[Funland] Tìm hiểu về tàu ngầm và tàu lớp Kilo 636 của Việt Nam ( phần II )

[pháo BM21 grad]

( tiếp )

Minh họa cấu tạo bơm li tâm trong tàu ngầm (maritime.org)

 

[pháo BM21 grad]

(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.

Minh họa cấu tạo bơm pít tông dạng chân máy đứng trong tàu ngầm (maritime.org)

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.

Minh họa việc bơm tiêu nước từ két ổn định dọc thân trước tàu ngầm (maritime.org)

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.

 

[pháo BM21 grad]

( tiếp )

Minh họa hệ thống bơm tiêu nước và bơm kiểm soát nghiêng chúi trong tàu ngầm (maritime.org)

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.

 

[pháo BM21 grad]

(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.

Minh hoạ hệ thống cấp khí cho các két dằn chính trên tàu ngầm kiểu cũ của HQ Mĩ (maritime.org)

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.

 

[pháo BM21 grad]

(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.

Minh hoạ cấu tạo máy nén khí cao áp của hệ thống cấp khí nén trên tàu ngầm (maritime.org)

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.

 

[pháo BM21 grad]

(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.

Minh hoạ việc cấp khí nén cho tất cả các két dằn chính trên tàu ngầm kiểu cũ của HQ Mĩ (maritime.org)

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.

 

[pháo BM21 grad]

(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.

Tàu ngầm nguyên tử mang tên lửa đường đạn chiến lược K-535 Yury Dolgoruky thuộc đề án 955 Borey đang thử nghiệm cơ động trồi lên khẩn cấp tại Bạch Hải vào ngày 12/9/2010 (M.Kravsov@ submarines.narod.ru)

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)

Đồ thị khả năng trồi lên của phần vỏ tàu ngầm (podlodka.info)

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.

 

[pháo BM21 grad]

(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 sự thay đổi khả năng trồi lên của thân tàu ngầm theo nơi tiếp nhận nước (podlodka.info)

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.

Minh hoạ việc xuất hiện mô men gây lật tàu ngầm khi cho nước vào các khoang phía đuôi (podlodka.info)

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 Mq và mô men chính của lực thuỷ động học Mz1 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 Мq + Mz1 > Мв 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

 

[TuDo2808]

Tàu từ hồi thế chiến II mà đã phức tạp nhể!

 

[xe thủng lốp]

Tàu từ hồi thế chiến II mà đã phức tạp nhể!

Thế mới biết mình còn kém bọn TB nhiều lắm cụ nhỉ

 

[Vịtxanh]

Tàu từ hồi thế chiến II mà đã phức tạp nhể!

Chưa hiện đại bằng tầu đóng tại Quoc Hoa Ship Yard nhoé

 

[pháo BM21 grad]

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).

 

[pháo BM21 grad]

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.

Hệ toạ độ cơ bản của tàu ngầm

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.

 

[pháo BM21 grad]

(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.

Các lực tác động lên thân tàu ngầm trong tư thế nổi và lặn ngầm (hình dưới)

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 xg, yg và zg, còn toạ độ tâm nổi C là xc, yc và zc. Trọng tâm của tàu ngầm khi hải hành luôn ở vị trí cao hơn tâm nổi (zg>zc), còn khi lặn ngầm thì vị trí trọng tâm luôn nằm dưới vị trí tâm nổi (zg<zc).

 

[pháo BM21 grad]

(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.

Sự cân bằng tính nổi của tàu ngầm với góc nghiêng (trên) và góc chúi (dưới)

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:
xc - xg = (zg - zc) tgφ
yc – yg = (zg - zc) tgθ

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

 

[pháo BM21 grad]

(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)
xc = xg
yc = yg = 0

- Khi giữ cho tàu ngầm nổi xuôi nhưng có ngóc mũi (φ = 0; θ ≠ 0)
xc - xg = (zg - zc) tgφ
yc = yg = 0

- Khi giữ cho sống tàu ngầm cân bằng nhưng có nghiêng mạn (φ = 0; θ ≠ 0)
xc = xg
yc – yg = (zg - zc) tgθ

Do trọng tâm của tàu ngầm trong tư thế lặn ngầm nằm thấp hơn tâm nổi (zg < zc), nên các phương trình cân bằng dùng cho tàu ngầm trong tư thế lặn ngầm được viết như sau:
xg - xc = (zc - zg) tgφ
yg - yc = (zc - zg) 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.

 

[Tuan Can]

Bài của lão Pháo làm em nhớ đến môn cơ lý thuyết trong trường quá
Đúng là lơ mơ như cơ lý thuyết. Em đọc mà chẳng ngấm được gì vì lý thuyết quá trừu tượng

 

[pháo BM21 grad]

Bài của lão Pháo làm em nhớ đến môn cơ lý thuyết trong trường quá
Đúng là lơ mơ như cơ lý thuyết. Em đọc mà chẳng ngấm được gì vì lý thuyết quá trừu tượng

Em sợ món sức bền vật lộn hơn

 

[hungphv]

Em đang ngâm cứu biết đâu cũng làm dc quả tàu ngầm như bác gì ở Thái Bình

 

[pháo BM21 grad]

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.

Sơ đồ mặt cắt tàu ngầm 2 lớp vỏ (liveinternet.ru)
1 - lớp vỏ áp lực (прочный корпус); 2 - lớp vỏ nhẹ (лёгкий корпус); 3 - buồng áp lực trên tháp chỉ huy (прочная рубка); 4 – tháp chỉ huy (верхний стрингер ЛК)

Các thể tích thuộc dự trữ nổi (phần tô các màu không phải màu xám) và không thuộc dự trữ nổi (phần tô màu xám) trong 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.

Dự trữ nổi của tàu ngầm

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 (Vцгб <W), hoặc chỉ ngoi được lên sau khi lặn khi có dư nổi âm (Vцгб >W)