Một số kiến thức cơ bản ban đầu về tàu ngầm

[huyphongssi]

10. Sức nổi dư của tàu ngầm (tiếp)
 
Nhiệt độ nước biến động từ - 2^oC tới + 30^oC tuỳ theo vĩ độ, mùa trong năm và độ sâu lớp nước. Nước đạt mật độ lớn nhất ở nhiệt độ + 4^oC. Quá ngưỡng nhiệt độ này theo cả chiều tăng lẫn giảm đều khiến mật độ nước giảm xuống ở mức 0,00015 tấn lực/m³ cho cứ 1 độ tăng giảm của nhiệt độ nước, kéo theo mức dư sức nổi 0,15 tấn lực cho mỗi 1000 m³ thể tích choán nước của tàu ngầm. Khi tàu ngầm đi từ 1 lớp nước vào lớp nước khác có nhiệt độ cao hơn sẽ tạo ra 1 mức dư sức nổi âm, còn đi vào lớp nước khác có nhiệt độ thấp hơn (nhưng không dưới +4^oC) sẽ tạo ra 1 mức dư sức nổi dương.

Tàu ngầm tấn công chạy bằng năng lượng nguyên tử lớp Astute của Anh mô phỏng tuần tra dưới lớp băng trong vùng biển vĩ độ cao (naval-technology.com)

Tại những vĩ độ trung bình trong thời điểm lạnh của năm, nhiệt độ nước biển biến động không đáng kể theo độ sâu. Tại những vĩ độ thấp và trong thời điểm ấm áp của năm ở những vĩ độ trung bình, nhiệt độ nước sẽ giảm đi theo độ sâu. Còn tại những vùng nước vĩ độ cao, lớp nước ấm phía trên tương đối mỏng so với lớp nước lạnh, và sự phân tách giữa chúng được thể hiện khá rõ ràng qua 1 lớp nước đệm mỏng có nhiệt độ và mật độ nước rất chênh lệch. Lớp nước đệm này được gọi là Lớp đột biến nhiệt (Слой температурного скачка) hay Tầng đáy lỏng (Жидкий грунт).

Nếu tàu ngầm bị thụt xuống sâu với 1 mức trị số tuyệt đối của dư sức nổi âm không đáng kể, thì khi xuống tới lớp đột biến nhiệt có mật độ nước cao hơn, mức dư sức nổi âm này sẽ được khắc phục và tàu ngầm sẽ đạt được trạng thái cân bằng như khi đang nổi trên mặt nước. Vì thế khi đi ngầm tới lớp đột biến nhiệt, tàu ngầm có thể duy trì được trạng thái cân bằng mà không cần phải di chuyển. Điều này có thể giúp tàu ngầm tránh bị lộ diện trước mục tiêu và tiết kiệm được nhiên liệu.

(còn nữa)

[huyphongssi]

10. Sức nổi dư của tàu ngầm (tiếp)
 
Độ mặn của nước biển phụ thuộc vào mức độ bay hơi, sự đóng băng hay tan băng, lượng mưa và quá trình hoà lưu. Ở một số vùng biển, độ mặn trong nước biển có thể biến động mạnh theo độ sâu tầng nước do hiện tượng hải lưu hay quá trình hoà lưu chưa hoàn toàn giữa khối nước ngọt với khối nước biển bao quanh ở vùng nước ven bờ gần các cửa sông. Tương tự trường hợp lớp đột biến nhiệt, khi có sự phân tầng rõ nét giữa các tầng nước có độ mặn nhiều ít khác nhau sẽ dẫn tới 1 lớp nước có mật độ cao hơn được gọi là Tầng đáy lỏng theo độ mặn (Жидкий грунт по солености).

Tàu ngầm điện điêzen B-871 Alrosa thuộc Đề án 877B của Viện thiết kế trung ương Rubin LB Nga trong biên chế Hạm đội Biển Đen (flot.sevastopol.info)

Khi tính toán sự biến động sức dư nổi trong mối liên hệ với mật độ nước và thể tích choán nước, ta cần lưu ý:

- Việc tăng độ sâu lặn ngầm của tàu ngầm sẽ làm xuất hiện sức dư nổi âm do vỏ tàu bị móp lại trước áp suất nước biển, nhưng cũng làm xuất hiện sức dư nổi dương do việc tăng mật độ nước dưới tác động của việc tăng áp suất, tăng độ mặn và giảm nhiệt độ ở tầng nước biển tương ứng.

- Việc giảm độ sâu lặn ngầm của tàu ngầm sẽ làm xuất hiện sức dư nổi dương do vỏ tàu phồng ra, nhưng ngược lại cũng làm xuất hiện sức dư nổi âm do việc giảm mật độ nước ở mức áp suất nước thấp hơn, việc giảm độ mặn và tăng nhiệt độ của tầng nước biển tương ứng.

Trong trường hợp mật độ nước chỉ biến đổi không đáng kể theo độ sâu, thì việc tính toán sức dư nổi khi tàu lặn ngầm được dựa trên sự biến dạng vỏ tàu. Vì thế khi lặn ngầm ở độ sâu lớn, trên tàu ngầm sẽ xuất hiện sức dư nổi âm đáng kể khiến trọng lượng tàu giảm xuống và điều này cần phải được khắc phục bằng cách bơm tống nước từ các két dằn phụ ra ngoài.       

(hết phần 10)

[huyphongssi]

11. Tác dụng của tính nổi tới các tính năng hàng hải của tàu ngầm

Mặt cắt mô hình tàu ngầm điêzen pin nhiên liệu lớp 212A do hãng Howaldtswerke-Deutsche Werft của Đức phát triển (recensito.net)

Tính nổi là 1 trong những đặc tính hàng hải quan trọng hàng đầu của tàu ngầm. Việc tạo cho tàu ngầm một mức dự trữ nổi phù hợp là 1 trong những biện pháp hiệu quả nhất để đảm bảo tính chống chìm. Khi ở trạng thái lặn ngầm, tàu ngầm không thể đạt tới trạng thái cân bằng tĩnh vì thiếu dự trữ nổi. Sức nổi dư của tàu ngầm có thể thay đổi theo độ sâu và các nhân tố khác vốn đòi hỏi phải có sự xử lí thích ứng từ cấp chỉ huy tàu.

(hết phần 11)

[huyphongssi]

12. Tính toán và cân bằng tính chịu tải của tàu ngầm
 
Trọng lượng của tàu ngầm được hình thành từ các loại trọng lượng thành phần theo 2 nhóm: nhóm cố định và nhóm biến đổi.

Nhóm cố định gồm các loại trọng lượng được bố trí trên tàu ngầm một cách cố định và không tăng giảm trong toàn bộ quá trình khai thác vận hành tàu (trừ trường hợp tàu được sửa chữa hay nâng cấp) như: trọng lượng phần thân vỏ nhẹ và thân vỏ áp lực kèm các vách đỡ, máy chính và máy phụ, các tổ hợp vũ khí khí tài chiến đấu, các hệ thống máy móc và thiết bị vận hành tàu.

Tàu ngầm phóng lôi điện-điezen đề án 636 của Nga (rusarmy.com)

Nhóm biến đổi gồm các loại trọng lượng tiêu hao phục vụ hành quân chiến đấu hay các hoạt động thường nhật của tàu như: cơ số đạn dược, dầu máy, dầu nhớt, nước ngọt, lương thực thực phẩm và quân nhu, thuỷ thủ đoàn kèm quân tư trang và lượng nước dằn. 

Tổng các trọng lượng vừa nêu tác động tới tàu ngầm làm hình thành tính chịu tải của nó. Tính chịu tải này được xác định dựa trên trọng lượng của từng đối tượng pi và toạ độ trọng tâm X_pi, Y_pi, Z_pi của chúng. Tổng các tính chịu tải này tương ứng với trọng lượng của tàu ngầm P và toạ độ X_g, Y_g, Z_g được xác định theo các công thức của trọng tâm tàu ngầm.       

(còn nữa)

[huyphongssi]

12. Tính toán và cân bằng tính chịu tải của tàu ngầm (tiếp)
 

Các công thức xác định đặc tính tải trọng của tàu ngầm như sau:

Những công thức này được hình thành trên nền tảng lí thuyết tổng quát, theo đó mô men lực tĩnh của trọng lượng tàu ngầm trên 1 mặt phẳng tương ứng với tổng mô men tĩnh của tất cả các trọng lượng thành phần nằm trên mặt phẳng đó. Vì thế, mô men lực tĩnh của trọng lượng tàu ngầm và từng loại tải trọng của nó được tính theo mặt phẳng giữa tàu là Px_g và P_iX_pi, theo mặt phẳng dọc tâm là Py_g và P_iY_pi, còn theo mặt phẳng cơ bản là Pz_g và P_iZ_pi.

Xuyên suốt quá trình thiết kế tàu ngầm là việc phải tính toán một cách toàn diện về trọng lượng và vị trí các loại tải, cũng như tính được đặc tính tải trọng của chúng. Tải trọng được tính toán trong giai đoạn thiết kế tàu ngầm được gọi là tải trọng qui ước (спецификационная нагрузка) hoặc tải trọng thiết kế (проектная нагрузка).

Tàu ngầm phóng lôi điện-điezen đề án 636 của Nga (military-today.com)

Để tàu ngầm mang tải trọng thiết kế có khả năng lặn ngầm ở tư thế cân bằng cả theo ngang mạn lẫn theo dọc sống tàu, thì việc thiết kế phải tuân thủ 2 điều kiện:

- Kích cỡ và thể tích trong phần vỏ chịu áp lực cùng các bộ phận chuyển động của nó cần được cân nhắc trong quá trình thiết kế sao cho duy trì được phương trình cơ sở về tính nổi P_п = yV_п

- Tâm nổi của tàu ngầm phải luôn được đặt cao hơn trọng tâm trên cùng 1 trục đứng trong trạng thái không bị nghiêng chúi (x_c= x_g, y_c= y_g= 0, z_g > z_c)

(còn nữa)

[huyphongssi]

12. Tính toán và cân bằng tính chịu tải của tàu ngầm (tiếp)

Trong khâu đóng tầu ngầm, do không thể đảm bảo chính xác trọng lượng các tải và đặc tính nổi (như các thể tích tạo sức nổi) đã dự kiến trong khâu thiết kế, nên tầu ngầm khi đóng xong sẽ xuất hiện những biến động sau:

- Giữa các trọng lượng nhóm tải cố định và tải biến đổi;

- Giữa các mô men trọng lượng nhóm tải cố định và tải biến đổi với các mặt phẳng toạ độ của chúng;

- Giữa tuyến hình và thể tích các khoang trong phần vỏ áp lực do dung sai công nghệ cho phép khi chế tạo các kết cấu khung vỏ;

- Giữa những mô men của các thể tích tạo sức nổi với các mặt phẳng toạ độ của chúng.     

Vì lẽ đó mà khi hoàn thiện tầu ngầm, người ta phải tiến hành khắc phục các biến động tải và đặc tính nổi nêu trên nhằm khôi phục các điều kiện của phương trình cơ sở về tính nổi P_п = yV_п và đẳng thức x_c= x_g qua các phương án thêm tải, bớt tải hoặc bố trí lại các khối dằn (твёрдый балласт) vốn chiếm từ 3% tới 5% trên tổng lượng choán nước khi lặn của tầu ngầm. Tính toán và kiểm soát số lượng các khối dằn phục vụ việc bố trí lại như trên cần được thực hiện ngay trong giai đoạn lặn căn chỉnh cân bằng tải trọng của tầu ngầm.

Công đoạn tiếp sau lễ hạ thủy tầu ngầm phóng lôi điện-điezen đề án 636 là lặn thử nghiệm nhằm căn chỉnh các khối dằn để cân bằng tải trọng của tầu ngầm - вывеска подводной лодки (seaspirit.ru)

(Hết phần 12)