Lịch sử Quân sự Việt Nam

(Nguồn: flot.com, podlodka.info và một số nguồn khác)

Đề nghị: - do khối lượng tài liệu chuyên môn cũng không nhỏ, các bác và các bạn có hứng thú với đề tài hãy tham gia biên dịch cùng tôi và bạn huyphongssi cho tốc độ post nhanh hơn và chất lượng tốt hơn.
- theo ý kiến trao đổi với bạn huyphongssi, tôi post trước đề cương và lời tựa.
- nguồn chính yếu từ tập bài viết trên forum "Hạm đội tàu ngầm Nga" của tác giả Aleksandr Korol tại  đây (http://podlodka.info/education.html).
- các bác và các bạn nhất là những người có kiến thức và kinh nghiệm về vấn đề này hãy cho ý kiến đóng góp trước khi post vào phần nội dung.

Đào tạo thủy thủ tàu ngầm, thợ lặn và hoa tiêu tàu ngầm


Mục lục:
• Thiên văn học
• Đấu tranh sinh tồn trên tàu ngầm
• Cơ sở lý thuyết của tàu ngầm
• Cơ động (Bàn đạc Sh-26B)
• Phân tích và xử lý toán học các thông tin đạo hàng
• Đạo hàng và bản đồ hoa tiêu
• Tổ chức công tác lặn
• Tổ chức quản lý tàu
• Các khái niệm cơ bản về điều khiển tàu ngầm
• Đạo hàng thực hành
• Bệnh nghề nghiệp của thủy thủ tàu ngầm và thợ lặn
• Chiến thuật Hải quân
• Phương tiện kỹ thuật đạo hàng của tàu ngầm
• Những sự cố tại hạm đội Hải quân

Phần dự định trình bày trước sẽ là

Cơ sở lý thuyết của tàu ngầm

Mục lục:

1. Tính không chìm của tàu ngầm
2. Tính không chìm trong tư thế nổi và độ ổn định theo phương trục dọc của tàu ngầm
3. Xác định trạng thái khẩn cấp của tàu ngầm khi đấu tranh sinh tồn trong tư thế nổi của tàu ngầm
4. Tập hợp các tài liệu hướng dẫn hành động trên tàu về tính không chìm trong tư thế nổi và sử dụng nó trong trường hợp khẩn cấp
5. Các cơ sở lý thuyết về tính không chìm của tàu ngầm
6. Tính hiệu quả trong sử dụng các phương tiện đấu tranh cho tính không chìm của tàu ngầm
7. Những kiến thức cơ bản về tính nổi và tính ổn định của tàu ngầm
8. Điều kiện cân bằng và phương trình trạng thái cân bằng của tàu ngầm
9. Dự trữ nổi của tàu ngầm
10. Sức nổi dư của tàu ngầm
11. Ảnh hưởng của sức nổi trên khả năng đi biển của tàu ngầm
12. Kiểm toán và kiểm soát tải trọng của tàu ngầm
13. Cân tải và phân bố lại tải trọng dằn của tàu ngầm
14. Tính toán độ chênh mớn của tàu ngầm
15. Các kết luận về độ chênh mớn của tàu ngầm
16. Các khái niệm tổng quát về sự ổn định của tàu ngầm
17. Ổn định ngang ban đầu của tàu ngầm
18. Ổn định dọc ban đầu của tàu ngầm
19. Sự ổn định của tàu ngầm khi lặn và khi chuyển từ tư thế ngầm sang tư thế nổi
20. Kết luận về sự ổn định của tàu ngầm
21. Thay đổi sự ổn định ban đầu của tàu ngầm khi chuyển dời tải trọng mang
22. Thay đổi sự ổn định ban đầu của tàu ngầm khi tiếp nhận (hoặc tiêu hao) tải trọng mang
23. Ảnh hưởng đến ổn định của tàu ngầm của các chất lỏng tràn
24. Kết luận về ảnh hưởng của sự chuyển dời tải trọng mang trên tàu ngầm
25. Sự ổn định của tàu ngầm khi đặt trên lồng đốc
26.Thay đổi sự ổn định của tàu ngầm khi nằm trên bãi cạn
27. Sự ổn định của tàu ngầm dưới băng và khi nằm trên nền đất
28. Độ ổn định tĩnh học theo phương ngang của tàu ngầm khi góc nghiêng ngang lớn
29. Ổn định dọc của tàu ngầm khi góc chênh mớn dọc lớn
30. Ổn định động của tàu ngầm
31. Tạo cho tàu ngầm độ nghiêng ngang và độ chênh mớn dọc lớn
32. Kết luận về độ nghiêng ngang và độ chênh mớn dọc của tàu ngầm
33. Khả năng tăng tốc độ và khả năng điều khiển được của tàu ngầm
34. Khái niệm cơ bản về khả năng tăng tốc độ của tàu ngầm
35. Lực cản đối với chuyển động của tàu ngầm
36. Khái niệm về khả năng điều khiển được của tàu ngầm
37. Phương tiện đảm bảo khả năng điều khiển được của tàu ngầm
38. Các lực và mô men tác động lên chuyển động của tàu ngầm trong tư thế lặn
39. Sự chuyển động của tàu ngầm trong mặt phẳng thẳng đứng khi vận hành dịch chuyển bánh lái ngang
40. Tính ổn định của chuyển động và khả năng cơ động
41. Tính ổn định về hướng và khả năng xoay hướng
42. Độ chênh mớn dọc và độ nghiêng khi lượn vòng
43. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng điều khiển được tàu ngầm trong mặt phẳng ngang
44. Khả năng điều khiển khi tàu chuyển động tiến và lùi

Tàu ngầm là gì?

http://www.youtube.com/watch?v=SkvaKBMgwWc

Tàu ngầm thuộc về một lớp tàu chiến đặc biệt, có khả năng bơi dưới nước, vận động theo hướng và chiều sâu. Với tư cách một đối tượng vật lý, nó tuân theo định luật Archimedes: một vật thể chìm trong chất lỏng sẽ chịu một lực hướng lên trên và bằng với trọng lượng của chất lỏng bị vật thể đó chiếm chỗ. "Lực nâng" này có thể điều khiển được bằng cách thay đổi trọng lượng của con tàu. Để lặn, tàu ngầm hút nước biển từ ngoài thân tàu vào trong các sitec balat (sitec dằn) của nó. Để tàu nổi lên - nó dùng khí nén thổi nước thoát ra (khỏi các sitec balat). Vì vậy đối với các loại tàu ngầm, người ta phân biệt hai loại độ choán nước - độ choán nước (tư thế) nổi (tiêu chuẩn) và độ choán nước (tư thế) ngầm.

(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/32/U-47.jpg)
(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/1/13/PlanstypeVIIC.jpg)
(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/24/HMCS_VICTORIA.jpg)
Mô hình tàu ngầm U-47 của Đức thời Thế Chiến 2 (U-Boot-Klasse VII). Mặt cắt dọc và mặt bằng. Tàu ngầm diesel-điện Anh lớp "Victoria" của thập kỷ 80-90 thế kỷ 20.(ru.viki).

Tại độ sâu đáng kể tàu phải chịu áp lực (nước) rất lớn. Thân (trong) của tàu bao gồm các khối tích để ở và bố trí các cơ cấu máy cơ bản có dạng hình trụ, được làm bằng thép phẩm chất cao độ dày lớn hoặc hợp kim titan và có các sườn khung cứng. Nó được gọi là vỏ bền (прочный корпус - hoặc gọi là vỏ nặng). Để cải thiện khả năng đi biển của tàu, phía trên bên ngoài vỏ bền được "khoác" lớp vỏ nhẹ (легкий корпус). Ở khoảng giữa hai vỏ thường là các sitec dằn và chứa nhiên liệu. Tàu có kết cấu như vậy gọi là tàu có kết cấu (thân) vỏ kép. Nếu vỏ nhẹ không hoàn toàn bao bọc quanh vỏ bền - con tàu đó thuộc loại tàu có kết cấu thân rưỡi(полуторакорпусный). Có cả loại tàu có kết cấu thân (vỏ) đơn. Để nâng cao khả năng sinh tồn của tàu ngầm, thân bền của nó được chia ra thành nhiều khoang độc lập (từ 3 đến 10) bằng các vách ngăn ngang kín nước.

(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6e/Double-hull-submarine.svg/412px-Double-hull-submarine.svg.png)
Sơ đồ cắt ngang tàu ngầm kết cấu thân hai vỏ. 2-Vỏ nhẹ; 6-Dải tôn mép boong trên (stringger - sống mạn); 7-Sống tàu dạng tấm.

(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7a/Single-hull-submarine.svg/500px-Single-hull-submarine.svg.png)
Sơ đồ cắt ngang tàu ngầm kết cấu thân vỏ đơn. 1-Vỏ bền (đường đậm nét); 2-Sitec dằn chủ; 3-Buồng bền; 4-Kết cấu ngăn buồng lái; 5-Boong thượng.

(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f2/Saddle-tanks-submarine.svg/500px-Saddle-tanks-submarine.svg.png)
Sơ đồ cắt ngang tàu ngầm kết cấu thân vỏ rưỡi. 7-Sống tàu dạng hộp.

Tàu ngầm ở dưới nước trong trạng thái treo. Chuyển động lên xuống của nó được điều khiển bởi (sự vận hành) các bánh lái theo phương ngang bố trí ở đằng mũi tàu và đuôi tàu. Khi cạnh trước của tấm bánh lái ở vị trí cao hơn cạnh sau, dòng chảy của nước sẽ tạo ra lực nâng. Nếu trái lại, dòng chảy hướng đến sẽ tạo áp lực lên mặt phẳng làm việc của tấm bánh lái theo phương từ trên xuống dưới. Con tàu bất động sẽ không có khả năng điều khiển được, và hoặc là phải nổi lên, hoặc phải lấy thêm (tải trọng) dằn, nằm trên nền đất. Chuyển động tiến hay lùi của tàu ngầm, như bất kỳ con tàu nào, phụ thuộc vào chân vịt quay theo hướng nào (theo chiều kim đồng hồ). Tàu ngầm rẽ trái - phải bằng cách thay đổi vị trí của bánh lái phương đứng ở phía đuôi. Tàu ngầm cũng được phân loại thành tàu ngầm diesel-điện và tàu ngầm hạt nhân. Khuyết điểm của loại tàu ngầm thứ nhất - thời gian ở dưới nước bị hạn chế. Động cơ chính của nó - động cơ diesel chạy bằng nhiên liệu diesel, cần có dòng oxy liên tục. Vì vậy, nó thường chỉ được dùng khi hành trình trong tư thế nổi.

Tàu ngầm di chuyển dưới nước bằng các động cơ điện, nguồn điện do ắc quy cung cấp. Dung lượng ắc quy không lớn, và định kỳ tàu ngầm phải nổi lên để sạc bằng máy phát diesel. Từ thời Chiến tranh Thế giới thứ 2, đã có thiết bị để cho động cơ diesel làm việc dưới nước tại chiều sâu nhỏ - ống thở (tiếng Đức: Schnorchel ; tiếng Anh: Snorkel, tiếng Nga: Шно́ркель).

(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/81/U-3008_Turm.jpg)
Mặt bên tháp chỉ huy tàu ngầm Đức U-3008 chiến lợi phẩm của quân đội Mỹ trong Thế Chiến 2 và được đưa vào biên chế hải quân Mỹ như là tàu dùng cho mục đích thử nghiệm. Hình cho thấy kính tiềm vọng, ống thu khí trời từ bên ngoài (snorkel) đang giương cao, cùng ăng ten trên tháp chỉ huy. Ảnh chụp tại xưởng đóng tàu hải quân Portsmouth Naval Shipyard, Kittery, bang Maine tháng 8 năm 1946 (de.wiki). Шно́ркель - устройство для работы дизелей подводное (РДП), устройство для компрессоров (УДК) - thiết bị trên tàu ngầm thu khí trời cần cho hoạt động của động cơ đốt trong dưới nước, cũng như bổ sung dự trữ khí nén áp suất cao (ВВД) và thông gió cho các khoang)

(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e9/Ocelot-DieselMotors.JPG/800px-Ocelot-DieselMotors.JPG)
Trong khoang diesel tàu ngầm HMS Ocelo tại viện bảo tàng tàu ngầm (submarinemuseum ship in Chatham Dockyard) ở Anh, các dieselmotor sẽ nạp điện cho cụm ắc quy, giúp đẩy tàu đi một cách lặng lẽ.

Nói cho đơn giản đó là một đường ống giương lên khỏi mặt nước để thu không khí vào. Nó có van ngăn nước xâm nhập vào hệ thống. Ống thở (snorkel) không kín là nguyên nhân cái chết của không phải chỉ một tàu ngầm. Một lò phản ứng hạt nhân có thể cung cấp năng lượng liên tục trong nhiều năm mà không cần bổ sung uranium. Nhiệt của lò phản ứng sẽ biến nước thành hơi nước làm quay tuabin hơi. Đến lượt mình, tuabin hơi sẽ dẫn động cho tàu ngầm và sản sinh dòng điện thông qua máy phát điện tua-bin. Sử dụng nguồn tài nguyên năng lượng to lớn của năng lượng hạt nhân, từ nước biển ta dễ dàng có được không khí, luôn luôn là của hiếm trên các tàu ngầm. Việc điều khiển tàu ngầm tập trung ở buồng trung tâm nằm ở phần giữa thân tàu phía dưới cabin tác chiến. Các thiết bị kéo xếp di động (выдвижные устройства) đi xuyên qua hoặc đi bên cạnh cabin này. Quan trọng nhất trong số các thiết bị kéo xếp trên là kính tiềm vọng, cho phép từ dưới nước quan sát tình hình trên biển. Khi kính tiềm vọng giương lên, phần đầu kính có vật kính nhô khỏi mặt nước. Thông qua một hệ thống các thấu kính và lăng kính, hình ảnh được truyền vào bên trong tàu ngầm. Kính tiềm vọng không vượt quá độ sâu vài mét. Con tàu, khi ở sâu hơn, chỉ có thể được dẫn hướng nhờ phương tiện thủy âm. Hình dạng thân các tàu ngầm cho đến kế nửa sau của thế kỷ hai mươi, phù hợp cho việc bơi trên mặt nước hơn, bởi vì chúng lặn trong thời gian tương đối ngắn. Tàu ngầm hiện đại thì ngược lại, trước hết (phải) thích nghi với thủy động lực học dưới nước. Thiên nhiên thân thuộc của chúng - thế giới của im lặng.

http://www.youtube.com/watch?v=tCCrsDUAgfs

http://www.youtube.com/watch?v=yb3e4IegeJ0

PS:
"Bác có tài liệu tiếng Anh thì đưa lên, có thể em giúp được chút ít Grin"
Bạn QuangHieu thân mến, rất cám ơn bạn và có đây, ví dụ - http://www.history.navy.mil/library/online/onipubno23.htm
Đó là tài liệu về chiến thuật tấn công đoàn công voa Thế Chiến 1 và nên post vào mục Chiến thuật tàu ngầm từ xưa đến nay, tôi nghĩ như vậy. Còn nhiều lắm, vấn đề là sắp xếp thành một chuyên mục nào đó phù hợp và tập trung. Chuyên mục này dự định chỉ đi ABC thôi.
......

Bác có tài liệu tiếng Anh thì đưa lên, có thể em giúp được chút ít ;D

(tiếp)

1.Tính không chìm của tàu ngầm

Tính (hoặc khả năng) không chìm (Непотопляемость) - một trong những yếu tố chính cho sự sinh tồn. Đối với các tàu ngầm, khi tính toán các đặc trưng kết cấu và nhiệm vụ của chúng, người ta đưa ra khái niệm về tính không chìm trong tư thế nổi và tư thế ngầm.
Tính không chìm tư thế nổi thì tất cả các tàu ngầm đều có, tuy nhiên, mức độ đảm bảo có khác nhau. Rõ ràng trong hai tàu ngầm, tàu sở hữu tính không chìm tốt nhất là tàu chịu được số lượng khoang và sitec ngập nước lớn hơn, nhưng với các thiệt hại tương tự, và nếu bị thiệt hại tương tự thì sự thay đổi mớn nước (осадка) là nhỏ hơn và sự mất ổn định ít hơn.

(http://moryak.biz/tuspic/kren_dif.jpg)
Cân bằng tĩnh (Посадка) là trạng thái cân bằng của tàu thủy đối với mặt thoáng tĩnh của nước và đặc trưng bởi các tham số góc nghiêng (mặt cắt ngang) θ (têta) và góc nghiêng chênh mớn (mặt cắt dọc) ψ (psi).

Những mô tả nói trên xác định tính chất các yêu cầu chung về tính không chìm ở tư thế nổi, mà thường được trình bày như sau: trong trường hợp ngập một số nhất định các khoang và sitec dằn chủ, các đặc điểm tư thế cân bằng tĩnh (посадка - gồm mớn ngập nước, độ nghiêng ngang, đọ chênh mớn dọc - осадка, крен, дифферент) và ổn định của tàu ngầm bị hư hỏng không được vượt quá giới hạn nào đó.

Nói cách khác, góc nghiêng ngang têta và góc chênh mớn dọc psi của tàu ngầm không được vượt quá những giá trị nhất định, tàu ngầm phải duy trì được dự trữ nổi (запас плавучести), cũng như độ ổn định theo phương mặt cắt ngang và mặt cắt dọc không thấp hơn những giá trị nhất định. Điều này đạt được bởi các biện pháp kết cấu, biện pháp tổ chức-kỹ thuật và hành động của đội ngũ thành viên trong cuộc đấu tranh duy trì tính không chìm.

Nếu ở tư thế nổi, tính không chìm của tàu ngầm được bảo đảm bởi độ dự trữ nổi, thì trong tư thế ngầm dưới mặt nước dự trữ nổi được sử dụng hết bởi việc tiếp nhận nước vào trong sitec dằn chủ và đấu tranh cho tính không chìm mang một đặc điểm hoàn toàn khác.

(hết mục 1)

2.Tính không chìm tư thế nổi và ổn định dọc của tàu ngầm

Khi tàu ngầm bị các hư hỏng liên quan đến việc nước tràn vào bên trong vỏ bền của tàu trong tư thế nổi, mối nguy hiểm lớn nhất là sự mất ổn định theo phương trục dọc của tàu ngầm. Mặc dù thực tế là trong tư thế nổi sự ổn định theo phương dọc lớn hơn một trăm lần so với phương ngang, nguy cơ đầu tiên phát sinh chính là nguy cơ mất ổn định theo phương dọc.

Khi gặp các hư hỏng nặng, tàu ngầm sẽ mất ổn định theo chiều dọc trước khi khi mất tính nổi. Sự mất sức nổi, theo quy luật, chỉ là kết quả của sự mất ổn định theo chiều dọc.

Cả ba tàu ngầm hạt nhân hy sinh trong thời bình của chúng ta đã bị chìm do sự mất ổn định theo chiều dọc:

Ngày 08 tháng 4 năm 1970 vụ cháy trên tàu ngầm K-8 (đề án 627) gây ra sự phá hủy tính kín của vỏ bền và các khoang, ngày 12 tháng 04 cùng năm K-8 bị mất ổn định theo chiều dọc trong tư thế nổi và chìm;

Ngày 03 tháng 10 năm 1986 tàu ngầm K-219 (đề án 667AU) bị chìm do mất dự trữ nổi và mất ổn định theo chiều dọc;

Ngày 07 tháng 4 năm 1986 tàu ngầm K-278 "Komsomolets" (đề án 685) bị chìm do mất dự trữ nổi và mất ổn định theo chiều dọc.

Điều đó được giải thích bởi khi nước tràn vào trong vỏ bền thì:

1) mớn nước của tàu ngầm tăng lên, do đó, dự trữ nổi giảm xuống;
2) phát sinh chênh mớn dọc, kết quả là giảm nhanh diện tích đường mớn nước hiện tại và mô men quán tính đối với trục ngang của nó (mô men đối trọng cân bằng theo chiều dọc không thể chống lại mô men chênh mớn dọc, hình thành do nước tràn vào các khoang và sitec dằn chính ở đầu mút tàu trong tình trạng khẩn cấp).

Mối đe dọa mất ổn định ngang là ít có khả năng xảy ra hơn, vì sự xuất hiện của mô men gây nghiêng ngang lớn trên tàu ngầm chỉ có thể có khi mà gần như tất cả các sitec dằn chính từ một bên mạn đã đầy nước, mà việc giảm mô men quán tính của diện tích đường mớn nước hiện có đối với trục dọc, đặc trưng cho sự ổn định ngang là tương đối nhỏ.

Khi vỏ tàu ngầm bị hư hỏng, sự ổn định theo chiều dọc của nó giảm cả do dự trữ sức nổi giảm và do phát sinh độ chênh mớn.

Khi tàu ngầm có dự trữ nổi thấp, mô men cân bằng dọc của nó sẽ có giá trị thấp.

(http://podlodka.info/images/stories/teor_pl/image/image001.gif)
Hình 1: Đặc điểm biến đổi đồ thị ổn định dọc của tàu ngầm không có van kingston khi tăng độ choán nước.

Với các tàu ngầm có van thông biển (van kingston), mô men dọc đạt đến giá trị tối đa của nó ở góc 18-20  không phụ thuộc độ lớn của dự trữ nổi. Ở tàu ngầm không có van thông biển, khi sụt giảm dự trữ sức nổi dẫn đến không chỉ làm giảm độ lớn của mô men phục hồi (cân bằng), mà cả góc chênh mớn mà tại đó mô men cân bằng theo chiều dọc có giá trị tối đa (Hình 1).

Trên hình 1 còn cho thấy đồ thị ổn định dọc thay đổi như thế nào với việc tính đến việc không thông biển khi gia tăng tiếp theo độ choán nước của tàu ngầm từ V đến các giá trị V1 và V2.

Khi mớn nước tăng và chênh mớn tăng, sẽ xảy ra việc bổ sung thêm nước vào các sitec chưa hư hại của hệ thống dằn chủ, nằm trong đầu đang chìm. Điều này dẫn tới việc tăng thêm độ chìm của tàu ngầm, tăng chênh mớn và giảm dự trữ nổi.

Với việc giảm độ dự trữ nổi, độ ổn định theo chiều dọc của tàu ngầm cũng giảm và (ổn định) vẫn còn giữ được miễn là góc chênh mớn psi nhỏ hơn giới hạn đối với dự trữ nổi này.

Để (đánh giá) các đặc tính chung về ổn định tổng thể của tàu ngầm bị hư hỏng, cũng như không hư hỏng, thường sử dụng sơ đồ ổn định ngang và dọc. Đặc điểm của chúng trong trường hợp tàu ngầm bị hư hại quy định sự sụt giảm dự trữ nổi và sự xuất hiện các góc nghiêng và (hoặc) góc chênh mớn.

Khi xuất hiện hiện tượng nghiêng ngang và chênh mớn dọc của tàu ngầm, các đồ thị này có hình dạng các đường cong m`Θ(Θ) и M`ψ(ψ), thể hiện trên hình 2 bằng các đường đậm nét, và các đồ thị ổn định m`Θ(Θ) и M`ψ(ψ), của tàu ngầm không hư hại biểu diễn bằng các đường đứt nét.

Để đánh giá và xác định các đặc điểm chính của tàu ngầm bị hư hỏng người ta xây dựng đồ thị ổn định tĩnh học theo phương dọc.

(http://podlodka.info/images/stories/teor_pl/image/image002.gif)

Trong hình. 2. Đồ thị ổn định ngang và dọc của tàu ngầm đang bị nghiêng (đường đậm nét) và tàu ngầm đang nổi trên sống bằng (đường đứt nét).
 
Các thông số chính của đồ thị ổn định tĩnh học theo phương dọc của tàu ngầm bị hư hỏng là:
ψР - góc chênh mớn cân bằng - điểm đồ thị giao cắt trục X;
ψmax - góc chênh mớn tới hạn, mà khi nghiêng chưa tới góc đó do tác động của mô men chênh mớn tĩnh học, tàu ngầm bị nạn còn duy trì được sự ổn định theo phương dọc. Độ lớn của các khoảng cách góc ψР ... ψ max xác định sự phát triển tới hạn của góc chênh mớn tĩnh học;

ψ3 - góc hoàng hôn (угол заката - góc lật) - góc chênh mớn, mà khi vượt quá nó, tàu ngầm bị nạn sẽ mất ổn định theo phương dọc ngay cả khi không có mô men chênh mớn;

lmax - cánh tay đòn tối đa của đồ thị, xác định giá trị lớn nhất của mô men chênh mớn mà tàu ngầm bị nạn có thể chịu được, giá trị của lmax - dự trữ ổn định tĩnh học theo phương dọc của tàu ngầm bị hư hỏng.

Trên tàu ngầm bị hư hỏng thực tế chỉ cảm nhận thấy ψР. Theo chỉ một thông số ψР không thể đánh giá đúng trạng thái của tàu ngầm, vì khi dự trữ nổi nhỏ, tàu ngầm có thể mất ổn định theo phương dọc, ngay cả với một sự tăng nhẹ của góc chênh mớn dọc.

(hết mục 2)
.....

(tiếp)

3.Xác định tình trạng của tàu ngầm bị nạn khi đấu tranh vì tính không chìm trong tư thế nổi

Tuỳ theo đặc điểm ngập của các khoang và sitec dằn chính mà chia ra bốn loại:

1. Khoang ngập hoàn toàn, dù thông hoặc không thông với nước ngoài mạn tàu.

2. Khoang ngập một phần và không thông với nước ngoài mạn.

3. Khoang ngập một phần và thông với nước ngoài mạn (mực nước trong khoang trùng với mực nước ngoài mạn).

4. Khoang ngập một phần, thông với nước ngoài mạn và có đệm không khí.

Khi thay đổi cân bằng tĩnh (посадка) của tàu ngầm phạm vi ngập của khoang có thể thay đổi theo mức nước vào khoang. Tuy nhiên, khi tính toán tính không chìm trong tư thế nổi, người ta coi rằng các khoang và sitec dằn chính đã ngập đầy hoàn toàn là không thông với nước ngoài mạn (phạm trù 1). Trường hợp đó không tính đến ảnh hưởng của tải trọng chất lỏng. Về tổng thể, người ta cho rằng giả định này gây ra sai lầm theo hướng thiên về an toàn, bởi lẽ các sitec dằn chính và các khoang thực ra có thể không ngập đầy hoàn toàn.

Nếu các điều kiện của sự ổn định ban đầu theo phương dọc được thực hiện (q>10 độ, j<0,5 độ), việc đánh giá tình trạng tàu ngầm bị nạn được thực hiện bởi quan hệ giải tích bằng cách sử dụng biểu đồ sức nổi với sự ổn định ban đầu theo phương pháp tiếp nhận (chất) tải trọng.

1. Tìm lượng choán nước của tàu ngầm sau tai nạn, V1 = Vкр + ∑Vi.

2. Tính toán khoảng cách từ tâm trọng lực của tàu ngầm bị nạn tới mặt phẳng cơ bản
(http://podlodka.info/images/stories/teor_pl/image/image003.png) (1).

3. Với sự trợ giúp của đồ thị sức nổi có độ ổn định ban đầu giá trị là Va để xác định mớn nước trung bình Тср, cũng như khoảng cách từ tâm nghiêng (метацентр) mặt cắt ngang tới mặt phẳng cơ bản zm1.

4. Tính toán chiều cao tâm nghiêng của tàu ngầm sau tai nạn h1 = Zm1 – Zg1.

5. Chiều cao tâm nghiêng theo phương dọc có thể được coi xấp xỉ bằng với bán kính tâm nghiêng theo phương dọc H1 ≈ R1.

6. Tính góc nghiêng hay độ chênh mớn của tàu ngầm sau tai nạn
 
(http://podlodka.info/images/stories/teor_pl/image/image004.png) .
 
 
7. Xác định độ chênh mớn tuyến tính sau tai nạn, ∆ = Тн – Тк = ψ Lн,к / 57,3.

8. Xác định mớn nước phía mũi và phía đuôi Тн1 = 0,5 (∆ + 2 Тср1),  Тк1 = 2 Тср1 + Тн1.

trong đó: Vкр – độ choán nước của tàu ngầm trong tư thế hành trình tuần dương trước khi xảy ra tai nạn

Zgк – cao độ (аппликата) của tâm trọng lực của tàu ngầm trước khi tai nạn;

ψкр – độ chênh mớn của tàu ngầm trước khi bị tai nạn;

(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/44/Descartes_system_3D.png/250px-Descartes_system_3D.png)
(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/dd/Descartes_system_2D.png/250px-Descartes_system_2D.png)
Cao độ (аппликата) của điểm A trong hệ trục tọa độ vuông góc 3 chiều, bằng độ dài đoạn thẳng OD và có thể lấy giá trị dương (+) hoặc âm (-). Tung độ (Ордината) và hoành độ (Абсцисса) của điểm A được xác định trên các trục YY’ và XX’ của mặt phẳng tọa độ XoY.

Sigma Vi – thể tích các khoang ngập nước và sitec dằn chủ;

Sigma Vixi; Sigma Viyi; – mô men các khoang ngập nước và sitec dằn chủ;

Lнк – khoảng cách giữa các dấu mớn nước đằng mũi và đằng lái.

Trong trường hợp góc nghiêng ngang (крен) nhỏ, còn chênh mớn (dọc) lớn hơn 0,5 độ nhưng nhỏ hơn 9 độ thì để tính toán người ta dùng đồ thị tính không chìm tư thế nổi (hình 3),
(http://podlodka.info/images/stories/teor_pl/image/image007.png)

Hình 3. Đồ thị tính không chìm trong tư thế nổi

Đồ thị đó diễn tả bằng đồ họa sự phụ thuộc của mớn nước trung bình Тср và góc chênh mớn ψ  của tàu ngầm vào độ choán nước và mô men chênh mớn. Biểu đồ này được biên soạn bởi các nhà thiết kế và được cấp sẵn trên tàu ngầm. Trên trục tung người ta đặt độ choán nước của tàu ngầm, và trên trục hoành – mô men chênh mớn tổng cộng từ các khoang bị ngập và sitec dằn chính: bên phải - mô men chênh mớn đằng mũi, bên trái, mô men chênh mớn phía đuôi. Trên hệ trục tọa độ này người ta xây dựng các đường cong biểu diễn quan hệ mớn nước trung bình và góc chênh mớn.

Đối với các tàu ngầm có sitec dằn chủ không van thông biển thường người ta kết hợp trong một sơ đồ hình họa duy nhất cả hai biến thể của đồ thị biểu diễn tính không chìm tư thế nổi - một không tính đến tính chất không có van thông biển (đường chấm nét đứt dashed trong hình 4) và hai – kể đến việc không có van thông biển (đường liền nét hình 4). Do tính chất phức tạp của các đường cong trường hợp sau trong trạng thái cân bằng tĩnh của tàu ngầm, gần đến sự chìm hoàn toàn của nó, mà phần phía trên của đồ thị này thường không được xây dựng hết. Nó không có giá trị thực tế, vì những trạng thái cân bằng tĩnh này của tàu ngầm nên coi là (trạng thái) đã chết hoặc gần chết của con tàu.

(http://podlodka.info/images/stories/teor_pl/image/image008.png)

Hình 4. Xác định các dữ liệu cần thiết để xây dựng đồ thị ổn định tĩnh học của tàu ngầm bị nạn, theo đồ thị tính không chìm trong tư thế nổi.

.......

Bác ơi em góp ý một chút, bác giảm độ dài bài viết một tí ạ. Em và một số đồng chí khác hay dùng điện thoại online, bác cứ post bài dài thế này load khó lắm, đến cuối trang thì không xem được hình nữa ạ. Bác thử xem xét lại nhá. Em xin cảm ơn!

(tiếp)

Đồ thị tính không chìm trong tư thế nổi được sử dụng như sau:

Xác định độ choán nước của tàu ngầm sau khi tàu bị tai nạn V1.

Xác định mô men gây chênh mớn Mx1, đối với mặt cắt ngang giữa sau khi tai nạn xảy ra: Мх1= xgнVн  + sigma Vi xi
Giá trị của V1  và Мх1 là các đối số đầu vào trong đồ thị tính không chìm trong tư thế nổi. Chúng được đặt theo tỷ lệ trên các trục đồ thị. Từ các điểm nhận được B và D, người ta dựng các đường vuông góc đến chỗ giao cắt chúng tại điểm A, xác định tình trạng tàu ngầm bị nạn trong đồ thị tính không chìm trên tư thế nổi. Nội suy đường cong Тср và ψ đối với điểm A, tìm được các giá trị của các đại lượng ấy cho tàu ngầm bị nạn.

Cách giải trên trong trường hợp tàu ngầm có sitec dằn chủ không van thông biển sẽ gây lỗi, bất kể sử dụng phiên bản đồ thị nào trong số hai phiên bản đã dẫn. Nếu sử dụng đồ thị có tính đến sitec dằn chủ không có van thông biển (đường nét đứt) thì khi sitec dằn chính không van kingston ngập, khối nước trong nó sẽ bị tính hai lần (lỗi thiên về an toàn). Nếu giải quyết bài toán trên đồ thị, mà bỏ qua tính chất không có van thông biển, nó sẽ không tính đến nước chảy vào trong sitec dằn chính chưa hư hại.

Ngoại lệ gồm có các trường hợp khi đồ thị được sử dụng có tính đến tính chất không van thông biển, khi mà không có sitec dằn chính không van thông biển bị hư hại, hoặc, ngược lại, sử dụng đồ thị bỏ qua tính chất không van thông biển, nếu tất cả các sitec dằn chính không van thông biển đã bị hư hỏng. Trên đồ thị bỏ qua tính chất không van thông biển, không có sai sót đáng kể khi xác định cân bằng tĩnh của tàu ngầm sau khi thổi khí nén tất cả các sitec dằn không van thông biển còn nguyên vẹn.

Trong mọi trường hợp, bạn nên chọn phiên bản đồ thị đáp ứng gần nhất các điều kiện cụ thể của bài toán tai nạn và khi đó sai số (lỗi) sẽ nhỏ hơn.

Xây dựng đồ thị ổn định theo phương dọc của tàu ngầm bị hư hỏng.

Mô men chênh mớn gây ra do nước tràn vào các khoang và sitec dằn chủ, xác định theo biểu thức sau: Мдиф = γV (хg-хc) cosφ ≈ γV (хg-хc),

và tính đến tác động của mô men kháng theo phương dọc của nó

Мφ = γV (хcψ- хg) cosψ ≈ γV (хcψ- хg) ≈ γ (Vхcψ-Vхg).

Liên quan đến hình 4 chúng ta thấy rằng Vхcψ - Vхg  diễn tả sự khác biệt giữa tung độ được khảo sát bởi đường cong ψ = const và điểm A. Vì vậy, nếu chúng ta đo theo tỷ lệ trục hoành khoảng cách từ điểm A đến điểm Вj giao của đoạn thẳng AB với các đường cong chênh mớn bằng nhau, thì đoạn АВj đó xác định giá trị gần đúng Мψj/ γ (hình 5), tương ứng với góc chênh mớn ψj.

(http://podlodka.info/images/stories/teor_pl/image/image009.png)
Hình 5

PS: đồng chí Pi Năng Tắc Bình Thuận ơi, nhất trí thôi, nhưng bài ngắn quá nó cụt lắm.
.......

Hihi em chỉ kiến nghị là giảm tí thôi mà, như bài trên là được. Cảm ơn bác, bài hay thật ạ!

Quên, Pi năng tắc là gì ạ? Em chỉ hiểu mỗi chử Bình Thuận thôi. ;D

(tiếp)

Theo các kết quả của phép đo mà người ta dựng lên đồ thị ổn định gần đúng theo phương dọc của tàu ngầm bị hư hại như trong hình 6. Đồ thị nhận được đưa ra đặc tính chung của sự ổn định theo phương dọc của tàu ngầm bị hư hại, cho phép bạn kiểm tra việc tuân thủ các yêu cầu nhằm ngăn chặn tàu chìm.

Đặc biệt, nếu yêu cầu quy cách hóa cánh tay đòn tối đa của sự ổn định theo phương dọc, nó có thể dễ dàng được xác định bằng cách chia tung độ lớn nhất cho thể tích choán nước của tàu ngầm chưa hư hại. Để thuận tiện, ta dựng ngay một đồ thị ổn định theo phương dọc của tàu ngầm bị hư hại tỷ lệ với cánh tay đòn lψ = АВj/Vн.

Với sự giúp đỡ đồ thị vừa có, ta tính được giá trị gần đúng của chiều cao tâm nghiêng theo phương dọc ở vị trí cân bằng của tàu ngầm bị hư hỏng Hψр = 57,3 (lψр + ∆ψ - lψр - ∆ψ) /2∆ψ, trong đó: Δψ - góc = 0,5-1,0 độ.

(http://podlodka.info/images/stories/teor_pl/image/image010.png)
Hình 6. Đồ thị ổn định tĩnh học theo phương dọc của tàu ngầm bị nạn.

Nếu cần thiết, chúng ta có thể xác định chiều cao tâm nghiêng theo phương ngang của tàu ngầm bị hư hại h1  = Zm  - Zg ,

trong đó: Zm - cao độ (аппликата) của tâm nghiêng theo phương ngang của tàu ngầm bị hư hỏng, được xác định nhờ sử dụng một đồ thị được các nhà thiết kế xây dựng một cách đặc biệt thể hiện tương quan giữa độ dời (отстояния) so với mặt phẳng cơ bản của tâm nghiêng theo phương ngang của tàu ngầm phụ thuộc vào lượng choán nước và góc chênh mớn. Để tiện sử dụng các đường cong Zm (V, ψ=const) thường được xây dựng riêng cho các góc chênh mớn giá trị dương (phía mũi tàu) và giá trị âm (phía lái). Ví dụ điển hình của những đường cong loại này được thể hiện trên hình 7;

Zg - cao độ của tâm trọng lực của tàu ngầm bị hư hại, tính theo công thức (1);

Với cách giải gần đúng thì có thể bỏ qua đại lượng chỉnh lý Δh. Cũng vì những lý do tương tự, trong thực tế không cần phải chính xác hóa mớn nước trung bình của tàu ngầm theo kết quả độ nghiêng thể tích cân bằng theo phương ngang của nó.

(http://podlodka.info/images/stories/teor_pl/image/image011.png)
Hình 7. Đồ thị độ dời khỏi mặt phẳng cơ bản của tâm nghiêng ngang của tàu ngầm phụ thuộc vào lượng choán nước và góc chênh mớn.
 
Đồ thị phổ quát của sức nổi với độ ổn định ban đầu (hình 08) cho các tính toán liên quan đến tính không chìm trong tư thế nổi được sử dụng trong giới hạn các góc nghiêng ngang nhỏ, cũng như:

 - khi góc chênh mớn của tàu ngầm > 9 độ;

 - khi điểm cắt nhau của các đường vuông góc từ V1 và Мх sẽ nằm ngoài giới hạn của các đường cong đồ thị tính không chìm trong tư thế nổi.

(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/26/MetacentricHeight.png/800px-MetacentricHeight.png)
(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c9/Metacentre.png/680px-Metacentre.png)
Minh họa tâm nghiêng M (metacentre), tâm trọng lực G (centre of gravity) và tâm choán nước B (centre of buoyancy - центр величины).

Vẫn còn những giả định hợp lệ về sự độc lập của độ chênh mớn so với độ nghiêng ngang, về sự phụ thuộc dạng hình sin của mô men phục hồi theo phương ngang vào góc nghiêng ngang và về sự ngập nước đầy các khoang cũng như các sitec bị hư hại. Ngoài ra, tất cả các đồ thị được xây dựng mà không tính đến việc nước tràn vào các sitec dằn chính không van thông biển khi thay đổi cân bằng tĩnh của tàu ngầm. Điều này tương đương với việc đưa ra giả định bổ sung về việc không có các sitec như vậy trong số (các sitec) nguyên vẹn còn lại, đó là nhược điểm chính của phương pháp này.

.........

(tiếp)

Đồ thị phổ quát của sức nổi và độ ổn định ban đầu bao gồm hai phần: trên và dưới. Phần dưới bao gồm các đường cong có độ choán nước bằng nhau từ mức trung bình đến mức đầy đủ và các đường cong có các góc chênh mớn bằng nhau từ 0 đến 90 độ. Trên đường nằm ngang người ta đặt độ dời tâm choán nước (центр величины) của tàu ngầm từ khung cứng chính giữa thân tàu (мидель-шпангоут), trên đường đứng - đặt độ dời tâm choán nước so với mặt phẳng cơ bản.

Mỗi điểm trên phần này của đồ thị cho thấy vị trí của tâm choán nước của tàu ngầm với lượng choán nước và góc chênh mớn tương ứng.

Ở phần trên của đồ thị người ta xây dựng các đường cong độ choán nước bằng nhau phụ thuộc hoành độ Хс của tâm choán nước tàu ngầm, và cao độ của tâm nghiêng theo phương ngang Zm=Zc+r,  được đặt trên trục thẳng đứng, phù hợp với vị trí của các tâm choán nước ở phần đồ thị phía dưới ứng với các giá trị tương ứng của V và ψ.

Nhờ đồ thị phổ quát có thể trong bất kỳ điều kiện tải trọng nào của tàu ngầm ta cũng xác định được tọa độ của tâm choán nước và tâm nghiêng cũng như góc chênh mớn.

Nhờ các phương pháp đã dẫn mà người ta giải quyết được bài toán tính không chìm trong tư thế nổi: xác định trạng thái cân bằng tĩnh và sự ổn định của tàu ngầm sau tai nạn. Hoạt động của đội ngũ thành viên của tàu ngầm bị nạn cần được tiến hành theo hướng phục hồi tối đa trạng thái cân bằng và ổn định trước đó. Điều này được thực hiện bằng cách rút nước đã tràn vào hoặc loại bỏ các tải trọng khả biến. Mục đích: Khôi phục lại dự trữ sức nổi và độ ổn định, nghĩa là, giảm độ nghiêng ngang và độ chênh mớn dọc.

(http://podlodka.info/images/stories/teor_pl/image/image012.png)
Hình 08. Đồ thị phổ quát sức nổi và độ ổn định của tàu ngầm

Tính toán việc loại trừ tải trọng khả biến thực hiện bằng một trong các phương pháp đã chỉ dẫn.

Nếu con đường đó không khả thi, khả năng đi biển tàu ngầm bị nạn sẽ được phục hồi bằng cách làm đầy các sitec dằn hai đầu và thân có vị trí đối diện với vị trí bị nạn. Đồng thời ổn định của tàu ngầm có thể thay đổi đến trạng thái tốt hơn cũng như tệ hơn, còn dự trữ nổi giảm xuống mức thể tích của các sitec chống ngập. Tính toán chống ngập (nắn thẳng hay phương pháp hiệu chuẩn tàu ngầm - спрямление подводной лодки) được tiến hành theo một trong những phương pháp chỉ ra ở trên. Đối với tất cả các tính toán bằng hiệu chuẩn tàu ngầm, không thể vượt qua những giới hạn hợp lý trong mối liên quan đến sự tiêu tốn dự trữ nổi và phải dựa trên quy tắc: thà bơi với góc nghiêng ngang và chênh mớn dọc nào đó, còn hơn là làm giảm dự trữ sức nổi, khi cố đạt đến các giá trị bằng không của chúng.

(hết mục 3)
.......

(tiếp)

4. Tập hợp các tài liệu hướng dẫn hành động trên tàu về tính không chìm trong tư thế nổi và sử dụng nó trong trường hợp khẩn cấp

Trong trường hợp khẩn cấp việc thực hiện bất kỳ tính toán phức tạp nào về tính không chìm gần như là không thể. Vì vậy, việc đánh giá tình trạng của tàu ngầm và việc lựa chọn các biện pháp đấu tranh vì tính không chìm của nó khi xảy ra tai nạn trong thực tế được khuyến cáo thực hiện trên cơ sở các tính toán đã chuẩn bị trước.

Kết quả của các tính toán như vậy cho các phương án thiệt hại điển hình và các phương án hiệu chuẩn khuyến cáo được tập hợp trong một bảng về tính không chìm trong tư thế nổi (ТНН - таблица надводной непотопляемости - TNN). Nó được xây dựng trong quá trình thiết kế tàu ngầm và được dành để đánh giá tình trạng của tàu ngầm sau khi tai nạn xảy ra, mà không phải tính toán. Bảng này bao gồm hai phần: bên trái - "Tai nạn" và bên phải - "Hiệu chuẩn". Ở phía bên trái là các yếu tố của sức nổi và sự ổn định sau khi xảy ra một loại tai nạn nào đó (độ choán nước, dự trữ sức nổi còn lại, các góc nghiêng ngang và chênh mớn, mớn nước đằng mũi và đằng lái, và những yếu tố khác), ở phía bên phải chỉ ra các sitec dằn chính nào cần được nhận đầy nước để hiệu chỉnh tàu ngầm và đưa ra những yếu tố của sức nổi và sự ổn định của tàu ngầm sau hiệu chuẩn.

Với tư cách các phương án thiệt hại điển hình đưa ra trong phần bên trái của bảng, người ta thường hay áp dụng các trường hợp ngập một khoang thân bền của tàu và một hoặc hai sitec dằn chính liền kề ở một bên mạn. Để giảm dung lượng của bảng, từ mỗi cặp hư hại người ta chỉ phân biệt việc ngập nước của sitec dằn chủ ở các vị trí mạn đối diện, và chỉ một, vì điều đó không gây ra bất kỳ thay đổi nào ngoại trừ dấu hiệu của góc nghiêng ngang.

Với tư cách một biện pháp hiệu chỉnh tàu ngầm bị tai nạn, trong bảng về tính không chìm trong tư thế nổi người ta khuyến cáo việc chống ngập của các sitec dằn chủ không hư hại. Do sức nổi dự trữ của tàu ngầm không lớn, khả năng hiệu chuẩn bằng các phương pháp như vậy là khá hạn chế.

Bảng tính không chìm tư thế nổi cực kỳ đơn giản và dễ sử dụng, tuy nhiên, nó có một số khuyết điểm thực sự, làm hạn chế đáng kể khả năng sử dụng. Những khuyết điểm chính:

- Bảng được dựa trên giả định rằng trước khi tai nạn, tàu ngầm có tải trọng tiêu chuẩn;
 
- Các phương án hư hại đưa ra trong bảng có số lượng còn ít (tăng số lượng của chúng làm cho bảng khó sử dụng);

- Tính chưa thật đáng tin cậy của các dữ liệu trong bảng và các khuyến nghị cho tàu ngầm có đệm không khí trong các sitec không van thông biển, cũng như trong trường hợp sóng lớn và dao động lớn;

- Không có khả năng sử dụng, trong trường hợp thiếu thông tin tin cậy về mức ngập nước của các khoang và các sitec.

Trong trường hợp ngập mà không có trong bảng TNN, sự lựa chọn các biện pháp hiệu chuẩn phải dựa vào kiến thức và kinh nghiệm của đội ngũ thành viên, thu được qua phân tích tính không chìm của tàu ngầm của mình trong quá trình huấn luyện chiến đấu. Đóng vai trò lớn trong việc này là cách giải bài toán cân bằng tĩnh và ổn định của tàu ngầm hư hỏng và đã được hiệu chuẩn.
 
Các kết luận rút ra:

1. Tính không chìm trong tư thế nổi được đảm bảo bằng các giải pháp thiết kế kết cấu và các biện pháp tổ chức-kỹ thuật, cũng như những hành động của đội ngũ thành viên trong cuộc đấu tranh cho tính không chìm trong tư thế nổi, trong đó bao gồm việc khôi phục và bảo vệ dự trữ nổi và độ ổn định, phục hồi tính kín của thân bền và loại bỏ nước tràn vào bên trong tàu ngầm.

2. Tính toán cân bằng và ổn định của tàu ngầm khi có sự hư hại thân bền của tàu có thể được thực hiện theo các liên hệ giải tích bằng cách sử dụng đồ thị sức nổi và sự ổn định ban đầu, sử dụng phương pháp tiếp nhận tải trọng, nếu các điều kiện của sự ổn định theo phương dọc ban đầu được thực hiện (q>10 độ; j<0,5 độ);  theo đồ thị tính không chìm trong tư thế nổi khi các góc nghiêng ngang nhỏ, còn góc chênh mớn dọc không lớn hơn 9 độ và theo biểu đồ phổ quát sức nổi và sự ổn định khi góc nghiêng ngang nhỏ còn chênh mớn dọc của tàu ngầm trên 9 độ.

3. Trong trường hợp khẩn cấp việc thực hiện bất kỳ tính toán phức tạp nào về tính không chìm gần như không thể. Vì vậy việc đánh giá trạng thái của tàu ngầm và lựa chọn các biện pháp đấu tranh cho tính không chìm của nó khi thực sự có tai nạn được khuyến cáo thực hiện theo bảng tính không chìm trong tư thế nổi.

(hết mục 4)
.........

(tiếp)

5. Cơ sở lý thuyết tính không chìm của tàu ngầm

Sự ổn định của tàu ngầm trong tư thế bơi ngầm được đảm bảo chỉ bằng sự ổn định của trọng lượng, bởi (trong tư thế ngầm) không có diện tích hoạt động (trên) đường mớn nước, chiều cao tâm nghiêng theo phương dọc giảm khoảng 100 lần và bằng với chiều cao tâm nghiêng theo phương ngang, dự trữ nổi tiêu hao hết theo lượng nước thu vào sitec dằn chủ và cuộc đấu tranh cho tính không chìm có một đặc tính hoàn toàn khác.

Điều gì sẽ xảy ra với tàu ngầm khi nước vào trong thân bền của tàu và có vũ khí biện pháp nào mà thuyền trưởng và thủy thủ đoàn có thể dùng để chống lại cũng như để ngăn chặn cái chết của con tàu?

Bản chất của cuộc đấu tranh cho tính không chìm tư thế ngầm là:

- Đảm bảo cho việc nổi lên bề mặt biển một cách nhanh nhất, mà nếu sự nổi lên đó gồm cả do tình huống chiến thuật, như trong việc duy trì tàu ngầm tại một dải độ sâu hoạt động, không vượt quá độ sâu lặn tối đa, tiếp theo là đi lên đến độ sâu đảm bảo độ bền các vách ngăn của khoang bị nạn;

- Ngăn chặn sự phá hủy các vách ngăn khoang bị ngập và phân phối lại nước trong các ngăn liền kề với việc áp dụng các biện pháp giảm và chấm dứt hoàn toàn việc nước tràn vào (thân bền) tàu ngầm.

Sự gia tăng đột ngột chiều sâu lặn và phát triển mạnh độ chênh mớn dọc có thể xảy ra bởi lượng nước tràn vào các khoang, sự cố kẹt các bánh lái bằng phía đuôi tàu và các nguyên nhân ngẫu nhiên khác. Khi nước tràn vào khoang tàu hoặc kẹt các bánh lái bằng phía đuôi lúc đang lặn, tốc độ chìm xuống của tàu ngầm dưới ảnh hưởng của các lực dìm có thể đạt 10-20 m / giây. Vì lý do ngẫu nhiên mà tàu ngầm có thể chìm tới độ sâu vượt quá độ sâu làm việc và việc đó diễn ra có thể do không biết điều khiển bánh lái bằng của tàu khi vận tốc hành trình đang lớn, sự vô tình làm nước ngập đầy vào sitec dằn phụ trợ, cũng như các hầm chứa và các thùng chứa tên lửa, ống phóng ngư lôi. Vì vậy, trong thực tế vấn đề chính là với sự giúp đỡ của các phương tiện sẵn có để giữ cho tàu ngầm không lao xuống độ sâu, cận kề độ sâu giới hạn, rồi sau đó đưa nó nổi lên mặt nước hoặc đi lên độ sâu an toàn ở chế độ cân bằng chuyển động. Đây là ý nghĩa của tính không chìm trong tư thế bơi ngầm.

Tính không chìm trong tư thế ngầm chính là khả năng của tàu ngầm, khi nước tràn vào trong các khoang của vỏ bền, vẫn nổi lên mặt nước trong trạng thái cân bằng ổn định hoặc khi duy trì được tốc độ để tiếp tục bơi trong các giới hạn của dải độ sâu an toàn cho độ bền của các vách ngăn khoang bị nạn. Vấn đề đảm bảo tính không chìm trong tư thế bơi ngầm là một thách thức lớn bởi vì:

- Không còn dự trữ nổi trong tư thế ngầm, do nước vào một trong các khoang sẽ dẫn tới sự xuất hiện của một sức nổi dư có dấu âm và gia tăng độ chênh mớn dọc;

- Độ sâu lặn ngày càng tăng cũng làm tăng áp lực thủy động, và do đó, tăng tốc độ nước chảy vào khoang thông qua các lỗ thủng hay khe nứt;

- Chiều sâu lặn tăng làm giảm hiệu suất các phương tiện hút nước ra và làm tăng mức tiêu hao không khí áp lực cao (ВВД - воздуха высокого давления) để thổi sitec dằn chủ và tạo ra phản áp lực trong các khoang.
Mục đích của việc đảm bảo tính không chìm trên phương diện kết cấu là xây dựng cho tàu ngầm trong giai đoạn thiết kế và chế tạo các đặc tính và phương tiện kỹ thuật đảm bảo tính không chìm ở một mức độ tính toán nhất định. Đồng thời người ta tính đến các yếu tố sau đây:

- Áp lực, dùng tính toán vỏ bền và độ kín nước các vách ngăn;

- Độ lớn của dự trữ khí áp lực cao dùng để thổi sitec dằn chủ và tạo phản áp suất trong khoang bị nạn và các khoang lân cận;

- Phản ứng nhanh của hệ thống thiết kế nhằm khắc phục thảm họa (chủ yếu là hệ thống thổi sitec dằn chủ trong trường hợp khẩn cấp và hệ thống làm cạn nước);

- Khả năng chịu lực của vỏ tàu ngầm;

- (Khả năng) tự động hóa quá trình đấu tranh cho tính không chìm.

Chúng ta hãy xem xét một cách ngắn gọn những yếu tố trên.

Vỏ (thân) bền của tàu ngầm phải đảm bảo số lượng không giới hạn các lần lặn xuống chiều sâu làm việc. Các vách ngăn kín nước thường có cấu trúc phẳng hoặc hình cầu. Hiện nay, có hai phương án sắp xếp các vách ngăn - hỗn hợp và đồng nhất, với phương án sau, khi tất cả các vách ngăn đều phẳng, phương án đã được chấp nhận sử dụng trên tất cả các đề án tàu ngầm mới.

Với phương án hỗn hợp các khoang thoát hiểm được giới hạn bởi các vách ngăn hình cầu. Vách ngăn quay phần lồi vào khoang thoát hiểm, tính toán với áp lực 10 exp 4 hPa (10 kg lực/cm2) từ phía lõm, nghĩa là từ bên ngoài khoang thoát hiểm khi vật liệu của vách ngăn làm việc trong trạng thái chịu kéo. Phía lồi của vách ngăn được thiết kế với áp lực 2 x 10 exp 3 hPa (2 kg lực/cm2). Vách ngăn phẳng trong phương án sắp xếp đồng nhất được tính với áp suất 10 exp 4 hPa cho cả hai phía. Độ bền của các vách ngăn như thế phải đảm bảo tính toàn vẹn của nó khi chiếc tàu ngầm, chạy với tốc độ bằng 3 / 4 tốc độ tối đa ở độ sâu 500 m sẽ chỉ bị lỗ thủng không vượt quá 0,01 m2 và đi lên kịp thời tới độ sâu 100 m trước khi áp lực trong khoang bị nạn đạt tới 10 exp 4 hPa (10 kg lực/cm2).

Độ lớn của khí nén áp lực cao trên tàu ngầm được dự tính nhằm đủ cung cấp trong các trường hợp:

thổi khí trường hợp khẩn cấp từ dưới độ sâu làm việc,

tàu ngầm nổi lên từ nền đất với khoang ngập nước tại độ sâu bằng một nửa độ sâu giới hạn,

ba lần thổi tất cả các sitec dằn chủ, khi nổi lên vị trí tuần dương từ độ sâu kính tiềm vọng,

thời gian thổi tất cả các sitec dằn chủ trong khi nổi từ độ sâu kính tiềm vọng lên vị trí tuần dương - không quá 90 giây,

thời gian thổi nhóm giữa của các sitec dằn chủ trong khi nổi từ độ sâu kính tiềm vọng lên tư thế chiến đấu - không quá 30 giây.

Hệ thống thổi khí áp suất cao trong trường hợp khẩn cấp vận chuyển khí nén áp lực cao để thổi quét sitec dằn chủ. Tuy nhiên, năng lực vận chuyển của hệ thống là không đủ để truyền không khí vào các sitec một cách hiệu quả với thời gian thấp. Lý do: mặt cắt ống dẫn dòng khí lưu thông là không đủ, một số lượng khá lớn các lực cản cục bộ trong các đường ống và phụ kiện. Điều này dẫn đến thực tế là việc thổi các sitec dằn chính và tạo ra phản áp lực trong khoang cần cấp cứu bị trễ so với thời gian nước ngập khoang. Lý do chính là thiếu một dòng chảy nhanh chóng khí áp lực cao vào sitec dằn chủ thổi chúng ở các độ sâu lớn. Vì thế người ta đã phát triển và áp dụng hệ thống thổi khẩn cấp các sitec dằn chủ với trợ giúp của hơi thuốc nổ.

Hệ thống tháo khô nước được thiết kế để loại bỏ ra ngoài mạn tàu nước còn dư bên trong vỏ bền của tàu. Nó bao gồm các đường ống, các phụ kiện và các thiết bị bơm tháo nước (khử nước). Hiệu suất tổng thể của các thiết bị khử nước của tàu ngầm phụ thuộc vào số lượng của chúng, độ sâu lặn, điều kiện làm việc của các máy bơm.

Khả năng chịu lực của vỏ bền tàu ngầm ở tốc độ hành trình cao là công cụ chính của cuộc đấu tranh vì tính không chìm trong tư thế ngầm trên thực tế không phụ thuộc chiều sâu lặn. Khi có lỗ thủng trong các khoang đuôi, theo quy định, thiết bị năng lượng và trục truyền động sẽ ngừng làm việc, tàu ngầm mất tốc độ và do đó mất khả năng chịu lực của vỏ bền của nó. Như vậy, khả năng chịu lực của thân tàu ngầm được sử dụng tích cực ở một mức độ lớn hơn khi nước tràn vào trong các khoang mũi.

Việc tự động hóa các quá trình của cuộc đấu tranh cho tính không chìm thực sự làm giảm thời gian chậm trễ trong việc ra quyết định trong đấu tranh sinh tồn và loại bỏ sự chủ quan của quyết định. Trong trường hợp không có tự động hóa, các công cụ cho cuộc chiến đấu vì tính không chìm không thể được áp dụng sớm hơn 25-30 giây sau khi nước xâm nhập vào các khoang của tàu ngầm, còn khi có phương tiện tự động hóa - chỉ sau 3,5 giây. Sự thay đổi các thông số động học của tàu ngầm khi tai nạn sẽ xảy ra rất nhanh chóng.

Từ các vấn đề trên dẫn đến tính không chìm tư thế ngầm sẽ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:

độ sâu, tại đó nước bắt đầu chảy vào khoang tàu, và kích thước lỗ thủng,

tốc độ di chuyển ban đầu và dự trữ công suất của thiết bị năng lượng cho sự phát triển tốc độ lên tối đa,

- số lượng và vị trí của các khoang bị ngập nước,

- cường độ thổi các sitec dằn chủ,

- có hệ thống tự động chống tai nạn,

- các mức chênh mớn dọc cho phép trong giai đoạn nổi lên.

........

(tiếp)

Để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố trên đến tính không chìm người ta xây dựng đồ thị các khu vực an toàn cho một đề án tàu ngầm cụ thể.

Trên đồ thị (hình 9) diễn tả các đường cong ở các giá trị giới hạn của chiều sâu lặn và tốc độ hành trình tại thời điểm nước vào khoang tàu với các kích thước lỗ thủng khác nhau đối với một đề án tàu ngầm hạt nhân, trong đó:

ήо - độ sâu lặn của tàu ngầm trước khi tai nạn;

ήпред - chiều sâu lặn tối đa;

vо - tốc độ của tàu ngầm trước khi tai nạn;

vпр - tốc độ tối đa của tàu ngầm.

(http://podlodka.info/images/stories/teor_pl/image/image013.png)
Hình 9. Các khu vực an toàn của tàu ngầm phụ thuộc diện tích lỗ thủng.

Trên đồ thị, xác suất sống sót của tàu ngầm bị nạn sẽ được thể hiện bởi diện tích tương đối của vùng an toàn. Vùng an toàn được hiểu là khu vực có giá trị cho phép tối đa về chiều sâu và tốc độ di chuyển của tàu ngầm tại thời điểm bị tai nạn, mà với điều kiện đó có thể cứu được con tàu. Khu vực an toàn được phân bố dưới đường cong tương ứng với lỗ thủng. Diện tích khu vực an toàn càng lớn, xác suất sống sót của tàu ngầm khi áp dụng các biện pháp ứng phó khẩn cấp chống nạn tương ứng càng lớn. Từ đồ thị ta thấy khi diện tích các lỗ thủng lớn, việc cứu thoát tàu ngầm chỉ khả thi nếu tại thời điểm nước tràn vào tàu ngầm đang ở trên các độ sâu nhỏ và có tốc độ di chuyển lớn.

Ví dụ, xác suất sống sót của tàu ngầm hạt nhân sẽ là 0,5 khi nó đang ở độ sâu ήo = 200 m ở tốc độ trước khi tai nạn xảy ra vo = 15 hải lý khi nước tràn vào thông qua các lỗ thủng diện tích 0,01 m2, bởi vì ήо/ ήпред = 200/400=0,5, vо /vпр = 15 hải lý/30 hải lý = 0,5.

Điểm giao nhau của các giá trị này ở dưới đường cong diện tích lỗ thủng bằng 0,01 m2, nghĩa là, trong vùng an toàn. Như vậy, trong mọi trường hợp nước tràn vào các khoang thân bền, con tàu cần phải có tốc độ lớn. Khi có dự trữ công suất của thiết bị năng lượng và khả năng phát triển nhanh (đến) tốc độ tối đa, khả năng chịu lực (mang tải trọng) của thân tàu ngầm sẽ được nâng lên.

Khi tai nạn liên quan đến kẹt bánh lái bằng, sẽ quan sát thấy tác dụng ngược lại - tăng tốc độ di chuyển sẽ làm xấu đi khả năng giữ tàu ngầm không chìm nhanh xuống vực sâu. Điều này được cắt nghĩa là do góc chênh mớn dọc của tàu ngầm ở một góc đặt bánh lái bằng không đổi sẽ tăng lên tỷ lệ với bình phương vận tốc của tàu ngầm.

Sơ đồ vùng an toàn đối với trường hợp kẹt bánh lái bằng lớn của tàu ngầm hạt nhân được chỉ ra trong hình số 10.

Phân tích đồ thị cho thấy khu vực an toàn càng lớn khi góc kẹt (nêm) bánh lái bằng càng nhỏ, và xác suất sống sót của tàu ngầm tăng lên khi tốc độ di chuyển giảm.

Ảnh hưởng lớn đến tính không chìm trong tư thế ngầm là thời gian trễ trong việc thực thi các hoạt động ứng phó khẩn cấp. Các vùng an toàn giảm mạnh khi tăng thời gian ra quyết định, truyền lệnh và thực hiện chúng nhằm giữ cho tàu ngầm không lao xuống độ sâu lớn.

(http://podlodka.info/images/stories/teor_pl/image/image014.png)
Hình 10. Các vùng an toàn của tàu ngầm khi kẹt bánh lái bằng phía đuôi.

Khi nước đã vào bên trong thân bền, chỉ với một sự chậm trễ hơn 120 giây đã gây tử vong cho tàu ngầm. Đồ thị (Hình 10) cho thấy chỉ có thể giảm nhẹ tình hình này khi tàu đang ở tốc độ cao và độ sâu nhỏ lúc bắt đầu tai nạn. Giảm độ sâu lặn trong mọi trường hợp tai nạn làm tăng khả năng sống sót của tàu ngầm bị nạn, điều đó đạt được bằng cách tạo ra sự chênh mớn cho phép tối đa trong quá trình đi lên. Việc giữ một cách hiệu quả để tàu ngầm không bị sa xuống vực khi nó đang ở các chiều sâu lặn lớn đòi hỏi tiêu thụ một lượng khí nén áp lực cao lớn trên một đơn vị thời gian, mà không phải lúc nào hệ thống thổi khí nén khẩn cấp cũng luôn đảm bảo được. Trước nhất phải thổi khí chỉ các sitec dằn chủ, có tác dụng cân bằng mô men chênh mớn và sức nổi mang dấu âm phát sinh do sự xâm nhập của nước vào khoang tàu ngầm.

Cuộc đấu tranh cho tính không chìm trong tư thế ngầm chỉ có thể thành công khi tất cả các phương tiện dự định giành để đấu tranh cho đặc tính ấy được sử dụng kịp thời và hiệu quả.

(hết mục 5)
.........

(tiếp)

6. Hiệu năng sử dụng các phương tiện chống chìm của tàu ngầm

Việc sử dụng thiết bị khắc phục sự cố lỗ thủng vỏ tàu là rất khó khăn. Thứ nhất, mặt trong lớp vỏ chịu áp lực của tàu ngầm gần như bị các loại dây nhợ, thiết bị, hệ thống khí tài trên khoang phủ kín từ 80% tới 90% bề mặt, gây khó khăn thậm chí bít mất lối tới lỗ thủng nếu không tiến hành công tác thu dọn và tháo gỡ chúng. Việc thu dọn hiện trường và tháo gỡ các loại thiết bị sẽ làm tốn nhiều thời gian trong khi khoang tàu tiếp tục bị ngập nước nặng hơn. Thứ hai, dòng nước áp lực cao phun qua lỗ thủng sẽ ngăn cản việc gắn các thiết bị khắc phục sự cố. Áp lực thuỷ động của dòng nước phun tuỳ thuộc vào độ sâu của tàu, kích cỡ lỗ thủng và áp suất ngược trong khoang gặp sự cố. Con người được biết có thể chịu được áp lực thuỷ động của dòng nước phun qua lỗ thủng ở mức từ 80 tới 90 kí lô lực. Vậy nên nếu thiếu các phương tiện thích hợp thì ta không thể bịt được 1 lỗ thủng có đường kính 6cm ở độ sâu 50m.   

Giả sử khi có 1 lỗ thủng và có đủ chỗ để triển khai các thiết bị và dụng cụ khắc phục sự cố, thì việc giảm mức chênh lệch áp suất tối đa giữa áp suất bên ngoài và bên trong vỏ ở khoang gặp sự cố có thể thực hiện được thông qua việc cho tàu nổi lên bề mặt, hoặc nổi lên lớp nước nông hơn, hay tăng áp suất ngược ở khoang gặp sự cố.


Hiệu năng sử dụng thiết bị bơm tiêu nước nhằm nâng cao tính chống chìm của tàu trong trạng thái lặn ngầm phụ thuộc vào trạng thái vận hành của thiết bị, độ sâu của tàu ngầm và lượng nước đã lọt vào khoang gặp sự cố. Tàu lặn càng sâu, hiệu năng tiêu thoát nước càng giảm mạnh. Để xác định hiệu năng tiêu thoát nước ở một độ sâu xác định của tàu ngầm bị sự cố thì cần so sánh giữa lượng nước mà cụm bơm la canh đẩy ra với lượng nước lọt vào qua lỗ thủng trong cùng thời điểm.

Các bơm tiêu nước lắp trên tàu ngầm được chia làm 2 loại: bơm li tâm và bơm pít tông. Loại bơm li tâm có thể vận hành song song hoặc nối tiếp cả cụm với bơm pít tông. Mức tiêu thoát nước của bơm li tâm biến động theo độ sâu. Ví dụ, 1 bơm li tâm mắc song song mỗi giờ bơm tiêu được lượng nước giảm từ 180m³ xuống 65m³ khi tàu lặn từ độ sâu 65m nước xuống độ sâu 110m nước, tương tự khi mắc nối tiếp thì lượng nước tiêu thoát mỗi giờ qua bơm này giảm từ 90m³ xuống 45m³ khi tàu lặn từ độ sâu 110m nước xuống 215m nước. Vì thế bơm la canh li tâm chỉ dùng để tiêu thoát nước khi tàu lặn ngầm ở vùng nước nông. 

(còn tiếp)

6. Hiệu năng sử dụng các phương tiện chống chìm của tàu ngầm (tiếp)

Bơm pít tông có lưu lượng tiêu nước ổn định mỗi chiếc ở mức 20m³ mỗi giờ trong mọi độ sâu hoạt động của tàu ngầm. Ví dụ, lưu lượng nước cần tiêu thoát cho 1 chiếc tàu ngầm chạy bằng năng lượng nguyên tử hoạt động dưới độ sâu 200m nước là 140m³ mỗi giờ. Lưu lượng này tương ứng với lượng nước lọt vào tàu qua lỗ thủng có tiết diện 10cm² khi tàu ngầm hoạt động ở cùng độ sâu. Nếu tàu lặn xuống sâu hơn hoặc lỗ thủng bị nới rộng ra thì hệ thống bơm tiêu nước sẽ không xử lí kịp lượng nước tràn vào tàu.


Khi khai thác vận hành hệ thống bơm tiêu cần lưu ý rằng độ nghiêng chúi của tàu ngầm sẽ làm giảm tổng lưu lượng nước được bơm ra, do hiệu năng bơm tiêu còn phụ thuộc vào mức độ ngập của đầu hút. Thực tế các tàu ngầm gặp sự cố thường hiếm khi giữ sống tàu ở trạng thái cân bằng, nên lượng nước cấp cho hệ thống bơm tiêu sẽ thấp hơn số liệu lí thuyết. Vì thế các phương án nhằm huy động cao nhất các bơm tiêu nước hoạt động phối hợp với nhau cần được tính toán từ trước. Khi nước bên ngoài lọt được vào tàu qua lớp vỏ chịu áp lực, thì hệ thống bơm tiêu nước sự cố cần được huy động ở mức tối đa để đảm bảo lưu lượng nước tiêu hút được nhiều nhất và sự phối hợp vận hành của nhóm bơm được ổn định ở mức thích hợp. 


Ví dụ với 1 chiếc tàu ngầm đi ê zen lặn ở độ sâu 30m nước thì hệ thống bơm tiêu nước của nó chỉ cần xử lí lưu lượng nước tương ứng với lượng nước rò vào tàu qua lỗ thủng có tiết diện 35cm², nhưng ở các độ sâu 120m và 170m nước hệ thống này chỉ xử lí được lượng nước rò qua các lỗ thủng có tiết diện tương ứng là 7cm² và 2,7cm². Các dữ liệu này chỉ thích hợp với điều kiện sống đáy tàu ngầm giữ được trạng thái cân bằng và lượng nước cấp cho bơm đạt lưu lượng lí thuyết. Trong thực tế, lưu lượng nước cấp cho hệ thống bơm tiêu thường bị thiếu hụt do tàu bị nghiêng chúi hay tình trạng hoạt động của các bộ lọc và van dẫn nước.


Điều vừa nêu trên cho thấy rằng đối với các lỗ thủng có kích cỡ lớn, hệ thống bơm tiêu nước trên tàu không thể được xem là 1 phương tiện có tính quyết định trong việc khắc phục sự cố. Tuy vậy, hệ thống này giúp cho lực lượng ứng cứu có thêm thời gian xử lí sự cố ngay khi nước vẫn đang tiếp tục tràn vào khoang, khắc phục được lượng nước đã rò sang các khoang tiếp giáp với khoang gặp sự cố, đồng thời là phương tiện duy nhất để tiêu nước khỏi khoang gặp sự cố sau khi đã bịt được lỗ thủng.

Để tăng hiệu năng khai thác hệ thống bơm tiêu nước, ta cần làm giảm mức chênh lệch giữa áp suất môi trường nước bên ngoài với áp suất bên trong khoang gặp sự cố bằng cách cho tàu trồi lên lớp nước nông hơn hay nổi hẳn lên mặt nước nếu tình hình cho phép.

(còn nữa)

6. Hiệu năng sử dụng các phương tiện chống chìm của tàu ngầm (tiếp)

Hiệu năng của hệ thống cấp khí nén VVD (ВВД = воздух высокого давления) trong việc nâng cao tính chống chìm khi lặn ngầm còn tùy thuộc vào lượng dự trữ khí nén, áp suất khí nén và độ sâu vận hành của tàu ngầm. Khi nước rò qua vỏ áp lực của tàu ngầm đang lặn, hệ thống cấp khí nén có thể được vận hành cho các việc sau:

- Điều chỉnh độ nổi âm và độ nghiêng chúi tới hạn của tàu bằng cách cấp khí cho các két dằn chính;
- Hỗ trợ các vách ngăn tiếp giáp với khoang tàu gặp sự cố;
- Tạo áp suất ngược cho khoang tàu gặp sự cố.


Việc dùng khí nén để cấp cho các két dằn chính giúp tạo ra các điều kiện thuận lợi nhất cho việc khắc phục các sự cố và hiện tượng nghiêng chúi. Lượng khí nén dùng cho việc làm rỗng các két dằn phụ thuộc vào mức độ chênh lệch giữa áp suất khí nén và áp suất thuỷ tĩnh của lớp nước ngoài vỏ tàu.  

Tốc độ cấp khí cho các két dằn chính tùy thuộc không chỉ vào tốc độ điều chỉnh độ nổi âm và tốc độ hồi phục nghiêng chúi của tàu, mà còn vào lượng khí nén dự trữ, số lượng cùng áp suất trong các bình khí nén nối với máy cấp khí và độ sâu vận hành hiện thời của tàu ngầm. Ví dụ trên 1 chiếc tàu ngầm chạy bằng năng lượng nguyên tử, thời gian cấp khí nén cho nhóm két dằn ở phần giữa thân khi tàu lặn ở độ sâu 10m nước là 30 giây, nhưng khi tàu lặn ở độ sâu 60m nước lại cần tới 89 giây.

(còn nữa)

6. Hiệu năng sử dụng các phương tiện chống chìm của tàu ngầm (tiếp)

Do phải chia áp suất dọctheo hệ thống ống cấp khí nên dòng khí bơm vào các két sẽ bị suy giảm nhanh chóng. Vì vậy, trong trường hợp gặp sự cố thì chỉ được phép cấp khí cho các két dằn nơi có phát sinh mô men nghiêng chúi và cần phải khắc phục độ nổi âm nhất. Việc lựa chọn két dằn nào cần được cấp khí được xác định qua mức tồn độ nổi âm của nó và vị trí của nó với khoang gặp sự cố. Cùng thời điểm lượng cấp khí qua nhánh các két dằn nhìn chung cần phải bằng hoặc lớn hơn lượng cấp khí qua nhánh tới khoang gặp sự cố.

Việc tạo áp suất ngược trong khoang gặp sự cố là nhằm mục tiêu giảm lực thủy động của tia nước phun qua lỗ thủng và qua đó làm giảm lượng nước lọt vào trong tàu ngầm, đồng thời làm tăng hiệu năng vận hành của hệ thống bơm tiêu nước và tạo dưỡng khí cho các thành viên thủy thủ đoàn tại đây. Hành động tạo áp suất ngược trong khoang gặp sự cố và áp suất hỗ trợ các vách ngăn kín nước của các khoang liền kề với khoang gặp sự cố chỉ được phép thực hiện khi có lệnh của cấp chỉ huy phụ trách hoạt động cứu hộ sự cố và chỉ được thực hiện trong các tình huống mà việc cấp khí nén giúp cải thiện được trạng thái của tàu ngầm.   


Tàu ngầm lặn xuống lớp nước càng sâu thì thể tích cần khí nén càng tăng mạnh. Hơn nữa, sự chênh lệch áp suất khí giữa các mặt vách ngăn kín nước của khoang gặp sự cố khi tạo áp suất ngược tại khoang này cũng đòi hỏi phải cấp khí cho các khoang liền kề để hỗ trợ các vách ngăn khoang.

Muốn giảm đáng kể lượng nước lọt vào khoang thì phải tăng áp suất ngược trong khoang lên gần với áp suất khối nước bên ngoài vỏ. Hệ số hoán chuyển giữa mức tăng áp suất ngược với mức giảm lượng nước lọt vào khoang gặp sự cố là 0,5. Điều này có nghĩa là nếu áp suất ngược được tạo ra trong khoang gặp sự cố bằng phân nửa so với áp suất khối nước bên ngoài, thì dung lượng nước lọt vào khoang gặp sự cố so với cùng 1 đơn vị thời gian sẽ không phải được giảm xuống 2 lần, mà chỉ giảm tương ứng xuống khoảng từ 25% tới 30%. Muốn giảm dung lượng nước lọt vào tàu xuống 2 lần so với dung lượng nước vào tàu trong cùng đơn vị thời gian khi chưa tạo áp suất ngược, thì cần phải tạo mức áp suất ngược trong khoang gặp sự cố tương ứng với 80% áp suất khối nước bên ngoài vỏ tàu.

(còn nữa)

6. Hiệu năng sử dụng các phương tiện chống chìm của tàu ngầm (tiếp)

Khi tiến hành khắc phục việc lọt nước bên ngoài vào khoang gặp sự cố thì vấn đề quan trọng là khoảng thời gian cần thiết để tạo áp lực ngược cho khoang này. Khoảng thời gian này phụ thuộc vào thể tích của khoang gặp sự cố, số lượng và áp suất của các bình khí nén được kết nối với hệ thống dẫn khí nén cũng như năng lực cấp khí của hệ thống cấp khí nén.

Căn cứ vào những điều nêu trên, có thể kết luận rằng việc tạo áp suất ngược ở khoang gặp sự cố khi tàu ngầm lặn ở độ sâu lớn là không hiệu quả, tốn phí lượng khí nén và mất thời gian. Hiệu năng sử dụng khí nén để tạo áp suất ngược cho khoang gặp sự cố tăng lên khi tàu ngầm vận hành ở lớp nước nông. Vì thế trong mọi trường hợp bị rò nước vào khoang, thì cần phải cho tàu ngầm nổi hẳn lên mặt biển hoặc trồi lên lớp nước nông nhất có thể.


Nên nhớ rằng việc cấp khí nén để tạo áp suất ngược cho khoang gặp sự cố và áp suất hỗ trợ vách ngăn cho các khoang liền kề chỉ được cho phép khi tàu ngầm bị nghiêng chúi hay chuẩn bị nổi lên mặt nước. Nếu nước bên ngoài vỏ lọt vào khoang gặp sự cố có vách ngăn được thiết kế khả năng chịu áp suất từ 981 hPa tới 1471 hPa, thì cần phải tạo ngay áp suất hỗ trợ vách ngăn ở mức từ 1 tới 1,5 kí lô lực/cm2 cho các khoang liền kề, rồi mới tạo áp suất ngược ở khoang gặp sự cố theo độ lặn sâu của tàu phù hợp với độ chịu đựng áp suất đã được tăng cường của các vách ngăn. Khi nước bên ngoài vỏ lọt vào khoang gặp sự cố có các vách ngăn được thiết kế để chịu được áp suất tới 1000 hPa, thì có thể tạo ngay áp suất ngược ở khoang gặp sự cố, nếu có đủ căn cứ để tin rằng tàu ngầm sẽ kịp trồi lên lớp nước phù hợp với khả năng chịu được áp suất dự kiến của vách ngăn trước khi áp suất trong khoang gặp sự cố đạt tới ngưỡng giới hạn.

Kĩ năng vận hành thành thục hệ thống cấp khí nén trong trường hợp tàu gặp sự cố là chìa khóa thành công cho việc nâng cao tính chống chìm của tàu ngầm. Khi quyết định vận hành hệ thống cấp khí nén, cần phải lưu ý không chỉ tới khối lượng khí nén dự trữ, mà còn tới việc hiệu năng của hệ thống này như 1 phương tiện chống chìm sẽ suy giảm nhanh chóng theo sự giảm áp suất trong hệ thống ống cấp khí và sự tăng độ sâu vận hành của tàu ngầm. Vì vậy, hệ thống cấp khí nén chỉ được phép dùng vào việc khắc phục độ nổi âm và độ nghiêng chúi vượt giới hạn cho phép của tàu ngầm.     

(còn nữa)

6. Hiệu năng sử dụng các phương tiện chống chìm của tàu ngầm (tiếp)

Các phần trên chúng ta đã xem xét hiệu năng của các phương tiện chống chìm cho tàu ngầm gồm hệ thống bơm tiêu thoát nước và hệ thống cấp khí nén, phần này sẽ xét tới khả năng trồi lên của tàu ngầm như 1 phương tiện chống chìm khi tàu gặp sự cố rò nước trong khi lặn.


Việc vận dụng khả năng trồi lên khi bị rò nước trong quá trình lặn là phương án hiệu quả nhất trong việc chống chìm của tàu ngầm, do nó không bị ảnh hưởng vào độ sâu vận hành của tàu ngầm tại thời điểm gặp sự cố, mà chỉ phụ thuộc vào chuyển động của tàu ngầm. Việc vận dụng khả năng trồi lên của tàu có ý nghĩa đặc biệt quan trọng ngay từ thời điểm bắt đầu triển khai công tác chống chìm nhằm tránh cho tàu ngầm khỏi đi xuống các lớp nước sâu hơn. Khả năng trồi lên (Несущая способность) là khả năng của 1 tàu ngầm trong việc duy trì trạng thái chuyển động cho trước nhờ các lực và mô men lực tác động tới phần vỏ và các cánh lái của tàu trong điều kiện có độ nổi âm thặng dư và mô men nghiêng chúi quá hạn.

Khả năng trồi lên của phần vỏ tàu ngầm được xác định bằng phương trình giữa thành phần pháp tuyến của véc tơ chính của lực thuỷ động học (Y) với bình phương vận tốc di chuyển của tàu ngầm: Y = f*(v²)         
   

Việc nâng cao khả năng trồi lên bằng tăng góc ngóc mũi tàu chỉ có giá trị trong 1 khoảng hữu hạn từ 12 độ tới 16 độ. Nếu góc ngóc mũi tàu lớn hơn giới hạn này sẽ lại khiến khả năng trồi lên của tàu bị thuyên giảm do lực cản của nước tác động tới chuyển động của tàu làm tốc độ di chuyển của tàu giảm xuống.  Tác dụng của vận tốc di chuyển và góc ngóc của tàu ngầm tới lực nâng như được thể hiện ở đồ thị trên.

(còn nữa)

6. Hiệu năng sử dụng các phương tiện chống chìm của tàu ngầm (tiếp)

Ở đồ thị bài trên, trục hoành thể hiện tốc độ của tàu ngầm, còn trục tung thể hiện lực nâng của thân vỏ tàu. Các đường cong (từ gốc toạ độ đi lên) là  đường cong thể hiện tập hợp các giá trị của lực nâng được giới hạn bởi tốc độ di chuyển cao nhất có thể của tàu khi đuôi tàu ở một góc chúi nhất định. Đường cong (đi xuống cắt trục hoành) thể hiện tập các giá trị lớn nhất của khả năng trồi lên Y = f (v²) theo các biên độ chúi khác nhau của phần đuôi tàu khi và chỉ khi dư lực nổi âm còn tác động tới trọng tâm của tàu ngầm.


Đồ thị phía trên chỉ ra rằng khả năng trồi lên chỉ tăng tới 12 độ ngóc. Việc tạo ra góc ngóc lớn hơn 7 độ không làm cho lực nâng thân tàu tăng là mấy vì tốc độ tàu ngầm lúc đó sẽ giảm nhanh.

Đồ thị cho thấy khi tiếp nhận nước vào khoang số 6, tàu ngầm chỉ có thể duy trì được độ lặn sâu cho trước nếu lượng nước được tiếp nhận vào khoang này không quá 14 tấn và độ chúi đuôi tàu không vượt quá 3 độ. Còn khi tiếp nhận nước vào khoang số 7 thì lượng nước nhận vào không được vượt 8 tấn và góc chúi đuôi tàu không vượt quá 2 độ. 
   

Việc tiếp nhận nước vào các khoang phía đuôi tàu tạo ra nhiều nguy cơ cho tàu ngầm hơn là tiếp nhận nước vào các khoang phía mũi tàu, do mô men lực nổi âm M_q và mô men chính của lực thuỷ động học M_z1 của phần vỏ tàu là cùng dấu. Trong trường hợp này cần dừng ngay việc nhận nước và cố giữ không để cho góc chúi đạt tới chỉ số lực nâng tối đa của thân vỏ. Nếu không thực hiện việc này mà để М_q + M_z1 > М_в thì tàu ngầm sẽ bị lật.

Đối với các tàu ngầm nguyên tử có tốc độ lặn ngầm lớn thì chúng có thể khai thác tốt hơn khả năng trồi lên. Ví dụ với tốc độ lặn ngầm 23 hải lí/giờ và góc chúi đuôi 3 độ, 1 tàu ngầm nguyên tử có thể khắc phục được độ nổi âm tới 70 tấn ở khu vực khoang số 1 của tàu.

Tóm lại:

1. Muốn xử lí sự cố chống chìm cho tàu ngầm đang trong tư thế lặn thì cần phải nhanh chóng cho tàu ngầm trồi lên mặt nước. Còn nếu tình thế không cho phép tàu trồi lên mặt nước thì cần phải duy trì tàu ở 1 độ sâu nhất định không vượt quá độ sâu tới hạn của tàu, rồi từng bước cho tàu trồi lên lớp nước phía trên phù hợp với khả năng chịu áp lực nước của các vách ngăn của khoang gặp sự cố.

2. Khả năng chống chìm cho tàu ngầm đang trong tư thế lặn phụ thuộc vào các yếu tố như: độ sâu ở thời điểm nước bên ngoài lọt vào khoang sự cố, kích cỡ lỗ thủng, tốc độ ban đầu và dự trữ công suất máy đẩy cho phép tàu ngầm có thể chuyển sang tốc độ đi ngầm tối đa, kích cỡ và vị trí khoang gặp sự cố vào nước, tốc độ bơm khí nén vào các két dằn chính, việc bảo đảm vận hành của các thiết bị phòng ngừa sự cố, góc chúi cho phép trồi lên và độ trễ khi phản ứng khắc phục sự cố.

3. Chỉ có tận dụng kết hợp được mọi phương tiện xử lí sự cố chống chìm sẵn có khi tàu lặn ngầm thì mới bảo đảm được hiệu năng sử dụng của chúng. Việc xử lí sự cố chống chìm cho tàu ngầm đang lặn chỉ đem lại thành công mong muốn nếu mọi nguồn lực huy động cho việc xử lí sự cố được sử dụng một cách kịp thời và hiệu quả                 

(hết phần 6)

7. Kiến thức căn bản về tính nổi và tính ổn định của tàu ngầm
   
Bộ môn lí thuyết tàu ngầm (Теория подводной лодки) nghiên cứu về các tính năng hàng hải của tàu ngầm. Nó xem xét các qui luật chi phối của các tính năng này và qua đó xây dựng các phương pháp nhằm xác định các tiêu chí đánh giá chúng. Việc nắm vững các qui luật chi phối tính năng hàng hải của tàu ngầm cho phép dự liệu hành vi của chỉ huy tàu ngầm trong các tình huống khác nhau và kịp thời đưa ra các biện pháp phòng ngừa được sự cố hay thậm chí là thảm họa trong 1 số trường hợp. 


Các tính năng hàng hải của tàu ngầm gồm:
- Tính nổi (Плавучесть)
- Tính ổn định (Остойчивость)
- Tính chống chìm khi nổi (Надводная непотопляемость)
- Tính chống chìm khi lặn ngầm (Подводная непотопляемость)
- Tính động lực (Ходкость)
- Tính điều khiển (Управляемость)
- Tính lắc (Поведение на качке)

Chuyên đề lí thuyết nghiên cứu về trạng thái cân bằng tĩnh của tàu ngầm trong tư thế nổi được gọi là Tĩnh học tàu ngầm (Статика подводной лодки): 3 mục đầu tiên trong số các tính năng hàng hải của tàu ngầm.

Chuyên đề lí thuyết nghiên cứu các tính năng hàng hải đi kèm với sự di chuyển của tàu ngầm (các mục còn lại) được gọi là Động học tàu ngầm (Динамика подводной лодки). 

(hết phần 7)

8. Các điều kiện và phương trình cân bằng của tàu ngầm
 
Tính nổi là khả năng nổi ở vị trí cân bằng của tàu ngầm mà không phụ thuộc vào việc chìm 1 phần hay toàn bộ trong nước. Tính nổi là tính năng cơ bản và quan trọng nhất trong số các tính năng hàng hải của tàu ngầm.

Khi nghiên cứu tính nổi (cũng như tính ổn định và tính chống chìm khi nổi), người ta chỉ xem xét trạng thái cân bằng tĩnh của tàu ngầm khi ở bất động dưới nước. Việc xác định vị trí các cấu phần của tàu ngầm trong không gian 3 chiều và các điểm chịu tác động của các lực lên các cấu phần đó được thực hiện trong hệ toạ độ vuông góc Oxyz do 3 mặt phẳng vuông góc giao cắt với nhau tạo thành gồm: mặt phẳng dọc tâm, mặt phẳng giữa tàu và mặt phẳng cơ bản.


Mặt phẳng dọc tâm (Диаметральная плоскость) là mặt phẳng thẳng đứng đi qua trục đối xứng của tàu ngầm. Mặt phẳng dọc tâm do vậy còn được gọi là mặt phẳng xuyên tâm hay mặt phẳng đối xứng của tàu ngầm.  

Mặt phẳng giữa tàu (Плоскость мидель-шпангоута) là mặt phẳng ngang đi qua điểm giữa chiều dài phần vỏ kín nước của tàu ngầm (thường ở khoảng giữa nhóm các két dằn chính phía mũi và lái tàu) và vuông góc với mặt phẳng dọc tâm.

Mặt phẳng cơ bản (Основная плоскость) là mặt phẳng thẳng đứng vuông góc với các mặt phẳng dọc tâm, mặt phẳng giữa tàu và đi qua điểm thấp nhất của vỏ bao lí thuyết (теоретическая поверхность), tức là mặt trong lớp tôn vỏ thân tàu ngầm.

Đường giao cắt giữa mặt phẳng dọc tâm với mặt phẳng cơ bản được gọi là trục Ox, với chiều dương theo hướng mũi tàu ngầm; đường giao cắt giữa mặt phẳng giữa tàu với mặt phẳng cơ bản được gọi là trục Oy, với chiều dương tính theo mạn phải tàu; đường giao cắt giữa mặt phẳng giữa tàu với mặt phẳng dọc tâm được gọi là trục Oz, với chiều dương tính theo phần boong thượng tầng. Như vậy, mặt phẳng dọc tâm được gọi là mặt phẳng xOz, mặt phẳng giữa tàu được gọi là mặt phẳng yOz, mặt phẳng cơ bản được gọi là mặt phẳng xOy, còn vị trí của các điểm bất kì trên tàu ngầm sẽ được xác định trong hệ 3 toạ độ: x, y và z.      

Theo chiều dương của các trục toạ độ, ta xác định được dấu của góc và mô men nghiêng hay chúi của tàu ngầm. Các góc dương có nghĩa tàu ngầm đang ngóc mũi trồi lên và nghiêng mạn sang phải, đồng thời có mô men trồi lên phía mũi và mô men nghiêng ở bên mạn phải.  

(còn nữa)

8. Các điều kiện và phương trình cân bằng của tàu ngầm (tiếp)
 
Có 2 nhóm lực tác động tới tính nổi của tàu ngầm khi ở bất động dưới nước:

- Nhóm lực trọng trường (theo khối lượng)
- Nhóm lực bề mặt của áp lực thuỷ tĩnh

Nhóm lực trọng trường của mỗi cấu phần của tàu ngầm và tải mang trên cấu phần đó góp phần vào hợp lực P - lực trọng trường tàu ngầm (như minh hoạ trên hình). Lực trọng trường luôn có phương hướng thẳng xuống dưới và khiến cho tàu ngầm chìm xuống. Điểm chịu tác động của lực này nằm ở trọng tâm của tàu ngầm như được kí hiệu chữ G trong hình. Muốn tàu ngầm duy trì tư thế nổi xuôi (không bị nghiêng) thì trọng tâm của tàu phải luôn nằm trên mặt phẳng dọc tâm. Trọng tâm của tàu ngầm sẽ bị dịch chuyển sang vị trí mới rồi lại được bù hụt cùng với chuyển động của tàu ngầm. Khi tàu ngầm bị nghiêng nhưng không dịch chuyển, thì trọng tâm của tàu vẫn được giữ nguyên và vị trí của nó sẽ không thay đổi trong hệ toạ độ tham chiếu.  


Áp lực thuỷ tĩnh tác động lên phần thân chìm của tàu ngầm với phương vuông góc với bề mặt vỏ tàu và cường độ tương ứng với độ sâu phần chìm. Hợp lực của nhóm lực này có phương hướng thẳng lên trên và có cường độ tương ứng với khối lượng nước trong thể tích bị phần chìm của tàu chiếm chỗ. Hợp lực của áp lực thuỷ tĩnh lên phần thân chìm của tàu ngầm được gọi là yV, trong đó V là thể tích phần thân chìm của tàu ngầm và có đơn vị là m³; y là khối lượng riêng của nước và có đơn vị là tc/m³. Dưới sự tác động của hợp lực yV, tàu ngầm sẽ nổi lên, vì thế mà nó được gọi là lực đẩy nổi (сила плавучести) hay lực hỗ trợ (сила поддержания). Điểm chịu tác động của lực đẩy nổi là trọng tâm thể tích phần thân chìm của tàu ngầm và được gọi là tâm nổi (центр величины), viết tắt là chữ C. Vị trí của tâm nổi phụ thuộc vào kích cỡ và hình dáng phần thân chìm của tàu ngầm. Khi tàu ở tư thế xuôi, tâm nổi của tàu ngầm được đặt trên mặt phẳng dọc tâm, còn khi tàu nghiêng thì tâm nổi dịch chuyển trên mặt phẳng nghiêng theo hướng nghiêng của phần thân chìm.

Trọng tâm và tâm nổi của tàu ngầm được xác định trong hệ toạ độ vuông góc Oxyz: toạ độ của trọng tâm G là x_g, y_g và z_g, còn toạ độ tâm nổi C là x_c, y_c và z_c. Trọng tâm của tàu ngầm khi hải hành luôn ở vị trí cao hơn tâm nổi (z_g>z_c), còn khi lặn ngầm thì vị trí trọng tâm luôn nằm dưới vị trí tâm nổi (z_g<z_c).      

(còn nữa)

8. Các điều kiện và phương trình cân bằng của tàu ngầm (tiếp)
 
Thể tích V của phần thân chìm được gọi là thể tích choán nước (объемное водоизмещение) của tàu ngầm và có đơn vị là m³. Khối lượng nước trong thể tích phần thân chìm D=yV được gọi là khối lượng choán nước (массовое водоизмещение) của tàu ngầm và có đơn vị đo là tấn lực tf (тонна-сила = тс).

Biết được khối lượng, thể tích choán nước, toạ độ trọng tâm và tâm nổi của tàu ngầm, ta có thể giải được các bài toán liên quan tới tính nổi, tính ổn định và tính chống chìm khi lặn của tàu ngầm.

Tàu ngầm sẽ đạt trạng thái cân bằng khi các lực tác động lên nó là P và yV tương đương nhau cả về cường độ và phương tác động của lực trên cùng 1 trục thẳng đứng. Vì thế, trạng thái cân bằng của tàu ngầm được xác định theo 2 điều kiện sau:

- Lực đẩy nổi phải tương ứng với khối lượng của tàu ngầm
- Trọng tâm và tâm nổi của tàu ngầm phải ở trên cùng 1 trục thẳng đứng.   


Các điều kiện nêu trên áp dụng cho cả tàu ngầm đang nổi cũng như đang lặn ngầm. 

Điều kiện cân bằng đầu tiên dùng cho trạng thái nổi bất kì so với mặt biển của tàu ngầm được thể hiện qua phương trình duy nhất gọi là phương trình cơ sở của tính nổi:
P = yV

Điều kiện cân bằng thứ hai dùng cho trạng thái nổi phổ quát của tàu ngầm được thể hiện qua cặp phương trình:
x_c - x_g = (z_g - z_c) tgφ     
y_c – y_g = (z_g - z_c) tgθ

Cặp phương trình vừa nêu được thể hiện như trong cặp đồ thị minh họa ở trên.

(còn nữa)

8. Các điều kiện và phương trình cân bằng của tàu ngầm (tiếp)

Trong một số trường hợp đặc thù, phương trình của các điều kiện cân bằng thứ 2 có thể được viết như sau:

- Khi giữ cho tàu ngầm nổi xuôi và sống tàu cân bằng (φ = 0; θ = 0)   
x_c = x_g
y_c = y_g = 0

- Khi giữ cho tàu ngầm nổi xuôi nhưng có ngóc mũi (φ = 0; θ ≠ 0)
x_c - x_g = (z_g - z_c) tgφ
y_c = y_g = 0

- Khi giữ cho sống tàu ngầm cân bằng nhưng có nghiêng mạn (φ = 0; θ ≠ 0)
x_c = x_g
y_c – y_g = (z_g - z_c) tgθ

Do trọng tâm của tàu ngầm trong tư thế lặn ngầm nằm thấp hơn tâm nổi (z_g < z_c), nên các phương trình cân bằng dùng cho tàu ngầm trong tư thế lặn ngầm được viết như sau:
x_g - x_c = (z_c - z_g) tgφ
y_g - y_c = (z_c - z_g) tgθ

Nếu vi phạm điều kiện cân bằng thứ 2, thì tàu ngầm sẽ bị nghiêng chúi khiến trọng tâm và tâm nổi của nó không còn nằm trên cùng 1 trục thẳng đứng nữa.


Muốn tàu ngầm khi hải hành không bị chúi thì cần bảo đảm sự cân bằng hoành độ của trọng tâm và tâm nổi của nó qua việc sắp xếp tải mang theo dọc chiều dài thân tàu 1 cách phù hợp. Muốn tàu ngầm không lệch mạn thì cần phải bố trí tải mang theo cân đối qua mặt phẳng dọc tâm và khi lặn ngầm phải cho vào nước các két dằn chính 1 cách đồng bộ.

Các điều kiện và phương trình cân bằng được ứng dụng để giải các bài toán liên quan tới trạng thái cân bằng của tàu ngầm và các vấn đề liên quan tới tải mang theo. Với phương trình cơ sở của tính nổi, việc tính toán khối lượng của tàu ngầm bằng cách cân nó gần như là không thể. Muốn xác định khối lượng của tàu ngầm thì chỉ cần làm rõ lực đẩy nổi P của nó tương ứng với thể tích choán nước V và khối lượng choán nước y là đủ.   

(hết phần 8)

9. Dự trữ nổi của tàu ngầm
 
Một trong những đặc trưng cơ bản của tính nổi tàu ngầm là dự trữ nổi. Dự trữ nổi (Запас плавучести) là toàn bộ phần thể tích kín nước của tàu ngầm W nằm phía trên đường nước, bao gồm phần thể tích phía trong lớp vỏ áp lực, thể tích buồng áp lực trên tháp chỉ huy, thể tích các két dằn chính và các két phụ khác nằm bên trên đường nước. Các phần thể tích không kín nước trên thân tàu như tháp chỉ huy (ограждение рубки), phần thượng tầng (надстройка) và phần chóp mũi (носовая оконечность), phần chóp lái (кормовая оконечность) không thuộc dự trữ nổi của tàu ngầm.     



Dự trữ nổi thay đổi theo mức độ thay đổi trạng thái nổi của tàu ngầm và bằng 0 khi tàu ngầm lặn hoàn toàn dưới nước. Do đó dự trữ nổi quyết định mức tải mang theo cần phải đáp ứng cho tàu ngầm trước khi nó lặn xuống.


Vì tàu ngầm chuyển từ trạng thái đi nổi sang trạng thái lặn ngầm qua việc cho vào nước hệ thống két dằn chính, nên dự trữ nổi trong trạng thái đi nổi của tàu phải bằng thể tích của hệ thống két dằn chính. Nếu thể tích hệ thống két dằn chính này không tương ứng với dự trữ nổi, thì tàu ngầm chỉ có thể lặn được khi thể tích các két dằn chính nhỏ hơn dự trữ nổi (V_цгб <W), hoặc chỉ ngoi được lên sau khi lặn khi có dư nổi âm (V_цгб >W)

(còn nữa)

9. Dự trữ nổi của tàu ngầm
 
Để bảo đảm cho quá trình lặn xuống của tàu ngầm không bị nghiêng chúi, thì tâm nổi của các phần thể tích kín nước phải ở phía trên đường nước hành trình (dự trữ nổi), còn tâm nổi của phần thể tích cụm két dằn chính phải nằm trên cùng 1 trục thẳng đứng theo cặp phương trình: х_Wкр= х_цгб ;  у_Wкр= у_цгб= 0   


Phần thể tích của cụm két dằn chính nằm ở trên đường nước trong cùng thời điểm vừa phục vụ như 1 phần của dự trữ nổi, vừa thực hiện chức năng thành phần của cụm két dằn chính, được gọi là Dự trữ nổi thụ động (Пассивный запас плавучести). Dự trữ nổi dù không tác động tới độ ngập mớn trong tư thế nổi chờ lặn ngay của tàu ngầm cũng như xét về khía cạnh nào đó tới số đo thể tích của cụm két dằn chính của tàu, nhưng nó lại có ý nghĩa to lớn trong việc bảo đảm tính ổn định và tính chống chìm của tàu ngầm.     

Dự trữ nổi cân bằng sự khác nhau giữa lượng choán nước khi nổi với lượng choán nước khi lặn ngầm của tàu ngầm theo phương trình W = V_п – V, trong đó V_п là lượng choán nước khi lặn ngầm (thể tích thân trong vỏ kín nước của tàu ngầm) tính theo m³, V là lượng choán nước khi nổi theo đường nước thiết kế (thể tích thân chìm dưới mặt nước) tính theo m³.

Dự trữ nổi cũng có thể được thể hiện theo đơn vị tấn lực tf: yW = yVn – yV; hay theo tỉ lệ lượng choán nước khi nổi (chủ yếu trong tư thế nổi chờ lặn ngay) V_кр:
(http://podlodka.info/images/stories/teor_pl/image/image025.png)

(còn nữa)

9. Dự trữ nổi của tàu ngầm
 
Dự trữ nổi là 1 trong các yếu tố chủ chốt bảo đảm tính chống chìm và tính năng hàng hải trong tư thế nổi của tàu ngầm. Việc tăng cường dự trữ nổi là nhằm cải thiện những tính năng này của tàu ngầm. Muốn tàu ngầm duy trì được khả năng nổi khi bị ngập nước 1 trong các khoang của phần vỏ áp lực và cả 2 két dằn chính ở 2 bên mạn của khoang này, thì theo qui phạm về tính chống chìm của tàu ngầm, hệ số dự trữ nổi tối thiểu phải đạt từ 25% tới 30% lượng choán nước khi nổi theo đường nước thiết kế của tàu ngầm. Thế nhưng việc tăng dự trữ nổi tới giới hạn nêu trên là không khả thi vì nó làm tăng kích cỡ của tàu ngầm, dẫn tới suy giảm các tính năng điều động và tính ăn lái khi lặn ngầm, đồng thời gia tăng thời gian lặn xuống khẩn cấp của tàu ngầm.  


Việc xác định hệ số dự trữ nổi đóng một vai trò đáng kể trong việc bố trí hợp lí phần thân vỏ áp lực của tàu ngầm thành các khoang được ngăn cách với nhau bằng các vách ngăn kín nước. Hệ số dự trữ nổi của các khoang trong phần vỏ áp lực càng lớn thì tính chống chìm của tàu ngầm càng cao. Một ý nghĩa quan trọng nữa của dự trữ nổi là nó giúp phân bố hợp lí các khoang của vỏ áp lực cùng các két dằn chính dọc theo chiều dài thân tàu. Cách hợp lí nhất là bố trí các khoang có thể tích lớn ở phần thân giữa tàu ngầm rồi kế đến là các khoang có thể tích giảm dần về phía mũi và lái tàu. Khi phân bố dự trữ nổi, phương án phù hợp nhất là dồn chúng về phía mũi và lái tàu. Mục đích của việc bảo đảm sự phân bố hợp lí các khoang trong vỏ áp lực và các két dằn chính của tàu ngầm là nhằm giữ nguyên mức độ chống chìm trong khi thu nhỏ hệ số dự trữ nổi của nó.

(hết phần 9)

10. Sức nổi dư của tàu ngầm
 
Phương trình cơ bản về tính nổi của tàu ngầm khi nổi trên mặt nước luôn được duy trì khi có bất kì sự biến đổi nào liên quan tới tải mang theo và mật độ nước. Vì thế sự gia tăng trọng lượng của tàu ngầm P sẽ dẫn tới việc tăng mức mớn nước và thể tích phần thân chìm của tàu tới 1 điểm đáp ứng được tính cân bằng của phương trình P = yV. Khi giảm trọng lượng của tàu xuống 1 mức nào đó sẽ đưa tới việc giảm lực đẩy nổi tác động tới tàu ở 1 mức tương ứng cùng với việc giảm mức mớn nước và thể tích phần thân chìm của tàu. Sự thay đổi mật độ nước khi giữ trọng lượng tàu không đổi cũng làm thay đổi mức mớn nước và thể tích phần thân chìm sao cho lực đẩy nổi cân bằng với trọng lượng của tàu ngầm. Do vậy, khi tàu ngầm nổi trên mặt nước, phương trình cơ bản về tính nổi sẽ bị phần thân vỏ nổi trên mặt nước của tàu ngầm chi phối, qua đó việc tăng hay giảm thể tích phần thân chìm sẽ khiến lực đẩy nổi tăng giảm tương ứng.  


Khi lặn ngầm, việc thiếu phần thân nổi của tàu ngầm khiến quá trình cân bằng tự động phương trình P = yV hầu như không thể đạt được do các biến số của nó biến đổi theo các hàm khác nhau. Vì thế mà trong khi lặn ngầm luôn tồn tại một sức nổi dư được cấu thành từ sự chênh lệch giữa lực đẩy nổi với trọng lượng của tàu ngầm theo đẳng thức sau: q = yV_п – P_п

Trong đó, yV_п là lực đẩy nổi trong tư thế lặn ngầm do thể tích phần vỏ kín nước đã tính cả thể tích các két dằn chính của tàu và có đơn vị đo là tấn lực tf;

P_п là trọng lượng của tàu ngầm đã tính cả trọng lượng nước trong các két dằn chính và có đơn vị đo là tấn lực tf.

Sức nổi dư có thể là dương khi yV_п > P_п hay âm khi yV_п < P_п, và trong cả 2 trường hợp vừa nêu nó đều làm mất tính cân bằng tĩnh của tàu ngầm. Khi tàu ngầm chuyển động ở tốc độ phù hợp, sức nổi dư sẽ quay về trạng thái cân bằng nhờ sự tác động của các lực thuỷ động lên vỏ và các cánh lái của tàu ngầm. Khi tàu ngầm ngừng chuyển động hoặc chuyển động ở tốc độ thấp lúc đang lặn ngầm, thì sự xuất hiện của sức nổi dư sẽ gây trở ngại cho việc điều động tàu. Bởi thế cần phải nắm rõ các nguyên nhân chính làm xuất hiện sức nổi dư để từ đó kịp thời cắt giảm nó.    

(còn nữa)

10. Sức nổi dư của tàu ngầm (tiếp)
 
Việc xuất hiện sức nổi dư là do sự thay đổi ở trọng lượng tàu ngầm P_п, thể tích choán nước V_п và mật độ nước y.

Các nguyên nhân thường gặp nhất làm thay đổi trọng lượng của tàu ngầm gồm:
- Do tiêu thụ lượng nhiên liệu, vật tư tiêu hao
- Do tiếp nhận nước ngọt hoặc nước cấp cho quá trình vận hành nồi hơi của tàu ngầm nguyên tử
- Do nước biển tràn vào các khoang của tàu ngầm khi hệ thống tiêu dẫn nước biển ngoại khoang bị hỏng hoặc trong trường hợp tàu gặp tai nạn
- Do hình thành bọt nước trong các két dằn chính khi hệ thống cấp khí nén bị rò rỉ

Trọng lượng của tàu ngầm có thể biến động do sự thay đổi trọng lượng nước trong các két dằn chính khi có sự thay đổi của mật độ nước biển.

Các công việc cần thực hiện nhằm duy trì trọng lượng tàu ngầm ổn định gồm:
- Bù lượng nhiên liệu và vật tư tiêu hao đã tiêu thụ bằng việc cho nước biển vào các két dằn phụ và két chuyên dụng
- Thường xuyên giám sát tình trạng các khoang trong lớp vỏ áp lực và các hệ thống ngoại khoang, hệ thống tiêu nước trong hầm la canh của tàu
- Định kì xả van thông khí của các két dằn chính để loại trừ lớp bọt khí lưu cữu bên trong


Thể tích choán nước của tàu ngầm có thể biến động  theo nhiệt độ và áp suất nước biển. Một điều cần lưu ý là sự biến dạng nhiệt của phần vỏ tàu thường không đáng kể và thể tích choán nước của tàu chỉ biến động lớn do tác động của áp suất nước biển khi tàu lặn xuống độ sâu lớn. Tuy nhiên cũng cần tính tới sự xuất hiện của sức dư nổi âm do vỏ tàu bị áp suất lớp nước dưới sâu ép lại trong quá trình tàu lặn xuống và hiện tượng ngược lại là sức dư nổi dương trong quá trình tàu ngoi lên.

Sự thay đổi mật độ nước là do những biến động về nhiệt độ, độ mặn và áp suất của nước biển. Tác động của áp suất tới mật độ nước là không đáng kể, theo đó cứ xuống sâu thêm 10 mét nước thì trọng lượng nước tăng ở mức trung bình bằng 0,00005 tấn lực/m³. Do vậy xét ở khía cạnh mở nhất thì mật độ nước do nhiệt độ và độ mặn của nó quyết định.

(còn nữa)

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.


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)

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).


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)

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


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)

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.


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)

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

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).


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)

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.


(Hết phần 12)