Несколько иначе обстояло дело с созданием жестких скафандров. Еще в 1715 г., примерно за 50 лет до гидростатической машины Фремине с ее охлаждавшимися водой трубами для "регенерации" воздуха, англичанин Джон Лесбридж изобрел первый бронированный, т. е, жесткий, водолазный костюм. Изобретатель полагал, что такой скафандр защитит водолаза от воздействия давления воды и позволит ему дышать атмосферным воздухом.
Как и следовало ожидать, скафандр не принес славы его создателю. Во-первых, деревянный панцирь (высотой 183 см, диаметром 76 см у головы и 28 см у ног) оставлял незащищенными руки водолаза. Кроме того, для подачи воздуха с поверхности служили мехи, совершенно неспособные создать сколько-нибудь значительное давление. В довершение всего водолаз практически был лишен возможности пошевелиться, вися лицом вниз в этом сооружении, к тому же не отличавшемся водонепроницаемостью.
Вероятно, именно одно из детищ Лесбриджа посчастливилось увидеть некоему Дезагюлье, авторитетному специалисту того времени по водолазным костюмам. В 1728 г. он следующим образом описал результаты испытаний скафандра, свидетелем которых явился: "... Эти бронированные машины совершенно бесполезны. Водолаз, у которого из носа, рта и ушей текла кровь, умер вскоре после окончания испытаний". Надо полагать, что именно так и было.
Если многолетние старания изобрести мягкий водолазный скафандр увенчались в 1837 г. созданием костюма Зибе, то творцам жесткого скафандра потребовалось еще почти сто лет, чтобы сконструировать пригодный для практического применения образец, хотя англичанин Тейлор изобрел первый жесткий скафандр с шарнирными соединениями за год до появления костюма Зибе. К несчастью, шарнирные соединения были защищены от давления воды всего лишь слоем парусины, а руки водолаза опять-таки оставались открытыми. Поскольку под водой он должен был дышать атмосферным воздухом, при погружении на любую сколько-нибудь значительную глубину их неизбежно расплющило бы давлением воды.
В 1856 г. американцу Филипсу посчастливилось предугадать основные особенности тех немногих удачных по конструкции жестких скафандров, которые были созданы уже в XX веке. Скафандр защищал не только тело, но и конечности водолаза; для выполнения различных работ предназначались управляемые водолазом клещи-захваты, проходившие через водонепроницаемые сальники, а шарнирные соединения вполне удовлетворительно решали проблему защиты от давления воды. К сожалению, всего Филипс предусмотреть не мог. Перемещение водолаза под водой обеспечивалось по мысли изобретателя небольшим гребным винтом, который располагался примерно в центре скафандра - напротив пупка водолаза - и приводился в движение вручную. Необходимую плавучесть создавал наполненный воздухом шар размером с баскетбольный мяч, закрепленный в верхней части шлема. Такой поплавок вряд ли поднял бы на поверхность даже обнаженного ныряльщика, не говоря уже о водолазе, облаченном в металлические доспехи, весившие не одну сотню килограммов.
К концу XIX в. появилось великое множество жестких скафандров самых разнообразных конструкций. Однако ни один из них ни на что не годился - их изобретатели обнаружили удивительное невежество в отношении реальных условий пребывания человека под водой, хотя к тому времени в данной области уже были накоплены некоторые данные.
В 1904 г. итальянец Рестуччи выступил с предложением, чрезвычайно сложным с точки зрения его технического осуществления, но научно вполне обоснованным. В разработанном им скафандре предусматривалась одновременная подача воздуха при атмосферном давлении в скафандр и сжатого - в шарнирные соединения. В результате отпадала необходимость в декомпрессии и обеспечивалась водонепроницаемость соединений. К сожалению, эта весьма привлекательная идея так никогда и не была осуществлена на практике.
Спустя несколько лет, в 1912 г., два других итальянца Леон Дюран и Мельчиорре Бамбино разработали, несомненно, наиболее оригинальную из всех ранее изобретенных конструкций жесткого скафандра. Он был снабжен четырьмя шарообразными колесами, изготовленными из дуба, которые позволяли буксировать скафандр по морскому дну. На шасси этого фантастического сооружения, кроме того, устанавливались фары и рулевое колесо. Не хватало только мягких сидений. Но они и не требовались. Как и в скафандре Лесбриджа, водолаз должен был лежать на животе. В этом удобнейшем положении снабженный всем необходимым мученик мог беспрепятственно разъезжать по всем подводным шоссе, которые ему посчастливилось бы найти. К счастью, до постройки дело не дошло.
В конструкциях жестких скафандров
можно выделить два направления. Первое направление - создание аппаратов с бронированным корпусом и шарнирными сочленениями, второе - на пружинной основе, без шарниров. Шарниры герметизировались парусиной, а кисти рук оставались открытыми. Воздух подавался с поверхности, а его излишки выходили через клапан на шлеме.
Через несколько лет, в 1912 г., итальянцы Л. Дюран (L. Durand) и М. Бамбино (М. Bambino) предложили буксируемую конструкцию жесткого скафандра
, снабженную четырьмя сферическими дубовыми колесами. Проект не был реализован.
Основная проблема жестких скафандров
- шарнирные соединения, которые не обеспечивали достаточной подвижности человека под водой в условиях повышенного внешнего давления. Пружинные скафандры также не обеспечивали необходимую подвижность, так как под давлением воды пружины сжимались. Другая проблема- снабжение водолаза воздухом. Шланговая подача воздуха дает возможность достаточно долго находиться под водой, но ограничивает свободу действий водолаза и глубину погружения и этим сводит до минимума достоинства жестких скафандров
. Чтобы устранить этот недостаток, конструкторы отказывались от систем подачи воздуха с поверхности в ущерб времени пребывания под водой. В целом эти проблемы могут быть решены только с помощью систем регенерации воздуха.
Лишь спустя 200 лет после Лесбриджа создается реальная действующая модель жесткого скафандра
. Его авторами были Нейфельдт и Кунке (1920). Аппарат весил 385 кг, имел автономность 6 ч и глубину погружения более 200 м (рис. 1.12). Плавучесть регулировалась как в подводной лодке - с помощью балластных цистерн, которые для погружения заполнялись водой, а для всплытия осушались запасом сжатого воздуха. В этой модели впервые была решена проблема шарнирных сочленений - внутри шарниров находились шариковые подшипники, а герметичность обеспечивалась резиновыми уплотнениями. Работоспособность скафандра
была испытана фирмой «Сорима сэлвидж и Ко» при подъеме американского парохода «Вашингтон» с глубины около 100 м.
Затем были разработаны достаточно удачные скафандры
Р. Галеацци и Дж. Перреса (1930). Жесткий скафандр Дж. Перреса «Тритония», в котором шарнирные поверхности изолировались специальной жидкостью, исключавшей усиление трения поверхностей при возрастающем внешнем давлении, послужил прототипом для серии современных нормобарических скафандров
, названных так в честь первого испытателя «Тритонии» - Дж. Ларрета (Jim Larret). Эти скафандры изготовляются из легких сплавов или пластиков, имеют рабочую глубину погружения до 610 м при массе 410 кг (в воде около 27 кг). В 1970 г. в ходе эксперимента «Ихтиандр-70», проходившего на мысе Тарханкут (Крым, Черное море), акванавт И. Опша пробыл на глубинах 5-10 м 26 ч 15 мин. Для этих целей был сконструирован специальный скафандр (рис. 1.13). Затем это время было увеличено до 37 ч 40 мин С. Хацетом.
Как уже отмечалось, нормальное развитие жестких водолазных скафандров
было невозможно без эффективных систем подачи воздуха. Предложенная Р. Дэйвисом в его наблюдательной камере система регенерации воздуха была затем реализована в аппаратах Левита (1918) и в других жестких скафандрах. Однако идея регенерации воздуха не являлась новой, если вспомнить жесткий скафандр
Фреминета, а также идею российского инженера А. Н. Лодынина (1871). Аппарат Лодынина представлял собой герметичный сосуд, в котором располагалась установка для электролиза воды.
Дышать водолаз должен был кислородно-водородной смесью. В 1873 г. мичман российского флота А. Хотинский предложил
> > подводный скафандр братьев Карманолле
На фото – водолазный скафандр, который придумали в далеком 1882 году братья Альфонс и Теодор Карманолле, в городе Марселе. Точнее придумали раньше, в 1878 году начали изготовление и через 4 года закончили. Общий вес – 380 кг. Патент на изобретение был зарегистрирован 20 декабря 1882, в 2 часа 21 минуту.
Скафандр способен безопасно погрузить человека на 60 м. Это сегодня эта глубина легкодостижима дайверам и даже фридайверам, а в те годы это было приделом совершенства, и пределом для этого костюма.
Основной целью при конструировании была возможность работать в костюме под водой на большой глубине, двигать руками и ногами и эта цель была достигнута. Видеть под водой водолаз мог с помощью 20-ти визиров, которые изрядно расширяли поле зрения. Толстые стекла (14 мм толщиной) должны были сократить риск трещин от давления и были вмонтированы в короткие конические трубы, герметичность обеспечивала смесь из мастики и сурика (так мне сказал гид в музее, сам не специалист).
Шлем состоит из металлической сферы и усилен за счет двух креплений сзади. Затылочная часть доходит до середины шлема и полностью заварена, там же есть трубка для поступления воздуха. Именно на этом месте больше всего вероятность того, что водолаз сам не запутается в шлаге с воздухом.
Шлем к корпусу крепился двумя болтами. Корпус состоит из двух половин, которые тоже крепились болтами в районе груди.
Самым интересным моментом можно назвать решение свободного вращения суставами, возможность свободно сгибать локти и колени. Герметичность скафандра в суставах обеспечивалась за счет прорезиновых полосок свиной кожи (если я правильно понял со слов гида).
В локтях и плечевом суставе было до четырех пластин – сегментов, которые были закреплены в определенной последовательности, что давало возможность перемещать конечности в четырех направлениях.
На поясе и на бедрах существовала система дисков, которая позволяла делать повороты в стороны.
Мне не совсем понятно, возможно ли было в таком костюме наклоняться. Возможно, сгибы в коленях давали возможность становится на одно из них, что позволяло сделать наклон.
С четом давления, веса костюма, ограниченной видимости практикой работы под водой и ограниченными движениями остается только представлять какой физической силой и сноровкой должен был обладать человек, чтобы работать в таком скафандре.
А до изобретения акваланга оставалось 64 года…
Вживую этот экспонат можно видеть в Национальном морском музее Франции в Париже (Musee national de la Marine)
Впервые так называемые элементарные колокола дайвинга описал Аристотель в четвёртом веке до нашей эры. Их использовали пловцы для подводного наблюдения и спасательных миссий.
В 1715 году британский изобретатель Джон Летбридж разработан водолазный костюм, способный погружаться на глубину до 18 метров и оставаться под водой в течение более 30 минут. Летбридж использовал его для нескольких спасательных погружений.
Стандартные костюмы для дайвинга из водонепроницаемой ткани с металлическим шлемом, который соединялся с поверхностью при помощи воздушного шланга, стали широко использоваться в середине девятнадцатого века. Однако, поскольку дайвер подвергался давлению воды со всех сторон, глубина погружения была ограничена, и водолазы медленно спускались/поднимались, делая остановки, чтобы избежать декомпрессионной или кессонной болезни.
В 1914 году Честер МакДаффи (Chester MacDuffee) построил первый водолазный костюм с шариковыми подшипниками, чтобы обеспечить подвижность суставов. Изобретение протестировали в Нью-Йорке на глубине 65 метров.
Фото: Buyenlarge / Getty Images
1926. Металлический водолазный костюм P-7 фирмы «Neufeldt-Kuhnke» тестируют во Франции.
Фото: Photo12 / UIG / Getty Images
Вершиной развития личного гидрокостюма стала технология водолазного скафандра, который поддерживает внутри атмосферное давление «Atmospheric Diving System» (ADS). Он позволил спускаться на глубину более 610 метров без сурового физиологического воздействия компрессии и декомпрессии.
Первый атмосферный водолазный скафандр для человека весил 376 килограммов. Его построили в 1882 году братья Альфонс и Теодор Карманолле из Марселя, Франция. С непостоянным успехом появлялись и другие конструкции. Главной проблемой оставалось создание шарнирных рук, устойчивых к экстремальному давлению.
Британский инженер и ныряльщик Джозеф Салим Пересс в 1932 году создал атмосферный скафандр Tritonia. Его магниевый водолазный костюм с подвижными суставами мог погружаться на глубину 366 метров при давлении в 35 раз выше, чем на поверхности.
Tritonia не поступил в широкое использование, но его преемник, костюм JIM (назван по имени Джима Джарета, помощника Пересса), широко применяли бурильщики нефтяных скважин на морском дне.
Сегодня атмосферные гидрокостюмы используются для длинного перечня глубоководных задач, от спасательных операций до научных исследований подводного мира.
30 ноября 1925. Изобретатель Дж. С. Пересс объясняет, как работает его новый нержавеющий гидрокостюм на выставке судоходства в Лондоне. Он весил почти 250 кг и мог погружаться на глубину 198 м.
Фото: Е. Бэкон / Topical Press Agency / Hulton Archive / Getty Images
28 мая 1930 года. Дж. С. Пересс, изобретатель нового водолазного костюма, готов тестировать своё устройство в баке. Уэйбридж, Великобритания.
Фото: IMAGNO / Getty Images
28 мая 1930 года. Фото: Keystone-France / Gamma-Rapho / Getty Images
15 августа 1931. Американский изобретатель Х. Л. Боудин со своим глубоководным гидрокостюмом с установленными на плечах 1000-ваттными лампами.
Фото: IMAGNO / Getty Images
1934. Фото: Ullstein Bild / Getty Images
23 июня 1933. Группа лос-анджелесских парнишек в водолазных шлемах, сделанных из частей водонагревателей и прочих деталей.
Фото: IMAGNO / Getty Images.
Жесткий скафандр применяется для работы на больших глубинах. Он состоит из стальных корпуса и конечностей, которые должны обеспечить свободу движений рук и ног; для этого все соединения конечностей сделаны на шарнирах, представляющих наиболее слабое место жестких скафандров.
О герметичности мягких скафандров особенно беспокоиться не приходилось: там между наружным давлением воды и давлением воздуха в скафандре никакой разницы (перепада) не было. Совсем иначе в жестком скафандре. Здесь водолаз дышит воздухом, находящимся при атмосферном давлении, поэтому наружное давление воды не.уравновешивается давлением воздуха внутри скафандра. Достаточно появиться неплотности или небольшому отверстию в скафандре, как он будет мгновенно заполнен водой, и человек погибнет.
Количество воды, поступающее в отверстие любого погруженного сосуда, можно определить по формуле
V=μ
F√
2gH
V - количество поступающей воды, м³
/сек;
F - площадь отверстия, м²
;
Н - глубина погружения, м;
μ
=0,6 - коэффициент расхода;
g = 9,81 м/сек²
- ускорение силы тяжести.
Для примера примем F= 1 см²
, а H = 200 м; тогда
У = 0,0001-0,6√
2*9,81*200 =0,0038 м³
/сек = 230 л/мин.
Это значит, что при площади отверстия всего 1 см² скафандр на глубине 200 м (был бы заполнен водой гораздо меньше чем за минуту.
Воде легче всего проникнуть в скафандр в местах уплотнений. В скафандре имеются неподвижные соединения, которые уплотняются либо прокладками из резины, кожи или пластмассы (например, в крышке люка и иллюминаторе), либо сальниками (например, в месте прохода телефонного кабеля). Подвижные соединения - шарниры уплотнять особенно сложно: ведь для того, чтобы две детали могли двигаться (вращаться) одна относительно другой, между ними должен быть зазор, а через этот зазор на глубине может ворваться вода.
Самые лучшие уплотнения для подвижных соединений - самоуплотняющие манжеты, изготовленные из пластичных материалов (резины или пластика). Первоначально манжета плотно прижимается к зазору специальным распорным кольцом. При погружении роль кольца выполняет вода: чем больше глубина и давление, тем плотнее прижимается манжета, обеспечивая тем самым водонепроницаемость соединения. Однако на больших глубинах манжета так сильно зажимает соединения, что водолаз уже не может пошевелить ни руками, ни ногами. Это - главная причина, ограничивающая глубину погружения в жестком скафандре величиной 200-250 м.
Рассмотрим жесткий панцирный водолазный скафандр системы Нейфельдт и Кунке, предназначенный для работы на глубине до 150 м и состоящий из стального корпуса и шарнирных конечностей.
В корпусе имеются люк для водолаза, иллюминаторы и осветительные приборы. Снаружи к корпусу прикреплены четыре кислородных баллона (емкостью каждый по 2 л при давлении -кислорода 150 атм), из которых по специальным трубопроводам кислород подается в скафандр. Количество подаваемого кислорода регулируется самим водолазом вручную посредством клапанов, расположенных внутри скафандра. Там же имеется химический поглотитель углекислоты.
Несмотря на огромный вес скафандра (в воздухе 450 кг), водолаз в нем легко передвигается по дну, так как благодаря потере веса в воде вес скафандра под водой равен всего 60 кг.
Для производства различных маневров на корпусе скафандра сзади и спереди установлены две балластные цистерны, заполняемые при погружении водой. Водолаз может вытеснить воздухом воду из цистерн (продуть цистерны), и тогда вес скафандра уменьшится до 10 кг. Продувая и заполняя цистерны водой, водолаз может самостоятельно погружаться, ложиться на дно и т. д. Хотя скафандр и подвешен к судну на канате, но в случае обрыва каната водолаз может всплыть самостоятельно. При аварийном всплытии для уменьшения веса скафандра отдается также электротелефонный кабель.
Скафандр снабжен приборами: глубиномером, манометром, термометром и телефонным аппаратом. В «руки» скафандра может быть вставлен любой нужный инструмент, в зависимости от рода выполняемой работы.
