3分で簡単にわかる潜水艦の仕組み！種類や形状も理系学生ライターがわかりやすく解説
潜水艦の浮き沈みに使われる力は主に浮力と重力の2つ。潜水艦に作用する浮力よりも重力のほうが大きいとき、潜水艦は下向きに運動します。一方、潜水艦に作用する浮力が重力よりも大きくなると、潜水艦は浮上しますよ。そして、潜水艦が鉛直方向に静止するのは、潜水艦に作用する浮力と重力がつりあったときです。厳密には浮力と重力以外に海の水の流れによる粘性応力なども考慮すべきですが、仕組みを理解するだけであれば、ここで説明した理論で問題ありません。
では、浮力と重力の大小はどのようにして制御するのでしょうか？重力の大きさは潜水艦の質量と重力加速度に依存しているので、潜水艦の運用される環境ではほぼ一定になりますよ。したがって、浮力の大きさを調整することで、浮力と重力の大小を調整する必要があります。
潜水艦は二重構造になっており、その空間内は空気ボンベの圧力調整により、海水と空気の割合を自在にコントロールできるようになっているのです。この空間内に空気が多く存在するほど、浮力は大きくなります。
水平方向次に、潜水艦が水平方向に移動する方法を考察してみましょう。潜水艦が水平方向に移動するためには、私たちが泳ぐときにばた足をするように、水を蹴るような力が必要になります。このような力を加えるために、潜水艦にはプロペラの形をしたスクリューがついているのです。スクリューを回転させることで、潜水艦は水に力をあたえて、進むことができるようになりますよ。
効率よく水に力を与え、推進力を得るためには、スクリューの形状などを工夫する必要があります。スクリューの技術は、高い静謐性の確保、高加速度の実現、航行速度の向上などに直結する重要な技術です。とくに、軍事目的で使用される潜水艦にとって、静謐性の確保は重要だとされています。スクリューの音が大きい場合、敵に潜水艦の居場所を知られてしまうからです。
潜水艦の形状
ここでは、潜水艦の形状について考えてみましょう。潜水艦が海の中に存在するとき、水圧による非常に大きな力を受けます。このことから、できる限り潜水艦にかかる力が分散するような構造でなければなりません。万が一、一点に大きな力がかかり、密閉された艦内に海水が流入するようなことがあれば大惨事になりますよね。
理論上、最も力が分散する形は球体です。ですが、機器などを搭載するので、潜水艦を完全な球体にすることは困難ですよね。このような理由から、潜水艦は丸みを帯びた回転楕円体をベースとした形状をしています。また、この形は流線形でもあり、潜水艦が海水から受ける抵抗力を最小限にするという利点も存在していますよ。
潜水艦の種類
ここでは、潜水艦の種類について説明していきます。潜水艦の分類方法は、複数存在しますが、今回は動力の種類に注目して説明を進めていきますね。動力は、スクリューを回転運動させたり、艦内の機器に電気を供給するなどの役割を果たす潜水艦のエネルギー源とも言える存在です。