Okręt podwodny zmienia głębokość dzięki regulowaniu wyporności. Gdy do zbiorników balastowych napływa woda, rośnie masa jednostki i okręt zanurza się. Gdy wodę wypiera sprężone powietrze, jednostka staje się lżejsza i wynurza się. Cały proces opiera się na prawie Archimedesa.
Na czym polega wyporność okrętu podwodnego?
Prawo Archimedesa mówi, że ciało zanurzone w wodzie jest wypierane ku górze siłą równą ciężarowi wypartej cieczy. Okręt podwodny ma dużą, niemal stałą objętość, więc wypiera podobną ilość wody niezależnie od tego, czy znajduje się na powierzchni, czy pod nią. Zmienia się za to jego masa.
Gdy ciężar okrętu jest mniejszy od siły wyporu, jednostka ma wyporność dodatnią i wraca ku powierzchni. Gdy oba oddziaływania się równoważą, osiąga pływalność neutralną i może utrzymywać głębokość. Zwiększenie masy przez wpuszczenie wody do odpowiednich zbiorników powoduje zanurzanie.
Nie oznacza to niekontrolowanego tonięcia. Zawory, sprężone powietrze, zbiorniki wyrównawcze i stery głębokości pozwalają załodze precyzyjnie regulować położenie jednostki.
Jak działają zbiorniki balastowe?
Zbiorniki balastowe są przestrzeniami, do których może napływać woda zaburtowa. Podczas wynurzenia woda jest z nich wypierana sprężonym powietrzem. W ten sposób zmienia się masa całkowita okrętu, a wraz z nią jego relacja do siły wyporu.
W uproszczeniu można powiedzieć, że balast główny odpowiada za dużą zmianę wyporności, natomiast balast wyrównawczy służy do precyzyjnego ustawiania jednostki. Balast główny pozwala szybko rozpocząć zanurzanie lub wynurzanie. Zbiorniki wyrównawcze pomagają skorygować przechył, trym i niewielkie różnice masy, na przykład wynikające ze zużycia zapasów lub zmian położenia wody wewnątrz okrętu.
| Stan okrętu | Zbiorniki balastowe | Wyporność |
|---|---|---|
| Wynurzony | W zbiornikach znajduje się więcej powietrza, a woda jest częściowo wyparta | Większa od ciężaru jednostki, okręt utrzymuje się na powierzchni |
| Zanurzony | Zbiorniki główne są zalane wodą | Zbliżona do ciężaru jednostki lub mniejsza, okręt schodzi pod wodę |
| Pływanie w toni | Balast wyrównawczy ustawia masę i trym jednostki | Równa ciężarowi jednostki, okręt utrzymuje głębokość |
Podczas wypierania wody sprężone powietrze nie musi wypełniać całej przestrzeni w taki sam sposób w każdym typie okrętu. Szczegóły zależą od konstrukcji jednostki, jednak zasada pozostaje wspólna: woda zwiększa masę, a powietrze ją zmniejsza.
Jak wygląda zanurzanie krok po kroku?
Zanurzanie wymaga kontrolowanej zmiany wyporności. Uproszczona sekwencja wygląda następująco:
- Otwarcie zaworów odpowietrzających – powietrze uchodzące ze zbiorników pozwala wodzie zaburtowej zająć jego miejsce.
- Napływ wody – zbiorniki balastowe wypełniają się wodą, przez co rośnie masa całej jednostki.
- Zmniejszenie wyporności dodatniej – ciężar okrętu zbliża się do wartości siły wyporu, a jednostka zaczyna schodzić pod powierzchnię.
- Ustawienie pływalności neutralnej – balast wyrównawczy pozwala osiągnąć stan, w którym okręt nie opada ani nie wypływa samoczynnie.
Wynurzanie przebiega w odwrotnym kierunku. Sprężone powietrze wypiera wodę ze zbiorników głównych, zmniejszając masę okrętu. Gdy siła wyporu przewyższa jego ciężar, jednostka zaczyna płynąć ku powierzchni.
Do czego służą stery głębokości?
Zbiorniki balastowe zmieniają przede wszystkim masę i wyporność, czyli odpowiadają za statyczne ustalenie położenia okrętu. Stery głębokości służą natomiast do dynamicznego kierowania ruchem w pionie, gdy jednostka płynie.
Ich działanie przypomina pracę skrzydeł samolotu, ale w ośrodku wodnym. Opływająca je woda wytwarza siłę, która może skierować dziób ku górze albo ku dołowi. Dzięki temu okręt może zmieniać głębokość bez ciągłego zalewania i opróżniania zbiorników głównych.
Podczas pływania w toni stery głębokości pozwalają:
- Skierować dziób w dół i rozpocząć zejście na większą głębokość.
- Skierować dziób w górę i rozpocząć wznoszenie.
- Utrzymywać ustaloną głębokość podczas ruchu naprzód.
- Korygować położenie jednostki po zmianie prędkości lub ustawienia balastu.
Okręt ma także ster kierunku, który służy do zmiany kursu w płaszczyźnie poziomej. Ster głębokości działa w płaszczyźnie pionowej, dlatego oba układy pełnią różne funkcje.
Balast i stery – dwa uzupełniające się mechanizmy
Najprostsza odpowiedź na pytanie, jak działa okręt podwodny, brzmi: reguluje wyporność za pomocą balastu, a podczas ruchu wykorzystuje stery głębokości. Balast główny umożliwia dużą i stosunkowo szybką zmianę stanu jednostki. Balast wyrównawczy zapewnia dokładne trymowanie, a stery pozwalają prowadzić okręt w toni.
Dlatego zanurzanie nie jest tym samym co zwykłe „opadanie”. To połączenie kontroli masy, siły wyporu, napędu i powierzchni sterowych. Precyzyjna współpraca tych elementów pozwala okrętowi przejść od pływania na powierzchni do stabilnego ruchu pod wodą, a następnie bezpiecznie wrócić ku górze.
