在大西洋的海面下不深处，一艘U艇正在水下缓缓航行，唯一露出水面的一两条“长长的管子”。我所描述的画面或许在1939-1944年的大西洋非常常见，这“长长的管子”就是潜艇上的潜望镜（分为搜索潜望镜和攻击潜望镜）和水下通气管，前者的作用是用来观察海面情况和搜索目标的，这个我们非常熟知，但这个水下通气管到底是干什么的呢？
德国U艇
一、水下通气管应用在潜艇的背景及作用水下通气管从字面上可以理解为潜艇在水下使用的用以交换艇内气体的工具，我们都知道，在潜艇潜入水下后，艇内的空气和外界空气就会被海水分隔开，艇内气体就无法与外界气体进行交换。举个例子，U-99曾经在水下躲过了英国驱逐舰十几个小时的深水炸弹攻击，等他们再次浮出水面打开舱门时，艇内的空气已经变成了黄绿色，艇员们几乎呼吸困难。
由此可见，潜艇的一大缺点就是无法在水下随时更新空气，但如果一艘潜艇装备了水下通气管，那就不用担心这个问题，因为使用水下通气管能够为艇内更换空气，潜艇不用浮上水面也可以通过水下通气管进行换气。此外，水下通气管还有一个重要的作用，那就是帮助柴油机在水下运作。德国海军生产数量最多的VIIC型潜艇装备的是两台6缸4冲程M6V 40/46增压柴油机，柴油机在传统潜艇中扮演很重要的角色，承担着潜艇水面航行和水下航行的双重重任。潜艇水上航行靠柴油机，水下航行靠电动机，但电动机功率低且不能长时间使用，例如VIIC型潜艇的电动机只能供潜艇在水下以4节的航速航行80海里，而柴油机可以在水面上给电动机充电，所以潜艇的水下航行还是离不开柴油机。水下通气管可以帮助柴油机在水下作业，这样潜艇就不用浮上水面进行充电。
XXI型潜艇上修长的水下通气管
实际上，水下通气管在1943年前几乎不会出现在德国作战潜艇上，既然通气管有不浮出水面就能进行充电的优点，为什么不早点应用呢？主要是战争初期潜艇使用通气管用处不大。首先是战争初期，英国的反潜能力还不是很强，潜艇面临的压力比较小。U艇向商船或船队发起进攻往往是在晚上，借助夜色的掩护进行袭击，当时英国装备的声呐能探测到水下的潜艇，但英国人对声呐过于盲目自信了，他们没想到德国潜艇会在夜间浮出水面进行攻击，U艇低矮的舰桥使英国人很难在夜间发现他们，而这也使英国人的声呐失去了作用，德国人在战争初期依靠这种战术取得了不少战果，当然如果遇到了上述U-99所遇到的情况，带上了通气管也是没用的，因为那时潜艇已经被驱逐舰逼到很深的海面下了。
随着战争的不断发展，美国也加入了大西洋战争，盟军的反潜技术不断提高，他们可以通过机载雷达轻易搜寻到潜艇的位置，潜艇在晚上浮出水面攻击的战术已经行不通了，还是要回归到潜艇的原本优势——深海的掩护，但此时传统潜艇的弊端也展现出来了，传统潜艇在水下的续航力非常小，所以德国人一直想研发一种能大幅提高水下航行速度和巡航能力的潜艇，以此提高潜艇的水下机动性，提高作战能力。
传统潜艇改装的水下通气管
德国人一直在为潜艇的变革做努力，其中贡献最大的人是赫尔穆特·瓦尔特，现代的很多常规潜艇都在享用他对不依赖空气动力系统的研究成果。瓦尔特成功设计了一款高速潜艇，水下航速达到了28.1节的惊人航速，这是德国VIIC型潜艇水下航速的近4倍，而且瓦尔特潜艇在水下航行使用的是不依赖空气的燃料——过氧化氢，这就意味着潜艇在水下航行时依靠的是新型燃料，而不是受制于柴油机提供电能的电动机，潜艇不需要再浮出水面充电了。
这个想法很好，但唯一的缺点就是太超前了，在当时的战争环境下根本不实用，不仅技术上还存在很大困难，而且德国在战争后期资源紧缺，海军能够使用的柴油都非常少，而过氧化氢更是稀缺，用瓦尔特潜艇应对当前的战争是不现实的，所以瓦尔特本人提出了瓦尔特潜艇的替代品——水下通气管。潜艇装备水下通气管后，不需要浮出水面进行充电，其露出海面的通气管在雷达上很难被探测到，这个原理和瓦尔特潜艇的思路是一样的。
