Dette er tredje del af serien om ubådsdesign. Læs venligst de to første her – Introduktion til ubådsdesign og Forståelse af ubådsdesign.

Og selv om nogle af de tanke, der anvendes i en ubåd, ligner dem, der anvendes på overfladeskibe, er de fleste af dem anderledes og unikke for ubådens driftsform, hvilket gør det til et vigtigt aspekt, der skal studeres i detaljer.

For et hurtigt glimt, vidste du så, hvorfor en ubåd bruger et system af fire tanke bare i forbindelse med affyring af en torpedo?

Vi vil først se på tankplanen for en dieselelektrisk ubåd, og efterhånden som vi bliver fortrolige med deres terminologier, vil vi studere deres funktioner, årsagen til deres placering og andre konstruktionsaspekter i forbindelse med dem.

Tankplan for en ubåd:

Langt sammen med den generelle arrangementstegning udarbejdes tankplanen for at lokalisere placeringen af hver enkelt tank. Deres navne, sammen med den væske, der skal transporteres i dem, er specificeret i selve tankplanen. Kapaciteten af hver enkelt tank er anført på et separat dokument kaldet tankkapacitetsplanen.

Den følgende figur viser tankplanen for en dobbeltskroget dieselelektrisk ubåd.

Vi har studeret formålet med og driften af ballasttanke i detaljer i artiklen om ubådsstabilitet, og derfor vil dette emne blive sprunget over i denne artikel.

Kompenseringstank:

Huskede du, at vi diskuterede, hvordan en ubåd, når den har positiv eller negativ opdrift, træffer foranstaltninger for at opretholde en tilstand med neutral opdrift ved at justere sin vægt? Dette opnås ved hjælp af en kompenserende tank, en komponent, der er ualmindelig i de traditionelle koncepter for skibsdesign.

Kompenserende tanke er placeret ved eller i umiddelbar nærhed af ubådens tyngdepunkt i længderetningen (se figur 1). Hvorfor? Fordi enhver vægtændring, der sker i betydelig afstand fra tyngdepunktet i længderetningen, vil skabe et trimningsmoment, hvilket er uønsket, da ubåden kun skal justere sin vægt. Den er placeret inden for det trykbestandige skrog og tager vand eller pumper vand ud i havet afhængigt af den situation, der skal tackles.

Kompensationstanken kan tømmes af en pumpe eller højtryksluft (i tilfælde af støjsvag drift), men for at højtryksluft kan være en mulig løsning, skal tankkonstruktionen være trykbestandig i et sådant omfang, at den kan modstå et indre tryk, der er højere end det ydre tryk.

Følgende ændringer i vægt- og opdriftsbalancen kompenseres ved hjælp af kompenserende tanke:

• Når en ubåd dykker til større dybder, kommer den ind i vand, der har en anden massefylde end det vand, der findes ved overfladen. Havvandets specifikke vægtfylde stiger normalt fra 1,008 til 1,028 med dybden. Da densiteten er direkte proportional med opdriften, øges opdriften, og ubåden får derfor en positiv opdrift. For at opnå neutral opdrift tager kompenseringstanken vand fra havet, indtil vægten ophæver opdriften.

• Vægtforskelle skyldes forbrug af lagre som proviant, brændselsolie, ferskvand, smøreolie og andre faste lagre. Der tages vand ind i tanken for at kompensere for denne effekt. En interessant ting sker i tilfælde af brændselsolieforbrug. I ubåde fyldes det ledige rum i brændstoftanken automatisk med havvand, når brændstoftanken er opbrugt, således at brændstoftanken altid flyder på havvand. Dette sker for at forhindre frie overfladeeffekter. Men da vand optager det samme volumen som det opbrugte brændstof, stiger ubådens vægt som følge heraf. Kompensationstanken bruges også til at udligne denne vægtændring.

• På større dybder resulterer det høje ydre tryk i en kompression af trykskroget. Dette reducerer ubådens trykbestandige volumen, hvilket reducerer dens opdrift. Den tabte opdrift kompenseres ved at frigive vand fra kompensationsbeholderen. Normalt for ubåde med en maksimal dykkerdybde på 200-350 meter ligger det volumen, der er til rådighed til dette formål i kompenseringstanken, på mellem 0,3 og 0,4 procent af det samlede trykskrogvolumen.

En ubådskonstruktør overvejer to særlige grænsebelastningsbetingelser for at vurdere kapaciteten af kompenseringstanken for en bestemt konstruktion. Belastningsbetingelserne er anført nedenfor:

Belastningstilfælde 1: Ved afslutningen af en meget lang, langsom sejlads i havvand med maksimal massefylde. Ved afslutningen af en meget lang og langsom sejlads er alle forbrugsgoder som ferskvand, forråd og mad opbrugt, men der er en relativt tilstrækkelig mængde dieselolie tilbage. Fartøjet sejler i havvand med maksimal massefylde, hvilket betyder, at opdriften er større. Begge forhold tilsammen kræver, at kompenseringstanken fyldes op til sin maksimale kapacitet.

Lasttilfælde 2: Ved afslutningen af et meget kort og hurtigt togt i havvand med minimal massefylde. I denne tilstand er forbrugsstofferne delvist opbrugt, og dieselbrændstoffet er helt opbrugt. Da havvandets massefylde er minimal, er opdriften mindst. I et sådant tilfælde vil det nødvendige vandmængde i kompensationstanken være mindst.

I det faktiske tilfælde, når en ubåd påbegynder sin sejlads, ligger vandmængden i kompensationstanken et sted mellem de to grænsetilfælde. Det er blevet observeret ved parametriske undersøgelser, at kompenseringstankene normalt har et volumen på 2,5 til 3 % af ubådens samlede trykmodstandsdygtige volumen. Disse data anvendes også af konstruktører i de indledende designfaser.

Trimtanke:

Trimtanke anvendes til at holde det langsgående tyngdepunkt lige under opdriftscentret, således at ubåden kan manøvreres til en neutral trimtilstand. Disse tanke er lige store og er placeret inde i trykskroget og så langt fremme og agter som muligt, således at det trimningsmoment, der forårsages af dem, maksimeres (bemærk trimningstankene i figur 1). Trimtanksystemet består af to par tanke, et par foran (bagbord og styrbord) og et par agter (bagbord og styrbord).

Disse tanke er indbyrdes forbundet med rør, der kaldes trimledninger, og den anvendte væske kaldes trimvand. Trimvandet cirkuleres mellem for- og agtertankene afhængigt af den ønskede trimtilstand. Cirkulationen sker enten ved hjælp af pumper eller ved hjælp af lavtryksluft.

Dimensionerne af trimtanken vurderes ved hjælp af grænsebetingelser, der bestemmer lasttilfælde og trimbetingelser, og analyseres med en metode svarende til den, der anvendes for kompenserende tanke. Der tages også hensyn til trimningseffekter som følge af vægtforskydning under affyring af torpedoer. Til empiriske formål er det nødvendige volumen af trimningsvand 0,5 % af trykskrogets volumen.

En yderligere anvendelse af trimtanke er deres multifunktionelle egenskaber, hvor de kan anvendes både som trimnings- og kompenserende tank. I sådanne konstruktioner er trimtankene forsynet med oversvømmelsesporte. Hvis der f.eks. er behov for fremadrettet trimning, fyldes den forreste trimtank, og de bageste tanke tømmes. Hvis ubåden skal reducere sin vægt uden nogen ændring af trimningen, tømmes begge par af tanke til den nødvendige mængde. Dette system giver ekstra fordele med hensyn til pladstildeling, da ubåde er meget pladskrævende.

Negativtanke eller hurtigdykkertanke:

Disse tanke anvendes som hjælpemidler til at dykke i bølger. Når en ubåd dykker i bølger, forhindrer den ekstra opdrift som følge af bølgernes påvirkning den i at dykke hurtigt og hindrer dens evne til at dykke til større dybde. Når bølgetryk passerer hen over ubåden, forbliver de frie oversvømmelsesdele på de øverste dækniveauer (på sejlet og øverste dæk) delvist oversvømmet, hvilket resulterer i, at det ikke lykkes at dykke.

For at bekæmpe denne effekt er der på et lavt niveau, lige foran ubådens tyngdepunkt, en tank med oversvømmelsesporte. Ikke dens placering i figur 1. En oversvømmelse af denne tank ville ikke blot tilføje negativ opdrift (eller øge vægten), men på grund af dens placering i længderetningen i forhold til tyngdepunktet trimmer den også stævnen og bidrager til hurtig dykning. På grund af dette kaldes de også for hurtigdykkertanke. Når ubåden er dykket, og alle de frie oversvømmelsesområder er fyldt med vand, tømmes den negative tank hurtigt ud ved hjælp af trykluft.

Torpedotanke:

Torpedoer affyres fra torpedorør, der er placeret i den forreste del af en ubåd. Vægten af hver torpedo er generelt ca. 4 til 5 tons. Når en torpedo er affyret, medfører tabet af en betydelig vægt fra en position væk fra ubådens tyngdepunkt et trimningsmoment, som, hvis det ikke forhindres, vil hæmme ubådens evne til at holde kursen. Affyring af en torpedo fra en ubåd indebærer en række trin, der skal forhindre ovenstående.

Torpedorøret er en trykbestandig cylindrisk struktur, der har en dør forrest (mundingsdør) og en bagest (skuddør). En ubåd har normalt flere torpedorør og kan affyre mere end én torpedo samtidig. Omkring en tredjedel af længden af et torpedorør befinder sig inden for trykskroget, og den resterende del befinder sig uden for trykskroget, i det frie oversvømmede område, der fører til det forreste punkt af det ydre skrog, hvor den forreste dør er placeret. Den del af røret, der befinder sig i det frie oversvømmede område, er udsat for eksternt tryk og er stivet udvendigt for at beskytte det mod at bøje sig.

Strap et: Først åbnes den bageste dør, og torpedoen læsses ind i røret. Når den bageste dør er lukket, ledes der vand fra Weapon Round Tank (WRT) ind i rummet mellem torpedoen og rørets indervægge. WRT’s volumen er tilstrækkeligt til at give nok vand til at affyre alle torpedoerne, uden at det er nødvendigt at genopfylde den. WRT’erne er altid placeret lige over eller under torpedorørene. Hvorfor? Hvis WRT’erne var placeret i længderetningen væk fra torpedorørene, ville flytning af vand fra WRT til torpedorørene have forårsaget uønskede trimningsmomenter, hvilket ville have fået ubåden til at trimme ved stævnen.

Strin to: Den forreste dør åbnes altid i den ydre retning, men den kan ikke åbnes på dette trin, fordi det ydre tryk på store dybder er højere end det indre tryk. Derfor sættes vandet inde i torpedorøret under tryk, således at det indre og det ydre tryk udlignes. Når dette er gjort, åbnes den forreste dør hydraulisk, og torpedoen affyres.

Strin tre: Når torpedoen er affyret, bliver det rum inde i torpedorøret, der var optaget af torpedoen, automatisk optaget af havvand, der strømmer ind.

Stræk fire: Selv om torpedovolumenet inde i torpedorøret er optaget af havvand, er havvandets vægt mindre end torpedoens. For at undgå et trimningsmoment skal der tages yderligere vand ind for at kompensere for vægtforskellen. Denne ekstra mængde vand tages ind i en anden tank kaldet Air Inboard Vent (AIV), som er placeret lige under eller over torpedorørene.

Stræk fem: For nu at genindlæse en anden torpedo i det samme rør lukkes først den forreste dør i røret, mens røret er oversvømmet. Vandet i røret tømmes først til en anden tank kaldet Torpedo Operating Tank (TOT), og derefter indføres en anden torpedo i det tørre rør. TOT’en er placeret således, at enhver vægtforskydning i længderetningen undgås. Volumenet af TOT er tilstrækkeligt til at bære alt det vand, der skal tømmes ud af torpedorøret, hvis alle torpedoer affyres.

Hover Tanks:

Når ubåden dykker eller stiger op, udfordres dens evne til at opretholde dybden på grund af ændringer i densitet og de deraf følgende kompressibilitetseffekter. I mange stealth-operationer er det nødvendigt, at flådeubåde svæver på en fast dybde, mens de er stationære. I sådanne tilfælde er det nødvendigt med en konstant balance mellem vægt- og opdriftsligningen. Denne balance kan opnås ved hjælp af et sensorstyret system, der er dedikeret til en speciel tank, hvor der kan suges vand ind, når ubåden stiger, og hvor der kan pumpes vand ud fra den samme tank, når ubåden synker. Denne vandudveksling er hurtig og skal foregå kontinuerligt. Derfor anvendes en særlig tank kaldet Hover Tank, der er placeret uden for trykskroget, til at opfylde dette formål. Grunden til, at den er placeret i det ydre skrog (i modsætning til en udligningstank, som er placeret i trykskroget), er, at dens indhold holdes ved det omgivende havtryk, således at der er mulighed for kontinuerlig ind- og udstrømning af vand.

I de tilfælde, hvor ubåden skal konstrueres til at svæve tæt på overfladen, skal svævesystemet imidlertid være mere robust for at kompensere for de destabiliserende virkninger af bølgepåvirkning.

De andre typer tanke, der anvendes i en ubåd, er brændstofolietanke, smøreolietanke, slamolietanke, lænsetanke og ferskvandstanke. De er ikke blevet omtalt her, da deres funktion og formål svarer til overfladeskibenes funktion og formål. Det er imidlertid vigtigt for en konstruktør at foretage parametriske undersøgelser af tankkapaciteterne i forskellige eksisterende konstruktioner, før han parametrisk når frem til et skøn over kapaciteten og planen for tankene i en ny konstruktion.

Disclaimer: Forfatternes synspunkter, der kommer til udtryk i denne artikel, afspejler ikke nødvendigvis Marine Insights synspunkter. Data og diagrammer, hvis de anvendes i artiklen, er hentet fra tilgængelige oplysninger og er ikke bekræftet af nogen lovbestemt myndighed. Forfatteren og Marine Insight hævder ikke, at de er nøjagtige, og påtager sig ikke noget ansvar for dem. Synspunkterne udgør kun meninger og udgør ikke retningslinjer eller anbefalinger om nogen form for handling, som læseren skal følge.

Artiklen eller billederne må ikke reproduceres, kopieres, deles eller bruges i nogen form uden tilladelse fra forfatteren og Marine Insight.