Wie kommt ein U-Boot an die Oberfläche?

Ein U-Boot ist ein tauchfähiges Schiff, das sich in drei Dimensionen, an  der Oberfläche und unter Wasser, bewegen kann. Zu zivilen und militärischen Zwecken dient es meist als Kriegsschiff oder wird für die  ozeanografische Forschung  und die  Ölförderung  eingesetzt. Das erste wurde von  Cornélius Drebbel, einem niederländischen Physiker, erfunden. Es wurde  1620  im Auftrag von König Jakob I. in der Themse getestet. Das U-Boot besteht aus einer widerstandsfähigen Innenhülle, in der das Personal untergebracht ist. Eine äußere Hülle begünstigt ihre  Hydrodynamik, d. h. ihre Bewegungen im Wasser. Zwischen diesen beiden Schalen sind Ballasttanks, Spülungen und Trimmgeräte an der Tauchwirkung des Schiffes beteiligt. Aber es stellt sich die Frage: Wie schafft es ein U-Boot, an die Oberfläche zu kommen? Im Folgenden wollen wir uns all die Dinge ansehen, die dieses tonnenschwere Gerät im Wasser so leicht machen. Verschiedene Kleidungsstücke und Accessoires (Kette Plaques Militaires, Militärparkas, Sturmfeuerzeug, ... ) sind auf unserer Seite erhältlich. Wählen Sie alle, was Ihnen passen könnte!

Das Auftauchen eines U-Bootes an der Oberfläche

• Das U-Boot gehorcht zwei großen Prinzipien: dem  von Archimedes  und dem  von Pascal . Nach Archimedes  schwimmt und steigt  das Fahrzeug. Nach Pascal  taucht es und bleibt unter Wasser. Sein Gesamtgewicht definiert das Volumen seiner Ballasttanks. Wenn es schwimmt, hat das U-Boot die  Tanks geschlossen. Seine Ballasttanks sind überwiegend  mit Luft gefüllt. Trimmer berechnen den Wasserstand, der nötig ist, um den archimedischen Auftrieb aufzuprägen. Wenn das U-Boot ins Wasser eintaucht, kommt das Pascalsche Prinzip zum Tragen: Die  Entlüftungen bleiben offen, die Ballasttanks füllen sich, das U-Boot taucht ab. Wenn es vollständig unter Wasser ist, sind die  Ballasttanks vollständig  mit Wasser gefüllt. Der innere Rumpf, der aus Stahl besteht und eine zylindrische Form hat, hält diesem Druck stand. Ihr Elastizitätsgrad ist von entscheidender Bedeutung: Sie muss in ihre ursprüngliche Form zurückkehren können. Die Dicke der Außenhaut richtet sich nach der maximalen Eintauchtiefe. Für  10 mm Dicke  erhält man  100 m Eintauchtiefe. Vorne und hinten regulieren Trimmkästen das Längsgleichgewicht. Ein motorisierter Antrieb und Propeller treiben das U-Boot an.
• Damit ein im Wasser versunkenes U-Boot aufsteigen kann, ist eine fast  kontrafaktische Bewegung erforderlich. Regler werden die Wassermenge berechnen, die notwendig ist, um den archimedischen Auftrieb je nach angestrebtem Aufziehlevel zu realisieren (Menge 0, um an die Oberfläche zu kommen). Die zuvor mit Wasser gefüllten Tanks müssen daher entleert werden. Die Besatzung verwendet Pumpen, um das Wasser aus den Ballasttanks zu drücken und an seiner Stelle Luft einzulassen. Zur Erläuterung: Ein U-Boot führt zu diesem Zweck immer   komprimierte Luft in großen Metallballons  an Bord mit. Wenn diese Ballons geöffnet werden, strömt die Luft in die Ballasttanks und verdrängt das Wasser, wodurch das U-Boot  leichter wird und besser aufsteigen kann. Wenn das U-Boot an der Oberfläche fährt , ist der  Wasserstand  in den Ballasttanks  null und der  Luftstand ist der  höhere. Alles in allem hat der Kapitän eines U-Boots immer alle Hände voll zu tun, um sein Schiff und die gesamte Besatzung sicher in den Hafen zu bringen.

Wie ein U-Boot funktioniert

Ein U-Boot funktioniert nach  Archimedischer Auftrieb. Es ist in der Lage, an der Oberfläche zu navigieren, ähnlich wie ein Boot. Wenn es sich teilweise mit Wasser füllt, wird es schwerer als das Wasser, das es verdrängt, und sinkt ins Meer.

Die Vorschaltgeräte

Zwischen dem Rumpf und dem Raum für die Besatzung befinden sich die Ballasttanks,  Behälter, die mit Luft oder Wasser gefüllt werden können. Wenn sie mit Wasser gefüllt sind, sinkt das U-Boot langsam und sinkt in die Tiefe. Wenn die Ballasttanks mit Luft gefüllt sind, bleibt das U-Boot an der Oberfläche.

Der Antrieb

Um vorwärts zu kommen, nutzen U-Boote  einen Propeller, der sich mithilfe eines Elektromotors dreht. Moderne U-Boote können sich mit einer Höchstgeschwindigkeit von über  dreißig Knoten auf Tauchfahrt  vorwärts bewegen, das sind fast sechzig Kilometer pro Stunde! Bei dieser Geschwindigkeit machen sie jedoch viel Lärm.

Unter Wasser navigieren

Um nach rechts, links, oben oder unten zu steuern, verfügen U-Boote über  Steuerruder, wie bei Flugzeugen.  Horizontal  kann man damit nach rechts oder links fahren, indem man  den durch die Geschwindigkeit verursachten Wasserdruck  nutzt.  Vertikal  nutzen die Steuerflächen den Wasserdruck, um das U-Boot nach  oben oder unten  zu neigen. Sie werden bei einem U-Boot als  Seitenruder  und  Tauchruder   bezeichnet.

Sich unter Wasser befinden

Unter Wasser ist ein U-Boot  blind. Es hat keine Fenster (Bullaugen), durch die es nach draußen blicken kann. Ab einer bestimmten Tiefe dringt nämlich kein Licht mehr durch das Wasser, es wird dunkel. Um herauszufinden, wo er sich befindet, setzt die Besatzung zwei Techniken ein:

• Um die Tiefe zu messen, greift er auf den Druck zurück. Ein Messgerät zeigt an, wie tief das U-Boot aufgrund des  Gewichts des Wassers auf dem Schifffährt.
• Um die zurückgelegte Strecke zu messen, berechnet er die Geschwindigkeit des U-Boots und damit seine  Position relativ zum Startpunkt. Der vom U-Boot zurückgelegte Weg wird daher auf Karten markiert.

Die Geräusche unter dem Meer

Unter dem Meer dringen  nur Geräusche durch das Wasser. Radar funktioniert nicht, Funkwellen auch nicht. Man ortet also Hindernisse und andere Schiffe mithilfe  des Schalls, den sie aussenden. Es ist auch möglich, einen Ton zu senden und die Entfernung und Richtung der Hindernisse zu messen, auf die er trifft. Dies ist die  Sonar-Technik. Tatsächlich nutzt das U-Boot die gleiche Technik wie Meerestiere, die in der gleichen Tiefe schwimmen. Geräusche können auch dazu dienen, unter Wasser zu kommunizieren, indem   verschlüsselte Nachrichten  gesendet werden.

Energie

Das Problem bei einem Schiff, das sich unter dem Meer bewegt, ist die Energiequelle, die den Antrieb (die Bewegung der Propeller) antreibt. Am Anfang nutzte man  die Kraft der Arme, um ein U-Boot zu bewegen. Als man   die Elektrizität  entdeckte, verwendete man Motoren. Denn der Elektromotor verwendet im Gegensatz zum Verbrennungsmotor (in Benzinautos vorhanden) keinen Sauerstoff. Dioxin ist jedoch in Wasser sehr selten. Das Problem ist das Aufladen der Batterien, die Strom enthalten. Also wurden U-Boote erfunden, die mit  Dieselmotoren  betrieben wurden. Das Prinzip ist einfach: Das U-Boot fährt die meiste Zeit an der Oberfläche mit eingeschalteten  Motoren  , die  Batterien  aufladen. Im Falle eines Alarms kann das U-Boot dank seiner mit den Elektromotoren gekoppelten Batterien lautlos unter Wasser navigieren. Später wurde das  Atom-U-Boot  erfunden. Dieses verfügt über ein  Mini-Kernkraftwerk, das Strom herstellt, ohne Sauerstoff zu benötigen. Von da an ist es möglich, unter dem Meer zu fahren, ohne aufzutauchen,  für viele Monate.

Die verschiedenen Arten von U-Booten und ihre Verwendung:

Unterseeboote werden im Allgemeinen zum einen nach ihrer Verwendung (Zivil- oder Militärschiff) und zum anderen nach ihrer Art der Energieerzeugung und des Antriebs (Nuklear- oder konventioneller Antrieb) klassifiziert, die ihre Konstruktion weitgehend bestimmen.

Zivile U-Boote

Nichtmilitärische Nutzungen von U-Booten sind nach wie vor sehr selten. Vier zivile Verwendungszwecke lassen sich finden:  Seetransport, ozeanographische Forschung, Rettung  und die  Verwendung als Dienstschiff.

• Bisher wurden nur zwei U-Boot-Frachtschiffe, die  Deutschland  und die  Bremen, von Deutschland während des Ersten Weltkriegs mit einer Kapazität von jeweils  47 Tonnen  entworfen. Auch andere U-Boote wurden zum Transport von Fracht eingesetzt, darunter die  Milchkühe" (Versorgungs-U-Boote) während des Zweiten Weltkriegs oder die von der Sowjetunion eingesetzten U-Boote, um die Belagerung von Sewastopol auf der Krim zu überwinden. Es gab zwar andere Projekte, aber keines davon wurde verwirklicht, weil es nicht wettbewerbsfähig genug mit Überwasserfrachtschiffen war: Der theoretische Vorteil eines Unterwasserfrachters ist, dass er  unter die Eiskappe  fahren kann.
• Die  Ozeanographischen Forschungs-U-Boote  sind die Nachfolger der der Bathyscaphe, die zur Erforschung großer Tiefen eingesetzt wurden. Zu ihren typischen Aufgaben gehören  Beobachtung, Probensammlung und  Messungen, aber sie können auch für andere Missionen gechartert werden, wie z. B. .Wrackeinsätze  (Identifizierung alter Wracks wie bei der Titanic, Inspektion zur Bekämpfung von Verschmutzung oder bei Rechtsstreitigkeiten wie beim Öltanker Prestige) oder  Hilfe für andere U-Boote in Schwierigkeiten
.
• Rettungsunterseeboote sind jedoch weiterhin eine Domäne des Militärs. Seit den 1950er Jahren wurden etwa  60 Forschungs-U-Boote  gebaut, hauptsächlich in den USA für die militärische Suche und Rettung. In Frankreich nutzt die Ifremer die Nautile und die Cyana; die Russische Akademie der Wissenschaften setzt die Mir ein.
• Die Öl- und Gasindustrie setzt nun neben  Drohnen  und  ROVs   auch  kleine bemannte Unterseeboote  als Dienstboote auf den Förderfeldern ein. Ihre Aufgaben umfassen  Beobachtung  und  Erhebung von Messwerten, Rettung vor Ort, .Hilfe bei der Verlegung von Kabeln  und  Rohren, Einsatz von Tauchern  und  Inspektion der Unterwasserinfrastruktur. Zwar gibt es derzeit nur eine kleine Flotte dieser U-Boote, die vor allem in der Nordsee im Einsatz sind, doch neue, stärker spezialisierte Einheiten sind im Bau.

Militärische U-Boote

Militärische U-Boote können eine Vielzahl von Missionen erfüllen, im Gegensatz zu den ersten Tauchbooten, die bis zum Zweiten Weltkrieg nur  dazu eingesetzt wurden, feindliche Schiffe  (und zunächst Handelsschiffe) zu versenken und möglicherweise den Zugang zu einem Hafen oder die Ausfahrt aus einem Hafen zu blockieren. Zu den Aufgaben moderner militärischer U-Boote gehören die   Bekämpfung von Überwasserschiffen, die  Unterwasserbekämpfung, das Minenlegen, die  Infiltration von Spezialkräften, der  Angriff auf Ziele an Land, die  Eskorte von Kampfgruppen  und insbesondere von  Schiffsfluggruppen, die  Nachrichtengewinnung, die  Nukleare Abschreckung  und  Such- und Rettungsoperationen. Militärische U-Boote sind derzeit in folgende Typen unterteilt:

• Angriffs-U-Boote, mit nuklearem Antrieb (SNA auf Französisch, SSN für die NATO) oder klassischem Antrieb (SSK für die NATO - K für Killer). Ihre Aufgabe ist die Zerstörung der feindlichen Über- oder Unterwasserstreitkräfte durch Torpedos oder Anti-Schiffsraketen. Sie können auch mit Marschflugkörpern bestückt werden, um Ziele an Land zu treffen. Sie sind die vielseitigsten Schiffe und erfüllen die meisten der oben genannten Aufgaben.
• Ballistische Raketen-U-Boote  (SNLE auf Französisch, SSBN für die NATO), heute alle mit nuklearem Antrieb. Sie sind die größten aktiven U-Boote und oft auch die leisesten.
• Unterseeboote, die Marschflugkörper abfeuern  (SSGN für die NATO) ; mit Anti-Schiffsraketen und/oder Marschflugkörpern ausgerüstet sind, kann es sich um umgebaute SSBN (wie einige der amerikanischen Ohio-Klasse) oder um U-Boote handeln, die speziell für diesen Zweck entwickelt wurden (russische Oscar-Klasse). Einige Marinen unterscheiden sie nicht von SNAs.
• Rettungs-U-Boote  (DSRV für die NATO) sind dazu gedacht, die Besatzung eines sinkenden U-Boots, das auf dem Meeresgrund liegt, aufzunehmen.

Militärische U-Boote werden im Allgemeinen in Klassen, Serien von U-Booten mit identischen oder sehr ähnlichen Merkmalen unterteilt.

Architektur und Ausrüstung eines U-Boots:

Unter Berücksichtigung der vorangegangenen Überlegungen besitzen U-Boote:

• Eine  Innenschale, dick;
• Eine  dünne Außenhülle, die für Hydrodynamik sorgt (die physikalische Fähigkeit, sich schnell im Wasser zu bewegen), indem sie Ballasttanks, Außenbunker, Sensorantennen, Luken und Zugangsschleusen an Bord integriert. Die ideale Form für moderne U-Boote ist die eines Wassertropfens
• Ballasttanks, die sich zwischen den beiden Rümpfen befinden und deren Befüllung oder Entleerung das Abtauchen (Öffnen der Entlüftungsöffnungen, damit Wasser in den Ballasttank eindringt) und die Rückkehr an die Oberfläche (durch Austreiben von Druckluft zur Entleerung) ermöglicht. Bei modernen U-Booten befinden sich die Ballasttanks  nur im Bug und im Heck;
• Einsteller, die sich in der Mitte des U-Boots befinden,  mehr oder weniger mit Wasser gefüllt  (Wassereinlass durch Druck, Entleerung durch Pumpe oder notfalls durch Luftspülung), um ihr Gewicht an den archimedischen Auftrieb anzupassen;
• Tauchpinne, um das Eintauchen zu variieren, üblicherweise ein Paar am Heck und eines am Bug oder am Mast. Bei einigen U-Booten sind die hinteren Tauchpinnen mit den  Ruderpinnen  gekoppelt und in Form eines Andreaskreuzes angeordnet;
• Ein  Sicherheitsabwurfballast, der es einem durch einen Wassereinbruch beschwerten U-Boot ermöglichen könnte, an die Oberfläche zu gelangen;
• Ein Druckluftvorrat, der durch Luftkompressoren ergänzt wird, um Wasser aus Ballasttanks zu verdrängen und aufzutauchen.

Sie verfügen außerdem über:

• Vorne und hinten  Trimmkästen, mit denen ihr Längsgleichgewicht eingestellt werden kann (Längsverteilung der Gewichte an Bord, indem Wasser vom Bug zum Heck und umgekehrt geleitet wird;
• Ein  Massiv, das Teil des Außenrumpfes ist und alle hissbaren Periskopmasten (Periskope, verschiedene Antennen und Luftrohr) beherbergt und die Überwachung und Navigation an der Oberfläche ermöglicht
• Antrieb durch Elektromotoren, in den meisten Fällen, außer bei einigen Atom-U-Booten, die direkt Dampfturbinen als Antriebsmotoren verwenden (letztere können auch Reserve-Elektromotoren besitzen
• Von  einem Propeller, der in der Regel viele große Blätter besitzt
• Eine Energiequelle : Entweder elektrische  Akkumulatoren, die durch Generatoren aufgeladen werden, die mit Dieselmotoren oder anaeroben Vorrichtungen im Fall von herkömmlichen U-Booten gekoppelt sind;
• Eine Energiequelle: Entweder, bei Atom-U-Booten, ein  Kernreaktor, der Turbogeneratoren (und eventuell auch Antriebsturbinen) mit Dampf versorgt. Alle Atom-U-Boote verfügen außerdem über eine  Sekundärenergiequelle, die aus der Kombination  Dieselmotor, Generator und Akkumulatoren besteht;
• Systeme zur Regeneration der Innenatmosphäre: Bei herkömmlichen U-Booten, deren Atmosphäre bei jedem Schnorchelgang regeneriert wird, handelt es sich um Notsysteme: chemische Sauerstoffkerzen und kohlendioxidabsorbierender Natronkalk;
• Systeme zur Regeneration der Innenatmosphäre: für Sauerstofffabriken durch Meerwasser-Elektrolyse und Kohlendioxid-Absorber an Bord von Atom-U-Booten;
• Eine oder mehrere Evakuierungsschleusen, zur Rettung der Besatzung und möglicherweise zum Absetzen von Tauchern verwendet.

Militärische U-Boote verfügen darüber hinaus über:

• Von  einer Vorrichtung, die den Betrieb von Dieselmotoren bei periskopischem Eintauchen, Luftschlauch (Schnorchel) und Auspuff im Wasser ermöglicht;
• Ein vorwiegend akustisches Wach- und Ortungssystem, das aus passiven und aktiven Sonaren besteht, den einzigen Sensoren, die beim Tauchen eingesetzt werden können. Bei periskopischem Eintauchen kann das U-Boot über aufziehbare Masten aktive (Radar) oder passive (Radardetektoren) elektromagnetische, optronische (Wach- und Angriffsperiskope, denen Video-, Infrarot- und Lichtverstärkungsgeräte zugeordnet sind) Detektionsmittel verwenden;
• Aus einem  Navigationssystem.
• Ein Waffensystem, mit dem beim Tauchen Torpedos, Minen, Anti-Schiffsraketen, Marschflugkörper und bei SSBNs auch ballistische Raketen abgefeuert werden können. Einige U-Boote wurden mit Flugabwehrraketen (hauptsächlich gegen Hubschrauber) ausgerüstet. Darüber hinaus verfügen sie über Sonar- und Anti-Torpedo-Abschusssysteme.
• Dein Kampfsystem (ein Zentralrechner), das die Integration der drei vorhergehenden Systeme gewährleistet und es ermöglicht, die notwendigen Berechnungen zur Bestimmung der Kinematik der Erfassungen durchzuführen, die taktische Situation darzustellen und die Schusselemente zu berechnen;
• Akustische (Unterwassertelefon) und Funkkommunikationsmittel: HF-, U/VHF- und Satellitenkommunikationsempfänger mit Antennen auf Periskopmasten, Ultra-Niederfrequenzempfänger mit geschleppter Drahtantenne oder auf einem Rahmen im Massiv (VLF-Wellen können in der Tat in einigen Metern Tiefe unter Wasser empfangen werden) und, bei einigen U-Booten, geschleppte U/VHF-Antenne.

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