Wie funktioniert ein U-Boot?

Wie funktioniert ein U-Boot?

Die Ozeane sind dort am turbulentesten, wo Wind und Wasser aufeinander treffen: auf ihrer Oberfläche. Die Wellen, die über das Meer rasen, sind ein Zeichen von Energie, die ursprünglich von der Sonne übertragen und in Winde aufgepeitscht wurde, die von einer Seite des Planeten zur anderen rasen. Schiffe kämpfen und taumeln über harte Meere, in denen kein Fisch, der sein Salz wert ist, jemals schwimmen würde. Segelschiffe machen sich die Winde und Luftböen zunutze, um eine sehr effektive Form des Antriebs zu schaffen. Schiffe mit Dieselantrieb bleiben aus einem anderen Grund an der Oberfläche: Ihre Motoren benötigen eine ständige Sauerstoffzufuhr um Treibstoff zu verbrennen. Theoretisch sollte es für Schiffe viel einfacher sein, unter den Wellen zu schwimmen, wo das Wasser ruhiger ist und weniger Widerstand leistet; in der Praxis führt dies zu einer anderen Reihe von Problemen.

Wenn ihr jemals Schnorcheln oder Tauchen gegangen seid, werden ihr wissen, dass das Leben unter Wasser ganz anders ist als das Leben an der Oberfläche. Es ist dunkel und schwer zu sehen, es gibt keine Luft zum Atmen, und bei starkem Wasserdruck fühlt sich alles unbehaglich und klaustrophobisch an. U-Boote sind geniale Konstruktionen, die Menschen sicher durch diese sehr raue Umgebung transportieren sollen. Obwohl sie ursprünglich als Militärmaschinen erfunden wurden und die meisten großen U-Boote immer noch für die Marinen der Welt gebaut werden, arbeiten einige kleinere U-Boote auch als wissenschaftliche Forschungsschiffe. Die meisten von ihnen sind Tauchboote (im Allgemeinen kleine, nicht motorisierte Ein- oder Zwei-Personen-U-Boote, die während ihres Betriebs an wissenschaftliche Forschungsschiffe angebunden sind).

Aufbau und Teile

Druckkörper

Der Druck des Wassers, das nach innen drückt, ist das größte Problem für jeden, der tief unter die Meeresoberfläche gehen will. Selbst mit Tauchflaschen können wir nur so weit tauchen, weil der immense Druck das Atmen bald unmöglich macht. In einer Tiefe von 600 m (2000 ft), der maximalen Tiefe, bis zu der man jemals taucht, ist der Wasserdruck über 60 Mal höher als an der Oberfläche!

Wie überleben Subs, wo Menschen nicht überleben können? Der Rumpf eines Standardschiffes ist das Metall außen, das das Wasser fernhält. Die meisten U-Boote haben zwei Rümpfe, einen innerhalb des anderen, damit sie überleben können. Der äußere Rumpf ist wasserdicht, während der innere Rumpf (der so genannte Druckrumpf) viel stärker und widerstandsfähiger gegen den immensen Wasserdruck ist. Die stärksten U-Boote haben Rümpfe aus zähem Stahl oder Titan.

Planes

So wie Haie Flossen am Körper haben, die ihnen beim Schwimmen und Tauchen helfen, so haben U-Boote Flossen, die diving planes oder hydroplanes genannt werden. Sie funktionieren ein wenig wie die Flügel und Steuerflächen (schwenkbare Klappen) eines Flugzeugs und erzeugen eine nach oben gerichtete Kraft, die als Auftrieb bezeichnet wird. Auftrieb ist die Neigung von etwas, in einer bestimmten Tiefe zu sinken, zu steigen oder zu schweben. Während es sich unter Wasser befindet, hat ein U-Boot einen negativen Auftrieb, d.h. es neigt zum Sinken, wenn es sich nicht bewegt. Aber wenn die Propeller des U-Bootes es vorwärts schieben, rauscht das Wasser über die planes und erzeugt eine Auftriebskraft, die als Auftrieb bezeichnet wird und ihm hilft, in einer bestimmten Tiefe zu bleiben, wodurch ein Zustand des neutralen Auftriebs (Schwimmen) entsteht. Die planes können geneigt werden, um die Auftriebskraft zu verändern, so dass das U-Boot je nach Bedarf durch das Meer steigen oder tauchen kann. Die planes übernehmen die meiste Zeit die Kontrolle des U-Bootes über seine Tiefe. Die Höhe des Auftriebs, den sie erzeugen, hängt sowohl vom Neigungswinkel als auch von der Geschwindigkeit des U-Bootes ab (so wie der Auftrieb, den die Flügel erzeugen, von der Geschwindigkeit und dem “Anstellwinkel” des planes abhängt).

Ballasttanks

Zwischen den beiden Rümpfen gibt es Räume, die entweder mit Luft oder Wasser gefüllt werden können. Diese werden als Ballasttanks bezeichnet und geben zusammen mit den diving planes eine untergeordnete Kontrolle über ihren Auftrieb, insbesondere während des ersten Teils eines Tauchgangs oder bei der Rückkehr aus der Tiefe an die Oberfläche. Wenn die Ballasttanks mit Luft gefüllt sind, steigt das U-Boot an die Oberfläche, weil es einen positiven Auftrieb hat. Wenn sich Wasser in den Tanks befindet, hat das U-Boot einen negativen Auftrieb, so dass es tiefer in den Ozean sinkt. Die vorderen Tanks (die so genannten vorderen Trimmtanks) werden in der Regel zuerst mit Wasser oder Luft gefüllt, so dass die Vorderseite (Bug) des U-Boots vor dem Heck (Heck) fällt oder steigt. Die Ballasttanks können auch dazu verwendet werden, einem U-Boot im Notfall sehr schnell an die Oberfläche zu helfen.

Motor

Benzin- und Dieselmotoren von Personen- und Lastkraftwagen sowie Düsentriebwerke von Flugzeugen benötigen eine Sauerstoffzufuhr aus der Luft, damit sie funktionieren. Anders sieht es bei U-Booten aus, die unter Wasser arbeiten, wo es keine Luft gibt. Die meisten U-Boote mit Ausnahme der Atom-U-Boote haben dieselelektrische Motoren. Der Dieselmotor arbeitet normal, wenn sich das U-Boot in der Nähe der Oberfläche befindet, aber er treibt die Propeller des U-Bootes nicht direkt an. Stattdessen treibt er einen Stromgenerator an, der riesige Batterien auflädt. Diese treiben einen Elektromotor an, der wiederum die Propeller antreibt. Sobald der Dieselmotor die Batterien vollständig aufgeladen hat, kann das U-Boot seinen Motor abschalten und unter Wasser gehen, wo es sich vollständig auf die Batterieleistung verlässt.

Frühe militärische U-Boote verwendeten Atemschläuche, Schnorchel genannt, um ihren Motoren Sauerstoff aus der Luft über dem Meer zuzuführen, aber das bedeutete, dass sie sehr nahe an der Oberfläche arbeiten mussten, wo sie anfällig für Angriffe von Flugzeugen waren. Die meisten großen militärischen U-Boote sind heute nuklear angetrieben. Wie Kernkraftwerke verfügen sie über kleine Kernreaktoren, und da sie zum Betrieb keine Luft benötigen, können sie Strom erzeugen, um die Elektromotoren und Propeller anzutreiben, egal ob sie sich an der Oberfläche oder tief unter Wasser befinden.

Tower

U-Boote sind zigarrenförmig, so dass sie problemlos durch das Wasser gleiten können, aber genau in der Mitte steht ein hoher Turm. Bei älteren U-Booten war der Turm mit Navigations- und anderen Geräten vollgestopft und wurde manchmal auch als Kommandoturm bezeichnet (weil er historisch gesehen eine U-Boot-Steuerung enthielt). Er wird auch einfach als der Turm oder das Segel bezeichnet, weil bei einem modernen U-Boot die Steuer- und Navigationsausrüstung mehr Platz einnimmt und sich in der Regel im Rumpf befindet.

Navigationssystem

Licht dringt eher schlecht durch Wasser, so dass es immer dunkler wird, je tiefer man sinkt. Meistens können U-Boot-Piloten nicht einmal sehen, wohin sie tauchen! U-Boote haben Periskope (die Rohre sehen, die durch den Turm nach oben geschoben werden können), aber sie sind nur dann nützlich, wenn sich die U-Boote an der Oberfläche oder direkt darunter befinden. U-Boote navigieren mit einer ganzen Reihe von elektronischen Geräten. Da wäre zunächst einmal die GPS-Satellitennavigation, bei der Weltraumsatelliten verwendet werden, um dem U-Boot seine Position mitzuteilen. Es gibt auch das SONAR, ein dem Radar ähnliches System, das Schallimpulse ins Meer aussendet und auf Echos hört, die vom Meeresboden oder anderen nahegelegenen U-Booten reflektiert werden. Ein weiteres wichtiges Navigationssystem an Bord eines U-Bootes ist die so genannte Trägheitsführung. Dabei wird mit Hilfe von Gyroskopen verfolgt, wie weit und in welche Richtung sich das U-Boot bewegt hat, ohne sich auf Informationen von außen zu beziehen. Die Trägheitsführung ist nur für einen bestimmten Zeitraum (etwa 10 Tage) genau und muss gelegentlich mit Hilfe von GPS-, Radar- oder anderen Daten korrigiert werden.

Lebenserhaltende Systeme

Ein großes militärisches U-Boot hat Dutzende von Menschen an Bord. Wie können sie essen, schlafen und atmen, tief unter dem Meer begraben, in eiskaltem Wasser, monatelang am Stück? Ein U-Boot ist eine vollständig versiegelte Umgebung. Der Nuklearmotor liefert Wärme und erzeugt Strom – und der Strom treibt alle lebenserhaltenden Systeme an, die U-Boot-Fahrer benötigen. Durch Elektrolyse werden Wassermoleküle chemisch von Sauerstoff getrennt (wobei H2O in H2 und O2 umgewandelt wird), und unerwünschtes Kohlendioxid wird aus der Luft entfernt. U-Boote können sogar ihr eigenes Trinkwasser aus Meerwasser herstellen, indem sie Elektrizität verwenden, um das Salz zu entfernen. Der Müll wird in Stahldosen verdichtet, die aus einem Schleusensystem (einem wasserdichten Ausgang im Rumpf) ausgeworfen und auf den Meeresboden gekippt werden.

Mehr WISSEN sammeln? Das Deutsche U-Boot-Museum in Cuxhaven-Altenbruch hat neben besonderen Ausstellungsstücken auch den Status, einmalig auf der Welt zu sein!

April 10, 2020 / von / in

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.