潜水艦
ソ連のアルファ型原潜など、チタン合金を採用したものもある。チタン合金は、高張力鋼より磁性が低く、磁気探知機による被捕捉率が低く、同じ重量の高張力鋼より強度も高いなどの利点がある。しかし、加工が困難なこと、音波の反射性が高いこと、高張力鋼より材料費が高いことなどから一般化していない。
潜水艦は浮上時は、船体排水量が浮力より小さいので、水上に浮いている。潜りたい時は、艦内の海水槽に海水を注入し、船体排水量を浮力より大きくすることで沈降する。海水槽にはメインバラストタンク(メインタンク、バラストタンクなどという。)、ネガティブタンク、トリムタンクがある。メインタンクは海水または空気を注入する船体浮力調整用タンクである。ネガティブタンクはメインタンクの補助用の浮力微調整用小型タンクで、通常メインタンクとは逆の注排水を行う。トリムタンクはトリム(艦の前後の傾き)調整用であり、船体前後に2箇所設置されており、船体前後の浮力比を操作する。
潜水艦は潜航する場合、まずベント弁(メインタンク内部空気排出弁)を開く。すると、フラッドホール(メインタンク下部の海水注入用の穴)から海水が入り、船体浮力が低下して艦が沈下を開始する。その後、トリムタンクや舵を操作して艦首を下げ、目標深度へ到達する。目標深度到達後は、トリムを調節して水平状態を保てるようにする。浮上時には、艦内の圧縮空気タンクからメインタンクへの空気を注入すると、タンク内から海水が排出されて船体浮力が増し、艦は浮き始める。この操作は(メインタンク・)ブローと呼ばれる(艦長の下命も同様に発声する)。
なお潜水艦の最大潜航深度は重要な軍事機密であり、観艦式などでは、外部の人間に深度計を見られないように、貼り紙などで隠してしまうほどである。したがって、公表潜航深度は参考程度の価値しかないが、それらによると、攻撃型潜水艦の潜航深度は300 - 600m程度、戦略ミサイル原潜が100 - 500m程度である。武装した潜水艦の潜航深度記録は、1985年にチタン合金船殻のソ連原潜「K-278」が記録した1,027mで、K-278はこの深度で魚雷発射が可能であったと言われている。当時この深度の潜水艦を探知・攻撃する能力はどの国にも無かった。なお、軍事以外の潜水艇の深度世界記録は、1960年に深海調査艇「トリエステ」が出した深度10,916mである。
潜水艦は水上艦と違い、トリムバランス以外にも水中での三次元立体運動を行う必要があるため、縦舵の他に横舵と潜舵を装備している。
潜舵は反応性が良好な艦首部に装着されていた(バウ・プレーン方式)。しかし、艦首部にソナーなどの音響装置が装着されるようになると、艦首部ソナーへの雑音低減のために潜舵は艦橋側面に装着されるようになった(セイル・プレーン方式)。ソ連・ロシア海軍の潜水艦は北極海において浮上する際に海氷を艦橋上部で破砕するため、艦橋に潜舵があると損壊する危険があるためバウ・プレーン方式を維持している。
また、艦尾の操舵部分は十字型が多かったが、近年は「事故による損傷からのフェイルセーフ」と「水中での操舵性向上」のためX型の操舵翼が増えてきている。
潜水艦の推進装置には、スクリュー・プロペラが使用される。潜水艦では特に、キャビテーションが大きな問題となる。キャビテーションはプロペラの腐食、振動、推進効率低下などを引き起こすが、潜水艦では特に騒音の発生が問題となる。
キャビテーション低減のため、ハイスキュード・プロペラと呼ばれる三日月型櫂を持つプロペラが開発された。このプロペラの加工には高度な製造技術が必要であり、形状から性能も推し量れるため、各国とも最新鋭潜水艦の進水式ではプロペラ部を隠して進水させている。海上自衛隊呉史料館の「あきしお」のように旧式艦となって退役後に展示される場合もダミーのプロペラに交換されている。また、プロペラ加工装置を巡って、東芝COCOM違反事件のような日米外交問題もかつては発生した。
キャビテーションを抑制するため、シュラウドリング(円環)を装備したポンプジェット推進方式(ダクト付きプロペラ方式)もある。これは一般プロペラと比べて推進効率が低く(45%程度。一般プロペラの推進効率は65%程)、出力に余裕がある原子力潜水艦での採用がほとんどであり。なお、ソ連・ロシアの潜水艦にはポンプジェット推進でなくても北極海の海氷からプロペラを保護する目的でシュラウドリングを装備したものもある。
2021年8月。
潜水艦の最も一般的な動力はディーゼルエンジンであり、通常動力型潜水艦の大半はディーゼル潜水艦である。潜航時は吸気が不可能なので、電動機を使用する。潜水艦は、登場以来長らくディーゼル機関と電動機を併用していた。
ディーゼル潜水艦の動力方式には直結方式とディーゼル・エレクトリック方式がある。直結方式はディーゼル機関、電動機(発電機兼用)、プロペラを直結したもので、水上航行時にはディーゼル機関を、水中航行時は電動機で航行する。ディーゼル・エレクトリック方式は、水上航行時はディーゼル機関で発電機を回してその電力で電動機を動かし、水中航行時は蓄電池の電力で電動機を動かす。前者は水上航行時に高速が出せるが充電効率が低かった。そのため、潜水艦の水中航行が主流となった第二次世界大戦以後は、充電効率に優れる後者が主流となった。
ディーゼルエンジンの代わりに石炭ボイラーと蒸気タービンを搭載した蒸気潜水艦も、かつては造られた。英海軍のK級潜水艦や「ソードフィッシュ」などである。蒸気機関はディーゼル機関よりも高速が出せたが、煙突の収納や機関の始動に時間が掛かり過ぎるので潜水艦には向かず、いずれも失敗に終わった。
かつてのディーゼル潜水艦は水中行動力に劣り、潜航時はほとんど動けなかった。やがて、シュノーケルや高性能な蓄電池や電動機の開発により、ある程度は改善されたが、それでも定期的な吸気と充電を必要とするディーゼル潜水艦は、原子力推進潜水艦に比べれば遙かに劣る存在であった。このため、外気を必要とせず、常時潜航状態で駆動可能な推進機関、即ちAIP(非大気依存推進)機関が必要とされてきた。
第二次世界大戦期のドイツでは、ヴァルター・タービンを搭載したヴァルター潜水艦、XVIIB型UボートやXXVI型Uボートが試作された。また、ソ連では閉サイクルディーゼル機関を搭載したケベック型潜水艦が建造されたが、いずれも安全性に難があり、実用化には至らなかった。
しかし21世紀になってようやく、非大気依存型機関を搭載した潜水艦が実用化されるに至った。これらは燃料電池やスターリングエンジンを補助機関に使用することで、水中行動力の向上を図っている。
第二次世界大戦後に急速に発達した原子力技術を駆使して誕生したのが原子力潜水艦である。吸気も燃料補給もなしに極めて長期にわたり駆動する、潜水艦には理想のボイラーたる原子炉の登場により、潜水艦の水中速力は大きく上がり、可潜時間は数ヶ月にまで増えた。
原子力潜水艦は有り余る出力を生かして海水を電気分解し、艦内へ常時新鮮な酸素を提供する。このため、原子力潜水艦は「世界一空気が綺麗」と言われるほど艦内は快適である。しかし、超微量の放射線漏れは絶えずあり(特に艦外)、米軍の乗員は放射線被曝線量測定バッジをつける。
常に蓄電池の残量を気にしながら定期的な浮上を必要とする通常動力型潜水艦に比べ、「無限」の航続力を持ち氷の下の北極海すら航行可能である。
こうして見ると、原子力潜水艦は圧倒的に優位と思われるが、構造上解決できない欠点もある。
原子力推進は、原子炉冷却水循環ポンプや、蒸気タービンによるブレードや減速ギアの騒音が発生するので、潜行中の動力を蓄電池と電動機にて賄う通常動力艦よりも静粛性に劣る。さらに、原子炉冷却が常時必要なので、たとえ低出力下で自然循環冷却可能であっても、通常動力艦のように一切の作動音を停止し無音状態にすることは不可能である。そのため、攻撃型潜水艦の戦闘局面に限れば、原子力艦も通常動力艦も優劣付けがたいとされる。
また、建造に要する技術的水準や建造費、維持費が高く、保有できる国は限られる。日本などは技術上の問題の他、原子力に対して否定的な世論の存在により保有していない。
潜水艦は、浮上時には通常の船舶と同様に天測航法や衛星測位システムが利用できるが、潜航時には使えなくなる。そのため、潜航中は慣性航法装置とソナーを利用した海底追随航法を利用する。
海底追随航法は、通常は海図と慣性航法装置で自艦の位置を把握して、時折り音波の反射を利用して位置を確認する方法である。秘匿性を求められる潜水艦にとってアクティブソナーを発して海中航行することは自殺行為であるため(有事に限られない)、『目隠しをして飛行機を操縦する』かのごとく、パッシブによる「周囲の音響変化」などを頼りに手探りで航行しなければならない。そのため、一大潜水艦隊を運用している米露海軍は、独自の海洋調査船を複数運用することなどによって絶えず「想定戦場」となる海域の海底地図を作成しているといわれる。もちろん、潜水艦部隊の通常哨戒によっても地図の精度を上げるなどの努力は行われていると見られる。
ただし、慣性航法は長時間使用すると誤差が増大するので、時折は浮上して、天測航法や衛星測位システムにより正確な自艦位置を把握する必要がある。
日本のみならず中国や韓国も独自に海底地図などを作成していると見られるが、北方領土問題だけでなく尖閣諸島や海底資源に対する外交問題、竹島領有権問題などにより、その行為は度々日本近海で問題を生じている。
海中においては電波が減衰しやすいため、海中を航行する潜水艦に対しては、通常の短波・極超短波などの通信は不可能であり、水中レーザー通信も実用化されていない。通信設備としては、比較的海中を透過しやすい超長波(VLF)などを利用し地上との通信を行うが、VLFでは多量の情報を受信することが難しく、また潜水艦側からの発信もできないために、必要に応じて通信アンテナ・マストを露頂し、短波・極超短波や衛星通信を行なう。
衝突などにより通信アンテナが全損した際に備え、衛星携帯電話など艦のシステムとは独立した通信装置を導入する例もある。
極超長波(ULF)は海中深くまで到達するので、潜水艦は最大潜行深度付近で受信可能である。ただし、送信できるデータ量が非常に少ないので、大量の情報受信には向かない。また、ULFは送信するために、全長数十kmに渡る長大なアンテナ施設が必要で、有事の際にはこれらの施設の脆弱性に問題がある。陸上からの単方向通信であり、潜水艦からの送信は不可能である。
超長波(VLF)は海中深度10m程度まで到達するので、深度数メートル程度を潜行すれば受信可能である。実際はそこまで浅く潜ると発見される可能性が高まるが、曳航ブイまたはフローティング・アンテナを使用すれば、潜水艦本体は深深度で受信が可能となる。しかし、送信できる情報量が少ないので、大量の情報通信には向かない。また陸上からの単方向通信であり、潜水艦からの送信は不可能である。
送信するには巨大な地上アンテナ施設を使うほか、潜水艦が存在する海域の上空で長いアンテナを曳航して電波を受信し、信号を別回線により地上へ伝送するTACAMO機(空中通信中継機)も利用されている。TACAMO機としてはE-6マーキュリーやTu-142MRなどがある。
通信衛星を利用できる国では、通信衛星との間でマイクロ波送信により送受信を行うことができる。マイクロ波は海中まで到達しないので、通信時には潜水艦のアンテナを海面上に露出させる必要があり、敵に探知される可能性が高まる。しかしマイクロ波は大量情報の送受信が可能なため圧縮通信を行えば作業は短時間で済む。
水中電話を利用することにより、潜航中の潜水艦同士や水上艦と通信を行なうことができる。また、海底の要所に音波を利用した通信中継装置を設置し、それを海底ケーブルで地上施設と結ぶことで、潜水艦との通信を行う。冷戦時には、アメリカ海軍およびソ連海軍が音響通信装置を多数敷設した。
対艦・対潜戦闘時の潜水艦の主力兵装は魚雷である。潜水艦用魚雷の誘導方式は以下のようなものがある。
ウェーキ・ホーミング
敵水上艦の航行時に発生する波の跡(ウェーキ)を感知して目標を追尾する。水上艦相手にしか使えないが、射程が長い。
魚雷のシーカーで目標の音波を受信して追尾を行う。対水上・対水中両方で使え、ホーミング時に敵に感知される可能性も低いが、音源を止められると誘導ができなくなる上、欺瞞に弱い。
アクティブ・ホーミング
魚雷のシーカーから音波を発信し、跳ね返ってきた音波を受信して目標の追尾を行う。静止中の敵潜など目標の音源に関わらず誘導できるが、射程が短くなる。また高速移動中の魚雷のシーカーは視野が狭くなるので、ノイズメーカー・デコイや急速潜航等回避機動などの対抗手段を取られると目標をロストしやすい。また、発射後のコース変更がきかないので発射照準が完璧でなければ当たらず、発射までに時間がかかる。そのため、長距離で使用する場合は別の方法での中間誘導を必要とする。
無誘導魚雷のように魚雷発射管から円錐状・放射状に一斉発射すると、一方の魚雷のアクティブ探信音を、隣にある他方の魚雷が受信するので、魚雷が吸い寄せられてしまう。そのため、2-5分毎、2本ずつしか撃てない。
セミアクティブ・ホーミング
潜水艦のソナーから目標へ向け音波を発信し、跳ね返ってきた音波を魚雷のシーカーが受信して追尾を行う。潜水艦の強力なソナーを使用するので、アクティブ・ホーミングより射程は長いが、自艦の位置が敵に逆探知されてしまう。
魚雷シーカーは高速航走のために視野が狭くなるので、デコイを出されて、潜水艦に急角度で方向転換されると失探しやすいが、沈底等をホバリングしている潜水艦のソナーは速度視野狭窄に陥ってはいないし、むしろ回避機動中の標的潜の航走音を捉えているので失探しづらく、欺瞞に強い。
魚雷と潜水艦本体を電線によって連結し、魚雷に誘導信号を送ることで誘導する。魚雷のシーカーが捉えたデータを潜水艦へ送ることも出来る。射程が最も長く、中間誘導に向いている。電線が切れた場合は、自動的に魚雷のアクティブソナー・シーカーが覚醒する。
ただし、目標に十分接近しないうちに魚雷がアクティブホーミングとなった場合、前述のように目標をロストしやすく、また音響誘導は欺瞞に弱い。そのため、有線魚雷で撃たれた場合、撃ってきた方向へ高速魚雷を発射して、先制攻撃してきた相手に誘導線を切断させ、回避機動に追い込む作戦が取られることがよく行われるという。
以上のような各種の魚雷は、それぞれが有する中間誘導方式・終末誘導方式などの特性に合わせ、状況に応じて使い分けられる。
セミアクティブホーミングおよび有線誘導の場合、航走途中でコースや速度を変更できる。例えば、発射諸元確定前に発射して敵潜のおおまかな方向に魚雷を航走させておき、潜水艦本体のソナーにより得られたデータを元に後から発射諸元を入力することも可能である。
魚雷の命中率を向上させるためには、方位だけでなく距離、深度、目標の進行方向、進行速度等の発射諸元の標定が重要である。
射撃管制には複雑な計算を必要とし、複数のソナーを使いこなすために射撃管制装置には高度なコンピュータ・ソフトウェアとデータベースを必要とする。射撃指揮装置のソフトウェアとデータベースは経験の長い米露両国が優れているといわれている。ソ連およびロシアは、自国のディーゼル潜水艦の射撃管制装置を、共産諸国や、冷戦後は購入するあらゆる国に低価格で輸出している。米国はディーゼル潜水艦を作っていないため、西側諸国は射撃管制装置を自製するか、輸入している。
潜水艦は敵艦船が使う航路や港湾付近で、隠密裏に機雷を敷設する用途にも使われる。
第二次世界大戦直後まで、潜水艦は敵船攻撃時に高価な魚雷を節約したり、駆逐艦や航空機に反撃したりするため砲を搭載していた。日本海軍は潜水艦でアメリカ本土とカナダに対地砲撃を加えた。
現代の潜水艦は水中での高速性や静粛性を重視し、砲を装備していない。
魚雷に比べて遠距離の敵艦を攻撃できる。ハープーンなど魚雷発射管から打ち出せるタイプが多い。
パッシブソナーで捕捉した遠距離の敵潜水艦の攻撃用。通常型は着水すると、弾頭となっている魚雷が敵潜水艦に向かう。敵潜水艦に直撃しなくても破壊できる核弾頭装備型もある。
巡航ミサイルやSLBMを搭載した潜水艦は陸上の基地や都市を攻撃できる。
かつては潜航能力が低かったこともあり、多くの潜水艦に対空砲が搭載されていた。
現代では潜行できる時間が長くなったことと潜航可能深度が増大したことにより、航空機に対しては戦うより潜航して身を隠したほうが安全となったため、潜水艦は基本的に対空兵装を装備していないことが多い。
潜行できない際に接近した対潜ヘリコプターに対処するため、携行式の対空ミサイルを搭載している潜水艦もあるが、自動小銃などと同じく自衛用であり浮上して攻撃するなど積極的な戦闘は避けている。
自艦を捜索する哨戒ヘリコプターを攻撃するため、魚雷発射管から射出する対空ミサイル(IDASなど)が開発されている。
第二次世界大戦期まで一部の大型潜水艦は水上偵察機を搭載していた。潜水艦の格納庫は非常に狭く形状も筒型という制約があるため、主翼や尾翼の分解・組み立てを短時間でできるように設計された機体が多数開発された。発艦を補助するためカタパルトを備えた潜水艦もあった。多くは索敵能力を補完する偵察機であったが、日本海軍は爆弾を搭載してアメリカ本土空襲に使ったほか、攻撃機の晴嵐とその母艦である伊四百型潜水艦、伊十三型潜水艦を開発した。ドイツ海軍では水上航行時に回転翼機(Fa 330)を上空に滞空させて周囲を監視する運用を行っていた。
能力が限定される専用設計の小型機しか搭載できず、母艦が水中にいる間は連携が難しいことから、航空機搭載潜水艦は第二次世界大戦終結後には急速に廃れた。現代では有人機を搭載する潜水艦はなくなったが、民生品のマルチコプターなど艦内に持ち込める小型無人航空機が浮上時の船体調査や周囲の監視に使われている。
潜水艦が搭載する小型の特殊潜航艇や人間魚雷、ボートなどは、停泊している敵艦船の破壊、特殊部隊や偵察・連絡員の潜入などに使われる。
海底地形の調査や機雷捜索・処理用として魚雷発射管から射出・回収できる自律型無人潜水機(AUV、UUV)が研究されている。
古くから潜水艦にとって機雷は大きな脅威であった。海中では目視によって確認することが出来ず、また潜水艦本体アクティブソナーでの探知では機雷を発見した時に回避できるだけの余裕があるとは限らない。潜水艦の航行に先行して機雷を捜索・除去が可能なUUVは機雷が敷設されやすい浅瀬で行動する潜水艦にとって重要な要素となった。ただ、潜水艦からのUUVの運用は、海面上での長時間の回収作業を行うか魚雷発射管への回収技術を完成させねばならず、保管と保守整備の空間確保の問題もあるため未来技術の域を出ない。
現在、UUVを使用し始めているのは水上艦である掃海部隊だけである。回収と再利用を諦めるか、掃海部隊が回収するのであれば潜水艦からの射出もありえる。
米海軍が開発を計画中の攻撃型無人潜航艇(UUCV)「MANTA」は、対潜戦闘も可能であり、潜水艦の行動時に危険が大きい浅瀬で大きな効果を発揮すると見られている。米海軍は2050年頃の実用化を計画している。
アメリカ海軍では、潜行中にダイバーや小型潜水艇の出入艦を容易にするため、ドライデッキ・シェルターと呼ばれる船体に着脱可能なモジュールを導入している。
潜水艦、特に第二次世界大戦時やそれ以前のものは、居住性が劣悪である。元々、軍艦は兵器や物資、燃料を大量に積み込む必要がある。潜水艦は、さらに浮力となる空間を減じる必要があるため、それらにスペースが取られてしまい、結果まず物資を積み込み、その隙間に乗員が潜り込むと言われるほどに居住性は劣悪である。艦内は湿気だらけで洗濯物も乾かせず、また燃料・排気・カビなどの臭気が充満しているので、嗅覚に異常をきたす上、それらの臭いが体に染み付いてしまう。真水は貴重なので入浴は制限される一般にシャワーはあるものの、浴槽はスペースと水の関係から無いことが多い。。
潜水艦には冷房装置が備えられているものの、多くは動力の冷却などに使われるため、室温が25度を下ることはなかった。敵艦に接近する場合は聴音されるのを防ぐため冷房装置を停止させたので、より高温になった。また、潜行中は水圧の関係からトイレも使用できなくなった。このような環境で毎日単調な任務が延々と続くので、潜水艦勤務は非常に過酷であった。娯楽も音を立てないように静かなカードゲームが好まれ、アメリカではクリベッジが定番の娯楽となっている。
原子力機関の登場後は、居住環境は以前よりも改善された。前述のように大出力の原子力機関は電力に余裕があり、電気分解や海水淡水化を行えるので酸素や真水の確保には困らない。ロシアの大型戦略原潜タイフーン型では、プールやサウナまで装備されている。
しかし、一度出航したら数か月間帰還出来ない原潜クルーは、家族との関係を保つことが困難である。
米海軍では乗組員をブルーとゴールドの2班に分け、ローテーションで航海期間を減らしている。一つのグループが70日間の航海を終えて帰港すると、約1ヶ月ほど艦の整備などを行い、その後もうひとつのグループが70日間の航海に出て行く。そして、航海を終えた方のグループがしばしの休暇の後訓練を行う。
しかし、潜水艦の一回の航海につき一組は離婚する乗組員が出るという。また、乗員は、一度潜航すると数ヶ月間浮上しないこともある任務のため極めて厳しい肉体的・精神的条件をクリアしなければならず、潜水艦乗りの間でブリキ病と呼ばれる鬱病や神経症にかかる乗員も少なくないとされている。この問題はどの国の事情も同じようである。そもそも潜水艦の作戦行動は機密が要であり、乗組員は防諜のため、その家族にすら作戦の開始日・期間等を教えることができない。
アメリカ海軍や海上自衛隊において、潜水艦乗組員の徽章はシャチをあしらったデザインだが、これを「ドルフィンマーク」と称し、潜水艦乗りの別名となっている。
潜水艦の乗組員は過酷な任務に就くため、食事は海軍の中でも最も充実しているといわれており、食料不足に悩んでいた第二次世界大戦末期の大日本帝国やナチス・ドイツでも、潜水艦には優先的に食料が配給された。ただし、狭く環境の悪い潜水艦では新鮮な食べ物は出航後数週間で消費し尽くされ、その後は似たような保存食がずっと出されることとなる。この生鮮食品が切れた後に、限られた保存食と狭い調理室で如何にバリエーション豊かで美味しい食事を提供し続けられるかが烹炊員の腕の見せ所であり、それが可能な腕の良い烹炊員は大切にされた。それでも航海が長くなると重油やカビなどの臭いで、何を食べても「潜水艦の味」しかしなくなったと言われる。食料は倉庫に保管する他、少ないスペースを生かして可能な限り積み込むためにソーセージを天井から吊り下げたり、パンをハンモックで吊ったり、ベンチの中に野菜を詰め込んだりと工夫を凝らす。また、艦内の調理においても酸素を消費するガスコンロの使用は禁止され、全て電気を利用する電磁調理器で調理する。
日本の潜水艦の場合、食事は主食に白米・乾麺、副食に乾燥野菜(切り干し大根など)と缶詰、漬物各種の他、比較的保存しやすい生鮮野菜としてタマネギやジャガイモなどの根菜類(とはいえ、これらの生鮮野菜は一週間程度で底をつく)などを材料とした各種のメニューが提供された。
ドイツの潜水艦の場合、ほぼ毎食が、「主食はサラミソーセージとチーズやバター、艦内でまとめて焼かれる黒パン、付け合わせとしてザワークラウト、生鮮野菜としてのタマネギとジャガイモの煮込み、デザートでレモン(ただし日本の潜水艦と同様に、生鮮野菜や果物は一週間程度しか供されない)」であった。これらの食事では、必然的に各種栄養素が不足する。このため、洋の東西を問わず、潜水艦乗員はビタミン剤をはじめとするサプリメントの大量補給が必須であった。
真水は貴重であるため航海中の洗濯やシャワーは海水を使用する。
士官が充てられるポストとしては、艦長、副長、先任将校、航海長、機関長、水雷長、通信長などがある。艦長の階級は、第二次世界大戦中の日本では少佐、ドイツでは大尉が普通であった。戦時中のドイツや日本では、海軍の他の部隊と比べて潜水艦は上下関係が緩やかであったといわれる。日本の場合は、艦長ですら自分の下着は自分で洗濯せねばならないほどであった。就寝用の空間も限られたため、士官や下士官は通路の脇に設置されたベッドで就寝したが、Uボートなど比較的小型な艦ではベッドは数人で共有していた上に、弾薬庫の中で魚雷と一緒に寝ていた下級の乗組員もいたほどであった。より大型であった大日本帝国海軍の伊号潜水艦では、一応一人一台のベッドは確保されていたが、その代わりに航海期間はUボートより長かった。
旧ソ連・ロシア海軍の原子力潜水艦は、大幅な自動化・省力化により乗員数を削減し、大きな乗員用スペースを確保した例もある。ただし省力化による弊害もあり、原子炉の事故などに対応できないなどの問題も生じた。
海上自衛隊「じんりゅう」においてはシャワーは3日に1回、洗濯はできない。三段ベッドで、見習い研修の隊員乗艦時は魚雷を一部陸揚げして空いた格納棚が臨時ベッドになるとのこと。
艦内の容量が限られ男女別の設備が確保できないなどの理由から、長らく潜水艦の乗組員は男性に限られていた。2010年以降、各国海軍で女性乗組員を認める動きが出ている。一方で、女性乗組員が被害を受けまたは関与するスキャンダルも発生するようになり、2014年にはアメリカ海軍の「ワイオミング」にて盗撮騒ぎが起きた ほか、2017年にはイギリス海軍の「ヴィジラント」の艦長と副長が、女性士官と航行中の艦内で世界初の不適切な行為を行い解任されている。
アルゼンチン海軍では、2017年までに女性将校が潜水艦「サンフアン」に乗艦していたが、2017年11月、艦とともに行方不明となっている。死亡が確認されれば、女性初の潜水艦乗りの死者となる。2018年11月に南大西洋の英領フォークランド諸島沖、南緯45度56分59秒、西経59度46分22秒の海底に沈没していたことが確認された(サンフアン沈没事故)。
海上自衛隊では潜水艦のみ女性の配置が制限されていたが、2018年までに女性自衛官を短期航海に乗艦させ問題点の確認、2019年度以降に潜水艦教育訓練隊に女性用トイレなどの整備を計画した。2020年6月から5名の女性曹士が「みちしお」での訓練を開始し、同年10月に訓練を終了した。2021年5月18日に女性の二等海尉が女性幹部潜水艦乗組員に任命された。
通常の艦艇と異なり、潜水艦は海中で行動する。このため、他の艦艇と戦闘システムは大きく異なっている。空気中と違って、水中では電磁波の減衰が著しいため、電波を用いるレーダーや、可視光域・不可視光域での光学的捜索といった手段は使えない。その代わり、主となるのが、海水中における音波の性質を利用した捜索・攻撃である。その主たる手段がソナーであり、ソナーによる探知と回避をめぐる技術的な蓄積と、それらを用いた対峙を総称して水中音響戦(hydroacoustic battle)と称する。この点について前提となる音波の性質や海中における音波伝播について説明する。
ソナーで使われる音波(超音波)は、低周波のものと高周波のものとに大分される。
低周波の音波は、水中で減衰しにくいので遠くまで伝わるが、波長が長いために分解能が低く、指向性が広いので探知精度が低い。
高周波の音波は、水中で減衰しやすいために近距離の目標しか探知できない。しかし、波長が短いため分解能が高く、直進性に優れ指向性が狭い、そのため高い精度での測定が可能になる。
以上の理由により、両者の長短をそれぞれ補うように、ソナーは高周波と低周波の両方の音波を使い分ける。
音波の伝播は、海域の地形、海水の成分、温度、海流などによって複雑に変化する。水中音響戦で勝利するには、高性能なソナーの開発に加えて、日頃から海洋観測艦などを動員して海域のデータを集めておくことが必要である。
海の中は、単純化すると表面層、温度躍層、密度躍層、に分けられる(実際には地形や海流などにより複雑に変化する)。
海面付近に位置する海水の層で、主として海面と大気との熱交換、および海上風による対流で海水が混ぜ合わされているので、温度や塩分密度などが一定である。