众所周知，我们居住的这个星球都是被海洋所包围，可以说地球其实就是一个海洋的星球。
但是人类对于海洋的了解却是非常的少，据统计只有 5% 左右，在我们的印象中上天比入海更难，实际情况却是恰恰相反，但是人类从来没有停止过对海洋的探索。
海洋给人的感觉就是深不可测和神秘，而能够在海洋中自由穿梭的潜艇同样充满着神秘感，所以很多人就会好奇，潜艇到底是怎么在海洋中上升和下潜的，氧气从从哪里来，最久能潜伏多长时间等问题。
潜艇
潜艇也叫潜水艇，潜水船甚至还有一个别称叫黑鱼，它就是一种能够在水中持续潜行一段时间和距离的舰艇。
潜艇的种类和大小有很多，既有只能容下一个操作人员下潜数小时的民用潜水探测器，又有能容下上百人，持续潜航几个月的战略性打击核潜艇。
潜艇的应用也非常的广泛，在军事，科学考察，搜索救援，海底电缆维修以及水下旅游观光等诸多行业和领域都有运用。
潜艇的发展历史
潜艇的出现可以最早追溯到十六世纪，其被称之为“可以潜水的船”，但当时这种具有很强隐蔽性的舰艇并不被人接受，主要还是觉得不够绅士。
直到一战前潜艇都并未受到人们的重视，对其未来也并不看好。
一战末和二战时期，潜艇在战场上的巨大威力显现出来，潜艇能在海底隐藏，然后出其不意的发动攻击的能力被所有国家所接受，潜水艇也得到了快速发展。
特别是随着技术的发展，具有静音和更长续航能力的核潜艇在军事上的用途更是被无限放大，成为各大国争相发展的军事武器。
潜水艇的特点
潜水艇能够发展得越来越好，这主要还是与它具有的一些特点有着密切的关系。
首先是具有强大的自给能力，能够在长时间潜航在深海中，远离基地，航行到很远的地方。
潜艇具有非常好的隐蔽性，在战时可以悄悄的绕到敌人后方发动突然攻击，具有强大的威慑力。
海面上的狂风大浪，海面下则不会有这样的情况，所以潜水艇相对于其它水面船只要安全一些。
但由于要深入到深海中，所以潜水艇的通讯较困难，并且还不具有在陆地上那样的观察距离。
潜艇的制造对技术，工艺和材料的要求非常的高，并且配套设备多样，所以世界上能够自行研发和制造潜艇的国家并不多。
潜水艇的工作原理
潜水艇能够自如的在水中上升和下沉，那么它是怎么做到的呢？
地球上任何物体都会受到其引力的作用，而在水中还会受到浮力的作用，重力向下浮力向上。
物体都有自己的密度，密度不同的物体在水中就会呈现出不同的状态，
当物体的密度大于水的时候，则就会重力大于浮力，物体就会下沉；
而当物体密度小于水的密度时，浮力就会大于重力，物体则会上浮；
当物体的密度与水的密度相同，那么物体就会悬浮在水中。
而要想让一个密度小于水的物体下沉，就只有增加物体的单位密度，所以说在物体体积不变的情况下，通过改变物体密度，就能改变其在水中的状态。
潜水艇就是利用了这一原理，在其内部设计了多个储水仓，用来调节上升和下潜，而要保持潜艇的平衡，也是通过调节不同储水仓内水的多少来实现平衡的。
而在水中的鱼类也同样是利用这一方法，鱼利用体内的鱼泡，通过往里面充气和放气来实现上浮和下潜的。
潜水艇除了使用储水仓来实现上升和下潜外，还会使用升降舵，通过改变升降舵的角度并配合推进器，就能改变潜艇的深度，所以潜水艇的上浮和下潜通常都是由储水仓与升降舵配合完成。
潜艇要受多大的压力
任何物体只要在水中就要承受四周水的巨大压力，潜艇也是一样的，潜的越深受到的压力就会越大。
潜艇每下潜 10 米，就会随之增加一个大气压的压强，而当潜艇在水下 500 米时，其外壳每平方米就要承受大约 50 个大气压的压强，就相当于每平方米的面积上要承受超过 500 吨的重量。
因此潜艇要想潜得更深，就需要外壳更加坚固，现在很多潜艇外壳都采用坚固的钛合金材料，这让潜水艇的承受压强的能量变得更高。
同时，将潜水艇设计成水滴型结构，能够达到分散外壳受到的压强，从而减小潜艇外壳单位面积上所受到的压强，并且这样的设计还能减小航行时的阻力。
潜艇中氧气从哪里来
潜艇长时间在水中航行，这就需要能够持续给在密闭潜艇内工作的舰员供氧，那么这些氧气是从哪里来的呢。
早期的潜艇需要每隔数小时就上浮出水面，或者是水下数米的深度，使用通气管来向艇内输送氧气，并将废气排出艇外。
后来的潜艇开始使用制氧设备，采用空气再生法制氧，将排出的废气经过处理分离出二氧化碳，再由制氧装置加工产生氧气，潜艇内的空气就能循环使用，这样潜水艇能在水下待 4~7 天。
而更厉害的核潜艇所采用的是电解水法，通过电解就能在水中分离出氧气，能为潜艇连续供氧，从理论上讲核潜艇可以长年累月的在水下航行，但考虑到舰员长期在密闭的环境中所承受的巨大压力，核潜艇连续呆在水中的时间不会超过 3 个月。
文中图片截取自 Youtube《Meet the First Submarine Used in Combat》
文中 gif 截取自 Youtube《The Largest Submarine in The U.S. Navy》
本文来自微信公众号：制造原理 （ID：zhizaoyuanli），作者：老郑