Batyskaf

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 13. června 2021; kontroly vyžadují 32 úprav .

Bathyskaf ( Bathyskaf ) (z řec. βαθύς  - hluboký a σκάφος  - loď ) je samohybné podvodní vozidlo pro oceánografický a jiný výzkum ve velkých hloubkách.

Na rozdíl od jiných hlubinných ponorek s posádkou a „klasických“ ponorek , batyskafy používají k vytvoření pozitivního vztlaku benzínový plovák [1] [2] . Plovák je lehké těleso aparátu, pod ním je upevněno kulové pevné těleso - gondola ( analoga batysféry ), ve které je za podmínek normálního atmosférického tlaku umístěno zařízení, ovládací panely a posádka. Batyskaf se pohybuje pomocí vrtulí poháněných elektromotory .

Batyskafy se používaly až do 80. let [*1] a bývaly jediným prostředkem k dosažení rekordních hloubek. Poté, v hlubinných plavidlech, byli schopni opustit objemný benzínový plovák: začali vytvářet pozitivní vztlak díky silnému trupu (nyní docela lehkému) a syntaktické pěně [5] [6] .

Někdy se batyskafem říká jakákoli podvodní vozidla.

Historie

Ponorky postavené podle „klasického“ schématu mají omezenou hloubku ponoru, a to nejen kvůli síle silného trupu (samotná existence batyskafů schopných ponořit se do mnohakilometrové hloubky ukazuje, že vytvoření silného trupu je není technický problém), ale protože v ponorkách je voda vytlačována z balastních nádrží stlačeným vzduchem uloženým na palubě ponorky ve vysokotlakých plynových lahvích . Tlak vzduchu v plynových lahvích je zpravidla asi 150-200 kgf/cm 2 . Při ponoření do hlubin moře se tlak vody zvyšuje o 1 kgf / cm 2 na každých 10 metrů hloubky. V hloubce 100 m tedy bude tlak 10 kgf / cm2 a v hloubce 1500 m - 150 kgf / cm2 . Ve skutečnosti stlačený vzduch v typické plynové láhvi o tlaku 150 kgf/cm 2 v takové hloubce již není „stlačený“ a nemůže vytlačit vodu z balastní nádrže. V hloubce 11 tisíc metrů („ Propast Challenger “) je tlak vody asi 1100 kgf / cm 2 , vzduch v plynových lahvích musí být stlačen na větší hodnotu.

Až do počátku roku 2000 se věřilo, že je technicky nemožné navrhnout plynové lahve, potrubí, ventily a další armatury navržené pro tlak vyšší než 1100 kgf/cm 2 , a přitom mít přiměřenou hmotnost, rozměry a 100% spolehlivost. plavidlo . V současné době výrobci potrubních plynových armatur, armatur a bezešvých trubek nabízejí sériové výrobky s kolosálními provozními tlaky až 10 500 kgf / cm 2 (1050,0 MPa) [7] [8] [9] [10] s třídou těsnosti „A » v souladu s GOST 4594-2005 «Izolační potrubní armatury. třídy a normy těsnosti těsnění“, což posunulo diskusi z roviny „ technické proveditelnosti “ výroby zařízení do roviny „ výrobní účelnosti “ .

Je také třeba mít na paměti, že stlačené plyny se během expanze ochlazují , a když tlak klesne z kolosálního na normální , může ochlazený plyn způsobit zamrznutí ventilů, kingstoneů a dalších armatur.

Myšlenka postavit hlubinné plavidlo schopné dosáhnout maximálních hlubin oceánu napadlo švýcarského vědce Auguste Piccarda v předválečných letech při práci na prvním stratosférickém balónu na světě FNRS-1 . Auguste Piccard navrhl postavit loď na principu balónu , stratosférického balónu nebo vzducholodě . Místo balónu naplněného vodíkem nebo héliem by ponorka měla mít plovák naplněný nějakou látkou s hustotou menší než má voda . Látka při vysokém tlaku by neměla měnit své fyzikální a chemické vlastnosti, plovák by měl unést zátěž a zároveň zachovat kladný vztlak nádoby. K ponoření aparátu, zvaného batyskaf , dochází pomocí těžké zátěže (balastu), pro výstup na hladinu se zátěž shazuje. První batyskaf FNRS-2 postavil Auguste Piccard v roce 1948 .

V odpovědi na otázku, proč po stratosférickém balónu začal navrhovat batyskaf, Auguste Piccard poznamenal, že

tato zařízení jsou si navzájem extrémně podobná, i když jejich účel je opačný.

Se svým obvyklým smyslem pro humor vysvětlil:

Možná osud chtěl vytvořit tuto podobnost právě proto, aby pracoval na vytvoření obou zařízení, jeden vědec mohl ...

— [11]

Stavba batyskafu samozřejmě není pro děti zábavou. Je nutné řešit nekonečné množství složitých problémů. Ale neexistují žádné nepřekonatelné potíže!

— Auguste Picard

Konstrukce

Konstrukce batyskafu FNRS-3
1  - nos 2 a 6  - nádrže na balastní vodu 3  - otevřené kácení 4  - palubní poklop 5  - důl naplněný vodou 7  - krmivo 8 a 18  - oddíly naplněné benzínem 9 a 14  - nouzový předřadník 10  - "lobby" 11  — poklop v gondole (s průzorem) 12  - "buňka" 13  - gondola 15  - bunkry s "výstřelem" 16  - průzor 17  - reflektor 19  - kompenzační přihrádka 20  - vodicí kapka

Batyskaf se skládá ze dvou hlavních částí: lehkého tělesa  – plováku a pevného tělesa  – gondoly.

Plovák (světelné těleso) je stejně důležitý jako záchranné lano pro tonoucího nebo jako vodíkový nebo heliový balón na vzducholodi . V oddílech plováku je látka lehčí než voda, která plavidlu dodává kladný vztlak . Na batyskafech poloviny 20. století se používal benzín o hustotě asi 700 kg/m 3 . Jeden metr krychlový benzínu je schopen udržet nad vodou náklad o hmotnosti asi 300 kg. Pro vyrovnání hydrostatického tlaku uvnitř plováku s tlakem vnějšího prostředí je benzín od vody oddělen elastickou přepážkou, která umožňuje stlačování benzínu. Pravděpodobně v polovině 20. století stavitelé lodí nenašli látku lepší než benzín a v batyskafu Deepsea Challenger (2012) byl použit kompozitní materiál s dutými skleněnými kuličkami v něm obsaženými .

Velmi slibné je použití lithia jako plovákového plniva  - kovu s hustotou téměř dvakrát nižší než má voda (přesněji 534 kg / m 3 ), což znamená, že jeden krychlový metr lithia může plavat téměř o 170 kg více než jeden krychlový metr benzínu. Lithium je však alkalický kov , který aktivně reaguje s vodou , je nutné tyto látky nějak spolehlivě oddělit, zabránit jejich kontaktu.

Posádka, systémy podpory života , kontrolní přístroje a vědecké přístroje jsou umístěny v gondole (tlakový trup). Gondoly všech existujících batyskafů jsou koule, protože koule  je geometrické těleso s největším objemem a nejmenší plochou . Dutá koule se stejnou tloušťkou stěny (ve srovnání například s rovnoběžnostěnem nebo válcem stejného objemu) bude mít menší hmotnost . Koule má také absolutní symetrii , pro kulovité silné tělo je nejjednodušší provádět technické výpočty . Protože ve velkých hloubkách obrovský tlak vody stlačuje gondolu, její vnější a vnitřní průměry jsou poněkud zmenšeny. Proto není gondola pevně připojena k plováku, ale má schopnost provést určitý posun. Veškeré vybavení uvnitř gondoly není připevněno ke stěnám, ale je namontováno na rámu, který umožňuje nerušený přístup stěn.

Aby se zvětšil obytný objem, je iracionální zvětšovat průměr gondoly, protože to vede ke zvýšení celkové výšky hlubokomořského plavidla. Slibným směrem je stavba batyskafů s polysférickým (složeným z několika koulí) pevným trupem.

Gondoly batyskafů z poloviny 20. století byly vyrobeny z odolné legované oceli . Slibné je použití lehčích materiálů pro odolné trupy podvodních vozidel. Vhodnost materiálu pro stavbu hlubokomořského plavidla je dána poměrem dovoleného mechanického namáhání ke specifické hmotnosti ( měrné pevnosti ); čím větší je tato hodnota, tím hlouběji se zařízení může ponořit. Proto materiály, které jsou poněkud méně pevné, ale mnohem lehčí než ocel , mají výhodu oproti oceli. Mezi takové materiály patří titan a slitiny hliníku a také plasty . Tyto materiály nekorodují v mořské vodě .

Mechanické vlastnosti některých konstrukčních materiálů
Materiál Specifická hmotnost,
g/cm 3		 Povolené napětí v tahu,
kg / cm 2		 Specifická pevnost v tahu,
kg / cm 2
Silná ocel 7,85 10 000 1 290
slitina titanu 4.53 6000 1310
Hliníková slitina 2.8 4 300 1520
Plastický 1.7 3000 1770

Batyskaf přijímá energii z baterií . Izolační kapalina obklopuje baterie a elektrolyt a tlak mořské vody je do ní přenášen přes membránu. Baterie se ve velkých hloubkách nerozbijí.

Batyskaf je poháněn elektromotory , vrtule  jsou vrtule . Elektromotory jsou chráněny stejným způsobem jako baterie. Pokud batyskaf nemá lodní kormidlo  , pak se obrat prováděl zapnutím pouze jednoho motoru, obrat byl téměř na místě - chodem motorů v různých směrech.

Rychlost sestupu a výstupu batyskafu na hladinu se reguluje shozem hlavního balastu v podobě ocelových nebo litinových broků umístěných v trychtýřovitých bunkrech. V nejužším místě trychtýře jsou elektromagnety , při protékání elektrického proudu působením magnetického pole výstřel jakoby „ztvrdne“, při vypnutí proudu se vysype.

Batyskaf s plovákem naplněným lithiem by měl zajímavou vlastnost. Vzhledem k tomu, že lithium je prakticky nestlačitelné, při potápění se relativní vztlak batyskafu zvýší (v hloubce se zvyšuje hustota mořské vody) a batyskaf „visí“. Bathyskaf musí mít kompenzační oddíl s benzínem; aby bylo možné pokračovat v klesání, je nutné vypustit část benzínu, čímž se sníží vztlak.

Systém nouzového výstupu je nouzová zátěž zavěšená na sklopných zámkech. Zámky brání otevření elektromagnety, k resetování stačí vypnout elektrický proud. Baterie a vodítka mají podobné uchycení - dlouhé nekroucené volně visící ocelové lano nebo kotevní řetěz . Vodicí kapka je navržena tak, aby snížila rychlost klesání (až do úplného zastavení) přímo na mořském dně. Pokud jsou baterie vybité, předřadník, baterie a hydrop se automaticky resetují, batyskaf začne stoupat k hladině.

Potápění a vynořování batyskafů

Podle pozorování Jacquese Piccarda a Dona Walshe (posádka terstského batyskafu , potápějícího se 23. ledna 1960 na dno Mariánského příkopu ) se v hloubce 10 km snížil objem benzínu v plováku o 30 % (tedy o 3 % za každý kilometr klesání). Počítat byste měli i se snížením objemu benzínu jeho chlazením.

Bathyskafy

Všechny batyskafy postaveny [12]
název Spouštění
_ 		Hloubka Země Komentáře a zdroje
FNRS-2 1948 4000 m Belgie Přestavěn jako FNRS-3
FNRS-3 1953 4000 m Francie
Terst 1953 11 000 m Itálie , USA Hloubka je uvedena pro gondolu Krupp; gondola "Terni" použitá v 1. verzi "Triesta-2"
Archimedes 1961 11 000 m Francie
Terst-2 1964 6000 m USA Silně upraveno v roce 1966 [* 2] a hloubka dána pro novou gondolu; [čtrnáct]
Hledat-6 1979 6000 m SSSR Pouze testováno, neakceptováno námořnictvem; [čtyři]

Hlubinné ponorky

Obydlená podvodní vozidla , která nejsou batyskafy, se nazývají bezplavákové [15] . Taková zařízení nemají výrazný plovák a vytvářejí vztlak , včetně silného trupu . Toto je podmíněné jméno, protože v hlubokomořských vozidlech zcela neodmítají plovák, ale místo benzínu používají pokročilejší syntaktickou pěnu . Například zařízení Mir mají 8 metrů krychlových syntaktické pěny, zatímco Deepsea Challenger je jí plný ze 70 %.

zástupci

Zajímavosti

Viz také

[17]

Poznámky

Komentáře
  1. ↑ " Terst-2"Vyřazen z provozu v roce 1984 [3] a testy" Poisk-6 " byly přerušeny v roce 1987 [4] .
  2. ↑ Batyskaf, přestavěný v roce 1966, je někdy považován za samostatný přístroj a pro pohodlí může být nazýván „Trieste III“ [13] .
Prameny
  1. ↑ Sea Cliff (DSV-4) (nedostupný odkaz) . NavSource Námořní historie . — „Základní rozdíl mezi ponorkami, ponorkami a batyskafem je ten, že většinu vztlakového objemu ponorky tvoří vzduch, zatímco vztlakový objem batyskafu je v zásadě lehká kapalina, jako je letecký benzín.“ Archivováno z originálu 2. března 2008. 
  2. ↑ Batyskaf . Velká ruská encyklopedie . Staženo 11. května 2020. Archivováno z originálu dne 19. ledna 2021.
  3. ↑ Domov Asociace absolventů Bathyscaph Trieste . Staženo 11. května 2020. Archivováno z originálu dne 10. června 2020.
  4. ↑ 1 2 Projekt 1906 Hledání-6 - PONOŘENÍ . MilitaryRussia.Ru . Staženo 11. května 2020. Archivováno z originálu dne 28. ledna 2020.
  5. ↑ Busby, RF Manned Submersibles . - Úřad oceánografa námořnictva, 1976. - S. 287, 296. . — "Ve většině ponorek (s výjimkou batyskafů) působí tlakový trup pozitivně vztlakovou silou."
  6. ↑ Anatolij Sagalevič. Hloubka . - Yauza-press, 2017. - S. 16. - ISBN 978-5-04-054016-7 . . - "Vynález syntaktiky hrál hlavní roli při vytváření zařízení nové generace."
  7. ↑ Vysokotlaké ventily Maximator do 10500 bar . Datum přístupu: 3. února 2015. Archivováno z originálu 3. února 2015.
  8. ↑ Vysokotlaké armatury Parker . Datum přístupu: 3. února 2015. Archivováno z originálu 3. února 2015.
  9. ↑ Vysokotlaké armatury Swagelok . Datum přístupu: 3. února 2015. Archivováno z originálu 3. února 2015.
  10. ↑ Maximator Gas Busters až do 2400 barů . Datum přístupu: 3. února 2015. Archivováno z originálu 3. února 2015.
  11. ↑ M. N. Diomidov, A. N. Dmitriev. Dobývání hlubin. - Leningrad: Stavba lodí, 1964. - S. 226-230. — 379 s.
  12. ↑ Anatolij Sagalevič. Hloubka . - Yauza-press, 2017. - S. 16. - ISBN 978-5-04-054016-7 . . "Podle zveřejněných údajů bylo na světě postaveno pět batyskafů." (" Search-6 " není součástí knihy)
  13. ↑ Jarry, J. L'aventure des batyskaphes . - Le gerfaut, 2003. - S. 286. - ISBN 978-2-914622-22-6 .
  14. ↑ Symposium US Navy o vojenské oceánografii, sv. 1  (anglicky) . — S. 94. . — "...byl spuštěn v lednu 1964."
  15. ↑ Vytvoření domácího podvodního vozidla s lidskou posádkou ... . - "Podle vztlakového systému: 1. Batyskafy... 2. Neplovoucí zařízení."
  16. ↑ Bathyscaphe "Consul" bude brázdit mořské hlubiny jako součást ruského námořnictva - ZBRANĚ RUSKA, Katalog zbraní, vojenské a speciální techniky  (nedostupný odkaz)
  17. ↑ Poslední ponor tajného batyskafu | Kamčatský čas . kamtime.ru Staženo 15. února 2020. Archivováno z originálu dne 15. února 2020.

Literatura

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích
 Oceánografické přístroje a zařízení
Zařízení
Zařízení
viz také