Question

【題目】慶祝中國(guó)人民解放軍海軍成立70周年海上閱兵活動(dòng)在青島附近海域舉行，圖中093改進(jìn)型攻擊核潛艇于2019年4月27日公開(kāi)亮相，進(jìn)行了戰(zhàn)略巡航。該潛艇最大核動(dòng)力功率為2.8×104kW，完全下潛到海面下后的排水量為6.8×103t（取海水密度ρ=1×103kg/m3、g=10N/kg）。問(wèn)：

（1）該潛艇懸浮時(shí)，其上一面積為0.05m2的整流罩距海面深度為200m，此時(shí)整流罩受到海水的壓力為多少？

（2）若最大核動(dòng)力功率轉(zhuǎn)化為水平推力功率的效率為80%，該潛艇在海面下以最大核動(dòng)力功率水平巡航時(shí)，受到的水平推力為1.6×106N，此時(shí)潛艇的巡航速度為多少？

（3）該潛艇浮出海面處于漂浮時(shí)，露出海面的體積為1.5×103m3，此時(shí)潛艇的總重量是多少？

Answer 1

【答案】（1）1×105N；（2）14m/s；（3）5.3×107N。

【解析】

（1）潛艇下潛到200m深處時(shí)，h=200m；

此時(shí)整流罩所受海水的壓強(qiáng)：p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×200m=2×106Pa；

整流罩的面積：S=0.05m2，由p=變形得，整流罩所受壓力為：

F=pS=2×106Pa×0.05m2=1×105N，

（2）最大核動(dòng)力功率：P總=2.8×104kW=2.8×107W；

根據(jù)η=可得有用功率：P有用=ηP總=80%×2.8×107W=2.24×107W；

由P=Fv得潛艇的巡航速度：v===14m/s；

（3）完全下潛到海面下后的排水量為6.8×103t，則V=V排===6.8×103m3，

潛艇浮出海面處于漂浮時(shí)，排開(kāi)水的體積V排′=V-V露=6.8×103m3-1.5×103m3=5.3×103m3，

根據(jù)漂浮條件和F浮=ρ液gV排可得，此時(shí)潛艇的總重量：

G=F浮=ρ水gV排′=1.0×103kg/m3×10N/kg×5.3×103m3=5.3×107N。

答：（1）整流罩受到海水的壓力為1×105N；

（2）潛艇的巡航速度為14m/s；

（3）該潛艇浮出海面處于漂浮時(shí)，潛艇的總重量是5.3×107N。