Как сделать подлодку своими руками: Самодельная подводная лодка с надводной wi-fi антенной / Хабр

19 Апр 2021

Содержание

Самодельная подводная лодка с надводной wi-fi антенной / Хабр

Как всё начиналось

Всех приветствую. Я Максим и хочу поделиться информацией о том, как собирал радиоуправляемую подводную лодку без каких-либо знаний об электронике в начале своего пути.

Сам я по образованию художник анимации и компьютерной графики — программированием или электроникой никогда не занимался. У меня имелся только небольшой запас знаний о пайке, которые передал мне мой дед, когда я еще был школьником начальных классов.

Всю жизнь меня интересовала тема подводных исследований, началось всё тогда же, в детстве, с Ж.И. Кусто, а закончилось разработкой игры про подледные океаны Европы. Но, впрочем, сейчас не об этом.

Решив, что пора увлечения перевести в плоскость практики — я отправился на Youtube. Получил горсть самых базовых знаний и дальше мой путь лежал уже на AliExpress, как и у многих. Закончилось всё покупкой 27-ми наименований различных модулей и прочих компонентов.

Сотрудник почтового отделения был очень недоволен когда искал 27 посылок…

Начало работ над подлодкой и первые неудачи

СпойлерВ конце представлен видеоролик с обзором проекта, а в самой статье я расскажу об интересных проблемах, с которыми я столкнулся и о которых не упомянул в видео.

Сначала я нашел человека, разбирающегося в подводных лодках не понаслышке, он помогал мне с теорией и тестами.

Далее я сразу приступил писать свой первый код для Arduino. Это был код для управления двумя двигателями подлодки. Два потенциометра: левый управляет общей мощностью двигателей, а правый поворотом подлодки (уменьшает мощность у одного из двигателей, в зависимости от положения потенциометра). Все это я выводил на недорогой дисплей, так как планировал делать отдельный пульт управления (в итоге подлодка управляется через смартфон).

Учитывая, что я еще неделю назад не знал как работают потенциометры, то восторг мой был неописуем. Не останавливаясь на достигнутом я пошел в строительный магазин и в аптеку. В строительном набрал разных полипропиленовых труб, муфт и хомутов, а в аптеке я взял несколько шприцев Жане.

Трубы, соответственно, пошли на корпус подводной лодки, а шприцы на модуль изменения плавучести. Как раз модуль изменения плавучести и оказался самой проблемной частью для меня.

Модуль изменения плавучести

Задачи у этого модуля достаточно простые, набирать воду и выдавливать её обратно по команде. И встал вопрос — как толкать поршень шприца, имея горсть сервоприводов, моторчиков и набор шестерней? Вот так точно толкать не стоит:

Это был первый опыт взаимодействия с шестернями и прочими мелочами. Кстати, я смог переделать сервопривод sg90 под вращение на 360°: сточил фиксатор на главной шестерне, который крутил потенциометр, а сам вал потенциометра приклеил в нулевом положении, чтобы случайно не вращался даже со стёсанным ограничителем.

Фото шестерни

Это всё равно не помогло решить задачу — я не смог надежно зафиксировать шестерню, взаимодействующую с зубчатой рейкой. Полученный инженерный опыт помог мне со второго раза осилить модуль изменения плавучести: я взял более мощную серву, толстую шпильку с резьбой и гайку, которую закрепил на поршне. В этот раз не стал возиться с модификацией сервопривода, решил, что проще использовать внешний драйвер и подключиться напрямую к мотору сервы.

Я у мамы инженер

Гибкая муфта по-васянски

Алюминиевый каркас для жесткости

На поршне был размещен лазерный дальномер, чтобы я мог определять в режиме реального времени — в каком он сейчас положении. Ну и опираясь на эти данные о расстоянии, я прописал блокировку поршня, когда он находится в крайних позициях. Возможно, есть и более простые методы определения положения поршня, но я случайно нашел у китайцев очень дешевый модуль — дальномер VL53L0X и решил использовать именно его. В итоге остался очень доволен, библиотека простая, работает как надо, советую. Точность в замкнутом пространстве шприца у него где-то 5мм, в принципе, мне этого было достаточно.

При тестировании возникла еще одна проблема — поршень сильно приклеивается к стенкам шприца. Не знаю с чем связано, но для старта движения поршня требуется прикладывать значительное усилие, после начального застревания дальше идет нормально. Перепробовали почти все виды смазок — многие из них сделали только хуже. Именно по этой причине пришлось добавлять алюминиевый каркас для модуля.

Моторы

С двигательной системой я остановился на самом простом решении и взял готовые подводные моторы. До этого опробовал вариант с мотором внутри корпуса. Заказал дейдвудную трубку в наборе с валом и винтами, но по мере изучения вопроса выяснилось, что для моих целей нужна целая система: сложный сальник, фланцы и т.д. Иначе будет протекать в любом случае. У меня в планах на будущее забросить подлодку куда-то на Ладогу и управлять ею через 3G сети, восседая дома на диване, а значит любые возможные протечки приведут к малой автономности аппарата.

В будущем планирую использовать только подводные моторы, скорее всего бесколлекторные. На данный момент используются вот такие, коллекторные:

Управляю ими используя ШИМ. Продавец говорит, что они на 8 метров глубины максимум, что, опять же, накладывает некоторые ограничения сразу.

Корпус

С корпусом была интересная задача — сделать герметичное соединение, которое бы легко разбиралось. Задачу не выполнил, пришлось всё заклеивать намертво. Когда шприц набирает воду — создается давление внутри корпуса и все наши крепления просто выдавливало. В итоге все важные провода вывели на герметичный разъем, через который можно и зарядить аппарат, и прошить бортовую Arduino, и подключить антенну.

Да, антенна у нас подключается при помощи кабеля и находится в надводном положении, гарантируя надежную связь. Но об антенне чуть позже.

Дополнительные фото
Корпус состоит из полипропиленовых труб 50мм и муфт. Места соединений замазаны герметичной пастой, а сверху, для прочности, залиты термоклеем. В торец вывели носик шприца, герметичный разъем, тумблер включения и два провода для прожекторов. Прожекторы закреплены на носовой затопляемой части, такая конструкция позволила сместить центр тяжести ближе к центру подлодки.

Мозги подлодки

Это самая интересная для меня часть. Когда начинал прорабатывать схему, то еще не знал как работают, например, конденсаторы и для чего они нужны. Очень радовался, когда при выключении питания — светодиод на Arduino медленно тускнел за счет ёмкого конденсатора.
На деле же они в схеме пригодились для сглаживания пиков, возникающих в цепи из-за работы коллекторных моторов. Также они нужны для подключения стабилизатора напряжения.

Аккумулятор у нас из двух ячеек, соответственно 8.4 В напряжение идет на моторы, а 5 В после стабилизатора — на Arduino и прочие датчики. Полноразмерная

схема (кликабельно):

Сначала многое не получалось только по той причине, что собирал всё на макетной плате. Никак не мог понять почему не работает та или иная часть схемы. В итоге всё начал паять и положительные результаты тестов не заставили себя ждать.

Одна из интересных проблем возникла и с дальномером. Библиотека у него хорошая, но вот если установить режим точности на средний или высокий, то будет тормозиться весь скетч и управление выйдет с пингом в 2000 мс минимум. Из-за этого дальномер у нас в режиме FAST, но его точности все равно хватает для наших задач.

Следующее, с чем я столкнулся, это кабель-менеджмент. Диаметр корпуса 50 мм. Кажется, что этого много, пока не начинаешь пытаться разместить всё внутри. Я использовал прям чрезмерно жирные кабели, предназначенные для аудио, что меня сильно подвело. Хотелось именно медные, так как удобно их паять, и чтобы не переламывались, как, например, алюминиевые. В следующий раз на поиски хороших проводов уделю больше времени.

Далее сложности возникли только с антенной.

Антенна

В качестве антенны я решил использовать esp8266 и управлять подлодкой через смартфон по Wi-Fi. Только вот у китайцев есть большое разнообразие модулей на базе ESP8266, я приобрел три разных, но смог подключить и прошить только один из них — ESP-01.

В теории, если заказывать теперь, то они уже будут с нужной прошивкой. Управление осуществляется через RemoteXY, а ему нужна определенная версия прошивки для AT-команд. Проблему с поиском нужной прошивки для управления через АТ-команды удалось решить только при помощи гайда от RemoteXY. Кстати, не реклама, просто понравился интерфейс, а уже потом я нашел более удобные и проработанные конструкторы интерфейсов для всяческих IoT.

После успешной прошивки я обвешал модуль необходимыми компонентами для работы и припаял ему USB разъем для удобного присоединения. Интегрировал ответную часть USB в пробку из под обычной бутылки и получилась простая проводная антенна с возможностью смены корпуса (замена бутылки).

Были и еще проблемы, помимо прошивки.

Плата ESP-01 должна работать от 3.3 В, а не от 5 В. Причем как логика, так и питание. Если логику я настроил через преобразователь уровня, то вот с питанием уже было лень возиться и я просто приклеил маленького ребенка радиатора на чип. От пяти вольт нормально работает, но очень сильно греется. Радиаторчик в итоге помогает не спалить чип.

Еще из проблем — я подобрал идеальный кабель для герметичного разъема, но он всего на 2 пина с экранированием, тогда как для антенны нужно 4 (питание и RX и TX для связи между антенной и Arduino на борту).

Выяснилось, что просто отдельно запитать нашу антенну не получится, так как для работы ESP+Arduino нужно обязательно иметь общую землю. Пришлось использовать экранирование в качестве земли у кабеля, а в саму антенну добавлять отдельный аккумулятор. Неудобно, но работает. Проще, конечно, найти кабель на 4 жилы и питать антенну аккумуляторами с подлодки.

На фото удачное совпадение диаметров кабеля, силиконовой трубки и обжимного отверстия у герметичного разъема.

Управление и прошивка

Управление осуществляется через интерфейс со смартфона. Интерфейс составил из готовых модулей прямо на сайте, получил исходный код интерфейса, а дальше осталось просто привязать различные элементы интерфейса к действиям внутри прошивки.

Перед получением исходного кода интерфейса, нужно указать в настройках тип модуля беспроводной связи, с которым будет взаимодействовать Arduino. Прошиваем только саму Arduino — с Wi-Fi модулем дальше общение идет автоматическое через AT-команды. Создается точка доступа, подключаетесь к ней со смартфона и управляете через заранее установленное приложение. Интерфейс приходит от Arduino, он зашит в прошивку и распознается уже самим приложением в смартфоне.

Это был мой самый первый код, я прямо тут его оставлять не буду, поскольку там используются только базовые навыки программирования и базовая математика. Были и сложные для меня моменты — я никак не смог с первого раза сделать обычную логическую операцию — чтобы сервопривод шприца при определенных значениях блокировался на движение в одну сторону.

Например, когда доходит до максимального набора воды — поршень должен остановиться на движение назад, но не должен блокироваться на движение вперед. И наоборот, когда вся вода выдавлена, поршень должен не идти вперед, но без проблем выполнять команды на обратный ход.

  if ((RemoteXY.button_1 == 1) && (RemoteXY.button_2 == 0) && (val_f < 100)) {
    pwm_UP = 1;
    pwm_DOWN = 0;
  }

  else if ((RemoteXY.button_1 == 0) && (RemoteXY.button_2 == 1) && (val_f > 25)) {
    pwm_UP = 0;
    pwm_DOWN = 1;
  }
  else {
    pwm_UP = 0;
    pwm_DOWN = 0;
  }

Вот такая логическая конструкция в итоге, где RemoteXY.button_# это кнопки в интерфейсе для погружения или всплытия.

Также, из сложного для меня в коде это фильтр значений дальномера (взял один из самых простейших в сети), ну и настройка значений для вольтметра. Фильтр был нужен из-за вышеупомянутого режима FAST у дальномера, входящие значения сильно прыгали и фильтр как раз помог с этим справиться. А вот вольтметр пригодился для индикации разряда аккумуляторов. На Arduino есть референсный пин, и если на него подавать не больше 1.1 вольт, то Arduino сможет достаточно точно определять подаваемое напряжение на этот пин. 8.4 В после делителя напряжения конвертируем в 1.1 В. И вот эта конвертация получилась неточная, пришлось опытным путем править значение напряжения, добавляя переменную в прошивку.

Тестирование

Тестирование проводили на заброшенном карьере с относительно чистой водой. Для тестов нужно было закрепить камеру и настроить подлодке дифферент (вместе с базовой нейтральной плавучестью).

Первую задачу решили просто установкой нужного винта под крепление камеры. Чтобы избежать вращений камеры — добавили немного пластилина.

Дифферент правили мешочком, который оказалось удобно зацеплять за хомут, а уже хомут можно легко перемещать вдоль подлодки. Количеством гаек в мешочке мы настроили нейтральную плавучесть, а дальше уже быстро подобрали положения хомута, чтобы подлодка не клевала носом. Решение о таком варианте было принято уже перед самой поездкой на карьер, просто напросто не оставалось времени сделать автоматическую систему правки дифферента. Её, в теории, очень легко сделать перемещением груза по резьбовой шпильке. В следующей подлодке опробую именно такой вариант. Вот, пожалуй, и вся подлодка.

Я записал два видеоролика, где более подробно рассказываю о сборке и показываю кадры, которые удалось снять под водой. Приятного просмотра:

Надеюсь, что материал был интересным. Далее будут эксперименты над камерой давления (для проверки герметичности аппаратов) и тесты подводных вёсел. По ним так же подготовлю материал в виде статьи, но уже с графиками и сравнениями тех или иных решений.

Как построить подводную лодку своими руками: самодельная подводная лодка

КСТАТИ

* Автожир — винтокрылый летательный аппарат, но в отличие от вертолета подъемная сила в нем создается за счет авторотации несущего винта.

** Махолет поддерживается в полете за счет маховых движений плоскостей.

Но с автожиром и махолетом тогда не заладилось. К тому же я сбежал из дома, решив путешествовать по Сибири. Полтора месяца ездил в товарных вагонах. Меня, конечно, задержали и вернули домой.

Вот тогда и подумал: «Надо путешествовать скрытно. Как? А под водой! Но для этого нужна подводная лодка».

Первый вариант субмарины собрал, когда вернулся из армии. Устроился в пожарную часть, где был график сутки через трое. На работе чертил и кое-что вырезал, а в длинные выходные занимался строительством.

Этапы строительства первой подводной лодки, 1985 год

Четыре года мастерил тайком — сначала на даче, где оборудовал «сухой док», а потом перевез наполовину склеенный корпус домой.

Стеклопластик в то время найти было невозможно, поэтому через знакомых доставал стеклоткань и эпоксидную смолу и клеил корпус вручную. Детали по ночам точил на заводе, где работал мой приятель.

Самодельная подлодка (23 фото)

В Петербургском яхт-клубе среди больших яхт и катеров есть единственная в стране частная самодельная подводная лодка.
Конструктор и владелец субмарины Михаил Пучков начал строить ее более 20 лет назад.

Подводная лодка своими руками: схема с видео

Если Вы и ваши дети любят мастерить, то специально для Вас мы предлагаем отличную идею для детского творчества: сделать редкий вид военной техники – подводную лодку быстро и просто своими руками. Научившись делать такое специализированное транспортное средство, ребятишки смогут подарить их на 23 февраля папам и дедушкам. Или просто играть такими необычными и уникальными игрушками, которые не встретить на прилавке магазинов.

Как сделать подводную лодку своими руками в технике оригами

Для любителей складывать из бумаги в технике оригами предлагаем сделать своими руками небольшую субмарину с перископом и винтом в хвостовой части. Эта подводная лодка напоминает собой игрушечную модель. Собрать ее сложно, но возможно. Для этого берем квадратный лист цветной бумаги и складываем нашу модель по схеме, приведенной ниже.

Успехов Вам в изучении схемы и складывании субмарины.

Для создания такой поделки нам понадобятся следующие материалы:

3 картонные втулки (можно взять из рулонов туалетной бумаги либо изготовить самостоятельно).
Салфетки.
Соломинка для коктейля.
Цветная бумага.
Клей.
Ножницы.
Канцелярский нож.

Приступаем к работе.

Первую втулку разворачиваем, обклеиваем ее лицевую сторону цветной бумагой (в нашем случае использовали оранжевую).
Прорезаем в первой втулке 3 отверстия: два из них – поменьше — на одном уровне, третье отверстие – побольше, чуть ниже двух. Третье отверстие должно совпадать по диаметру с отверстием во второй втулке.
Вторую втулку обклеиваем голубой бумагой. Вырезаем по центру круглое отверстие, совпадающее по диаметру с большим отверстием в первой втулке. Чтобы отверстия получились ровные, используем канцелярский нож.
Вставляем вторую (голубую) втулку в первую — оранжевую. Совмещаем между собой большие прорези. У нас получился корпус подводной лодки.
Далее в эту большую прорезь вставляем третью втулку, разрезанную пополам. Эта втулка будет выступать люком лодки. Фиксируем клеем во втулке соломинку для коктейля – перископ нашей субмарины.
В голубой лист цветной бумаги заворачиваем салфетки. Формируем два свертка, толщина которых совпадает с диаметром корпуса лодки. Вырезаем из оранжевой бумаги хвост подлодки и приклеиваем его к одному из свертков.
Вставляем свертки в корпус подводной лодки.

Наша субмарина готова!

Разберем еще один вариант из бутылки и из простой бумаги

Очень простая в исполнении поделка, которую можно изготовить в любое время из таких подручных материалов:

Бумаги.
Пластиковой бутылки.

Распечатываем подводную лодку на листе бумаги.

Приклеиваем в круглые окошки фотографии членов семьи, или рисуем человечков – пассажиров нашей подводной лодки.

Вставляем эту картинку с фотографиями или рисунками в пластиковую бутылку.

Наша лодка готова. Мы уверены, что она понравится Вашему ребенку. К тому же, ее достоинством является то, что с данной лодкой можно играть в воде. Водные процедуры с такой уникальной игрушкой станут еще увлекательнее.

Такая поделка понравится маленьким детям, особенно мальчишкам. Для ее создания подготовим:

Плотную бумагу.
Ножницы.
Линейку.
Фломастеры или карандаши.
Клей.

Ход работы:

Вырезаем из бумаги лист 12х15 см. Делаем на нем два надреза по 4 см каждый. Один сверху, второй – посередине листа.
На уровне нижнего надреза рисуем подводную лодку и водную поверхность.
Вырезаем полоску шириной 3 см и на 4 см длиннее, чем наш лист. В нижней части рисуем перископ. Приклеиваем к полоске снизу бумагу длиной 5 см, чтобы перископ не вытягивался из надреза.
Пропускаем полоску сквозь надрезы. Тянем за верхний конец, чтобы поднять перископ.

Вот такая интересная поделка для самых маленьких готова.

Изготовим подводную лодку своими руками из хлопушки и подручных материалов

Какой подарок ко Дню защитника Отечества может быть лучше, чем макет подводной лодки, сделанный своими руками? Сейчас мы расскажем, как можно изготовить модель субмарины из самых простых подручных материалов.

Для работы нам потребуются:

Корпус от большой хлопушки.
Пластмассовый шарик, подходящий по диаметру к хлопушке.
Плоский колпачок от дезодоранта.
Картон.
1 крышка для консервации.
Спички.
Ватные палочки.
Ножницы.
Клей.
Шило.
Краска в баллончике (черная).

Ход работы:

Берем хлопушку. Она будет корпусом нашей лодки. Прорезаем посередине хлопушки отверстие, в которое вставляем колпачок от дезодоранта. Это будет рубка лодки.
Делаем картонный конус и приклеиваем его к хвостовой части.
Вырезаем из картона рули поворота, носовые и хвостовые рули глубины.
Закрепляем рули, приклеив их к корпусу или вставив в специальные прорези для них.
Вырезаем из крышки для консервации ножницами для кройки винт. Сгибаем лопасти винта, в его центре делаем шилом отверстие, и закрепляем винт с помощью спички к хвостовой части.
Изготавливаем носовую часть – засовываем шарик в корпус хлопушки и плотно закрепляем. Приклеиваем носовые рули, немного отступив от носовой части.
В крыше рубки раскаленным шилом прокалываем 2 отверстия, вставляем антенну и перископ, используя для этого стержень ватной палочки.
Окрашиваем нашу лодку, используя краску в баллончике.

Наша субмарина готова! При желании можно написать бортовой номер, используя корректор.

Видео по теме статьи

Считаем, Вам будет интересно и полезно посмотреть подготовленное нами видео по изготовлению подводной лодки. Приятного просмотра!

Житель Одессы бороздит глубины на самодельной подводной лодке

На Украине изобретатель Василий Чикур с Украины своими руками собрал подводную лодку. И пусть в корпусе субмарины помещается всего один человек — Василий все равно ощущает себя настоящим капитаном Немо.

Для Василия Чикура подводная лодка — больше не роскошь, а средство передвижения по морским глубинам. На то, чтобы воплотить свою давнюю мечту у него, медика и юриста по образованию, ушло чуть больше года.

«На дне рождения сидели как-то с друзьями, желали мне всего хорошего и то, чего сам хочу себе пожелать. Я сказал, что хочу нырнуть под воду на своей собственной подводной лодке. Посмеялись, а потом, через год, когда корпус был уже готов, начали более серьезно к этому относиться. И говорить: ну, когда уже, когда?» — рассказывает изобретатель Василий Чикур.

Подводная лодка, которую одесский изобретатель назвал в честь себя «Чикур-1» собрана из подручных материалов. Два небольших двигателя работают с помощью аккумулятора от электрокара. Кресло из салона старого автомобиля. Все детали компактные и съемные. Самым сложным, говорит Василий, было изготовить прозрачный колпак и корпус аппарата для погружения.

Мини-субмарина весит около 300 килограммов. Балластом служат металлические трубы. Подлодка скрывается под водой в течение нескольких секунд и способна погрузиться на 50 метров. На глубине субмарина развивает скорость до 5 узлов. Всплыть наверх в экстренных случаях можно за 2-3 минуты. Но главная особенность самодельной субмарины в том, что она может передвигаться даже верх дном. Дети капитана Чикура всегда с ним на связи, ждут отца на берегу.

«Мы каждый раз всей семьей за него очень переживаем, страшно, открытое море, он под водой, его не видно не слышно. Но ему это нравится, он от этого получает удовольствие», — говорит дочь изобретателя Оксана Чикур.

После краткого инструктажа, изобретатель предлагает и нашей съемочной группе поучаствовать в тест-драйве субмарины. Кабина здесь совсем небольшая, ощущение как будто в совсем маленькой малолитражке находишься, кресло удобное. Система кондиционирования позволяет свободно дышать даже под водой. Но на всякий случай в лодке баллон с кислородом.

Мини-субмарина на Украине не зарегистрирована. Чиновники из регистра судоходства просто не знают, как оформить это изобретение. Испытать подлодку далеко от берега тоже пока не было возможности — пограничники не разрешают. Поэтому капитан подводного плавания Чикур своим чудом техники пока удивляет только местных рыбаков.

Как работают подводные лодки? — Объясни, что материал

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 4 августа 2019 г.

Худшее, что могло случиться для вас на корабле посреди океана будет для воды затопить и заставить вас утонуть. Но если вы находитесь на борту подводной лодки , тонуть — это именно то, что вам нужно. хочу! В отличие от кораблей, которые кренились, борясь через волны, подводные лодки скользят быстро и бесшумно по более спокойным водам под.Они тощие, подлые, военные машины, и они могут остаться погружались в воду на недели или даже месяцы. Давайте посмотрим внимательнее как они работают!

Фото: Атомная подводная лодка USS Dallas (SSN 700) с быстрой атакой выходит в море. Фото Пола Фарли любезно предоставлено ВМС США.

Что такое подводная лодка?

Фото: Подводная лодка Эй! Когда мы видим фотографии плавающих на поверхности подводных лодок, трудно представить, насколько они велики на самом деле: как айсберги, практически вся плавучая подводная лодка находится под водой.На этой очень необычной фотографии подводной лодки, находящейся в сухом доке для обслуживания, вы можете ясно увидеть, насколько велика подводная лодка на самом деле — и что это действительно почти идеальный цилиндр. Фотография USS City of Corpus Christi на военно-морской верфи Перл-Харбора, сделанная Дастаном Лонгини, любезно предоставлена ВМС США.

Океаны наиболее неспокойны там, где ветер встречает воду: на их поверхности. Волны, которые мчатся по море — это знак энергии, изначально передаваемой Солнцем и поднимаемой ветрами, скачки с одной стороны планеты на другую.Корабли сражаются и кренится в суровых морях, где ни одна рыба — достойная ее соли — никогда не будет плавать. Парусные корабли хорошо используют ветер, используя порывы воздуха, чтобы создать очень эффективную форму движения. Суда с дизельным двигателем остаются на поверхности по другой причине: их двигатели нуждаются в постоянная подача кислорода для сжигания топлива. По идее, кораблям должно быть намного легче плавать под волнами. где вода более спокойная и оказывает меньшее сопротивление; на практике это создает другой набор проблем.

Если вы когда-нибудь занимались сноркелингом или аквалангом дайвинг, вы знаете, что жизнь под водой очень отличается от жизнь на поверхности. Темно и плохо видно, нет воздуха дышите, а сильный напор воды заставляет все чувствовать себя некомфортно и клаустрофобия. Подводные лодки — гениальное инженерное дело разработан для безопасной перевозки людей в очень суровых условиях. Хотя изначально они были изобретены как военные машины, и большинство большие подлодки по-прежнему строятся для военно-морских сил мира, несколько меньших подлодок работают как научно-исследовательские суда.Большинство из них подводные лодки (обычно небольшие, безмоторные, одно- или двухместные подводные лодки, привязанные к научно-исследовательские суда в процессе их эксплуатации).

Части подводной лодки

Фото: Несмотря на многие технологические достижения, основная концепция подводной лодки мало изменилась за более чем столетие, с тех пор, как Джон Холланд разработал USS Holland, первый военно-морской флот США подводная лодка. Фото любезно предоставлено Военно-морским историческим центром.

Это некоторые из основных частей типичной подводной лодки.

Корпус прочный

Давление воды внутрь — самая большая проблема для всем, кто хочет погрузиться глубоко под поверхность океана. Даже с аквалангом танков, мы можем нырять только так далеко, потому что огромное давление скоро заставит невозможно дышать. На глубине 600 м (2000 футов) максимальная Глубина подводных лодок когда-либо ныряла, давление воды более чем в 60 раз превышает его находится на поверхности!

Как подлодки выживают там, где люди не могут? Корпус стандартного корабля это металл снаружи, который не пропускает воду.Большинство подводных лодок имеют две корпуса, один внутри другого, чтобы помочь им выжить. Внешний корпус водонепроницаемый, в то время как внутренний (названный прочным корпусом ) намного более прочный и устойчивый к огромному давлению воды. Самый сильный Подводные лодки имеют корпуса из прочной стали или титана.

Самолеты

Фото: Пикирующие самолеты по обе стороны от башни подводной лодки создают подъемную силу, когда она движется вперед, точно так же, как крылья самолета. Фотография USS Emory S.Земля Джареда Алдапе любезно предоставлена ВМС США.

Так же, как у акул есть плавники на теле, которые помогают им плавать и нырять, Итак, у подводных лодок есть плавники, называемые водолазными или гидросамолетами . Они немного похожи на крылья и рули (поворотные закрылки). в самолете, создавая восходящий сила называется подъемной. Плавучесть — это склонность чего-либо тонуть, подниматься или плавать на определенной глубине. Пока он под водой, подводная лодка с отрицательной плавучестью, что означает, что он имеет тенденцию тонуть, предоставленный самому себе, если он не движется.Но когда гребные винты подводной лодки толкают ее вперед, вода устремляется вперед. над плоскостями, создавая восходящую силу, называемую лифтом, которая помогает ему оставаться на определенной глубине, создание состояния нейтральной плавучести (плавучесть). Самолеты можно наклонять для изменения подъемной силы, так что заставляя подводную лодку подниматься или нырять в море по мере необходимости. Самолеты обеспечивают большую часть подводная лодка большую часть времени контролирует свою глубину. Количество подъема они зависит как от угла, на который они наклонены, так и от скорости подводной лодки (точно так же, как подъемная сила, которую создают крылья зависит от скорости и «угла атаки» самолета).

Балластные цистерны

Между двумя корпусами есть промежутки, которые можно заполнить либо воздух, либо вода. Они называются балластом . танков , а с водолазными самолетами они передают субуправление плавучесть, особенно во время первой части погружения или возврата на поверхность из глубины. При заполнении балластных цистерн воздухом подводная лодка поднимается на поверхность. потому что у него положительная плавучесть. С водой внутри резервуаров субмарина имеет отрицательную плавучесть, поэтому она все глубже погружается в океан.Передние баки (известные как передние баки дифферента ) обычно сначала заполняются водой или воздухом, поэтому Передняя часть (нос) подводной лодки опускается или поднимается перед ее кормой (кормой). Балластные цистерны также могут быть использованы для очень быстрой помощи подводной лодке в аварийной ситуации.

Двигатель

Бензиновые двигатели и дизельные двигатели, используемые легковые и грузовые автомобили, а также реактивные двигатели, используемые Самолеты нуждаются в кислороде из воздуха, чтобы заставить их работать. вещи разные для подводных лодок, которые работают под водой где нет воздуха.Большинство подводных лодок, кроме атомных, имеют дизель-электрические двигатели. Дизельный двигатель работает нормально, когда подлодка находится у поверхности, но не приводит в движение гребные винты подлодки прямо. Вместо этого он приводит в действие генератор электроэнергии, который заряжается. огромные батареи. Они приводят в действие электродвигатель, который, в свою очередь, приводит в действие пропеллеры. Как только дизельный двигатель полностью зарядит батареи, подводная лодка может выключить двигатель и уйти под воду, где она полагается полностью от батареи.

Ранние военные подводные лодки использовали дыхательные трубки, называемые трубками — подают воздух в свои двигатели из воздуха над морем, но это означало им приходилось работать очень близко к поверхности, где они уязвимы для атак с самолетов.Самые большие военные подводные лодки теперь ядерный. Как и атомные электростанции, у них есть небольшие ядерные реакторы, и, поскольку для работы им не нужен воздух, они могут генерировать энергию для привода электродвигатели и гребные винты независимо от того, находятся ли они на поверхности или в глубине под водой.

Башня

Фото: Башня или парус можно использовать как обзор. платформы, когда подлодка движется по поверхности. Обратите внимание на различные способы связи и навигационная антенна. Фото Джеффри М.Ричардсон любезно предоставлен ВМС США.

Подводные лодки имеют форму сигары, поэтому они могут плавно скользить по вода, но в самом центре высокая башня. На старых подводных лодках башня была забита навигационным и другим оборудованием и иногда называлась боевой рубкой (потому что исторически в нем находились подлодки против троллей). Его также называют просто башней или парусом, потому что в современной подводной лодке органы управления и навигационное оборудование занимают больше места и, как правило, располагаются в корпусе.

Навигационные системы

Фото: Перископы пригодятся, если вы находитесь рядом с надводный поиск кораблей противника, но под водой они бесполезны. Фото Джеффри С. Виано любезно предоставлено ВМС США.

Свет плохо проходит через воду, поэтому он становится темнее и темнее глубже вы идете. В большинстве случаев подводная лодка пилоты даже не видят, куда они идут! Подводные лодки имеют перископы (смотровые трубы, которые могут быть проталкивается через башню), но они полезны только тогда, когда подлодки включены поверхность или просто под ней.Подводные лодки перемещаются с использованием всего диапазона электронного оборудования. Есть спутник GPS навигация, для начала, которая использует космические спутники, чтобы сообщить подводная лодка свою позицию. Также есть SONAR, система, похожая на радар, которая посылает звуковые импульсы в море и прислушивается к эхо, отражающемуся от морского дна или другого поблизости подводные лодки. Еще одна важная система навигации на подводной лодке — это известное как инерциальное наведение . Это способ использования гироскопов, чтобы отслеживать, насколько далеко подводная лодка путешествовал, и в каком направлении, не обращаясь ни к чему постороннему Информация.Инерционное наведение является точным только на определенное время (10 дней или так) и иногда требует корректировки с помощью GPS, радара или другого данные.

Фото: Гидроакустический аппарат на типичной подводной лодке. Фото Брэндона Шеландера любезно предоставлено ВМС США.

Системы жизнеобеспечения

На борту большой военной подводной лодки находятся несколько десятков человек. Как может они едят, спят и дышат, зарытые глубоко под водой, в мороз холодная вода месяцами? Подводная лодка — это полностью герметичный среда.Ядерный двигатель обеспечивает тепло и вырабатывает электричество, а электричество питает все системы жизнеобеспечения, в которых нуждаются подводники. Он производит кислород для люди дышат с помощью электролиза для химического разделения молекул воды (превращение H ₂ O в H ₂ и O ₂) и удаляет нежелательный углерод диоксид из воздуха. Сабвуферы могут даже делать свою питьевую воду из морская вода с использованием электричества для удаления соли. Мусор уплотняется в стальные банки, которые выбрасываются из система шлюза (водонепроницаемый выход в корпусе) и сбрасывается на морское дно.

Кто изобрел подводную лодку?

Первые дни

1620: англичанин Корнелис Drebble (1572–1633) строит первую подводную лодку путем гидроизоляции деревянная яйцевидная лодка с кожаной обшивкой. воск. Ученые не уверены, отплыла ли когда-нибудь лодка Дреббла.
1776: Во время революции в США, Дэвид Бушнелл (1742–1824) строит одноместную подводную лодку с ручным приводом. призвал Черепаху, чтобы помочь атаковать британские военные корабли.
1800: американский паровой инженер Роберт Фултон (1765–1815) проектирует конвертируемый корабль со складывающимся вниз паруса, которые могут превращаться в подводную лодку для путешествий под водой.
1863: американский инженер Гораций Лоусон Ханли (1823–1863) разрабатывает подводная лодка с ручным приводом, которая в конечном итоге стала известна как CSS Х.Л. Ханли (часто для краткости просто «Ханли»). Один раз тонет во время испытаний в августе 1863 г. убив пять членов экипажа, затем снова тонет в октябре 1863 года, убив самого Ханли и всю его команду.Позже извлеченная, она становится первой подводной лодкой, потопившей военный корабль. (во время Гражданской войны в США) — настоящая веха в истории подводных лодок.
1897: американский изобретатель Саймон Озеро (1866–1945) запускает «Аргонавт», первую подводную лодку, работают в открытом море.

Переводники практические

Фото: USS Holland (подводный торпедный катер №1) на ходу, около 1900 года. Фотография любезно предоставлена Военно-морским историческим центром.

1900: ВМС США спускают на воду свою первую подводную лодку USS. Голландия, названная в честь своего ирландско-американского изобретателя Джона Голландия (1840–1914).Хотя Голландия много лет назад предлагала ВМФ подводные лодки, изначально не проявил интереса.
1908: Почтовый в России пионер воздушно-независимой двигательной установки (AIP) — управления подводной лодкой без частых выходов на поверхность — с использованием бензинового двигателя, работающего на сжатом воздухе.

От мировых войн до холодной войны

1914–18: Во время Первой мировой войны германский флот управлял флотом из высокоэффективные военные подводные лодки, называемые подводными лодками (сокращение от Unterseeboot, что означает подводный корабль).В 1930-е годы немцы начать использовать трубки для снорклинга (изобретенные голландским инженером) для снабжения воздух к дизель-электрическим двигателям подводных лодок, давая им больше ассортимент и эффективность.
1930-е годы: немецкий инженер Хельмут Вальтер является пионером двигателей на перекиси водорода большой тяги для использования в подводных лодках и ракетных ракетах. Это еще один шаг вперед для Air Independent Propulsion.
1952: французский подводный фотограф Дмитрий Ребикофф запускает Poodle, первый привязанный дистанционно управляемый автомобиль (ROV).
1955: ВМС США запускают военный корабль США «Наутилус», первую атомную подводную лодку.
1964: Научно-исследовательский подводный аппарат «Элвин», управляемый Океанографическим институтом Вудс-Хоул, начинает свою долгую и выдающуюся историю подводных исследований. Его основные успехи, в том числе обнаружение черных курильщиков (гидротермальные источники — что-то вроде дымоходов на дне океана). и исследуют обломки Титаника.
1968: Советский Союз (Россия и ее бывшие союзники) запускает К-162, первая подводная лодка с титановым корпусом и самая быстрая в мире.
1969: Советский Союз запускает первую из своих гладких, быстрых атомных подводных лодок класса «Альфа» с титановым корпусом.

Новое время

Фото: Что насчет будущего? Более двух третей нашей планеты занято водой, поэтому подводным лодкам всегда будет место в армии. Но когда дело доходит до научных исследований, все большее значение приобретают небольшие подводные роботы, такие как этот дистанционно управляемый аппарат (ROV) Super Scorpio. Обратите внимание на видеокамеры на передней панели и большие серебристые захваты-роботы.Фото Джеффри Патрика любезно предоставлено ВМС США.

1990-е годы: атомные подводные лодки, лишенные к концу холодной войны, используются для океанографические и климатические исследования в Арктике в рамках проекта под названием Обмен научного льда (SCICEX).
1990-е: британский дизайнер подводных лодок Грэм Хоукс обещает произвести революцию в суб-дизайне с небольшими, похожими на самолет подводными аппаратами Deep Flight, которые «летают» под водой.
1990-е годы: как и во многих других отраслях, Китай становится крупным поставщиком доступных, но эффективных дизель-электрические военные подводные лодки, в том числе модернизированные версии старых Минг 1960–1980-х годов (Тип 035) и более поздний класс Song (тип 039).

Как работает подводная лодка?

Как и другие корабли, подводная лодка может плавать, потому что вес вытесняемой ею воды равен весу корабля. Это означает, что давление подводной лодки, давящей на воду, такое же, как давление воды, толкающей вверх корабль.

Это явление называется выталкивающей силой. Точно так же подъемная сила действует на подводной лодке, пиратском корабле в море или резиновой утке, плавающей в вашей ванне.

Подводная лодка отличается от других кораблей тем, что она может контролировать свою плавучесть.Это означает, что капитан подводной лодки может решить, когда погрузиться в океан или вернуться на поверхность.

Для контроля плавучести подводная лодка использует специальные резервуары, которые можно заполнять водой или воздухом. Чтобы вернуться на поверхность, баки заполняются воздухом. Это делает подводную лодку менее плотной, чем окружающая ее вода, и она всплывает на поверхность.

Когда капитан решает, что пора нырять, воздух выпускается через вентиляционное отверстие, а баллоны заливаются водой.Это делает подводную лодку более плотной, чем окружающая вода, и она тонет.

На борту имеется запас воздуха для наполнения и пополнения резервуаров. В случае аварии цистерны могут быть заполнены воздухом под высоким давлением, чтобы очень быстро вернуть экипаж и судно на поверхность.

Жизнь на подводной лодке может показаться забавной, но жизнь под водой сопряжена с проблемами. Три самые большие проблемы связаны с поддержанием качества воздуха, подачи свежей воды и температуры.

Воздух, которым мы дышим, состоит из четырех газов: азота, кислорода, аргона и двуокиси углерода.Когда мы делаем большой вдох, наши тела потребляют кислород. Когда мы выдыхаем, мы выдыхаем углекислый газ. Мы ничего не делаем с азотом или аргоном.

Представьте, что вы собираетесь запереться в гигантской трубе со всеми своими друзьями. Когда трубка закрыта, весь доступный вам воздух теперь находится внутри. Есть только одна проблема: воздух не может попасть внутрь или выйти. Подводная лодка работает точно так же.

Чтобы люди дышали (и оставались живыми!), Должны произойти три вещи. Во-первых, кислород должен быть закачан в судно, поскольку экипаж использует его путем дыхания.Кислород обычно подается на подводную лодку из баллонов под давлением. Компьютеризированная система контролирует кислород в воздухе и выпускает свежий кислород по мере необходимости экипажа.

Затем необходимо удалить выдыхаемый углекислый газ, иначе он станет токсином. В машинах, называемых «скрубберами», натронная известь используется для улавливания углекислого газа и удаления его из воздуха.

Наконец, необходимо удалить выдыхаемую влагу из дыхательных путей, чтобы предотвратить конденсацию внутри корабля или оборудования. Это делается с помощью осушителей.

Как известно, люди не могут долго жить без воды. Поскольку подводные лодки не имеют доступа к городским водопроводным системам или колодцам, они должны найти способ поддерживать запасы пресной воды для питья.

Большинство судов оснащено специальным оборудованием, которое может удалять соли из морской воды и превращать ее в пресную питьевую воду. Этот процесс называется дистилляцией. Некоторые подводные лодки могут производить до 40 000 галлонов пресной воды в день. Он используется для всего, от охлаждения электронного оборудования до приготовления пищи и принятия душа.

Поскольку подводные лодки металлические, они отводят тепло изнутри корабля в более прохладную окружающую воду. Для комфортного пребывания экипажа подводным лодкам также необходимы системы обогрева.

Блог > Своими руками