftersom litium är praktiskt taget inkompressibelt, kommer den relativa flytkraften hos bathyscapen att öka vid dykning (på djupet ökar densiteten av havsvatten), och bathyscapen kommer att "hänga". Bathyscaphe måste ha ett kompensationsfack med bensin; för att fortsätta nedstigningen är det nödvändigt att släppa ut en del av bensinen, vilket minskar flytkraften.

Nöduppstigningssystemet är en nödballast upphängd i nedfällbara lås. Låsen hålls från att öppnas av elektromagneter; för att återställa räcker det att stänga av den elektriska strömmen. Batterier och guider har ett liknande fäste - en lång otvinnad fritt hängande stålrep eller ankarkedja . En guidedrop är utformad för att minska nedstigningshastigheten (upp till ett helt stopp) direkt vid havsbotten. Om batterierna är urladdade återställs ballasten, batterierna och hydrop automatiskt, bathyscapen börjar stiga till ytan.

Dykning och beläggning av badyskafer

Enligt observationer av Jacques Piccard och Don Walsh (besättningen på Trieste bathyscaphe , dykning den 23 januari 1960 till botten av Mariana Trench ), på ett djup av 10 km, minskade volymen bensin i flottören med 30 % (det vill säga med 3 % för varje kilometer nedstigning). Du bör också ta hänsyn till minskningen av bensinvolymen på grund av dess kylning.

Bathyscaphes

Alla badyskafer byggda [12]
namn Lanserar
_ 		Djup Land Kommentarer och källor
FNRS-2 1948 4000 m Belgien Ombyggd som FNRS-3
FNRS-3 1953 4000 m Frankrike
Trieste 1953 11 000 m Italien , USA Djupet är givet för Krupp-gondolen; gondol "Terni" använd i den första versionen av "Triesta-2"
Arkimedes 1961 11 000 m Frankrike
Trieste-2 1964 6000 m USA Kraftigt modifierad 1966 [* 2] och djup given för ny gondol; [fjorton]
Sök-6 1979 6000 m USSR Endast testad, inte accepterad av marinen; [fyra]

Djuphavsvattenfarkoster

Bebodda undervattensfarkoster , som inte är badyskafer, kallas flytlösa [15] . Sådana anordningar har inte ett uttalat flyt och skapar flytkraft , bland annat på grund av ett starkt skrov . Detta är ett villkorligt namn, eftersom de i djuphavsfordon inte helt vägrar flottören, men istället för bensin använder de mer avancerat syntaktisk skum . Mir- enheter har till exempel 8 kubikmeter syntaktisk skum, medan Deepsea Challenger är 70 % full av det.

Representanter

Intressanta fakta

Se även

[17]

Anteckningar

Kommentarer
  1. ↑ " Trieste-2"Tags ur drift 1984 [3] och testerna av" Poisk-6 "avbröts 1987 [4] .
  2. ↑ Badyskafen, som byggdes om 1966, anses ibland vara en separat apparat och kan för bekvämlighets skull kallas "Trieste III" [13] .
Källor
  1. ↑ Sea Cliff (DSV-4) (inte tillgänglig länk) . NavSource Naval History . — "Den grundläggande skillnaden mellan undervattensbåtar, ubåtar och en bathyscaphe är att det mesta av undervattens-ubåtens flytande volym består av luft medan den flytande volymen av en bathyscape huvudsakligen är en lätt vätska, såsom flygbensin." Arkiverad från originalet den 2 mars 2008. 
  2. ↑ Bathyscaphe . Stora ryska encyklopedin . Hämtad 11 maj 2020. Arkiverad från originalet 19 januari 2021.
  3. ↑ Hemmet för Bathyscaph Trieste Alumni Association . Hämtad 11 maj 2020. Arkiverad från originalet 10 juni 2020.
  4. ↑ 1 2 Projektera 1906 Sök-6 - DÄNKBART . MilitaryRussia.Ru . Hämtad 11 maj 2020. Arkiverad från originalet 28 januari 2020.
  5. ↑ Busby, RF bemannade undervattensfarkoster . - Office of the Oceanographer of the Navy, 1976. - S. 287, 296. . — "I de flesta undervattensfarkoster (exklusive bathyscaphs) utövar tryckskrovet en positivt flytande kraft."
  6. ↑ Anatolij Sagalevitj. Djup . - Yauza-press, 2017. - P. 16. - ISBN 978-5-04-054016-7 . . - "Uppfinnandet av syntaktik spelade huvudrollen i skapandet av nya generationens enheter."
  7. ↑ Maximator högtrycksventiler upp till 10500 bar . Datum för åtkomst: 3 februari 2015. Arkiverad från originalet 3 februari 2015.
  8. ↑ Parkers högtryckskopplingar . Datum för åtkomst: 3 februari 2015. Arkiverad från originalet 3 februari 2015.
  9. ↑ Swagelok högtryckskopplingar . Datum för åtkomst: 3 februari 2015. Arkiverad från originalet 3 februari 2015.
  10. ↑ Maximator Gas Busters upp till 2400 bar . Datum för åtkomst: 3 februari 2015. Arkiverad från originalet 3 februari 2015.
  11. ↑ M. N. Diomidov, A. N. Dmitriev. Erövring av djupen. - Leningrad: Skeppsbyggnad, 1964. - S. 226-230. — 379 sid.
  12. ↑ Anatolij Sagalevitj. Djup . - Yauza-press, 2017. - P. 16. - ISBN 978-5-04-054016-7 . . "Enligt publicerade data har fem badyskafer byggts i världen." (" Sök-6 " ingår inte i boken)
  13. ↑ Jarry, J. L'aventure des bathyscaphes . - Le gerfaut, 2003. - S. 286. - ISBN 978-2-914622-22-6 .
  14. ↑ US Navy Symposium on Military Oceanography, Vol. 1  (engelska) . — S. 94. . — "... lanserades i januari 1964."
  15. ↑ Skapande av ett inhemskt bemannat undervattensfordon ... . - "Enligt flytsystemet: 1. Bathyscaphes ... 2. Non-float devices."
  16. ↑ Bathyscaphe "Consul" kommer att plöja havets djup som en del av den ryska flottan - WEAPONS OF RUSSIA, Katalog över vapen, militär och specialutrustning  (otillgänglig länk)
  17. ↑ Det sista dyket av det hemliga badyskafen | Kamchatka tid . kamtime.ru Hämtad 15 februari 2020. Arkiverad från originalet 15 februari 2020.

Litteratur

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger
 Oceanografiska instrument och utrustning
Enheter
Utrustning
se även