核潜艇为什么能在水中下潜、上浮，甚至悬停呢？这主要与重力和浮力有关。根据“浮力定律”（即阿基米德定律），任何物体在液体中都会受到浮力的作用，浮力的大小等于物体本身所排开液体的重量。当物体的重量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液体中，这两个力大小相等，但方向正好相反。
潜艇在水中时，这两种力也都会作用在潜艇上。如上所述，潜艇本身的重量叫作重力，潜艇入水部分所排开海水的重量叫作浮力，也叫作排水量（即排开海水的重量）。当潜艇漂浮在海面上时，它所排开水的重量叫水上排水量，即潜艇在海面上受到的浮力，它与潜艇本身的重量相等。
要使潜艇下潜，只要使它的重量大于它的浮力就行了。那么怎样增加潜艇的重量呢？在潜艇上都设有主压载水舱，只要往空的主压载水舱里注水，潜艇就变重了，这时潜艇的重量就会大于它排开水的重量（即大于浮力），潜艇就逐渐下潜。主压载水舱一般分为三组，即艏部主压载水舱、中部主压载水舱和艉部主压载水舱。
当潜艇的主压载水舱全部注满水并完全浸没在海水中时，整个潜艇排开水的重量叫水下排水量，即潜艇在水下受到的浮力，它与潜艇的重量相等。
当潜艇正常上浮时，用高压空气分步骤把主压载水舱里的水挤出去，使之充满了空气，潜艇在水下的重量就减轻了。当潜艇的重量小于它同体积的水的重量时（即小于浮力时），潜艇就会上浮，直至浮出水面。在紧急情况下，也可以从较大的深度下直接排水上浮。潜艇在紧急上浮时，排除艏部压载水舱的水，甚至靠浮力和动力惯性冲出水面，仰角可达到60°以上，甚为壮观。但这种情况只有在表演或拍摄影视片时才会出现。
另外，也可以采用操舵的方法，将航行中的潜艇先调整到距水面30米的安全深度（安全深度是为了防止与水面船只碰撞的限制深度），再继续上浮到10～30 米时是危险深度，最后上浮到10 米左右时的潜望深度（潜望深度是指潜艇能在水下将潜望镜或雷达天线升出水面进行观察的深度），到达潜望深度后就可以排水上浮了。
潜艇下潜和上浮的原理不太容易搞懂，打个比喻就容易理解些。其实和鱼类在水中游动的原理差不多——鱼儿腹中有一种可充满气体的囊状鳔（其作用类似于潜艇上的压载水舱），是鱼在水中沉浮的主要调节器官。当鱼要下沉时，挤出鱼鳔中的气体（潜艇是向压载水舱里注水），使身体的浮力减小；相反，鱼要上浮时，通过摄取水中的气体来充满鱼鳔（潜艇是放出压载水舱里的水），使身体的浮力增大。(www.xing528.com)
有一种生长在热带海水中的鹦鹉螺（因有一个形如鹦鹉坚硬而美丽的外壳而得名）也是利用这个原理沉浮。鹦鹉螺壳的内腔由隔层分为30多个腔室，螺就藏身于最后一个最大的腔室中，其他各层充满气体，称为“气室”。一个个隔间由小到大顺势旋开，它们利用腔室中的水气变化，决定螺体的沉浮，这正是开启潜艇构想的钥匙。美国借用了这种海螺原理，故第一艘蓄电池常规潜艇和第一艘核潜艇都取名“鹦鹉螺”号。
核潜艇的潜浮原理和结构来自鹦鹉螺
从以上原理也很容易理解，为什么有的核潜艇一旦发生舱室进水事故后，就有可能永远浮不上来。这是因为核潜艇在水下时，如果发生意外造成舱室大量进水，即使排出所有压载水舱里的水，潜艇的重量仍然大于浮力，不足以使潜艇浮上来，只有任其下沉到海底。
由此可见，潜艇下潜上浮属于典型的军事仿真学范畴。在核潜艇上仿真的例子还有很多。如，船体是模仿海豚的流线外形，使核潜艇在水下的阻力最小；船舵是模仿鱼类的鳍，核潜艇在前进状态时，垂直舵用来控制潜艇前进的方向，水平舵可以改变潜艇航行中的上下方向；声呐是模仿海豚发射的声波，用来捕捉目标；潜艇破冰上浮时是模仿坚硬的鲸背，加固指挥台围壳顶端，取得了满意的“鲸背效应”，等等。
可见，核潜艇也是在发现大自然、模仿大自然中诞生并发展的。
一艘核潜艇从北极冰冠下破冰而出
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