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海底万米深可以将坦克压扁,为什么潜水器不会

2019-09-26 11:02

问:海底万米深可以将坦克压扁,为什么潜水器不会被压扁?

谢邀,首先要说的是压扁坦克只是一个比喻,当不了真的。如果能压扁那么海底的沉船岂不是都成铁饼了吗?

为什么坦克压不扁

有一件事需要了解一下:水深每增加10米基本上相当于增加了一个大气压。这样计算一下海底万米深度实际上可以达到将近1000倍的大气压力。

标准的大气压为101.325KPa,也就是说在海底10000米的深度海水压力可以达到100MPa以上。

从数值上来看的确是可以把坦克压扁,毕竟目前的锻造钢铁的大型水压机也就只是35MPa左右的压力。深海压力实际已经达到了超大型水压机的能力范畴了。

但要知道有一点就是坦克是一个非密封机构,在进入海中的一瞬间水就充斥到坦克内部形成了压力平衡。这样坦克的大部分结构是毫无压力的,压不扁。

其次为什么密封的深潜器也压不扁?

我们先来看一个潜艇的结构。

无论是双层壳体的潜艇还是单层壳体的潜艇这里面的“层”的概念并不是指薄薄的一层钢板。

而是一种复合结构,是带有龙骨的。

当外界的压力均匀的施加到潜艇外壳上的时候,潜艇外壳会产生形变。但形变的应力模量会均匀的传递到平行于壳体的龙骨山,这时,垂直于潜艇壳体的压力就会在环形的龙骨上相互抵消掉。简单的说——竖向的力转化为了横力。

这种结构即便是一个外壳厚度只有0.38毫米的鸡蛋也是可以扛住1000米深海水的压力的。

说回深潜器,深潜器的结构也有点类似于蛋壳,通过拱形结构将压力分散到整体结构上因此在水下也是可以保证不被压扁的。


最后说一个典型的问题

为什么深潜器还不能潜到无限深度?

这好像是一个悖论的问题,目前人类的小型深潜器的确可以潜到海底1万米左右的深度,但潜艇目前最大潜深却只有600米。而且就目前而言,即便我们的深潜器做的如何结实也很难继续再往更深的海底(当然海底最深也就是11000米)继续下潜。


原因其实很简单——加工精度。刚刚我们提到了潜水器是依靠结构进行压力分解的,但在巨大的压力下一点点的装配误差就会导致压力分布不均匀。这样这些不均匀的受力点就是首先崩溃的故障点。


就象鸡蛋一样,破了一个小点,那么整体也就失去了抗压作用。

深海潜航器为了特定的下潜深度,从设计理论、选材到施工都经历的过专门的研究,特别设计了耐压结构,当然不会被压扁。海底万米深度的压力也不可能把坦克完全压扁,因为在下沉过程中,坦克的密闭空间很快就会被压溃,导致密封丧失,此时海水就会涌入坦克内部,从而使其舱内外的海水压力达到平衡。

▲双壳体潜艇结构示意

这一点可以参考普通军用双壳体潜艇的轻质外壳来理解,比如说俄罗斯建造的绝大多数核潜艇和常规潜艇,都是双壳体,但是只有内层壳体是耐压壳(红圈),外层壳体(黄圈)是一种壁厚较薄非耐压结构。那么在正常使用过程中(虽然最大潜深一般只有几百米),双壳体潜艇的外壳并没有被海水压变形吧?这是因为这种潜艇的轻质外壳除了极个别地方以外,都是通海的,下潜时与海水想通,所以也就不承载海水压力。而其耐压壳体内因为要安装各种设备、承载人员活动,所以必须是一个密闭常压空间,那么当下潜到海面以下时(每下潜10米,壳体外大约增加一个大气压),耐压壳内外就会形成压力差,下潜得越深承受的压力就越大,因此“想要海中被压扁,首先你得是一个密封空心结构才行”。至于坦克在设计的时候,不会去考虑深潜密封性,所以很快就会因密封破坏、涌入海水而达到内外压力平衡,此时坦克的结构会受到一定程度的破坏,但是达不到被压扁的程度,你就把他当成一个“四处漏水”的非耐压壳体就完事了。

▲“蛟龙”号载人深海潜航器

其实现代的深海潜航器整体上也分为耐压结构和非耐压结构,耐压结构提供密闭常压舱体,主要是为乘员和仪器设备提供常压环境的载人舱;非耐压结构由外部框架和轻壳体组成,主要是为耐压舱、仪器设备、稳定翼、回收吊放装置、浮力块等提供安装、固定基础,并且用轻外壳构成潜航器的水动力线性。所以,一般情况下你可以把深海潜航器的耐压和非耐压结构与双壳体潜艇相比较。

▲“蛟龙”号深潜器的结构示意图

此外,世界上并没有那么多深度超过万米的地方,下潜深度达到6500米的深潜器,基本上就可以覆盖全球99%海域作业环境。目前,绝大多数工作深度超过800米的载人深潜器耐压壳体都采用球形,并且多采用钛合金材料,具备很高的强度和耐腐蚀能力。

▲球形耐压壳体

深海的潜水器耐压壳,经过理论设计、数学模型建立、选材、试验、制造工艺保障等内内外外复杂流程,确保了其从理论到实践能够满足在特定深度海水中正常工作的极限强度和可靠性。其中涉及的各种学科并不比载人航天少多少,单单是材料一方面就经过了几十年的进步。要知道,光是我国的“蛟龙”号载人深潜器,就经历了10年申请立项、10年研制试验的漫长历程,为了确保在深海中安全作业,其科研历程不可谓不艰辛。

▲耐压壳体的评价指标体系

1964年,美国建成的Alvin潜水器,使用HY-100钢建造耐压壳体(也就是一般军用潜艇使用的钢材),虽然采用了各种加强结构并且壳体体积比一般潜艇小的多,但是最大下潜深度也不超过2000米。1972年,美国使用50毫米厚的Ti6Al2Nb1Ta-0.8Mo钛合金制成了与原来HY-100球壳一致的新耐压壳体,替换安装到Alvin潜水器上,使其下潜深度超过了3600米。日本在上世界80年代末研制的“深海6500”深潜器,使用Ti-6Al-4VELI钛合金制造耐压球壳,并使用纯钛角钢材料制作骨架,下潜深度可以达到6500米。目前,有些国家已经开始研制、使用耐压陶瓷材料来制造耐压壳,其耐压性能更为优越。

▲日本深海6500深潜器结构

关于深海潜航器耐压结构的其他知识,我们以后再讲吧,总之就是用合适的材料、合理的结构、科学的制造工艺,保障深潜器耐压壳有足够的耐压能力和可靠性,所以在其设计极限深度范围内,不会被压扁。当然,与其使用工况也有一定关系,比如急速下潜、急速回收,也可能破坏其耐压结构稳定性。

海底万米绝对不会将坦克压扁,这一点,你多虑了,因为坦克从来就不是一个完全气密结构,内外有联通孔道,海水灌进去,内外压力平衡,在地面什么样子,沉到了11000米深的海沟,还是什么样子,绝对保持威武雄壮,气死你!

(这是二战坦克,在海底几十年了,压扁了么?)

在沉入海底的过程中,坦克内外的油路、液压管道、电气管道由于有相对封闭空间,会被压裂,发生漏油,其余无碍,不过拽上来也无法开动了。当然,你非得较真,炮弹可是密封的,可以被压扁,万一正好压到引信,导致爆炸,不在此例,谢谢。

你看看,蛟龙号下潜到7000米,带下去的塑料篮子都是好好的,为啥子会这样?不是应该被压碎么?可惜,篮子是开放空间构造,固体很难压缩了,坦克壳体也是如此,要不然,海底就不会出现石头,巨大的水压会压碎一切,都成了海底泥了,捞上来,直接抹脸上,护肤极品!别做梦了。

蛟龙号能够潜到海底,排水量是72立方米,内部空间是10立方米左右,这中间的差异就是钛合金材料的体积,超过22吨的钛合金啊,以及其他动力设施,这都是高强度的结构支撑着,否则早压扁了。

向蛟龙号勇士致敬!


首先是承压结构,其次是材料强度

球形是是最合理的外压承受结构。均匀厚壁厚的空心球的壳体在外压作用下不存在局部应力集中,只要其最大压应力不超过材料的最大允许强度时,不会被压扁。

而坦克(外壳全密封起来)在承受外压时是非均匀的极,存在应力集中,在压力不高时这些地方的压应力就会超过坦克钢材的最允许应力,自然就压扁了。

小编的题目中错误的把受外压结构形式和材料强度混淆了,并不是强度最大的材料就能承受很大的外压力,而是承压结构形式和材料强度共同的结果。

初中、高中的物理课和化工压力容器课程中都有的知识哈。

潜水艇说明白了就是潜入水下的船只,在设计的时候,都有它的设计压力,好像盖楼能达到几级抗震,只要不超过它的设计时的压力,就不会被水压给压瘪,当然你问的是能否压扁,只要超过了他的设计极限,当然可以压扁。

潜水艇入水是隔绝艇内外环境,艇壳阻止水进入,壳体要承受水压。坦克扔到海底也压不扁。因为坦克进水了,内外压力差平衡了。这个问题好比人的皮肤表面积是两平方米,大气压是100000帕,人体表面要承受20万牛顿的压力,好像20吨的重物压在人身上,人为什么没有被压死。

是哪个缺德的人告诉你坦克进海底就变画片了?等等,你是一个学文科的吧,要不这个初中物理常识不应该不知道啊!学渣?弱智?谢谢

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关键词: 潜水器 压扁 海底