“掉深”自救 惊心动魄

侯明东

惊心动魄的险情

2014年的某一天，南海舰队某潜艇支队“372潜艇”在一次远航中突发险情，经历了惊心动魄、生死考验的三分钟.

当时该潜艇正在执行远航巡逻任务.在数百米深的大洋潜航，指挥舱忽然发现潜艇深度计指针突然向下大幅度跳动，潜艇所受浮力骤然下降，艇体急速下沉.这一现象通常称之为“掉深”，这是潜艇水下最危险的状况之一，“掉深”的速度是非常快的，几分钟内潜艇就下降了数十米，像从一个“断崖”跌入深渊.在“掉深”的过程巾，突然又出现了一个更大的险情.由于海水压力陡然增大，潜艇主电机舱一根管道突然破裂，大量海水瞬间喷入主电机舱.主电机舱是潜艇的心脏部位，一旦被淹受损，就会造成动力瘫痪.甚至可能凶电气短路引发火灾，更可怕的是，如果进水得不到有效控制，将加速潜艇的下坠.

在危急时刻，全艇官兵镇定自若、临危不惧，果敢地采取了正确的应急处理，第一时间把主电机断电，并封舱、堵漏.在弥漫着水雾，能见度极低的环境中，3min内关闭了大小近百个阀门和开关.操纵了几十种仪器，并果断地向所有水柜供气，打开供气阀门把高压气注入水舱，减小潜艇的自重.这些关键的动作最终将险情成功化解，潜艇在“掉深”70.6m后停止“掉深”，并开始上浮，最后潜艇安全浮至水面.“372潜艇”创下了同类潜艇大深度成功自救的奇迹，受到了中央军委的高度嘉奖.

同学们在为潜艇官兵的勇敢精神喝彩的同时.可能要问潜艇“掉深”究竟是怎么回事？能不能用我们学到的物理知识解释“掉深”发生的原因和过程7

潜艇的沉和浮

在解释潜艇“掉深”之前，我们先来谈谈潜艇为什么能在水中下潜、上浮，甚至悬停，这其中的奥秘就在于潜艇所受重力和浮力的大小.

浸在水中的物体会受到重力和浮力的作用，当物体所受的重力大于浮力时它就会下沉，小于浮力时就会上浮，等于浮力时就会悬停在水中的任何位置，

潜艇在水中同时要受到重力和浮力这两种力的作用（如图1）.重力等于潜艇自重，浮力等于潜艇入水部分所排开海水的重.要使潜艇下潜，必须使它所受的重力大于浮力.那么，怎样增加潜艇的.自重呢？很简单！在潜艇上都设有压载水舱.只要往空的压载水舱里注水，潜艇就变重了，当潜艇的自重大于它排开的水的重，也就是大于浮力时，潜艇就开始下潜了.

相反地，如果用高压空气把压载水舱里的水挤出去一些，潜艇的自重就会减小，当潜艇的白重小于它排开的水的重，也就是小于浮力时，潜艇就会上浮.直至浮出水面.

根据上面的道理，可以通过控制压载水舱里水量的多少，使潜艇的自重正好等于受到的浮力，潜艇就会悬浮在某一深度.当然这是理想的情况，实际上并非如此.潜艇在潜航中往往处于一种不稳定的平衡状态.还有许多因素影响着潜艇的状态，

首先海洋中水不是静止的.无论水面和水下的水都在流动，海洋中除了潮汐运动外，海水还有沿一定途径的大规模流动.海面的风力加上地球自转的作用.造成了海水既有水平流动.又有垂直流动，而且由于海岸和海底地形的阻挡和摩擦作用，海水的流动会异常强化，在凶猛的激流中，潜艇也会像树叶一样随之漂泊.

另外，在海洋中，海水的温度、海水的密度在不同区域并不相同，这些水文要素有时会在垂直方向上出现突变或不连续剧变，称为海水跃变层，也就是上层和下层的海水显现的性质不同.跃变层的厚薄和距海面的深浅，随海区的地理和气象条件而变化.这里我们主要说说密度跃变层.如果海水跃变层是上层密度大、下层密度小的状态，海水中物体所受浮力会随深度的增大而急剧减小，就会形成海中“断崖”.潜艇在水下航行中，如突遭海中“断崖”，所受浮力会立即减小，急剧沉向海底，于是。掉深”现象就发生了.

“掉深”有什么危险

“掉深”是潜艇失事最重要的因素之一.主要危险是海洋深处巨大的海水压力.一方面.由于巨大的海水压力无法用高压空气把压载水舱里的水排出潜艇.也就无法使潜艇获得足够的浮力而上浮；另一方面，巨大的海水压力将损坏潜艇的壳体，导致艇毁人亡，

海水的压力究竟有多大？为简略起见，假定海水的密度为1g/cm3，那么在水下5km深处，每平方米的面积上要承受Sxl07N的压力，相当于每平方米面积上放了质量为5000t的物体，潜艇壳体是用特殊材料制成的，通常可以承受的水的压强能达到4MPa，大约相当于400m水深的压强，对于某些钛合金外壳的核潜艇虽然可以承受10MPa的压强，这也仅仅相当于1000m水深的压强，世界海洋的平均深度是3000m，所以海洋深处的压力危险是不可低估的.大多数常规潜艇的有效潜深为300m.如果潜艇不受控制地掉到安全潜深以下，那是很危险的事.

以上关于潜艇“掉深”的解释，用到了浮力的知识.为举一反三，请同学们思考：飞艇会不会发生“掉深”的险情呢？endprint