潜水艦が爆発する原因は何ですか? » サイエンスABC

潜水艦は、深海の中で活動し、計り知れない圧力に耐え、波の下での人間の探検を可能にする工学の驚異です。

人類は紀元前約 300 年頃から海中を探索し、航行することを試みてきました。歴史を通じて、調査のために水中を移動するためにさまざまな方法が採用されてきました。 伝説によれば、潜水艦の試作を最初に試みたのはアレクサンダー大王でした。

とはいえ、ガラスの樽の中で海に入るというのは、水中世界を探検するのに効果的な方法とは思えませんでした。

西暦 1578 年、英国の海軍士官ウィリアム ボーンは、水中で漕ぐことができる防水革で覆われた木枠の船を作りました。 「タートル」と呼ばれる初めて公式に記録された潜水艦は、1776 年のアメリカ独立戦争中に建造されました。推進システムとより高度な技術の開発により、潜水艦が最終的に実用的な船舶に進化したのは 19 世紀後半でした。

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潜水艦は、船体の内部の圧力を海面の大気圧と同じに保つように設計されています。

このことを考えると、なぜそのマッチングプレッシャーを維持することがそれほど重要なのか疑問に思う人もいるでしょう。 内圧が外圧と大きく異なる場合、船体に不自然な量の応力がかかり、構造的な破損、漏れ、さらには爆縮につながる可能性があります。

潜水艦が水面にあるとき、バラストタンクは空気で満たされ、船の密度が水よりも小さくなり、浮くことができます。 ただし、潜水艦が潜水する必要がある場合は、バラストタンクから空気を放出して水と置き換え、船の密度を高めます。 潜水艦の内圧は、船体にかかる水圧と内部の気圧のバランスによって調整されています。

潜水艦が深く潜ると水圧が上昇し、船体の気圧が圧縮されます。 したがって、上昇または下降中の潜水艦内の圧力を均一にするために、バラストタンクはそれに応じて浸水または汲み上げられます。 すべての潜水艦には、内部気圧が高くなりすぎるのを防ぐための「圧力球」と呼ばれる内部システムもあります。

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「圧力船体」が潜水艦内の重要な構造物であることは明らかですが、その機能は一体何なのでしょうか？

耐圧船体は、潜水艦の主骨格に強度を与える主要な水密構造です。 乗組員と内部のシステムを保護するために、深海によって加えられる外圧に耐えられるように構築されています。

潜水艦を設計する際に技術者が注意する必要がある最も重要な作業の 1 つは、耐圧船体に漏れが生じにくいことを確認することです。 耐圧殻全体の完全性を維持しながら、崩壊したり変形したりすることなく外部静水圧に対処する必要があります。

潜水艦は通常、船内で酸素を生成するために酸素発生器キャニスターを使用します。 容器には塩素酸ナトリウムと鉄粉の混合物が充填されており、点火すると化学反応が起こり酸素ガスが発生します。

大気圏に直接アクセスできないため、潜水艦は水中で長期間十分な呼吸可能な酸素を貯蔵する必要があります。 潜水艦内には、船上で酸素を生成し、後で使用するために貯蔵するシステムが設置されています。

水中で酸素を生成する方法の 1 つは、もちろん水の電気分解です。 電気分解により水を水素分子と酸素分子に分解し、酸素を高圧タンクに貯蔵します。 酸素ボンベを機内に持ち込むこともできます。 これらのシリンダーは酸素を高圧で貯蔵し、潜水艦内の人々に呼吸可能な酸素を提供します。

ただし、技術的な制限とプロセス中に消費されるエネルギーのため、電気分解は酸素生成方法として広く受け入れられています。