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數千米深海水可以壓扁坦克嗎?而中國蛟龍號深潛器為何安然無恙

「蛟龍」號載人深海潛航器為了特定的下潛深度,從設計理論、選材到施工都經歷的過專門的研究,特別設計了耐壓結構,當然不會被壓扁。海底萬米深度的壓力也不可能把坦克完全壓扁,因為在下沉過程中,坦克的密閉空間很快就會被壓潰,導緻密封喪失,此時海水就會湧入坦克內部,從而使其艙內外的海水壓力達到平衡。

這一點可以參考普通軍用雙殼體潛艇的輕質外殼來理解,比如說俄羅斯建造的絕大多數核潛艇和常規潛艇,都是雙殼體,但是只有內層殼體是耐壓殼(紅圈),外層殼體(黃圈)是一種壁厚較薄非耐壓結構。那麼在正常使用過程中(雖然最大潛深一般只有幾百米),雙殼體潛艇的外殼並沒有被海水壓變形吧?這是因為這種潛艇的輕質外殼除了極個別地方以外,都是通海的,下潛時與海水相通,所以也就不承載海水壓力。而其耐壓殼體內因為要安裝各種設備、承載人員活動,所以必須是一個密閉常壓空間,那麼當下潛到海面以下時(每下潛10米,殼體外大約增加一個大氣壓),耐壓殼內外就會形成壓力差,下潛得越深承受的壓力就越大,因此「想要海中被壓扁,首先你得是一個密封空心結構才行」。至於坦克在設計的時候,不會去考慮深潛密封性,所以很快就會因密封破壞、湧入海水而達到內外壓力平衡,此時坦克的結構會受到一定程度的破壞,但是達不到被壓扁的程度,你就把他當成一個「四處漏水」的非耐壓殼體就完事了。

其實現代的深海潛航器整體上也分為耐壓結構和非耐壓結構,耐壓結構提供密閉常壓艙體,主要是為乘員和儀器設備提供常壓環境的載人艙;非耐壓結構由外部框架和輕殼體組成,主要是為耐壓艙、儀器設備、穩定翼、回收吊放裝置、浮力塊等提供安裝、固定基礎,並且用輕外殼構成潛航器的水動力線性。所以,一般情況下你可以把深海潛航器的耐壓和非耐壓結構與雙殼體潛艇相比較。

此外,世界上並沒有那麼多深度超過萬米的地方,下潛深度達到6500米的深潛器,基本上就可以覆蓋全球99%海域作業環境。目前,絕大多數工作深度超過800米的載人深潛器耐壓殼體都採用球形,並且多採用鈦合金材料,具備很高的強度和耐腐蝕能力。

深海的潛水器耐壓殼,經過理論設計、數學模型建立、選材、試驗、製造工藝保障等內內外外複雜流程,確保了其從理論到實踐能夠滿足在特定深度海水中正常工作的極限強度和可靠性。其中涉及的各種學科並不比載人航天少多少,單單是材料一方面就經過了幾十年的進步。要知道,光是我國的「蛟龍」號載人深潛器,就經歷了10年申請立項、10年研製試驗的漫長曆程,為了確保在深海中安全作業,其科研歷程不可謂不艱辛。

1964年,美國建成的Alvin潛水器,使用HY-100鋼建造耐壓殼體(也就是一般軍用潛艇使用的鋼材),雖然採用了各種加強結構並且殼體體積比一般潛艇小的多,但是最大下潛深度也不超過2000米。1972年,美國使用50毫米厚的Ti6Al2Nb1Ta-0.8Mo鈦合金製成了與原來HY-100球殼一致的新耐壓殼體,替換安裝到Alvin潛水器上,使其下潛深度超過了3600米。日本在上世界80年代末研製的「深海6500」深潛器,使用Ti-6Al-4VELI鈦合金製造耐壓球殼,並使用純鈦角鋼材料製作骨架,下潛深度可以達到6500米。目前,有些國家已經開始研製、使用耐壓陶瓷材料來製造耐壓殼,其耐壓性能更為優越。

關於深海潛航器耐壓結構的其他知識,我們以後再講吧,總之就是用合適的材料、合理的結構、科學的製造工藝,保障深潛器耐壓殼有足夠的耐壓能力和可靠性,所以在其設計極限深度範圍內,不會被壓扁。當然,與其使用工況也有一定關係,比如急速下潛、急速回收,也可能破壞其耐壓結構穩定性。

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