Come funzionano i sottomarini

Sommersione e riemersione

Un sottomarino può galleggiare sull’acqua perché il peso dell’acqua spostata è uguale al peso del mezzo. La forza verso l’alto che l’acqua ha sull’imbarcazione è nota come forza di galleggiamento. La chiave per controllare l’immersione e la riemersione di un sottomarino, è il controllo della galleggiabilità.
I sottomarini sono dotati di serbatoi di zavorra e di serbatoi di viaggio che possono essere riempiti con acqua o aria. Per far stare il sottomarino in superficie, le casse di zavorra devono essere vuote; per scendere, l’aria nelle casse viene sostituita con acqua. La densità del sottomarino diventa allora maggiore di quella dell’acqua ed esso si immergerà. C’è una fornitura di aria compressa a bordo che viene utilizzata sia per il supporto vitale che per riempire le casse di zavorra.

La velocità di discesa è ulteriormente aiutata da una serie di piani di immersione o “ali” sulla parte superiore del sottomarino. L’angolo delle ali è controllato, influenzando così l’angolo di discesa.

Per mantenere il livello del sottomarino a qualsiasi profondità, il sottomarino mantiene un equilibrio di aria e acqua nei serbatoi di viaggio, in modo che la densità complessiva sia uguale all’acqua circostante. Anche i piani di immersione aiutano a mantenere costante la profondità del sottomarino. Il timone sul retro dell’imbarcazione aiuta a governarla.

Alimentazione

I sottomarini nucleari usano reattori nucleari, turbine a vapore e riduttori per azionare l’albero dell’elica principale. L’energia elettrica è anche utilizzata per far funzionare le attrezzature, questa è fatta da motori diesel e reattori nucleari. Anche le batterie possono essere usate per l’energia elettrica, e possono essere caricate usando un motore diesel o un reattore nucleare.

I sottomarini nucleari hanno un vantaggio rispetto ai sottomarini diesel perché possono rimanere sommersi per settimane alla volta. I motori diesel possono essere utilizzati solo mentre il sottomarino è emerso, o almeno usando un boccaglio, per ricaricare le batterie. Una volta che le batterie sono cariche, il sottomarino può scendere usando l’energia elettrica. Poiché il carburante nucleare dura molto più a lungo del carburante diesel, i sottomarini nucleari possono rimanere sott’acqua o in mare per lunghi periodi di tempo, senza dover attraccare per fare rifornimento.

Navigazione

I sottomarini navigano usando il sistema di posizionamento globale mentre sono in superficie, tuttavia, questo non funziona mentre la nave è sommersa. Sott’acqua, le imbarcazioni utilizzano sistemi di guida inerziale che tengono traccia del movimento della nave da un punto di partenza fisso utilizzando giroscopi. Questi sistemi sono molto complessi e difficili da usare, e allo stesso tempo molto accurati. Sono precisi fino a 150 ore alla volta.
Per localizzare gli obiettivi, i sottomarini usano un sonar passivo. Questo funziona emettendo onde sonore attraverso l’acqua e permettendo alle onde sonore di riflettersi sul bersaglio e tornare indietro; conoscendo la velocità del suono nell’acqua e il tempo impiegato dall’onda sonora per tornare indietro, i sottomarini possono calcolare la distanza dal bersaglio. Questa è la stessa tecnica che usano i pipistrelli, i delfini e le balene. Questi sistemi possono anche aiutare a ricalibrare i sistemi di guida inerziale.

Air Supply

L’ossigeno è fornito da serbatoi compressi o da un generatore di ossigeno, che funziona per elettrolisi. L’ossigeno può essere rilasciato a periodi durante il giorno, o ogni volta che un computer sente che il livello di ossigeno è basso. Anche l’anidride carbonica deve essere rimossa dall’aria. Questo può essere fatto chimicamente usando calce sodata in “scrubber”. L’anidride carbonica è intrappolata e rimossa dall’aria in reazioni chimiche. L’umidità viene rimossa da un deumidificatore, questo previene l’accumulo di condensa all’interno della nave.

Fornimento di acqua

La maggior parte dei sottomarini può prendere acqua di mare e trasformarla in acqua dolce attraverso un processo di distillazione. L’impianto di distillazione sui sottomarini può produrre da 10.000 a 40.000 galloni di acqua al giorno. L’acqua viene utilizzata principalmente per il raffreddamento delle attrezzature e per l’uso personale dell’equipaggio.

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