Hoe werken onderzeeboten

Onderscheppen en boven water komen

Een onderzeeboot kan op water drijven omdat het gewicht van het verplaatste water gelijk is aan het gewicht van het vaartuig. De opwaartse kracht die het water op het vaartuig uitoefent, staat bekend als de archimedeskracht. De sleutel tot de beheersing van het duiken en weer opduiken van een onderzeeër, is de beheersing van het drijfvermogen.
Onderzeeërs zijn uitgerust met ballasttanks en reis-tanks die kunnen worden gevuld met water of lucht. Om de onderzeeër aan de oppervlakte te krijgen, moeten de ballasttanks leeg zijn; om af te dalen wordt de lucht in de tanks vervangen door water. De dichtheid van een onderzeeër wordt dan groter dan het water en hij zal onderduiken. Er is een voorraad perslucht aan boord die zowel voor levensonderhoud als voor het vullen van de ballasttanks wordt gebruikt.

De daalsnelheid wordt nog eens extra geholpen door een stel duikvlakken of “vleugels” op de bovenkant van de onderzeeër. De hoek van de vleugels wordt geregeld, waardoor de daalhoek wordt beïnvloed.

Om de onderzeeër op elke diepte waterpas te houden, houdt de onderzeeër een evenwicht van lucht en water in de reis tanks, zodat de totale dichtheid gelijk is aan het omringende water. De duikvlakken helpen ook de diepte van de onderzeeër constant te houden. Het roer aan de achterkant van het vaartuig helpt bij het sturen.

Power Supply

Nucleaire onderzeeërs gebruiken kernreactoren, stoomturbines en reductietandwielen om de hoofdpropelleras aan te drijven. Elektrische stroom wordt ook gebruikt om apparatuur te bedienen, deze wordt gemaakt van dieselmotoren en kernreactoren. Batterijen kunnen ook worden gebruikt voor elektrische energie, en ze kunnen worden opgeladen met behulp van een dieselmotor of een kernreactor.

Nucleaire onderzeeërs hebben een voordeel ten opzichte van dieselonderzeeërs omdat ze wekenlang onder water kunnen blijven. Dieselmotoren kunnen alleen worden gebruikt terwijl de onderzeeër aan de oppervlakte is, of op zijn minst een snorkel gebruikt, om de batterijen op te laden. Zodra de batterijen zijn opgeladen, kan de onderzeeër afdalen met behulp van elektrische energie. Omdat nucleaire brandstof veel langer meegaat dan dieselbrandstof, kunnen nucleaire onderzeeërs lange tijd onder water of op zee blijven, zonder naar de haven te hoeven om bij te tanken.

Navigatie

Onderzeeërs navigeren met behulp van een globaal plaatsbepalingssysteem terwijl ze aan de oppervlakte zijn, maar dit zal niet werken terwijl het vaartuig onder water is. Onder water maken de vaartuigen gebruik van inertiële geleidingssystemen die de bewegingen van het schip vanaf een vast beginpunt bijhouden met behulp van gyroscopen. Deze systemen zijn zeer complex en moeilijk te gebruiken, en tegelijkertijd zeer nauwkeurig. Ze zijn tot 150 uur per keer nauwkeurig.
Om doelen te lokaliseren, gebruiken onderzeeboten passieve sonar. Deze werkt door geluidsgolven door water uit te zenden en de geluidsgolven door het doel te laten weerkaatsen en terug te laten keren; door de snelheid van het geluid in water te kennen en de tijd die de geluidsgolf nodig had om terug te reizen, kunnen onderzeeërs de afstand tot het doel berekenen. Dit is dezelfde techniek die vleermuizen, dolfijnen en walvissen gebruiken. Deze systemen kunnen ook helpen bij het herkalibreren van de traagheidsgeleidingssystemen.

Luchttoevoer

Zuurstof wordt toegevoerd door samengeperste tanks, of door een zuurstofgenerator, die werkt door elektrolyse. De zuurstof kan in perioden van de dag worden vrijgegeven, of telkens wanneer een computer vaststelt dat het zuurstofniveau laag is. Koolstofdioxide moet ook uit de lucht worden verwijderd. Dit kan chemisch worden gedaan met behulp van sodakalk in “gaszuiveraars”. De kooldioxide wordt gevangen en uit de lucht verwijderd door chemische reacties. Vocht wordt verwijderd door een ontvochtiger, dit voorkomt condensvorming in het schip.

Watervoorziening

De meeste onderzeeboten kunnen zeewater innemen en dit door middel van een destillatieproces omzetten in zoet water. De destillatie-installatie op onderzeeërs kan 10.000 tot 40.000 gallons water per dag produceren. Het water wordt hoofdzakelijk gebruikt voor het koelen van apparatuur en voor persoonlijk gebruik door de bemanning.