Реферат на тему батискаф

Обновлено: 02.07.2024

Батискаф (Bathyscaphe) (от греч. βαθύς — глубокий и σκάφος — судно) — самоходный подводный аппарат для океанографических и других исследований на больших глубинах.

Батискафы использовались до 1980-х годов и раньше были единственным средством для достижения рекордных глубин. Затем в глубоководных аппаратах смогли отказаться от громоздкого бензинового поплавка: положительную плавучесть стали создавать за счёт прочного корпуса (теперь достаточно облегчённого) и синтактической пены.

Иногда батискафами называют любые подводные аппараты.

История

Также следует учитывать, что сжатые газы при расширении охлаждаются, а при уменьшении давления от колоссального до нормального охлаждённый газ может вызвать замерзание клапанов, кингстонов и иной арматуры.

Идея построить глубоководный аппарат, способный достичь предельных океанских глубин, пришла швейцарскому учёному Огюсту Пиккару в довоенные годы при работе над первым в мире стратостатом FNRS-1. Огюст Пиккар предложил построить судно, устроенное по принципу аэростата, стратостата или дирижабля. Вместо баллона, заполненного водородом или гелием, подводный аппарат должен иметь поплавок, заполненный каким-нибудь веществом с плотностью, меньшей, чем плотность воды. Вещество при большом давлении не должно изменять свои физические и химические свойства, поплавок должен нести груз и при этом поддерживать положительную плавучесть судна. Погружение аппарата, получившего название батискаф, происходит с помощью тяжёлого груза (балласта), для всплытия на поверхность балласт сбрасывается. Первый батискаф FNRS-2 был построен Огюстом Пиккаром в 1948 году.

Отвечая на вопрос, почему после стратостата он стал конструировать батискаф, Огюст Пиккар отмечал, что

эти аппараты чрезвычайно сходны между собой, хотя их назначение противоположно.

Со свойственным ему чувством юмора он пояснял:

Возможно, судьбе было угодно создать это сходство именно для того, чтобы работать над созданием обоих аппаратов мог один учёный…
—

Конечно, конструирование батискафа — не забава для детей. Необходимо решить бесконечное множество сложнейших задач. Но ведь не бывает непреодолимых трудностей!
— Огюст Пикар

Конструкция

Батискаф состоит из двух основных частей: лёгкого корпуса — поплавка и прочного корпуса — гондолы.

Поплавок (лёгкий корпус) имеет такое же значение, как спасательный круг для тонущего человека или как баллон с водородом или гелием у дирижабля. В отсеках поплавка находится вещество легче воды, сообщающее положительную плавучесть судну. На батискафах середины XX века использовался бензин, имеющий плотность около 700 кг/м3. Один кубический метр бензина способен удерживать на плаву груз весом около 300 кг. Чтобы выровнять гидростатическое давление внутри поплавка с давлением внешней среды — бензин отделён от воды эластичной перегородкой, позволяющей бензину сжиматься. Вероятно, в середине XX века кораблестроители не смогли найти вещество лучше бензина, а в батискафе Deepsea Challenger (2012 г.) применён композитный материал с содержащимися в нём полыми стеклянными сферами.

Весьма перспективно использовать в качестве наполнителя поплавка литий — металл с плотностью почти в два раза меньшей, чем у воды (точнее 534 кг/м3), это значит, что один кубический метр лития может удерживать на плаву почти на 170 кг больше, чем один кубический метр бензина. Однако литий — щелочной металл, активно реагирующий с водой, следует каким-то образом надёжно разделить эти вещества, не допустить их контакта.

Экипаж, системы жизнеобеспечения, приборы управления и научные приборы размещены в гондоле (прочном корпусе). Гондолы всех существующих батискафов представляют собой сферу, так как сфера — геометрическое тело, имеющее наибольший объём при наименьшей площади поверхности. Полая сфера при равной толщине стенок (в сравнении, например, с параллелепипедом или цилиндром равного объёма) будет иметь меньшую массу. Также сфера обладает абсолютной симметрией, для сферического прочного корпуса легче всего сделать инженерные расчёты. Так как на больших глубинах огромное давление воды сжимает гондолу, её наружный и внутренний диаметр несколько уменьшается. Поэтому гондола крепится к поплавку не жёстко, а с возможностью совершать некоторое смещение. Вся аппаратура внутри гондолы не прикреплена к стенкам, а смонтирована на раме, позволяющей стенкам беспрепятственно сближаться.

С целью увеличения обитаемого объёма увеличивать диаметр гондолы нерационально, так как это ведёт к увеличению общей высоты глубоководного аппарата. Перспективным направлением является строительство батискафов с полисферическим (составным из нескольких сфер) прочным корпусом.

Гондолы батискафов середины XX века изготавливались из прочной легированной стали. Перспективно применять более лёгкие материалы для прочных корпусов подводных аппаратов. Пригодность материала для постройки глубоководного аппарата определяется отношением допускаемого механического напряжения к удельному весу (удельная прочность); чем больше эта величина, тем глубже может погружаться аппарат. Поэтому несколько менее прочные, но зато гораздо более лёгкие, чем сталь, материалы, имеют преимущество перед сталью. К таким материалам относятся титановые и алюминиевые сплавы, а также пластмассы. Эти материалы не подвержены коррозии в морской воде.

Механические свойства некоторых конструкционных материалов

Электропитание батискаф получает от аккумуляторов. Изолирующая жидкость окружает аккумуляторные банки и электролит, на неё через мембрану передаётся давление забортной воды. Аккумуляторы не разрушаются на огромной глубине.

Батискаф приводится в движение электрическими двигателями, движители — гребные винты. Электродвигатели защищаются таким же способом, как и аккумуляторные батареи. Если у батискафа отсутствует судовой руль — тогда поворот производился включением только одного двигателя, разворот почти на месте — работой двигателей в разные стороны.

Система аварийного всплытия представляет собой аварийный балласт, подвешенный на раскрывающихся замках. От раскрытия замки удерживаются электромагнитами, для сброса достаточно отключить электрический ток. Аналогичное крепление имеют аккумуляторные батареи и гайдроп — длинный расплетённый свободно свисающий стальной канат или якорная цепь. Гайдроп предназначен для уменьшения скорости спуска (вплоть до полной остановки) непосредственно у морского дна. Если аккумуляторы разряжаются — автоматически происходил сброс балласта, аккумуляторов и гайдропа, батискаф начинает подъём на поверхность.

Погружение и всплытие батискафов

Батискафы

Глубоководные беспоплавковые аппараты

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

Выполнила: Тузова Ю., 7 класс,
МОУ Оковецкая сош
06.03.2011
Батискаф и батисфера.

Что такое батискаф?
Батискаф (bathys — глубокий и skaphos — судно) состоит из стального шара-гондолы, в котором размещается экипаж 2—; 3 человека, аппаратура, средства связи и жизнеобеспечения и поплавка-корпуса, заполненного более легкой, чем вода жидкостью (обычно бензином). Плавучесть аппарата, а стало быть и
глубина погружения, регулируется сбросом балласта или выпуском части бензина.
Перемещается батискаф с помощью гребных винтов, приводимых в движение электродвигателем, который питается от аккумуляторных батарей.

Кто изобрел батискаф?
Первый батискаф был построен в 1948 г. известным французским исследователем глубин, профессором Огюстом Пикаром. Стальная оболочка сферы, служащей гондолой для экипажа, имела толщину около 9 см. В этом защитном панцире были проделаны два конусообразных отверстия (иллюминаторы), заделанных толстыми усеченными конусами из плексигласа. В районе иллюминаторов толщина оболочки достигала 15 см. Поплавок, разделенный на шесть танков, был заполнен легким бензином.
Эта необычная конструкция существенно отличалась от всех предшествующих аппаратов для завоевания глубин моря: она мргла действовать совершенно автономно, без каких бы то ни было тросовых или кабельных соединений с надводным судном. Рекорд глубины, установленный Пикаром во время второго погружения в Средиземном море, составил 3140 м.

Если вы когда-нибудь смотрели знаменитые фильмы команды Кусто про подводный мир, то вы не могли не запомнить удивительные, похожие на космические корабли подводные аппараты - батискафы. Так чем интересен батискаф, что такое можно с помощью него исследовать? С помощью этих судов человек может погрузиться в океанские пучины для научных наблюдений и познания загадочнх глубин Мирового океана.

Этимология названия

Своим названием батискаф обязан Огюсту Пиккару - изобретателю, придумавшему этот аппарат. Слово образовано от пары греческих слов, которые обозначают "судно" и "глубокий". В 2018 году "глубоководное судно" будет отмечать 80-летний юбилей.

Изобретение батискафа

Пиккар изобрел глубоководный аппарат вскоре после окончания Второй мировой войны, в 1948 году. Предшественниками батискафов были батисферы - глубоководные аппараты в форме шара. Первое такое судно было изобретено в Америке в 30-х годах ХХ века и умело погружаться на глубины до 1000 метров.

Отличие батискафа и батисферы заключается в том, что первые умеют самостоятельно двигаться в толще воды. Хотя скорость перемещения невелика и составляет 1-3 узла, но этого достаточно для выполнения возложенных на аппарат научно-технических задач.

До войны швейцарец работал над стратостатом, и ему пришла идея сделать подводное судно схожее по принципам устройства с такими летательными аппаратами, как дирижабль и аэростат. Только у батискафа вместо аэростатного баллона, который заполняется газом, баллон должен быть заполнен каким-либо веществом, имеющим плотность, меньшую, чем плотность воды. Таким образом, принцип работы батискафа напоминает поплавок.

Устройство батискафа

Как же устроен батискаф, что такое гондола и поплавок? Конструкция различных моделей батискафов схожа друг с другом и включает в себя две части:

легкий корпус, или как его еще называют – поплавок;
прочный корпус, или так называемая гондола.

Основное назначение поплавка – удерживать батискаф на необходимой глубине. Для этого в легком корпусе оборудуются несколько отсеков, наполняемых веществом, имеющим меньшую, чем у соленой воды, плотность. Первые батискафы наполнялись бензином, а современные используют уже другие наполнители – различные композитные материалы.

Научное оборудование, различные системы управления и обеспечения, экипаж батискафа размещаются внутри прочного корпуса. Сферические гондолы первоначально изготавливались из стали.

Современные подводные судна имеют прочный корпус, изготовленный из титановых, алюминиевых сплавов или композитных материалов. Они не подвержены коррозии и удовлетворяют требованиям по прочности.

Чем рискованно погружение на батискафе?

Основная проблема всех глубоководных аппаратов и субмарин – огромное давление воды, увеличивающееся с глубиной. Корпус сдавливает все сильннее и сильнее, а локатор батискафа равномерно погружается вниз.

Недостаточно прочный корпус подводного судна может быть деформирован или разрушен, что приведет к затоплению судна и потере дорогостоящего исследовательского оборудования и гибели людей. Недостаточно качественно спроектированные системы жизнеобеспечения, аккумуляторные батареи, большое количество сложной электроники, химических веществ и материалов от сжатия корпуса на больших глубинах повышают вероятность возгорания и возникновения аварийных ситуаций.

Кроме того, ограниченные возможности в обзоре пространства вокруг аппарата несут в себе угрозу столкновения батискафа со скалами или другими препятствиями. Локатор батискафа, равномерно погружающегося вертикально в толщу воды, не всегда может их обнаружить в связи с особенностями распространения акустических волн в водной среде.

Так что погружение этого судна - сложная и ответственная операция, требующая тщательной и заблаговременной подготовки.

Далее поговорим про первый батискаф, что такое это за аппарат, его технические характеристики и интересные факты.

Первые батискафы

Первый батискаф, изобретенный О. Пиккаром, имел название "FNRS-2", прослужил на французском флоте 5 лет и был выведен из строя в 1953 году. В качестве наполнителя в данном аппарате был использован бензин, который имеет в 1,5 раза меньшую, чем у воды, плотность.

Кабина батискафа, как и в воздухоплавании, называемая гондола, имела сферическую форму и толщину стенок в 90 мм. В ней достаточно свободно могли расположиться два человека.

Основной недостаток FNRS-2 заключался в месторасположения люка для входа в батискаф. Он был в подводной части аппарата. Войти и покинуть гондолу батискафа можно было лишь в том случае, если аппарат находился на судне-носителе.

Второй моделью батискафа стал FNRS-3. Этот аппарат стал использоваться для глубоководных исследований с 1953 года и вплоть до 70-х годов двадцатого века. Это судно стало музеем. В настоящее время FNRS-3 находится во Франции, в г. Тулоне.

По инженерным расчётам, аппарат, как и его предшественник, мог погружаться на глубины до 4 километров. Судно имело одинаковую с FNTS-2 конструкцию гондолы, но в остальном модель была значительно доработана.

Технические характеристики

Батискафы разных поколений можно сравнить с помощью их технических характеристик.

Вы здесь: Главная Познавательное Все о транспорте Как устроен батискаф

Как устроен батискаф

К подводным аппаратам относятся батисферы и батискафы. Это небольшие и очень специализированные подводные лодки. Их чаще используют для научных исследований, чем для военных целей.

Эти малюсенькие корабли с очень прочными корпусами, зачастую сделанными из титана, могут погружаться в океане на рекордные глубины. В 1960 году французский глубоководный аппарат "Триест" поставил рекорд погружения, достигнув на глубине 35 802 фута дна Тихого океана в районе Мариинской впадины.

Подводные аппараты могут не просто находиться там, где давление в 1000 раз больше, чем на уровне моря, но и рассматривать и фотографировать подводные территории с помощью фото и видеокамер. А механические "руки" могут брать геологические и биологические пробы и доставлять их на поверхность в сетчатых контейнерах. Эти же "руки" могут помочь отремонтировать оборудование на подводных трубопроводах или неисправные кабели на подводных линиях связи.

Батискаф

Этот аппарат состоит из очень прочного экипажного отсека, соединенного с огромной емкостью, заполненной бензином.Внутри емкости находятся балластные цистерны, которые наполняются морской водой при погружении и опорожняются при всплытии. Значительная часть оборудования батискафа расположена с его наружной стороны: прожектора, теле и кинокамеры, проблесковые огни — все, что помогает увидеть в кромешной темноте океанских глубин.

Батискаф "Элвин", изображенный выше, помог сделать много открытий при подводных исследованиях.

Внутреннее убранство тесного отсека управления на батискафе "Элвин" связано с различными приборами.

Двигатель на принципе масляного насоса

Наполненные бензином цистерны и растягиваемая диафрагма компенсируют эффекты связанные с давлением.

Давление воды растет с глубиной

При увеличении глубины на каждые 3300 футов давление возрастает на 100 атмосфер. (Одна атмосфера равна давлению всего земного воздушного столбе на уровне моря).

Поверхности сферической формы лучше всего противостоят давлению благодаря равномерному его распределению по поверхности. Прямоугольники раздавить легче.

Вы здесь: Главная Познавательное Все о транспорте Как устроен батискаф

Как устроен и как работает автомобиль?

Схема передачи энергии в автомобиле Можно дать такое определение автомобилю: это механическое устройство, которое освобождает скрытую энергию бензина и, управляя освобожденной энергией, использует ее для вращения колес. Бензиновое топливо по очереди…

Как устроен и как работает мотоцикл?

Подобно автомобилю мотоцикл "кушает" бензин, чтобы получить энергию для своего движения. Существенное отличие между ними заключается в том, что мотоцикл имеет всего два колеса. Энергия двигателя у него передается на заднее колесо.

Как работает паровоз?

Изображение паровоза кликабельно Паровоз использует энергию пара высокого давления. Этот перегретый пар толкает ряд поршней, которые с помощью соединительных тяг ( рисунок ниже) заставляют вращаться колеса. Относительная простота конструкции и надежность…

Устройство и принцип работы коробки передач

Коробка передач, или по-другому трансмиссия, передает силу вращения — так называемый вращательный момент — от двигателя автомобиля на колеса. При этом в зависимости от условий движения автомобиля она может передавать вращательный момент полностью либо…

Читайте также: