Nguyên lý tàu ngầm (1)

Lời nói đầu - Giáo trình "Nguyên lý tàu ngầm " này được biên soạn theo đề tài "Chế tạo tàu ngầm nhỏ " của Hội KHKT Biển Thành phố Hồ Chí Minh do kỹ sư Phan Bội An-tiến sĩ  đại tá Nguyễn Văn Lợi chủ trì .Cuốn sách gồm có bảy chương được biên soạn theo tài liệu huấn luyện lính tàu ngầm của nước ngoài .Ngoài bản in trên giấy,bản trên mạng chúng tôi kèm theo các hình ảnh và video clip từ các nguồn tham khảo của Hoa Kỳ và Nga làm bài đọc thêm phong phú,đỡ nhàm chán .Tài liệu phân tích khá sâu với kiến thức môn học "Lý thuyết tàu " mà các sinh viên khoa đóng tàu đã được học.Với đông đảo bạn đọc,tài liệu cũng giúp chúng ta có một hiểu biết khái quát về tàu ngầm ,có lẽ góp phần hữu ích trong phong trào quốc phòng toàn dân bảo vệ biển đảo.Mong được sự ủng hộ của các bạn trong việc sử dụng,góp ý để bài đọc này ngày càng hoàn thiện .Khi sử dụng tài liệu xin ghi chú thêm tên tài liệu và người biên soạn.Trân trọng

ĐỖ THÁI BÌNH

CHƯƠNG THỨ NHẤT

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TÀU NGẦM

1.1. SƠ LƯỢC VỀ TÀU NGẦM

Lễ tiếp nhận tàu ngầm Hà Nội

Trước khi đọc tài liệu này,mời các bạn xem clip Quốc phòng toàn dân giới thiệu thường thức về tàu ngầm .Họ lấy lại các clip nước ngoài không rõ nét .Trong các phần sau .các bạn xem clip nước ngoài sẽ thấy rõ đẹp hơn 

Tàu ngầm là một loại tàu vừa có thể đi lại trên mặt nước vừa có thể hoạt động dưới độ sâu nhất định.

Để lặn xuống và nổi lên , tàu ngầm dùng cách bơm nước vào và xả nước ra từ các khoang chứa nước.Khi đi lại dưới nước, chỉ có thiết bị sonar mới có thể tìm kiếm xác định thấy tàu ngầm, nhưng khoảng cách tác dụng có hiệu quả của thiết bị sonar có giới hạn, do đó tàu ngầm rất khó bị kẻ địch tìm kiếm xác định và cảnh báo trước từ khoảng cách xa. Chính vì vậy tàu ngầm có tính ẩn nấp và tính cơ động tốt nhất là đối với tàu ngầm chạy bằng năng lượng hạt nhân hiện đại và dùng hệ thống đẩy AIP có thể hành hải  dài ngày dưới mặt nước và tốc độ  hành hải có thể ganh đua với tàu chiến trên mặt nước cỡ lớn, với tính ẩn nấp và tính cơ động rất nổi trội.

Là một tàu chiến đấu, tàu ngầm có thể trang bị các vũ khí như mang ngư lôi, thủy lôi, tên lửa hành trình  hoặc tên lửa đạn đạo. Căn cứ vào công dụng chính , tàu ngầm có thể mang theo một loại hoặc nhiều loại vũ khí nói trên . Uy lực của những vũ khí mang theo là rất mạnh, suất bắn trúng cao , có thể dùng để công kích các mục tiêu chiến lược, chiến thuật lại thêm đặc điểm tính ẩn nấp tốt, tính cơ động mạnh khiến cho tàu ngầm trở thành một loại vũ khí chiến lược và chiến thuật vô cùng hiệu quả.

Tác dụng chính của tàu ngầm là tiến hành hoạt động chiến đấu ở dưới nước và tác dụng uy hiếp chiến lược. Tàu ngầm có trang bị ngư lôi, thủy lôi và tên lửa hành trình có thể tiến hành công kích tàu ngầm và tàu mặt nước của kẻ địch, lại có thể mai phục trên đường hàng hải của kẻ địch, đánh vào tàu buôn, phá hoại tuyến giao thông trên biển , đột kích các cảng và các mục tiêu quan trọng trên bờ. Ngoài ra, tàu ngầm còn có thể lợi dụng tính ẩn nấp của bản thân để lặn vào các cảng hoặc khu vực phòng ngự của kẻ địch để tiến hành hoạt động trinh sát. Tàu ngầm trang bị tên lửa đạn đạo lại là một căn cứ tên lửa đạn đạo cơ động, ẩn nấp, trên tàu ngầm có thể trang bị 24 quả tên lửa đạn đạo vượt đại châu, mỗi quả tên lửa có thể mang khoảng 10 đầu đạn hạt nhân, có thể thấy uy lực của nó cực mạnh.

Đồng thời, do tính ẩn nấp và tính cơ động, một khi bùng nổ chiến tranh hạt nhân nó có thể bảo tồn sau cuộc tập kích hạt nhân lần thứ nhất để tiến hành phản kích hạt nhân đối với kẻ địch, do đó thông thường được gọi là lực lượng đánh hạt nhân lần thứ hai, như vậy nó trở thành lực lượng chiến lược có sức răn đe rất lớn. Trong chiến tranh đại quy mô gần đây từ khi Thế Chiến I, tàu ngầm đã phát huy tác dụng vô cùng to lớn, tất cả nói lên một cách đầy đủ tàu ngầm là một loại vũ khí có uy lực và hiệu quả  cực mạnh .

Tàu ngầm phải hành hải và tác chiến dưới nước do đó không thể tránh được một số khuyết điểm, việc dò tìm và thông tin liên lạc ở dưới nước của tàu ngầm bị hạn chế. Tàu ngầm ở dưới nước chủ yếu lấy sonar làm phương tiện dò tìm, chỉ tác dụng trong khoảng cách gần, mà còn bị ảnh hưởng của tiếng ồn bản thân, hạn chế khả năng phát hiện sớm tàu địch ở cự ly xa. Thiết bị thông tin chính của tàu ngầm là đài vô tuyến, ngoài máy thu sóng dài có thể thông tin ở độ sâu nhất định ở dưới nước, những điện đài khác đều không thể làm việc ở dưới nước, khiến cho tàu ngầm khi ở dưới nước khó liên lạc với căn cứ, với tàu chiến và binh chủng khác. Ngoài ra, khi tàu ngầm muốn quan trắc các mục tiêu trên không phải nổi lên mặt nước hoặc ở gần mặt nước dùng ăngten radar hoặc kính tiềm vọng nhô ra mặt nước, như vậy dễ làm lộ bản thân.

Không gian bên trong tàu ngầm chật hẹp, thường rất ồn, điều kiện sinh hoạt và làm việc tương đối kém. Khi hàng hải thời gian dài, thể lực và tinh thần thuyền viên tàu ngầm dễ mệt mỏi, ảnh hưởng đến khả năng tự duy trì của tàu ngầm.

Khi tàu ngầm ở dưới nước, một khi thân tàu không chịu được sức ép bị hư hỏng thì rất khó tự nổi lên, do đó năng lực tự cứu kém cũng là một trong những nhược điểm .

Chương này chủ yếu giới thiệu các hiểu biết cơ bản như chỉ tiêu kỹ thuật chiến thuật của tàu ngầm, phân loại tàu ngầm, bố trí chung của tàu ngầm, lịch sử phát triển của tàu ngầm.

1.2. CHỈ TIÊU KỸ THUẬT, CHIẾN THUẬT

CHỦ YẾU CỦA TÀU NGẦM

Khi nghiên cứu tàu ngầm, cần có một số chỉ tiêu kỹ thuật ,chiến thuật tiêu biểu nhằm định lượng tính năng của tàu . Những chỉ tiêu kỹ thuật, chiến thuật chủ yếu thường dùng bao gồm : kích thước chủ yếu, lượng chiếm nước, công suất đẩy tới, tốc độ hành hải, tầm hoạt động, độ sâu lặn, trang bị vũ khí, bán kính tác chiến và thời hạn phục vụ (endurance) .Những chỉ tiêu này thể hiện tính năng kỹ thuật, chiến thuật chủ yếu của một tàu ngầm, cũng là căn cứ để cơ quan lãnh đạo dựa vào để chỉ huy tác chiến, quy định nhiệm vụ thiết kế và ngành đóng tàu tiến hành thiết kế chế tạo tàu ngầm. Trong tiết này giới thiệu ý nghĩa và nội dung của những chỉ tiêu này.

1.2.1. Kích thưỚc chỦ yẾu, lưỢng chiẾm nưỚc

Kích thước chủ yếu, lượng chiếm nước là tham số đánh giá cơ bản của tàu ngầm và là chỉ tiêu độ lớn nhỏ của tàu ngầm, cũng là căn cứ để thiết kế, tính toán và đóng tàu.

1. Kích thước chính:

Hình dáng bên ngoài của thân tàu được biểu thị bằng hình chiếu lên ba mặt phẳng cơ bản vuông góc nhau, như hình 1-1, ba mặt phẳng hình chiếu cơ bản này gọi là mặt phẳng tọa độ chính, trong đó bao gồm:

Hình 1-1 Mặt phẳng tọa độ chính 

Mặt cắt dọc tâm: đi qua mặt phẳng vuông góc hướng dọc chính giữa chiều rộng của tàu, nó chia thân tàu thành hai bộ phận đối xứng trái phải do đó nó là mặt đối xứng của thân tàu.

Mặt sườn giữa: đi qua mặt phẳng vuông góc hướng ngang của điểm giữa chiều dài tàu, nó chia thân tàu thành hai bộ phận mũi và đuôi tàu.

Mặt phẳng cơ bản: là mặt phẳng song song với mặt đường nước (water line) thiết kế ở mép dưới sống chính  (keel) đi qua điểm giữa của chiều dài tàu, nó vuông góc với mặt dọc tâm và mặt sườn giữa (mid-station plane ).

Giao tuyến giữa ba mặt phẳng tọa độ chính này hợp thành hệ tọa độ thân tàu O - xyz, trong đó giao điểm của ba giao tuyến là điểm gốc tọa độ O, giao tuyến giữa mặt dọc tâm với mặt cơ bản là trục x, hướng về mũi tàu là dương, giao tuyến giữa mặt sườn giữa với mặt phẳng cơ bản là trục y, hướng về mạn phải là dương, giao tuyến giữa mặt dọc tâm với mặt sườn giữa là trục z, hướng lên trên là dương.

Mặt cắt thân tàu bởi mặt dọc tâm và mặt sườn giữa gọi là mặt cắt dọc tâm và mặt cắt sườn giữa, mặt cắt bởi mặt phẳng song song với mặt phẳng cơ bản gọi là mặt đường nước

Hình 1-2 Sơ đồ kích thước chính 

(1) Chiều dài tàu:

Chiều dài tàu có mấy loại như định nghĩa sau đây (xem hình 1-2).

Chiều dài toàn bộ L_oa: là khoảng cách nằm ngang giữa đầu mũi tàu đến đầu đuôi tàu bao gồm cả phần nhô ra trong thân tàu đến đường lý thuyết đầu đuôi tàu.

Chiều dài thân tàu chịu áp lực L_ph: là khoảng cách giữa mặt dài đầu mũi thân tàu với đường lý thuyết mặt đầu đuôi tàu.

Chiều dài thân tàu kín nước L_wt: khoảng cách giữa vách đầu mũi của khoang nước dằn chính ở phía trước nhất đến đường lý thuyết vách đầu đuôi tàu của khoang nước dằn chính sau cùng.

Chiều dài thân tàu không kín nước ở đầu mũi L_fu: là khoảng cách từ đầu mũi bề mặt dạng thân tàu đến đường lý thuyết vách đuôi khoang nước dằn chính sau cùng.

Chiều dài thân tàu không kín nước ở đầu đuôi tàu L_au: là khoảng cách từ đầu đuôi bề mặt dạng thân tàu đến đường lý thuyết vách đuôi khoang nước dằn chính sau cùng.

Chiều dài đường nước thiết kế L_dw: là khoảng cách nằm ngang giữa mặt đường nước thiết kế với giao điểm đầu mũi đuôi bề mặt dạng thân tàu.

Chiều dài đường nước vượt tải L_ol: là khoảng nằm ngang giữa mặt đường nước ở tình trạng tàu ngầm quá tải với giao điểm đầu mũi đuôi tàu bề mặt dạng thân tàu.

(2) Chiều rộng tàu:

Chiều rộng tàu có mấy loại như định nghĩa sau đây (xem hình 1-3):

 

Hình 1-3 Các loại chiều rộng và chiều cao tàu ngầm 

Chiều rộng hình dáng B: là khoảng cách nằm ngang lớn nhất giữa bề mặt dạng thân tàu vuông góc với mặt trung tuyến.

Chiều rộng lớn nhất B_max: là khoảng cách nằm ngang lớn nhất bao gồm cả phần nhô ra vuông góc với mặt trung tuyến (xem hình 1-2).

Chiều rộng đường nước thiết kế B_dw: là khoảng cách nằm ngang lớn nhất giữa bề mặt thân tàu chỗ mặt đường nước thiết kế vuông góc với mặt cắt dọc.

Chiều rộng đường nước vượt tải B_ol: khoảng cách nằm ngang lớn nhất giữa bề mặt dạng thân tàu chỗ mặt đường nước vượt tải vuông góc với mặt cắt dọc.

(3) Chiều cao tàu:

Chiều cao tàu có mấy loại như định nghĩa sau đây (xem hình 1-3).

Chiều sâu hình dáng D: khoảng cách vuông góc giữa điểm đỉnh bề mặt dạng vỏ tàu trần với mặt phẳng cơ bản

(4) Mớn nước

Mớn nước có mấy loại như định nghĩa sau đây (xem hình 1-3).

Mớn nước T : là khoảng cách vuông góc giữa mặt cơ bản  chỗ mặt cắt ngang ở giữa tàu đến đường nước thiết kế.

Mớn nước quá tải T_ol : là khoảng cách vuông góc giữa mặt cơ bản chỗ mặt cắt ngang ở giữa tàu đến đường nước quá tải

Mớn mũi T_f : ở trường hợp tàu ngầm nghiêng dọc, là khoảng cách vuông góc giữa bề mặt dạng đầu tàu (hoặc đường đánh dấu mớn mũi) với giao điểm mặt đường nước đến mặt chuẩn

Mớn đuôi T_a : ở trường hợp tàu ngầm nghiêng dọc, là khoảng cách vuông góc giữa bề mặt dạng đuôi tàu  (hoặc đường đánh dấu mớn đuôi) với giao điểm mặt đường nước đến mặt chuẩn.

Mớn nước bình quân T_m : trị số bình quân của mớn mũi và mớn đuôi, T_m = (T_f  + T_a)/2.

Đối với tàu ngầm trạng thái nổi có tính đặc trưng nhất là không có nghiêng ngang, nhưng có trạng thái nghiêng dọc không lớn.

2. Lượng chiếm nước

Tổng khối lượng bị thân tàu đẩy ra khi tàu ngầm ở trên mặt nước hoặc ở trong nước, căn cứ vào trạng thái nổi và chịu tải khác nhau có thể chia ra mấy loại lượng chiếm nước điển hình.

(1) Ở trạng thái trên mặt nước.

Lượng chiếm nước bình thường W_n (D_n) là lượng chiếm nước khi tàu ngầm hàng hành bình thường trên mặt nước, bao gồm khối lượng kết cấu thân tàu và toàn bộ máy móc trang bị hoàn chỉnh, trang bị vũ khí, các loại thiết bị, trang bị và hệ thống, có nhân viên định mức theo biên chế, hành lý, toàn bộ vũ khí đạn dược, các loại phụ tùng, khoang nghiêng dọc, nước ban đầu của khoang nước điều chỉnh và lượng không khí ở các phòng khoang, lượng nhiên liệu, dầu nhớt, thực phẩm, nước ăn, nước cất được dự trữ cho thời hạn phục vụ ( endurance).

Lượng chiếm nước vượt tải (W­_ol) là khối lượng ứng với lượng chiếm nước bình thường cộng thêm nhiên liệu phụ thêm trong khoang nhiên liệu, trong khoang nước dằn và do sự chênh lệch mật độ của bộ phận nhiên liệu này với nước nên phải tăng thêm nước ban đầu  và dầu nhớt, nước sinh hoạt, nước cất, thực phẩm và các vật phẩm dự trữ phù hợp với yêu cầu thiết kế.

(2) Ở trạng thái dưới nước.

Lượng chiếm nước ở dưới nước W¯ (D¯) : là khối lượng chiếm nước bình thường cộng với dung tích tịnh của khoang nước dằn chính sắp xếp lại nước ( arrangement).

Lượng chiếm nước toàn bộ ở dưới nước W_t (D_t): là khối lượng toàn bộ thân tàu (bao gồm bộ phận phụ thuộc) đẩy nước ra, tức là bằng lượng chiếm nước ở dưới nước cộng với khối lượng nước trong thân tàu không kín nước.

1.2.2. ĐỘ sâu lẶn

Căn cứ vào trạng thái lặn của tàu ngầm ,có thể phân biệt thành độ sâu tiềm vọng, độ sâu làm việc có ống thông khí và ở bất kỳ độ sâu nào ở giữa độ sâu an toàn và độ sâu giới hạn, như hình 1-4.

Độ sâu tiềm vọng h_p: là độ sâu mà tàu ngầm sau khi lặn có thể cho phép nâng cao kính tiềm vọng để tiến hành quan sát mặt nước và bầu trời. Độ sâu tiềm vọng lớn hay nhỏ tùy thuộc chủng loại của tàu ngầm và tình trạng biển , thông thường vào khoảng 8 ~ 11 mét.

Độ sâu làm việc của ống thông khí h_s: là độ sâu bảo đảm thiết bị ống thông khí nhô ra mặt nước để tiến hành làm việc và có thể nhô kính tiềm vọng ra  để  quan sát. Độ sâu làm việc của ống thông khí thông thường nhỏ hơn độ sâu tiềm vọng.

Độ sâu an toàn h_sf: là độ sâu lặn loại trừ khả năng va chạm với tàu mặt nước và bị máy bay chống tàu ngầm quan sát phát hiện . Nó có liên quan đến độ trong suốt của nước biển, thông thường khoảng 30 mét.

 

Hình 1-4 Các loại độ sâu lặn của tàu ngầm 

Độ sâu giới hạn h­_e: là độ sâu cực đại khi tàu ngầm ở trạng thái không có tốc độ hải hành, thí dụ lặn ngồi dưới đáy biển hoặc ngẫu nhiên lặn đến độ sâu này mà kết cấu vỏ tàu không xảy ra biến dạng vĩnh cửu. Khi ở độ sâu giới hạn này, nói chung không cho phép tàu ngầm ở trạng thái hải hành. Bởi vì khi tàu ngầm hải hành ở độ sâu này, do trong khi chạy sinh ra nghiêng dọc sẽ phát sinh lặn ngẫu nhiên vượt quá độ sâu giới hạn, làm cho tàu ngầm ở trạng thái nguy hiểm. Độ sâu lặn giới hạn của tàu ngầm hiện đại thông thường đạt đến 300 ~ 400 mét, cá biệt có tàu vượt quá độ sâu này.

Độ sâu làm việc h_o: độ sâu lặn lớn nhất mà tàu ngầm có thể hải hành trong thời gian dài. Độ sâu làm việc bằng 70% ~ 90% độ sâu giới hạn.

Độ sâu tính toán h_e: là độ sâu lý thuyết khi tính toán thiết kế sức bền thân tàu chịu được áp lực. Để ngăn ngừa tàu ngầm ở độ sâu giới hạn tiếp tục lặn xuống quá độ hoặc do nghiêng dọc gây nên vượt quá độ sâu, thân tàu chịu được áp lực phải có độ bền dự trữ thường là 30% ~ 50% độ sâu giới hạn, cho nên độ sâu tính toán bằng 1,3 ~ 1,5 lần độ sâu giới hạn, độ sâu này là độ sâu thân tàu chịu được áp lực bắt đầu bị phá hủy.

1.2.3. Bán kính tác chiẾn và tẦm hoẠt đỘng

Bán kính tác chiến là khoảng cách lớn nhất tàu ngầm chấp hành nhiệm vụ chiến đấu từ căn cứ đến vùng hoạt động, được tính bằng hải lý .Chỉ tiêu này căn cứ vào sứ mệnh mà tàu ngầm gánh vác, thông thường được quy định dựa vào nguyên tắc tác chiến của tàu ngầm và vùng biển hoạt động .

Dựa vào bán kính tác chiến lớn nhỏ khác nhau ,ta có thể phân loại tàu ngầm tác chiến biển gần vừa, tàu ngầm tác chiến biển vừa, tàu ngầm tác chiến biển xa vừa, tàu ngầm tác chiến biển xa.

Hành trình lớn nhất có thể đạt được khi tàu ngầm chất tải bình thường của một chuyến đi gọi là tầm hoạt động (cruising range). Về mặt chiến thuật việc sử dụng tầm hoạt động của tàu ngầm hiện được phân loại như sau:

(1) 30% tầm hoạt động được dùng để đạt đến địa điểm tác chiến, đi và về tổng cộng dùng hết 60% tầm hoạt động.

(2) 30% tầm hoạt động được coi là do tàu ngầm tiêu hao ở vùng biển có hoạt động chiến đấu.

(3) 10% tầm hoạt động được coi như dùng để khắc phục sự cản trở của đối phương trong chuyến đi trở về.

Như vậy quan điểm chiến thuật phải nhất trí với quan điểm kỹ thuật thông qua quan hệ dưới đây:

Bán kính tác chiến của tàu ngầm = tầm hoạt động x 30%.

1.2.4. TỐc đỘ hành trình và tẦm hoẠt đỘng cỦa TÀU

Tốc độ hành trình là tốc độ  chạy của tàu ngầm tương ứng với trạng thái hàng hẢI khác nhau, tính bằng hải lý/giờ.Ở mỗi tốc độ hành hải ,tàu ngầm  có thể duy trì khoảng cách lớn nhất của hành hải và là tầm hoạt động ứng với tốc độ hành hải đó. Căn cứ vào trạng thái hành hải khác nhau ta có : tốc độ và tầm hoạt động khi chạy trên mặt nước  ; tốc độ và tầm hoạt động khi chạy với ống thông gió ; tốc độ  và tầm hoạt động khi chạy ngầm dưới nước

1. Tốc độ  và tầm hoạt động khi chạy trên mặt nước .

Đối với tàu ngầm có động lực thường quy (conventionally-powered ,tức là động lực diesel,diesel-điện,không phải động lực hạt nhân), do tình trạng xếp tải nhiên liệu khác nhau, tốc độ hải hành lớn nhất lại có thể chia thành hai loại : trạng thái bình thường và trạng thái nhiên liệu vượt tải .Tầm hoạt động tương ứng với tốc độ hải hành lớn nhất tương ứng cũng chia thành hai loại, tại trạng thái bình thường và trạng thái vượt tải.

Thời kỳ ban đầu, tàu ngầm chủ yếu hoạt động trên mặt nước, chỉ khi muốn ẩn nấp mới chuyển sang chạy dưới nước, do đó tốc độ và tầm hoạt động chạy trên mặt nước là chỉ tiêu kỹ thuật chiến thuật chủ yếu của tàu ngầm lúc đó. Người ta gắng sức nâng cao chỉ tiêu này. Tàu ngầm đóng trước Thế Chiến II , tốc độ chạy trên mặt nước có thể đạt trên 18 hải lý/giờ còn tốc độ chạy dưới nước lại thấp hơn rất nhiều tốc độ chạy trên mặt nước. Cùng với năng lực chống tàu ngầm ngày càng nâng cao , việc ứng dụng radar và máy bay chống ngầm , khả năng tàu ngầm thường xuyên hoạt động trên mặt nước trở nên rất nhỏ, cho nên chỉ tiêu này đã không còn một yêu cầu về tính năng chiến thuật chủ yếu của tàu ngầm hiện đại.

2. Tốc độ  và tầm hoạt động khi chạy với  ống thông khí

Mặc dù cơ hội tàu ngầm hiện đại hoạt động trên mặt nước  càng ngày càng ít, chỉ có thể chuyển sang hoạt động dưới nước là chính. Nhưng trước mắt , nguồn năng lượng accu của tàu ngầm động lực thường quy là rất  hạn chế, không thể duy trì chạy dưới nước lâu dài được. Cùng với đà phát triển của khoa học kỹ thuật, đã xuất hiện thiết bị không khí, thiết bị này thông gió cho diesel làm việc ở dưới nước. Lúc này, tàu ngầm sử dụng thiết bị ống thông khí từ mặt nước hút không khí sạch cung cấp cho buồng khoang thông gió và dùng cho động cơ diesel làm việc. Tốc độ  và tầm hoạt động chạy với ống thông gió đã trở thành một mục tiêu kỹ thuật chiến thuật vô cùng quan trọng của tàu ngầm động lực thường quy, chủ yếu dùng cho chuyến hành trình từ căn cứ đến vùng biển tác chiến.

Để rút ngắn thời gian tàu ngầm đi từ căn cứ đến vùng biển tác chiến, yêu cầu tốc độ chạy với  ống thông khí càng cao càng tốt. Nhưng do bị  hạn chế bởi độ bền thiết bị nâng hạ ống thông khí, hiện nay tốc độ chạy với ống thông khí của các loại tàu ngầm thông thường trong phạm vi 8 ~ 12 hải lý/giờ.

Thông thường độ lớn nhỏ tốc độ hàng hành ống thông gió, tầm hoạt động của tàu ngầm động lực thường quy được xác định theo bán kính tác chiến. Độ lớn nhỏ của tầm hoạt động chủ yếu ảnh hưởng đến lượng nhiên liệu và lượng dầu bôi trơn mà tàu ngầm cần phải mang theo, điều này có thể dự đoán từ công thức đơn giản:

Lượng nhiên liệu: W_r = w_ro (1 + m + k_r).P_B.t

Lượng dầu bôi trơn: W_h = W_r.K_h

Trong công thức trên :

w_ro - lượng tiêu hao nhiên liệu mỗi kilowat giờ (kWh) trong tình trạng làm việc danh nghĩa của máy diesel , đơn vị g/kWh.

m - hệ số lượng dư nhiên liệu, tức là “ cặn ” còn lại mà không dùng được trong khoang nhiên liệu , chiếm một số phần trăm tổng số lượng nhiên liệu, thông thường khoảng 2%.

_kr - hệ số ảnh hưởng suất tiêu hao nhiên liệu ở tình trạng làm việc không danh nghĩa của máy diesel.

P_B - công suất của động cơ diesel cần thiết ở tốc độ chạy với ống thông khí (bao gồm công suất tiêu hao của máy phụ) Kw.

t - thời gian kéo dài của chuyến đi, tức là tầm hoạt động/tốc độ chạy với ống thông khí, giờ.

K_h - hệ số tiêu hao dầu bôi trơn, trị số bình quân ước khoảng 5,0% ~   8,0% lượng nhiên liệu mang theo.

3. Tốc độ  và tầm hoạt động khi chạy ngầm  dưới nước

Căn cứ vào tình trạng làm việc của động cơ điện đẩy tới của tàu ngầm ,ta có thể chia thành hai loại trạng thái hải hành dưới đây:

(1) Tốc độvà tầm hoạt động chạy cao nhất khi ở dưới nước:

Khi tàu ngầm ở trạng thái dưới nước, tốc độ hàng hành có thể đạt được do động cơ điện đẩy tới, chính phát ra công suất danh nghĩa tức là tốc độ hàng hành cao nhất ở dưới nước. Sau khi ắc quy nạp đầy điện một lần hành trình hàng hành lớn nhất có thể đạt được khi hàng hành liên tục với tốc độ hàng hành cao nhất ở dưới nước là tầm hoạt động của nó, theo thói quen biểu thị bằng thời gian kéo dài của chuyến đi.

Do nguồn năng lượng ở dưới nước của tàu ngầm động lực thường quy có hạn, thông thường chỉ khi tiến hành công kích bằng ngư lôi và lẩn tránh kẻ địch mới dùng tốc độ chạy cao nhất ở dưới nước. Với cách sử dụng như thế, thông qua phân tích tư liệu tình hình đối phương  và tính toán, dựa vào các luận chứng chiến thuật ,ta có thể xác định tốc độ chạy cao nhất và thời gian kéo dài chuyến đi ở dưới nước cần thiết. Trước mắt tốc độ chạy cao nhất ở dưới nước của tàu ngầm động lực thường quy khoảng 15 ~ 20 hải lý/giờ , cũng có thể  đạt được đến 25 hải lý/giờ , thời gian kéo dài chuyến đi ở tốc độ  này thường là 30 ~ 60 phút.

Tàu ngầm năng lượng hạt nhân do nguồn năng lượng đầy đủ, tốc độ chạy cao nhất ở dưới nước thông thường tương đối cao hơn tàu ngầm động lực thường quy, có thể vượt quá 25 hải lý/giờ , thời gian kéo dài chuyến đi vượt qua rất nhiều yêu cầu của tầm hoạt động .Một lần nạp đầy nhiên liệu hạt nhân, thời gian duy trì hoạt động có thể đạt đến vài năm.

(2) Tốc độ chạy kinh tế ở dưới nước và tầm hoạt động.

Thông thường , công suất đẩy tới P_e cần thiết để tàu ngầm chạy tỉ lệ thuận với lũy thừa bậc ba  tốc độ . Do đó, giảm thấp tốc độ chạy có thể giảm nhỏ rất nhiều công suất đẩy tới cần thiết. Việc accu phóngđiện  lại có đặc tính như sau: Trong phạm vi dung lượng có thể dùng của ắc quy, dòng điện phóng càng lớn, năng lượng điện tải ra càng nhỏ; ngược lại dòng điện phóng điện càng nhỏ, điện năng tải ra càng tiếp cận hạn ngạch lớn nhất của dung lượng có thể dùng. Cho nên chạy với  tốc độ thấp có thể làm cho tầm hoạt động tăng lên rất lớn, đó là tốc độ chạy kinh tế ở dưới nước của tàu ngầm.

Về mặt chiến thuật yêu cầu tầm hoạt động khi dùng tốc độ chạy kinh tế ở dưới nước phải lớn hơn chiều sâu khu vực phong tỏa của tàu ngầm địch, bởi vì chiều sâu khu vực phong tỏa chống tàu ngầm của kẻ địch thông thường căn cứ vào tầm hoạt động lớn nhất ở dưới nước của tàu ngầm để xác định. Khi kẻ địch thiết lập khu vực phong tỏa chống tàu ngầm luôn luôn muốn chiều sâu  của nó lớn hơn tầm hoạt động lớn nhất ở dưới nước của tàu ngầm, buộc tàu ngầm động lực thường quy không thể một lần đi qua dưới nước, trên đường đi  cần phải nổi lên để nạp điện, từ đó bị kẻ địch phát hiện và công kích, thông thường tung thâm (chiều sâu) khu vực chống tàu ngầm khoảng 300 ~ 400 hải lý, do đó tầm hoạt động tốc độ kinh tế ở dưới nước của tàu ngầm cũng phải bảo đảm có thể một lần ở dưới nước đi qua khu vực phong tỏa của kẻ địch. Tốc độ của tàu ngầm đi qua khu vực phong tỏa khoảng 2 ~ 4 hải lý/giờ , xét đến ảnh hưởng hải lưu, tốc độ tốt nhất nên dùng là  3 ~ 5 hải lý/giờ.

Đối với tàu ngầm năng lượng hạt nhân không có vấn đề tiết kiệm nguồn năng lượng, luôn luôn có thể áp dụng chạy cao tốc ở dưới nước. Nhưng kẻ địch ở khu vực chống tàu ngầm có thiết lập nhiều trạm trinh sát nghe âm thanh dưới nước để tìm kiếm tiếng ồn phát ra khi tàu ngầm hải hành. Cho nên, tàu ngầm phải dùng biện pháp giảm thấp tiếng ồn  để đi qua vùng chống tàu ngầm như vậy cần phải hạ thấp tốc độ chạy dưới nước , lúc này cường độ tiếng ồn của máy móc bên trong tàu theo sự giảm nhỏ công suất đẩy tới cũng giảm thấp rõ rệt, làm cho cường độ tiếng ồn bức xạ tổng cộng của tàu ngầm cũng giảm đi rõ rệt. Do đó, tốc độ  của tàu ngầm giảm thấp đến bao nhiêu mới đạt đến mục đích này là vấn đề cần giải quyết.

Trong biển, do sóng, sóng thần tsunami , sinh vật biển, sự hải hành của tàu, sự nứt vỏ của mặt băng cũng tạo thành nhiều tiếng ồn , thông thường ta gọi tiếng ồn bản thân biển là tiếng ồn tự nhiên. Nếu như tàu ngầm ở tốc độ chạy  nào đó phát ra tiếng ồn bức xạ có cường độ bằng hoặc thấp hơn tiếng ồn tự nhiên của biển, do tác dụng che đậy tiếng ồn tự nhiên của biển, trạm trinh sát nghe tiếng nước sẽ khó phát hiện được  tiếng ồn của tàu ngầm, lúc này tốc độ chạy của tàu ngầm gọi là tốc độ hải hành tiếng ồn thấp.

Áp dụng biện pháp giảm thấp tiếng ồn của tàu ngầm từ đó nâng cao được tốc độ hàng hành tiếng ồn thấp để rút ngắn được thời gian của chuyến đi, có ý nghĩa hiện thực rất lớn về phương diện chiến thuật . Đối với tàu ngầm động lực hạt nhân cũng như vậy, tốc độ chạy kinh tế của tàu ngầm động lực thường quy luôn luôn nhất trí với tốc độ chạy tiếng ồn thấp.

1.2.5. TẦM HOẠT ĐỘNG, THỜI GIAN Ở LẠI DƯỚI NƯỚC

Tầm hoạt động (cũng gọi là sự tự cấp) (endurance, self-supporting ability) là nói ở điều kiện tàu ngầm khi chấp hành nhiệm vụ trên biển, giữa đường không bổ sung bất kỳ vật phẩm dự trữ ,đó là thời gian dài nhất có thể lưu lại trên biển tính bằng ngày đêm. Độ lớn nhỏ của tầm hoạt động quyết định bởi lượng dự trữ nhiên liệu và số lượng các vật phẩm cung ứng khác, ngoài ra còn quyết định bởi sức chịu đựng của thuyền viên, thông thường chọn tầm hoạt động là 60 ngày đêm, từ đó dự trữ đủ nước sinh hoạt, thực phẩm và các vật phẩm tiêu hao khác cho thuyền viên. Điều này đại khái là giới hạn sức chịu đựng về thể năng và tinh thần của thuyền viên  ứng với tình trạng hải hành liên tục ở dưới nước của tàu ngầm.

Tàu ngầm trong hải hành chiến đấu, nó không thể một mạch chỉ sử dụng một trạng thái hải hành và một tốc độ. Nó có khi thì ở trên mặt nước, có khi ở dưới nước, có khi lại ở trạng thái hàng hành với ống thông gió và có thể hàng hành với các loại tốc độ hàng hành khác nhau. Còn việc khi nào, trường hợp nào thì áp dụng loại trạng thái hàng hành và tốc độ hàng hành điều này quyết định ở tính chất vùng biển hàng hành và tình hình kẻ địch ở vùng đó của nhiệm vụ mà nó chấp hành, và phương án chuyến đi đã phác thảo, cho nên thời gian lưu lại cần thiết thực tế ở trên biển của tàu ngầm - tầm hoạt động chiến thuật nên căn cứ vào điều kiện dưới đây để quyết định.

(1) Bán kính tác chiến của tàu ngầm. Quan điểm chống tàu ngầm của kẻ địch và điều kiện tự nhiên của vùng biển, lập ra phương án chuyến đi điển hình, tìm ra tổng thời gian của chuyến đi. Thời gian chuyến đi một chiều ước chiếm khoảng 30% tầm hoạt động của tàu ngầm động lực thường quy .

(2) Thời gian hoạt động của tàu ngầm ở vùng biển có hành động chiến đấu. Thông thường lấy 30% tầm hoạt động để suy xét.

(3) Thời gian cần thiết để tàu ngầm dùng để khắc phúc trong chuyến đi có thể bị kẻ địch cản trở, thông thường lấy 10% tầm hoạt động.

Tổng cộng của ba khoảng thời gian này là tầm hoạt động chiến thuật cần thiết của tàu ngầm, tức là:

Tầm hoạt động =

Dưới đây nêu thí dụ để nói rõ vấn đề này.

Trước hết căn cứ vào nhiệm vụ chấp hành của tàu ngầm, phân tích tình trạng của toàn bộ đường đi, dự tính trên mỗi đoạn đường đi (hàng lộ  sea route) có thể gặp phải bất kỳ sự cản trở nào, dùng biện pháp nào để đối phó, cuối cùng xác định kế hoạch hàng hành và tiến hành tính toán.

1. Lựa chọn đường tàu đi .

Nguyên tắc cơ bản lựa chọn đường tàu đi là lựa chọn đường tàu đi ngắn và an toàn, do đó phải xét đến mấy vấn đề dưới đây:

(1) Lựa chọn vùng biển nước sâu tương đối lớn.

(2) Cố gắng vòng qua vùng hoạt động binh lực của kẻ địch dày đặc và phạm vi tác dụng các loại thiết bị dò tìm trên bờ của kẻ địch, đồng thời để tránh xảy ra hiểu lầm của ta nên cũng phải tránh đi qua vùng biển hoạt động binh lực của ta.

(3) Phải lựa chọn vùng trên đường hàng hành dễ đo xác định vị trí của tàu, đặc biệt là trước khi đi qua chướng ngại lưới thủy lôi và trước khi đi vào vùng biển có hành động chiến đấu, tàu ngầm phải đo xác định chính xác vị trí của tàu.

(4) Cố gắng tránh vùng biển có dòng chảy ngược và tốc độ dòng tương đối lớn để tránh ảnh hưởng đến tốc độ hàng hành và lệch đường hàng hành.

2. Vạch chia ra giai đoạn hàng hành.

Hình 1-5 Sơ đồ tính toán chuyến đi của tàu ngầm 

Trong hình 1-5 H = 2^o là góc hướng hải hành, con số I, II, III, IV, V biểu thị giai đoạn chuyến đi.

I - rời căn cứ.

II - từ căn cứ đến vùng biển chống tàu ngầm.

III - đi qua vùng biển chống tàu ngầm.

IV - từ vùng biển chống tàu ngầm đến vùng biển có hành động chiến đấu.

V - đi vào vùng biển có hành động chiến đấu.

3. Tính toán tổng thời gian chuyến đi.

(1) Đi qua ba vùng biển chống tàu ngầm nghiêm ngặt (rời căn cứ - vùng chống tàu ngầm - vùng biển hành động).

Giả định hành trình hàng hành của ba vùng biển này là (600 + 300 + 60) hải lý cần 105 giờ, tức là 4,38 ngày đêm.

(2) Đi qua vùng chống tàu ngầm yếu ớt khác (từ căn cứ đến vùng chống tàu ngầm và từ vùng chống tàu ngầm đến vùng hành động).

Nếu như bán kính tác chiến từ căn cứ đến vùng hành động chiến đấu là 3000 hải lý thì tổng hành trình hàng hành khu vực chống ngầm yếu ớt là:

(3000 - 420) hải lý = 2580 hải lý.

Nhắm vào tình trạng cảnh giới ở khu vực này của kẻ địch, tàu ngầm có thể áp dụng những trạng thái hàng hành dưới đây:

(1) Dùng trạng thái hàng hành ống thông khí để đi hết toàn bộ hành trình. Tốc độ hàng hành với ống thông khí tính là 8 nút, vậy tổng thời gian đi qua vùng chống tàu ngầm yếu ớt là 2580/8giờ = 323 giờ = 13,4 ngày đêm.

(2) Tàu ngầm vào ban đêm để tránh gặp máy bay địch, hàng hành tốc độ thấp ở dưới nước, tốc độ hàng hành lấy 4 nút để tính; vào ban đêm có thể dùng hàng hành với tốc độ hàng hành với ống thông khí, tốc độ hàng hành lấy 10 nút để tính. Nếu như số giờ ngày đêm ở vùng đó trời bắt đầu sáng lúc 04:00, màn đêm buông xuống lúc 19:00 thì trời sáng là 15 giờ, trời tối chỉ có 9 giờ, thì:

15 giờ x 4 nút x x ngày đêm + 9 giờ x 10 nút x x ngày đêm = 2580 hải lý.

(3) Tổng thời gian chuyến đi:

a) (4,38 + 13,4) ngày đêm = 17,78 ngày đêm » 18 ngày đêm.

Yêu cầu tầm hoạt động của tàu ngầm = 18 ngày đêm/30% = 60 ngày.

b) (4,38 + 17,2) ngày đêm = 21,58 ngày đêm » 22 ngày đêm.

Yêu cầu tầm hoạt động của tàu ngầm = 22 ngày đêm/30% = 73 ngày.

Hai phương pháp chuyến đi yêu cầu đối với tầm hoạt động của tàu ngầm cũng khác nhau. Có thể thấy nâng cao tốc độ hàng hành của chuyến đi có thể thu nhỏ yêu cầu tầm hoạt động của tàu ngầm.

Thời gian lưu lại (stay, stop) ở dưới nước là thời gian dài nhất dừng lại hoặc hàng hành liên tục một lần ở dưới nước mà tàu ngầm ở điều kiện không thay đổi không khí mới, dựa vào thiết bị tái sinh không khí ở bên trong tàu được tính bằng giờ. Tổng thời gian lưu lại ở dưới nước phải thỏa mãn tổng cộng thời gian tàu ngầm dừng lại ở dưới nước trong khoảng tầm hoạt động, bao gồm cả tổng thời gian trạng thái hàng hành ở dưới nước trong quá trình chuyến đi, thời gian chờ máy ( stand by, readiness) ở dưới nước ở trận địa chờ và thời gian dừng lại ở dưới nước ở trường hợp ngoài ý muốn.

1.2.6. TRANG BỊ VŨ KHÍ

Trên tàu ngầm trang bị loại vũ khí nào, số lượng bao nhiêu, xem vào nhiệm vụ sứ mệnh mà nó chấp hành để quyết định, lại quyết định ở chủng loại mục tiêu công kích và số lần công kích, suất đánh trúng của vũ khí và uy lực của vũ khí.

Lấy tàu ngầm ngư lôi làm thí dụ, ngư lôi chứa thuốc nổ mạnh đương lương TNT khoảng 450kg, căn cứ vào kinh nghiệm trướ đây số đánh trúng cần thiết của ngư lôi để đánh chìm, đánh hỏng các loại tàu chiến: Kê ra trong bảng 1-1.

Bảng 1-1 Số đánh trúng ngư lôi cần thiết để đánh chìm, đánh hỏng các loại tàu chiến

Tên gọi tàu chiến	Tàu chiến lớn	Hàng không mẫu hạm lớn	Hàng không mẫu hạm vừa	Tuần dương hạm lớn	Tuần dương hạm loại nhẹ	Khu trục hạm	Tàu vận tải trên 15.000 tấn	Tàu vận tải 10.000 ~ 15.000 tấn	Tàu vận tải 5.000 ~ 15.000 tấn	Tàu vận tải 5.000 ~ 10.000 tấn	Tàu vận tải dưới 5.000 tấn
Số ngư lôi đánh trúng	Đánh chìm	8 ~10	5 ~ 6	2 ~ 3	5 ~ 6	3 ~ 4	1 ~ 2	3 ~ 4	2 ~ 3	1 ~ 2	1
	Đánh hỏng	5 ~ 6	3 ~ 4	1 ~ 2	3 ~ 4	2	1	1 ~ 2	1	1	-

Khi tốc độ của ngư lôi là 50kn, chiều dài hàng không mẫu hạm địch là 230m, tốc độ hàng hành của tàu địch là 27kn, khoảng cách bắn là 4.000m (ước khoảng 22 liên (cable’s length), khi góc tới bằng 90⁰ so với 4 quả, 6 quả và 10 quả ngư lôi tiến hành bắn cùng lúc thì suất bắn trúng như trong bảng 1-2.

Bảng 1-2 Suất bắn trúng của ngư lôi (%)

Số ngư lôi bắn trúng Xác suất bắn trúng Số ngư lôi bắn cùng lúc	1	2	3	4	5	6	7	8	9
4	98	66	34	-	-	-	-	-	-
6	100	78	58	36	10	-	-	-	-
10	100	100	88	70	54	40	26	16	8

Từ bảng 1-1 và bảng 1-2 có thể biết, để làm cho hàng không mẫu hạm của kẻ địch bị tổn thương nghiêm trọng (bắn trúng 3 quả ngư lôi) thì số lượng trong một lần cùng bắn không thể ít hơn 10 quả, nếu muốn bắn trúng hai quả ngư lôi thì số lượng ngư lôi cùng bắn một lúc không được ít hơn 6 quả. Ống phóng ngư lôi trên tàu ngầm cũng phải trang bị theo con số này; số lượng ngư lôi cung cấp cũng trang bị theo số lần bắn cùng lúc. Thông hường ngư lôi dự trữ dùng mà tàu ngầm mang theo gấp 1 đến 2 lần số ống phóng lôi. Đối với ống phóng lôi kiểu bố trí bên ngoài thân tàu chịu được áp lực thì có thể không có ngư lôi dự trữ dùng. Sau khi nâng cao suất bắn trúng và uy lực nổ, trị số trong bảng 1-1 và 1-2 có thể phát sinh thay đổi tương ứng, số ống phóng ngư lôi và số lượng ngư lôi mang theo dự trữ trên tàu ngầm cũng có thể giảm bớt một cách thích đáng.

Việc trang bị những vũ khí khác trên tàu ngầm cũng do bộ môn tác chiến căn cứ vào tính chất của nhiệm vụ tác chiến, luận chứng chiến thuật kinh tế để đề xuất.

Chỉ có đưa những nhân tố phức tạp tồn tại trong thời chiến vào để suy xét mới có thể làm cho những chỉ tiêu kỹ thuật càng phù hợp với nhu cầu sử dụng thực tế.