潜水艦が浮上する仕組みや方法について

潜水艦が浮上する仕組みとは

潜水艦が浮上できるのは、浮力・重量・艦の姿勢・推進力を調整できるためです。

潜水艦には「主バラストタンク」と呼ばれるタンクが設けられており、潜航中は基本的に海水で満たされています。

浮上するときは、潜舵や推進力を使って制御しながら深度を浅くし、必要に応じて主バラストタンク内の海水を空気で押し出します。

これによって潜水艦は正の浮力を得て、海面に浮かんだ状態を維持できるようになります。

浮力と重量のバランスで浮上する

水中の物体には、押しのけた水の重量に相当する浮力が働きます。

これは「アルキメデスの原理」と呼ばれるものです。

潜水艦では、浮力と艦の重量の関係によって、上昇・下降・深度維持の状態が変わります。

浮力が重量より大きくなれば潜水艦は浮上しやすくなり、重量のほうが大きくなれば沈みやすくなります。

浮力と重量がほぼ釣り合った状態では、水中で一定の深度を保ちやすくなります。

主バラストタンクで浮力を大きく変える

潜水艦の潜航と浮上で重要な役割を果たしているのが、主バラストタンクです。

潜航するときは主バラストタンクへ海水を入れます。

一方、水上へ完全に浮上するときは、タンク内へ空気を送り込み、内部の海水を海中へ押し出します。

主バラストタンクが空気で満たされると潜水艦は正の浮力を持ち、水面に浮かびやすい状態になります。

潜水艦はバラストタンクだけで浮上するわけではない

潜水艦の浮上というと、「バラストタンクから海水を抜けば、そのまま浮かび上がる」と考えられがちです。

しかし、通常の浮上はそれほど単純ではありません。

潜航中の潜水艦では、推進力や潜舵によって発生する流体力を利用しながら、深度や姿勢を細かく調整しています。

潜舵を使って深度を変える

潜水艦には、水中で上下方向の動きを制御するための「潜舵」があります。

潜舵は航走中に水流を受けることで流体力を生み、潜水艦を上向きまたは下向きに動かす役割を持っています。

原理としては、航空機の翼や昇降舵が空気の流れを利用する仕組みに似ています。

そのため、潜水艦はほぼ中性浮力に近い状態でも、潜舵を利用して深度を浅くしたり深くしたりできます。

推進力も浮上に関係する

潜舵が十分な効果を発揮するためには、潜水艦が航走して水流を受ける必要があります。

そのため通常の浮上では、推進力と潜舵を組み合わせながら、適切な上昇角度と速度を維持して海面へ向かいます。

単純に浮力だけで垂直方向へ上昇しているわけではありません。

潜水艦が通常浮上する方法

通常浮上では、周囲の安全を確認したうえで、艦の姿勢や深度を慎重に調整しながら海面へ向かいます。

潜水艦の種類や時代によって具体的な手順は異なりますが、基本的な考え方は共通しています。

周囲の安全を確認する

海面へ浮上するときには、上方に船舶や障害物が存在していないか確認する必要があります。

潜水艦は水中にいるため、海上の状況を直接確認できる範囲に限界があります。

そのため、ソナーや潜望鏡、各種センサーなどを利用しながら周囲の状況を確認します。

特に海面近くまで上昇するときには、水上船との衝突を防ぐことが重要です。

潜舵と推進力を使って上昇する

安全を確認した後、潜水艦は潜舵と推進力を使って制御しながら深度を浅くしていきます。

この段階では、必ずしも主バラストタンクから大量の海水を排出する必要はありません。

ほぼ中性浮力の状態を維持しながら、航走によって得られる流体力で上昇することができます。

主バラストタンクをブローする

海面へ近づき、水上航行へ移行するときには、主バラストタンクへ空気を送り込みます。

空気がタンク内部へ入ることで海水が押し出され、潜水艦は正の浮力を得ます。

この操作は「ブロー」と呼ばれます。

水面上で安定して浮かぶためには、十分な予備浮力を確保する必要があります。

主バラストタンクから海水を排出する仕組み

主バラストタンクから海水を排出するときには、一般的に空気を利用します。

単純に大型ポンプですべての海水をくみ出しているわけではありません。

圧縮空気で海水を押し出す

主バラストタンクへ圧縮空気を送り込むと、空気によってタンク内部の海水が押し下げられます。

海水はタンク下部の開口部などから海中へ排出されます。

基本的な流れは、

「空気を送り込む
→ タンク内の海水が押し出される
→ 正の浮力が増える
→ 潜水艦が水面に浮きやすくなる」

という仕組みです。

深い場所ほど水圧が高くなる

海中では、深くなるほど周囲の水圧が高くなります。

そのため、深い場所で主バラストタンクから海水を押し出す場合は、周囲の水圧に対抗できる空気圧が必要です。

潜水艦には、このような目的で高圧空気を蓄える設備が設けられています。

ただし、空気系統の構造や圧力、具体的な操作方法は潜水艦の種類や時代によって異なります。

通常浮上と緊急浮上の違い

潜水艦の浮上方法には、通常時に行われる制御された浮上と、緊急時に行われる急速な浮上があります。

両者は目的も方法も異なります。

通常浮上とは

通常浮上では、推進力や潜舵を利用しながら、上昇速度や艦の姿勢を慎重に制御します。

海面へ近づいた後、主バラストタンクをブローして正の浮力を確保し、水上航行へ移行します。

通常浮上では、最初から主バラストタンクを完全にブローし、強い浮力だけで急上昇するわけではありません。

安全性や操艦性を重視しながら、段階的に浮上します。

緊急浮上とは

浸水や機器故障などによって急いで浮力を確保する必要がある場合には、緊急浮上が行われることがあります。

緊急時には、主バラストタンクへ高圧空気を送り込み、海水を急速に排出して大きな正の浮力を得る方法があります。

これによって潜水艦は通常より急速に海面方向へ上昇できます。

ただし、具体的な緊急浮上方式や装置は艦種によって異なります。

潜水艦の姿勢を調整する仕組み

潜水艦が安全に浮上するためには、単純に上方向へ移動するだけでは不十分です。

艦首と艦尾の前後バランスを適切に維持しながら上昇する必要があります。

トリムを調整する

潜水艦では、前後方向の重量バランスを「トリム」と呼びます。

艦首側が重すぎれば艦首が下がり、艦尾側が重すぎれば艦尾が下がります。

そのため、トリムタンクや可変バラストシステムなどを利用して艦内の重量配分を調整します。

具体的な構造は潜水艦によって異なりますが、適切な姿勢を維持することは水中航行で非常に重要です。

潜舵で上昇角度を調整する

潜水艦が航走している状態では、潜舵によって艦の上昇・下降や姿勢を調整できます。

通常浮上では、極端な角度で急激に上昇するのではなく、速度や深度に応じて上昇角度を管理します。

特に海面付近では周囲の船舶との衝突を防ぐ必要があるため、慎重な操艦が求められます。

潜水艦が浮上するまでの基本的な流れ

潜水艦の種類によって実際の浮上手順は異なりますが、一般的な仕組みを簡略化すると次のようになります。

1．周囲の安全を確認する

ソナーや潜望鏡、各種センサーなどを使い、上方や周囲に船舶などの危険がないか確認します。

2．艦の姿勢と浮力を整える

トリムや可変バラストなどを調整し、浮上しやすい状態へ整えます。

3．潜舵と推進力で上昇する

潜水艦を航走させながら潜舵を操作し、制御された状態で深度を浅くしていきます。

4．主バラストタンクをブローする

海面への浮上や水上航行への移行に合わせ、主バラストタンクへ空気を送り込んで海水を排出します。

5．正の浮力を確保する

主バラストタンク内の海水を排出することで十分な正の浮力を確保し、潜水艦を安定して水面に浮かべます。

潜水艦の浮上は複数の仕組みを組み合わせて行う

潜水艦の浮上は、「バラストタンクの水を抜くだけ」で行われているわけではありません。

通常浮上では、潜舵、推進力、浮力、トリムなどを組み合わせて深度と姿勢を制御しながら海面へ向かいます。

そして、水上航行へ移行するときには、主バラストタンクへ空気を送り込んで海水を排出し、十分な正の浮力を確保します。

一方、緊急時には高圧空気を利用して主バラストタンクを急速にブローし、大きな正の浮力を得る方法が使われる場合があります。

このように、潜水艦は浮力だけに頼るのではなく、バラストシステム・潜舵・推進力・姿勢制御を組み合わせることで、安全かつ正確に浮上できるよう設計されています。

以上、潜水艦が浮上する仕組みや方法についてでした。

最後までお読みいただき、ありがとうございました。