- 青少年科學人文藝術通識大全(彩圖精裝)
- 魯中石
- 2052字
- 2019-01-02 19:30:13
潛水艇的研制
人類建造潛水艇的嘗試可追溯到約1620年,荷蘭人科尼利斯·德雷貝爾(1572~1633年)將劃艇覆以涂滿油脂的皮革,有一個供船槳伸出的覆蓋著革質薄膜的防水孔,在倫敦泰晤士河水下,他向其資助人英國國王詹姆士一世展示了該潛水艇。
繼德雷貝爾之后,有較為詳細記載的制造潛水艇的嘗試發生在北美。1776年,還是學生的大衛·布什內爾(約1742~1824年)建造了桶形單人潛水艇“海龜號”。該潛水艇具有一個方向舵、兩個手動操縱推進器,其中一個用于控制上下運動,另一個則用于控制向前運動。另外還包括一個手動排水泵,用于將水艙內的水排出,以浮出水面。同時,“海龜號”外側則安了一個裝滿火藥的容器,能夠連到敵艦船體上。同時“海龜號”還設計了數個釣鉤,用繩索連接到潛水艇內部,用作鉤鎖其他艦船等。布什內爾的潛水艇在美國獨立戰爭時期下水測試,并準備攻擊紐約港的英國軍艦,不過還是以失敗告終。
1801年,美國工程師羅伯特·富爾頓(1765~1815年)在法國建造的“鸚鵡螺號”是一艘更為成功的潛水艇,它是鐵質框架、外覆銅板的慢速手動曲柄潛水艇,長達6.4米,能攜帶4人在水下停留約3個小時,直到氧氣耗盡。在一次演示中,該潛水艇成功炸沉一艘假想的敵艦。
大事記
1620年 試驗性木制潛水艇問世
1776年 布什內爾的“海龜號”問世
1801年 富爾頓式潛水艇問世
1863年 漢利式潛水艇問世
1897年 遠洋潛水艇問世
1898年 霍蘭潛水艇問世

大衛·布什內爾的“海龜號”屬于原始潛水艇,潛水艇內必須灌入足夠的空氣以供潛水員在水下停留約30分鐘。
1863年美國內戰期間,工程師賀瑞斯·漢利(1823~1863年)依照富爾頓的設計為南部聯盟建造了一艘潛水艇,該潛水艇配備了炸藥,需要8個人驅動一根長曲柄桿轉動推進器。不幸的是,在第二次試驗中,潛水艇沉入海底,漢利與艇上人員一起命喪大海。不過他所設計的潛水艇卻于1864年在查爾斯頓港浮出水面并成功襲擊北方邦聯軍艦“霍薩托尼克號”,隨后因為撞錘卡在敵艦的船體上而一起沉入海底。

羅伯特·富爾頓的“鸚鵡螺號”潛水艇能夠浮在水面上加速前進,如圖中上半部分所示。位于水下時,則完全依靠4位船員轉動軸承驅動推進器前行。
1851年,德國士兵威廉·鮑爾(1822~1875年)建造了“火潛者號”,該潛水艇能攜帶3人,由其中2名成員踩動踏車驅動潛水艇前進,但是這一設計并不成功。1855年,他又設計建造了更大的“海惡魔號”,長達16米,能搭載16人,“海惡魔號”較為成功,沉沒前共完成過130多次潛水。1863年,法國工程師西蒙·布爾茹瓦設計建造了試驗性潛水艇“潛水員號”,采用了能排出壓縮空氣的引擎。1888年,法國迎來了潛水艇建造史上真正意義上的成功,工程師古斯塔夫·澤德(1825~1891年)為法國海軍建造了“吉姆諾特號”,該潛水艇長17米,由功率達51馬力的電動馬達驅動1.5米的推進器,其在海面速度達11千米/小時,而水下速度也達到約8千米/小時。
知識鏈接
潛水艇如何工作?
潛水艇具有雙層船體,船體間的間隙用于灌入水,作為水艙,使得艇體保持在水下。當潛水艇浮在水面上時,水艙是空的。如果想其下沉,則打開下部閥門使海水進入水艙,同時上部閥門開啟,將水艙內的空氣排出,因此,潛水艇比其排開的水重,就會下沉。要使潛水艇上升,則需要關閉上部閥門,壓縮的空氣迫使水通過下部閥門排出水。當水艙內的海水達到特定的量時,潛水艇就能懸浮在水中,并保持剛好在海平面以下。

另一些發明家試驗使用蒸汽作為推進力建造潛水艇。由英國牧師喬治·加勒特(1852~1902年)設計建造的“我將再起號”采用木質結構,不過它每次潛入水下之前都不得不熄滅鍋爐火,利用儲存的熱蒸汽作為動力在水下前進。1882年,瑞典軍械商仿照加勒特的設計,建造了“諾登福特1號”,重達60噸,并攜帶魚雷發射筒。

“荷蘭號”是史上第一艘實用型潛水艇,具有雙重推進裝置,當漂浮在水面上時,采用汽油內燃機驅動推進器前行,而處于水下后則使用電動馬達驅動另一個推進器推動船體前進。
美籍愛爾蘭裔教師約翰·霍蘭(1840~1914年)提供了潛艇推進力問題的解決方案。由紐約芬尼亞協會(該組織由一群革命者組成,目標在于謀求愛爾蘭從大不列顛王國獨立)出資,霍蘭建造了一系列采用混合推進器的潛水艇。該類潛艇在水面航行時,采用汽油機驅動推進,而水下行進時,則使用電動馬達推進器。1883年建造的“荷蘭Ⅰ號”為單人潛艇,長達4米;1878年建造的“芬尼亞撞擊號”能搭乘3人,重19噸。1898年,經過一系列改進之后,“荷蘭6號”潛水艇下水首航,該潛水艇長16米,能夠以每小時11千米的速度在水下前進。同時潛水艇上還攜帶由英國工程師羅伯特·懷特黑德(1823~1905年)于1866年發明的自推進式魚雷,以及甲板機關槍等。1900年,美國海軍購買了這艘潛艇,后改名為“USS荷蘭號”。不久,該潛艇又配備了美國工程師西蒙·萊克(1866~1845年)于1902年發明的潛望鏡。后者曾于1897年建造遠洋潛水艇“亞爾古號”。霍蘭前后賣給美國海軍6艘潛艇,并收到不少英國、日本、俄羅斯等國海軍的訂單。
1908年,裝備柴油機引擎的潛水艇在英國下水試航,完成了潛水艇的最終演化。隨后柴油機成為潛水艇的標準動力裝置。1955年,美國海軍訂購的“鸚鵡螺號”潛艇首次采用核動力裝置,成為世界上首艘核動力潛艇。