مکانیزم حرکت و تغییر جهت زیردریایی در زیر آب

زیردریایی‌ها، به عنوان شناورهای زیرآبی پیشرفته، نیازمند سیستم‌های حرکتی پیچیده‌ای هستند تا بتوانند در محیط آبی حرکت کرده، جهت خود را تغییر داده و در موقعیت‌های مختلف مانور دهند. این سیستم‌ها، ترکیبی از اصول هیدرودینامیک، مکانیک و الکترونیک را به کار می‌گیرند تا عملکردی دقیق و قابل اعتماد را در شرایط مختلف ارائه دهند. مکانیزم حرکت و تغییر جهت در زیردریایی‌ها، یک سیستم پیچیده و یکپارچه است که از اجزای مختلفی تشکیل شده است. پیشرفت‌های مستمر در این زمینه، به بهبود سرعت، راندمان، پنهان‌کاری و قابلیت مانور زیردریایی‌ها کمک می‌کند و نقش مهمی در توانایی آن‌ها برای انجام ماموریت‌های مختلف ایفا می‌کند. این مقاله به بررسی اجزای اصلی و مکانیسم‌های کلیدی مورد استفاده در زیردریایی‌ها برای حرکت و تغییر جهت می‌پردازد.

سیستم پیشران (Propulsion System)

قلب تپنده هر زیردریایی، سیستم پیشران آن است که مسئولیت تامین نیروی لازم برای حرکت در آب را بر عهده دارد. انواع مختلفی از سیستم‌های پیشران در زیردریایی‌ها استفاده می‌شوند که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند:

• پیشران دیزلی-الکتریکی (Diesel-Electric Propulsion): این سیستم، رایج‌ترین نوع پیشران در زیردریایی‌های غیرهسته‌ای است. در این سیستم، موتورهای دیزلی، ژنراتورهایی را به حرکت در می‌آورند که برق تولید می‌کنند. این برق، یا مستقیماً برای به حرکت درآوردن موتورهای الکتریکی (که پروانه‌ها را می‌چرخانند) استفاده می‌شود، یا در باتری‌ها ذخیره می‌شود تا زیردریایی بتواند برای مدت محدودی در زیر آب به صورت بی‌صدا حرکت کند. موتورهای دیزلی برای کار کردن به اکسیژن نیاز دارند، بنابراین زیردریایی‌هایی که از این سیستم استفاده می‌کنند، باید به طور دوره‌ای به سطح آب بیایند یا از اسنورکل (لوله هواکش) استفاده کنند تا موتورهای دیزلی را روشن کنند.

• پیشران هسته‌ای (Nuclear Propulsion): زیردریایی‌های هسته‌ای از یک رآکتور هسته‌ای برای تولید گرما استفاده می‌کنند. این گرما برای تولید بخار به کار می‌رود که توربین‌ها را به حرکت در می‌آورد. توربین‌ها، یا مستقیماً پروانه‌ها را می‌چرخانند، یا ژنراتورها را به حرکت در می‌آورند که برق تولید می‌کنند. مزیت اصلی پیشران هسته‌ای، استقلال کامل از هوا است. زیردریایی‌های هسته‌ای می‌توانند برای مدت‌های بسیار طولانی (گاهی ماه‌ها) در زیر آب باقی بمانند بدون اینکه نیاز به سطح آمدن داشته باشند.

• پیشران مستقل از هوا (Air-Independent Propulsion – AIP): این سیستم‌ها، تلاش می‌کنند تا محدودیت زیردریایی‌های دیزلی-الکتریکی را با فراهم کردن امکان حرکت در زیر آب برای مدت طولانی‌تر بدون نیاز به هوا برطرف کنند. انواع مختلفی از سیستم‌های AIP وجود دارند، از جمله:

  1. سیستم استرلینگ (Stirling Engine): این سیستم، از یک موتور حرارتی استفاده می‌کند که از اکسیژن مایع و سوخت دیزل برای تولید برق استفاده می‌کند.
  2. سلول سوختی (Fuel Cell): این سیستم، از یک واکنش شیمیایی بین هیدروژن و اکسیژن برای تولید برق استفاده می‌کند.
  3. سیستم متانول-اکسیژن (Methanol-Oxygen System): این سیستم، از متانول و اکسیژن برای تولید برق استفاده می‌کند.

پروانه‌ها (Propellers)

پروانه‌ها، وظیفه تبدیل نیروی تولید شده توسط موتورها به نیروی پیشران را بر عهده دارند. طراحی پروانه‌ها تاثیر زیادی بر سرعت، راندمان و میزان صدای تولیدی زیردریایی دارد. زیردریایی‌های مدرن اغلب از پروانه‌هایی با طراحی خاص استفاده می‌کنند که صدای کمتری تولید می‌کنند تا قابلیت پنهان‌کاری آن‌ها افزایش یابد. این پروانه‌ها ممکن است دارای تعداد زیادی تیغه باشند که به شکل خاصی طراحی شده‌اند (مانند پروانه‌های داس‌مانند یا پروانه‌های پوشیده) تا جریان آب را به صورت آرام‌تر و یکنواخت‌تر عبور دهند.

پمپ جت (Pump-Jet Propulsor)

این سیستم، یک جایگزین برای پروانه‌های سنتی است. در پمپ جت، یک پروانه در داخل یک لوله (Duct) قرار دارد و آب را به داخل لوله می‌کشد و با سرعت زیاد از آن خارج می‌کند. این کار باعث ایجاد نیروی پیشران می‌شود. پمپ جت‌ها، معمولاً صدای کمتری نسبت به پروانه‌های سنتی تولید می‌کنند و همچنین می‌توانند راندمان بالاتری در سرعت‌های بالا داشته باشند.

سطوح کنترلی (Control Surfaces)

سطوح کنترلی، برای تغییر جهت و حفظ تعادل زیردریایی در زیر آب استفاده می‌شوند. این سطوح، معمولاً شامل موارد زیر هستند:

• سکان عمودی (Rudder): سکان عمودی ، یک صفحه عمودی است که در انتهای زیردریایی قرار دارد و برای چرخاندن زیردریایی به چپ و راست استفاده می‌شود. با چرخاندن سکان، جریان آب به یک طرف هدایت می‌شود و باعث چرخش زیردریایی در همان جهت می‌شود.

• باله‌ها (Hydroplanes): باله‌ها، صفحاتی هستند که به صورت افقی در اطراف بدنه زیردریایی قرار دارند. باله‌های جلویی (Bow Planes) و باله‌های عقبی (Stern Planes) برای کنترل عمق زیردریایی استفاده می‌شوند. با تغییر زاویه باله‌ها، می‌توان نیروی هیدرودینامیکی وارد بر زیردریایی را تغییر داد و به این ترتیب، زیردریایی را به سمت بالا یا پایین هدایت کرد. باله‌ها همچنین می‌توانند برای حفظ تعادل زیردریایی در هنگام حرکت استفاده شوند.

سیستم کنترل (Control System)

سیستم کنترل، نقش هماهنگ‌کننده بین اجزای مختلف سیستم حرکتی زیردریایی را بر عهده دارد. این سیستم، از حسگرها (Sensors) برای جمع‌آوری اطلاعات در مورد سرعت، عمق، زاویه و جهت زیردریایی استفاده می‌کند و سپس با استفاده از یک کامپیوتر مرکزی، دستورات لازم را به موتورها، پروانه‌ها و سطوح کنترلی ارسال می‌کند. سیستم کنترل، همچنین می‌تواند به صورت خودکار، عمق و جهت زیردریایی را حفظ کند و از انحراف از مسیر جلوگیری کند.