在第二次世界大战时期,由于雷达的出现,水面舰艇和飞机可以利用雷达在很远的距离发现正在水面航行的潜艇,这就迫使潜艇必须要增强其隐蔽性。海水作为最好的天然遮蔽物,潜体开始逐渐由水面活动为主改为水下活动为主,即使是在夜间进行蓄电池充电,也开始不浮出水面。但是以当时潜艇的技术,潜艇在水下全功率航行,电力可能只能支撑一两个小时,而低速航行也不过一两天,这将大大制潜艇的战力和活动半径。这就迫使工程师们不得不寻求新的方法:一是发展具有不依赖空气系统的动力装置;二是发展能在水下进行换气的装置。在这种背景下,于是就出现了通气管装置,并逐步发展和完善。

潜艇在通气管航态时,通气管装置是如何在涌浪中防止海水灌入的?

早期的潜艇设计的非常适合在水面航行

潜艇通气管的主要功能

常规动力潜艇因其蓄电池能量有限,一般白天在水下隐蔽航行一天之后(早期潜艇),晚上再在通气管航行状态下用柴油机边航行边充电。虽然现在采用AIP系统(不依赖空气推进系统)的潜艇越来越普及,但是受限于AIP系统的功率,柴油机仍然是常规潜艇的主动力源。为此,通气管装置在夜间经常处于长时间持续工作状态。对于采用核动力装置的潜艇而言,则在舱室通风和应急采用柴油机(辅机)工作时也需要使用通气管。因此,不难看出潜艇的通气管装置的主要功能是向柴油机及全艇通风系统提供新鲜空气,以及向舷外排出柴油机的废气。

潜艇在通气管航态时,通气管装置是如何在涌浪中防止海水灌入的?

潜艇柴油机的进排气系统原理

潜艇通气管在工作时面临的问题

当潜艇在通气管航态时,柴油机开始工作,边航行边充电,此时通风系统就必须提供足够的新鲜空气以保证柴油机的正常工作。大气中的新鲜空气要进入处于水下状态的潜艇,再进入柴油机,需要经历一系列复杂的路径和环节。作为进气系统的第一道闸门也就是空气的入口(进气口),因隐蔽性的要求,不宜高出海面太多,一般都处于波浪表面以上的很近位置。但是当进气口离波浪表面很近的时候,就很容易受到涌浪的影响。为此,潜艇的通气管装置必须满足当进气口与涌浪遭遇时,该进气口应能迅速而有效的关闭,以保证海水不会随空气筒灌入艇内;当浪涌回落时,此进气阀又能及时而顺利的开启,以保证通风系统正常工作,只有这样才能避免可能出现的危险和不测。

潜艇在通气管航态时,通气管装置是如何在涌浪中防止海水灌入的?

为了防止暴露,潜艇的各升降装置一般在近水面附近

浮阀的防止海水灌入原理

防止海水灌入艇内,以及能在浪涌回落时自动开启,最简单有效的方法就是在通气管空气入口处加装浮阀。浮阀的作用是只让空气进入空气筒,而不让海水进入空气筒。如下图,浮阀是由阀体、浮子、与浮子相连的阀盘,使浮子浮起的海水进入通道,以及新鲜空气进入空气筒的通道组成。当浪涌回落时,因浮阀位于位于水面上,此时浮子在自身的重力作用下,向下运动带动浮子上的阀盘与阀座脱离(浮阀开启),空气经吸口吸入,经空气通道进入浮阀下面的空气筒,最后进入潜艇内部。当浪涌来时,海水经过海水进水通道进入浮阀内腔而把浮子抬起,浮子上浮顶起阀盘,于是阀盘向上与阀座密合(浮阀关闭),浮阀外的海水就不能进入空气筒了。这样,浮阀就起到了防止海水灌入的作用。

潜艇在通气管航态时,通气管装置是如何在涌浪中防止海水灌入的?

某型潜艇浮阀原理

关于空气筒是如何防止被海水压力压坏?

当潜艇结束通气管航态,继续下潜时,因浮阀浸没水中,海水经过海水进水通道进入浮阀内腔而把浮子抬起,便把阀关闭。但是随着潜艇继续下潜,处在耐压壳体外的空气筒会受到越来越大的海水压力,当压力达到一定时,空气筒很容易损坏。为了使空气筒不受深水压力,应当使空气筒和海水相通。其原理是在浮子下部开有小孔,当潜艇下潜至一定深度时浮子受压后进水而逐渐失去其浮力,同时因浮阀上阀盘面积稍大于下阀盘面积,向下的水作用力大于向上的水作用力,促使浮阀再次打开,使海水灌入空气筒中,保护空气筒不被海水压力压坏。

潜艇在通气管航态时,通气管装置是如何在涌浪中防止海水灌入的?

当潜艇潜入水下,处于耐压壳体外的空气筒应充水保护

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作者:小船人的梦想 2019年10月12号