Ez a tengeralattjáró-tervezés sorozat harmadik része. Kérjük, olvassa el az első kettőt itt – Bevezetés a tengeralattjáró tervezésébe és A tengeralattjáró tervezésének megértése.

Noha a tengeralattjárón használt tartályok egy része hasonló a felszíni hajókon használtakhoz, a legtöbbjük mégis más és egyedi a tengeralattjáró működésének jellegéből adódóan, ezért fontos szempont, amit részletesen tanulmányozni kell.

Egy gyors pillantás erejéig, tudta, hogy egy tengeralattjáró miért használ négy tartályból álló rendszert csak egy torpedó kilövése során?

Először egy dízel-elektromos tengeralattjáró tartálytervét fogjuk megvizsgálni, és ahogy és amikor megismerkedtünk a terminológiájukkal, tanulmányozni fogjuk a funkciójukat, az elhelyezkedésük okát és a velük kapcsolatos egyéb tervezési szempontokat.

A tengeralattjáró tartályterve:

Az általános elrendezési rajzzal együtt a tartályterv is elkészül az egyes tartályok helyének meghatározására. Nevüket, a bennük szállítandó folyadékkal együtt, magában a tartálytervben adják meg. Az egyes tartályok kapacitását egy külön dokumentumon, az úgynevezett tartálykapacitási terven tüntetik fel.

A következő ábra egy kéttestű dízel-elektromos tengeralattjáró tartálytervét mutatja.

A ballaszttartályok célját és működését részletesen tanulmányoztuk a tengeralattjáró stabilitásáról szóló cikkben, ezért ezt a témát ebben a cikkben kihagyjuk.

Kompenzáló tartály:

Emlékszik arra, hogy tárgyaltuk, hogy amikor egy tengeralattjáró pozitív vagy negatív felhajtóerővel rendelkezik, a súlyának beállításával intézkedéseket tesz a semleges felhajtóerő állapot fenntartására? Ezt egy kompenzáló tartály segítségével éri el, amely a hajótervezés hagyományos koncepcióiban szokatlan alkatrész.

A kompenzáló tartályok a tengeralattjáró hosszanti súlypontjánál vagy annak közvetlen közelében helyezkednek el (lásd az 1. ábrát). Miért? Mert a hosszanti súlyközépponttól jelentős távolságban okozott bármilyen súlyváltozás trimmelési nyomatékot hozna létre, ami nem kívánatos, mivel a tengeralattjárónak csak a súlyát kell beállítania. A kompenzáló tartály a nyomásálló hajótestben helyezkedik el, és a kezelendő helyzettől függően vizet vesz fel vagy vizet pumpál a tengerbe.

A kompenzáló tartály szivattyúval vagy nagynyomású levegővel üríthető (alacsony zajszintű működés esetén), de ahhoz, hogy a nagynyomású levegő megvalósítható legyen, a tartály szerkezetének olyan mértékben kell nyomásállónak lennie, hogy a külső nyomásnál nagyobb belső nyomást is elviseljen.

A súly- és felhajtóerő-egyensúly következő változásait kompenzálják a kompenzáló tartályok:

• Amikor egy tengeralattjáró nagyobb mélységbe merül, a felszínihez képest eltérő sűrűségű vízbe kerül. A tengervíz fajsúlya általában 1,008-ról 1,028-ra nő a mélységgel. Mivel a sűrűség egyenesen arányos a felhajtóerővel, a felhajtóerő nő, ezért a tengeralattjáró pozitív felhajtóerővel rendelkezik. A semleges felhajtóerő eléréséhez a kiegyenlítő tartály addig vesz fel vizet a tengerből, amíg a súly ki nem egyenlíti a felhajtóerőt.

• A súlykülönbségeket a készletek, például az ellátmány, a fűtőolaj, az édesvíz, a kenőolaj és más szilárd készletek fogyasztása okozza. A hatás ellensúlyozására vizet visznek a tartályba. Érdekes dolog történik a fűtőolajfogyasztás esetében. A tengeralattjárókon, ahogy és amikor a fűtőolaj elfogy, a fűtőolaj-tartályban lévő üres térfogat automatikusan feltöltődik tengervízzel, így a fűtőolaj mindig a tengervízen úszik. Ez a szabad felszíni hatások elkerülése érdekében történik. Mivel azonban a víz az elfogyasztott üzemanyag térfogatát veszi fel, a tengeralattjáró súlya emiatt megnő. A kompenzáló tartály ezt a súlyváltozást is ellensúlyozza.

• Mélyebb mélységben a nagy külső nyomás a nyomótest összenyomódását eredményezi. Ez csökkenti a tengeralattjáró nyomásálló térfogatát, ami csökkenti a felhajtóerejét. Az elvesztett felhajtóerőt a kompenzáló tartályból történő vízkibocsátással kompenzálják. Általában a 200 és 350 méter közötti maximális merülési mélységgel rendelkező tengeralattjárók esetében a kompenzáló tartályban erre a célra rendelkezésre álló térfogat a teljes nyomótest térfogatának 0,3 és 0,4 százaléka között mozog.

A tengeralattjáró tervezője két speciális határterhelési feltételt vesz figyelembe a kompenzáló tartály kapacitásának becsléséhez egy adott konstrukció esetében. A terhelési feltételek az alábbiakban vannak felsorolva:

1. terhelési eset: Egy nagyon hosszú, lassú út végén, maximális sűrűségű tengervízben. Egy nagyon hosszú és lassú hajóút végén az összes fogyóeszköz, mint az édesvíz, a készletek, az élelem elfogyott, de viszonylag elegendő mennyiségű gázolaj maradt. A hajó maximális sűrűségű tengervízben hajózik, ami azt jelenti, hogy a felhajtóerő nagyobb. Mindkét körülmény együttesen megköveteli, hogy a kompenzálótartályt a maximális kapacitásig töltsük fel.

2. terhelési eset: Egy nagyon rövid, gyors út végén, minimális sűrűségű tengervízben. Ebben az állapotban a fogyóanyagok részben elfogytak, a dízelüzemanyag pedig teljesen elfogyott. Mivel a tengervíz sűrűsége minimális, a felhajtóerő a legkisebb. Ilyen esetben a kompenzációs tartályban szükséges vízmennyiség minimális lenne.

A tényleges esetben, amikor egy tengeralattjáró megkezdi útját, a kompenzációs tartályban lévő vízmennyiség valahol a két határesetnek megfelelő értékek között van. Paraméteres vizsgálatok során megfigyelték, hogy a kompenzációs tartályok térfogata általában a tengeralattjáró teljes nyomásálló térfogatának 2,5-3 százalékát teszi ki. Ezeket az adatokat a tervezők az előzetes tervezési fázisokban is felhasználják.

Trimmtartályok:

A trimmtartályokat arra használják, hogy a hosszirányú súlypontot közvetlenül a felhajtóerő középpontja alatt tartsák, hogy a tengeralattjáró semleges trimmállapotba manőverezhető legyen. Ezek a tartályok azonos méretűek, és a nyomótest belsejében, a lehető legelöl és hátul helyezkednek el, hogy az általuk okozott trimmelési nyomaték maximális legyen (vegye figyelembe a trimmtartályokat az 1. ábrán). A trimmtartály-rendszer két pár tartályból áll, az egyik pár az orrban (bal és jobb oldalon), a másik a hajó hátulján (bal és jobb oldalon).

Ezeket a tartályokat trimmvezetéknek nevezett csövek kötik össze, a felhasznált folyadékot pedig trimmvíznek nevezik. A trimmvíz az elülső és a hátsó tartályok között kering a kívánt trimmállapottól függően. A keringtetés vagy szivattyúkkal, vagy alacsony nyomású levegővel történik.

A trimmtartály méreteit a terhelési eseteket és a trimmállapotokat meghatározó határfeltételek alapján becsülik meg, és a kompenzáló tartályokéhoz hasonló módszerrel elemzik. A torpedók kilövése közbeni súlyeltolódásból eredő trimmelési hatásokat is figyelembe veszik. Empirikus célokra a szükséges trimmvíz térfogata a nyomótest térfogatának 0,5 százaléka.

A trimmtartályok további haszna a többfunkciós tulajdonságai, ahol trimm- és kompenzálótartályként is használható. Az ilyen konstrukciókban a trimmtartályokat elárasztónyílásokkal látják el. Ha mondjuk elülső trimmelésre van szükség, akkor az elülső trimmtartályt töltik meg, és a hátsó tartályokat ürítik ki. Ha a tengeralattjáró súlyát a trimmelés megváltoztatása nélkül kell csökkenteni, akkor mindkét tartálypárt a szükséges mértékben ki kell üríteni. Ez a rendszer további előnyöket kínál a helykihasználás tekintetében, mivel a tengeralattjárók nagyon helyszűkösek.

Negatív tartályok vagy gyors merülési tartályok:

Ezeket a tartályokat a hullámokban való merülés segédeszközeként használják. Amikor egy tengeralattjáró hullámokban merül, a hullámok hatására keletkező plusz felhajtóerő megakadályozza a gyors merülést, és gátolja, hogy mélyebbre merüljön. Ahogy a hullámok hullámvölgyei áthaladnak a tengeralattjárón, a legfelső fedélzeti szinteken (a vitorlánál és a felső fedélzeten) lévő szabadon elárasztott részek részben elárasztva maradnak, ami a merülés meghiúsulásához vezet.

E hatás leküzdése érdekében egy alacsony szinten, közvetlenül a tengeralattjáró súlypontja előtt található elárasztónyílásokkal ellátott tartály. Nem az 1. ábrán látható a helye. E tartály elárasztása nemcsak negatív felhajtóerőt adna (vagy növelné a súlyt), hanem a súlyponthoz viszonyított hosszirányú elhelyezkedése miatt az orrot is trimmeli, és segíti a gyors merülést. Emiatt gyors merülésű tartályoknak is nevezik őket. Miután a tengeralattjáró lemerült, és az összes szabad elárasztott terület megtelt vízzel, a negatív tartály sűrített levegővel gyorsan leüríthető.

Torpedótartályok:

A torpedókat a tengeralattjáró elülső részén található torpedócsövekből lövik ki. Egy-egy torpedó súlya általában körülbelül 4-5 tonna. Ezért egy torpedó kilövése után a jelentős súlyveszteség a tengeralattjáró középpontjától távolabbi pozícióból trimmelési pillanatot okoz, amely, ha nem akadályozzák meg, akadályozná a tengeralattjáró pályatartó képességét. A torpedó tengeralattjáróról történő kilövése a fentiek megelőzésére szolgáló lépések sorozatát foglalja magában.

A torpedócső egy nyomásálló hengeres szerkezet, amelynek elöl egy ajtó (torkolati ajtó) és hátul egy ajtó (fúvókaajtó) található. Egy tengeralattjáró általában több torpedócsővel rendelkezik, és egyszerre több torpedót is képes kilőni. A torpedócső hosszának körülbelül egyharmada a nyomótest belsejében van, a maradék pedig a nyomótesten kívül, a szabadon elárasztott területen helyezkedik el, amely a külső hajótest legelülső pontjához vezet, ahol az első ajtó található. A csőnek a szabadon elárasztott területen lévő része külső nyomásnak van kitéve, és külső merevítéssel van ellátva, hogy megvédjék a meghajlástól.

Első lépés: Először is, a hátsó ajtót kinyitják, és a torpedót beteszik a csőbe. Miután a hátsó ajtót bezárták, a WRT (Weapon Round Tank) tartályból víz kerül a torpedó és a cső belső falai közötti térbe. A WRT térfogata elegendő ahhoz, hogy elegendő vizet biztosítson az összes torpedó kilövéséhez, anélkül, hogy utántöltést igényelne. A WRT-k helye mindig közvetlenül a torpedócsövek felett vagy alatt van. Miért? Ha a WRT-k a torpedócsövektől hosszirányban távolabb helyezkednének el, a víznek a WRT-ből a torpedócsövekbe történő elmozdulása nem kívánt trimmelési pillanatokat okozna, ami a tengeralattjáró orránál fogva történő trimmelését eredményezné.

Kettes lépés: Az első ajtó mindig a külső irányba nyílik, de ebben a szakaszban nem lehet kinyitni, mert nagy mélységben a külső nyomás nagyobb, mint a belső nyomás. Ezért a torpedócsőben lévő vizet nyomás alá helyezik, hogy a belső és a külső nyomás kiegyenlítődjön. Ha ez megtörtént, az első ajtót hidraulikusan kinyitják, és a torpedót kilövik.

Harmadik lépés: A torpedó kilövése után a torpedócső belsejében a torpedó által elfoglalt helyet automatikusan elfoglalja a beáramló tengervíz.

Negyedik lépés: Bár a torpedó térfogatát a torpedócsőben elfoglalja a tengervíz, a tengervíz súlya kisebb, mint a torpedóé. A trimmelési pillanat elkerülése érdekében további vizet kell bevinni, hogy a súlykülönbséget kiegyenlítsük. Ezt a további vízmennyiséget egy másik tartályba, az Air Inboard Vent (AIV) nevű tartályba viszik, amely közvetlenül a torpedócsövek alatt vagy felett helyezkedik el.

Ötödik lépés: Most egy másik torpedó újratöltéséhez ugyanabba a csőbe, először a cső első ajtaját bezárják, miközben a cső el van árasztva. A csőben lévő vizet először egy másik tartályba, a Torpedo Operating Tank (TOT) nevű tartályba engedik le, majd a száraz csőbe újabb torpedót vezetnek be. A TOT úgy van elhelyezve, hogy megakadályozza a hosszirányú súlyeltolódást. A TOT térfogata elegendő ahhoz, hogy az összes torpedó kilövése esetén a torpedócsőből elvezetendő összes szükséges vizet magába foglalja.

Hover Tanks:

Amint és amikor a tengeralattjáró merül vagy emelkedik, mélységmegtartó képessége a sűrűségváltozás és az ebből eredő összenyomhatósági hatások miatt kihívást jelent. Számos lopakodó művelet során a haditengerészeti tengeralattjáróknak helyhez kötött mélységben kell lebegniük. Ilyen esetben a súly-felhajtóerő egyenlet állandó egyensúlyára van szükség. Ezt az egyensúlyt egy szenzorvezérelt rendszerrel lehet elérni, amely egy speciális tartályhoz van rendelve, ahová a tengeralattjáró felemelkedésekor vizet lehet felvenni, és ugyanebből a tartályból vizet lehet kiszivattyúzni, amikor a tengeralattjáró süllyed. Ez a vízcsere gyors, és folyamatosan kell végrehajtani. Ezért egy speciális, a nyomástartó burkolaton kívül elhelyezkedő, lebegőtartálynak nevezett tartályt használnak erre a célra. A külső hajótestben való elhelyezésének oka (ellentétben a kompenzáló tartállyal, amely a nyomástartó burkolaton belül van) az, hogy a tartalma a környezeti tengeri nyomáson maradjon, így a víz folyamatos be- és kiáramlása lehetséges.

Azokban az esetekben azonban, amikor a tengeralattjárót úgy tervezik, hogy a felszín közelében lebegjen, a lebegtetőrendszernek robusztusabbnak kell lennie, hogy kompenzálni tudja a hullámzás destabilizáló hatásait.

A tengeralattjárókon használt egyéb tartálytípusok a fűtőolaj-, kenőolaj-, iszapolaj-, fenékvíz- és édesvíz-tartályok. Ezeket itt nem tárgyaltuk, mivel működésük és céljuk hasonló a felszíni hajókéhoz. Fontos azonban, hogy a tervező elvégezze a különböző meglévő konstrukciók tartálykapacitásainak parametrikus vizsgálatát, mielőtt parametrikusan eljutna egy új konstrukció tartályainak kapacitásbecsléséhez és tervéhez.

Disclaimer: A szerzők ebben a cikkben kifejtett nézetei nem feltétlenül tükrözik a Marine Insight véleményét. A cikkben használt adatok és diagramok, amennyiben felhasználásra kerültek, a rendelkezésre álló információkból származnak, és azokat nem hitelesítették semmilyen törvényes hatósággal. A szerző és a Marine Insight nem állítja, hogy azok pontosak, és nem vállal felelősséget azokért. A nézetek csak véleményt képviselnek, és nem jelentenek iránymutatást vagy ajánlást az olvasó által követendő cselekvési irányra vonatkozóan.

A cikk vagy a képek a szerző és a Marine Insight engedélye nélkül semmilyen formában nem reprodukálhatók, nem másolhatók, nem oszthatók meg és nem használhatók fel.