الآن بعد أن تعرفنا على أجزاء الغواصة ولمحة عنها لنتعرف بصورة مبسطة عن المبادئ الفيزيائية التي تعتمدها الغواصة للغطس والطفو.

أولا لنتعرف على مبدأ ارخميدس والذي يسمى قانون الطفو أو الإزاحة. ينص القانون على: "أن أي جسم يغمر بصورة جزئية أو كلية في سائل ما فإنه يطفو بقوة مساوية لوزن السائل المزاح بواسطة الجسم".

وببساطة فإن وزن الجسم المغمور يؤثر باتجاه الأسفل وقوة الطفو الناتجة عن إزاحة السائل من قبل الجسم تؤثر إلى أعلى. إذا كانت قوة الطفو أكبر من وزن الجسم فإن الجسم سوف يطفو.

وبشكل أكثر دقة فإننا نستطيع استعمال خاصية الكثافة لتحديد قابلية طفو الجسم من عدمه.

تعرّف الكثافة رياضيا بأنها كتلة الجسم تقسيم حجمه.

فإذا كانت كثافة الجسم الكلية أعلى من كثافة الماء فإن الجسم سوف يغرق كما تغرق الصخرة الظاهرة في الشكلين (13) و(14).

شكل (13) جسمان متساويان في الوزن مختلفان في الحجم

شكل (14) يظهر غرق الصخرة لان كثافتها الكلية أعلى من كثافة العلبة المعدنية

لنفترض ان لدينا مكعبا طول ضلعه متر واحد. حجم هذا المكعب هو طول الضلع في نفسه ثلاث مرات (1×1×1) ويساوي واحد متر مكعب. لإيجاد وزن الماء المزاح لهذا المكعب فإننا نضرب حجم المكعب في كثافة الماء وهي 1000 كغم\متر³ (كثافة ماء البحر 1025 كغم\متر³) وبذلك يكون وزن المكعب:

وزن المكعب = 1 × 1000 = 1000 كغم

إذن، إذا كان وزن المكعب الفعلي اكبر من 1000 كغم فانه سيغطس مثل الحجر في البحيرة و إذا كان وزنه اقل من 1000 كغم فانه سيطفو.

سؤال: إذا أردنا إن نصنع المكعب المذكور أعلاه من الفولاذ ونريده أن يطفو فكيف نفعل ذلك، علما ان كثافة الفولاذ أكبر من كثافة الماء و تبلغ 7800 كغم\م³ ؟

الجواب: نجعل المكعب مجوفا من الداخل بحيث يصبح وزنه الكلي لا يتجاوز 1000 كغم، وكثافته الكلية أقل من 1000 كغم\م³.

2-3-1 مركز ثقل الماء المزاح

لو أن لدينا كرة كما في الشكل أدناه (شكل 15)، فإن مركز ثقلها سيكون في مركزها بالضبط مهما كان نوع المادة المصنوعة منها ما دامت المادة متجانسة، كذلك فإن شكل الماء المزاح سيكون أيضا على شكل كرة مركز ثقلها في مركز حجمها تماما.

شكل (15) مقطع كرة.

2-3-2 مركز ثقل الغواصة

لو أننا اخترنا الكرة السابقة لتكون غواصة فإن موقع مركز ثقلها سيعتمد على تركيب هذه الكرة وما سنضع فيها من معدات ومواد وطريقة توزيعها داخل حيز الكرة. انظر الشكل 16.

شكل (16) شكل يوضح تأثير توزيع المعدات داخل الغواصة على مركز ثقلها،
شكل (أ) معدات موضوعة أكثر في أعلى اليسار تجعل مركز ثقل الجسم في أعلى اليسار.
شكل (ب) المعدات موضوعة في وسط الجسم ومعظمها في الأسفل تجعل مركز الثقل قريبا من الأسفل.

2-3-3 التوازن

التوازن في الغواصة أو السفينة مهم جدا في تصميم الغواصة إذ أن له أهمية كبيرة في سلامة الغواصة أو السفينة وبقائها مستقرة لتعمل بشكل سليم وصحيح.

بسبب كون الغواصة في حقيقتها تعوم داخل الماء ولا تسير على ارض صلبة فإن مركز ثقل الماء المزاح يمثل محور عزم القصور الذاتي للغواصة، أي محور استقرار الغواصة وتوازنها، وهو يعمل كمحور دوران ولنرمز له (م.ز) فاذا كان مركز ثقل الغواصة الفعلي ولنرمز له (م.غ) مطابقا لـ (م.ز) فإن الغواصة ستكون متوازنة في الماء ومستقرة ولكن لصعوبة تحقيق هذا الأمر عملياً فانه وجد فعليا أن أفضل حالة استقرار للغواصة عندما يكون (م.غ) يمر بالخط العمودي النازل من (م.ز) وأسفل منه، كما في الشكل 17.

شكل (17) مركز ثقل الغواصة أسفل مركز ثقل الماء المزاح

كما شرحنا سابقا فإن مركز ثقل الغواصة كلما كان بعيدا نحو الأسفل عن مركز ثقل الماء المزاح لجسم تلك الغواصة، كانت أكثر استقرارا ومنعةً من الانقلاب. ولأن كون معظم الغواصات تصمم بشكل اسطوانة طويلة مستدقة النهايات فانه يتم توزيع المعدات على طرفي مركز ثقل الإزاحة لتتوازن الغواصة ويكون مركز ثقلها الفعلي قريبا من مركز ثقل الإزاحة كما توضع المعدات الثقيلة قريبة من قعر الغواصة ليكون مركز الثقل إلى الأسفل. شكل 18.

شكل (18) توزيع المعدات الثقيلة على طرفي الغواصة الأمامي والخلفي.

ولصعوبة توزيع المعدات عمليا بصورة دقيقة للحصول على التوازن المطلوب وخاصة بسبب وجود أوزان متغيرة خلال إبحار الغواصة مثل الوقود والأسلحة و الخ. فانه يتم استعمال خزانات للموازنة أمامية وخلفية وعلى الجانبين تملأ بالماء حسب الحاجة للسيطرة على توازن واستقرار الغواصة، حيث تملأ و تفرغ بواسطة مضخات للسيطرة بصورة دقيقة على حجم الماء فيها للحصول على التوازن المطلوب للغواصة.

2-4-1 الطفو الموجب

تسيطر الغواصات على عملية الطفو باستعمال خزانات الغطس. شكل (19).

2-4-2 الطفو السالب

للغوص يجب أن تحصل الغواصة عل حالة الطفو السالب. يتم ذلك بالسماح للماء بالدخول إلى خزانات الغطس حيث تملأ بالماء وبالتالي تبدأ الغواصة بالغطس. خزانات الغطس المملوءة تجعل كثافة الغواصة اكبر من كثافة الماء المحيط بها مما يجعلها تغوص تحت سطح الماء. شكل (20).

شكل (19) تظهر الغواصة عند الطفو.

شكل (20) تظهر الغواصة عند الغطس

لجعل الغواصة ترتفع وتطفو من جديد يتم ضخ هواء بضغط عالي داخل خزانات الغطس مسببا طرد الماء منها، وبالتالي تحصل الغواصة على الطفو الموجب حيث تصبح اقل كثافة من كثافة الماء المحيط بها.

يتم عادة استعمال اسطوانات شبيه باسطوانات الأوكسجين الطبية مملؤوة بهواء مضغوط موضوعة داخل هيكل الغواصة حيث يتم ضخ الهواء إلى الخزانات عن طريق أنابيب وصمامات تفتح و تغلق عند الحاجة.

العربية

الإنجليزية

الفرنسية

الغواصة

Submarine

Sous-marin

البرج، الصارية، الزعنفة

Sail

Fin

الهيكل

Hull

Coque

الهيكل المفرد أو الهيكل الداخلي

Inner hull

Coque Interne

هيكل الضغط

Pressure Hull

Coque de pression

الهيكل الخارجي

Outer Hull

Coque externe

خزانات الغطس أو الثقل

Ballast Tanks

Réservoirs de ballast

برج القيادة

Conninig tower

Centre opérationnel

الدفّةُ

Rudder

Gouvernail

أجنحة الغوص

Diving planes

Ailes de plongée

أجنحة المؤخرة

Stern planes

Ailes arrière

المروحة

Propeller

Hélice

أجنحة البرج

Sail planes

Ailes de Fin

أجنحة المقدمة

Bow planes

Ailes d'avant

الناظور

Periscope

Périscope

لاقط الرادار

Radar

Radar

هوائي اللاسلكي

Radio Antenna

  Antenne radioélectrique

هيكل الدمعة

Teardrop Hull

الإعاقة الهيدروديناميكية

Drag

Traînée

قابلية الطفو

Seakeeping

Tenue en mer

هيكل مفرد واحد

Single Hull

Coque

الهيكل الخفيف

Light Hull

Coque légère

هيكل الضغط

Pressure Hull

Coque de pression

هيكل ثنائي

Double Hull

Double Coque

نظام ربط وفصل

Clutch

Embrayage

الطريقة الساكنة

Static diving

Plongée statique

الطريقة الحركية

Dynamic diving

Plongée dynamique

خزانات عمق

Trimming tanks

خزانات الغطس الرئيسية

Main Ballast Tank (MBT)

Ballast Principal

خزانات العمق الرئيسية

Main Trimming Tank (MTT)

الأجنحة الهيدروديناميكية

Hydrodynamic planes

Ailes hydrodynamiques

فعال

Active

Actif