Vì sao vận tốc tối đa của tàu ngầm hiện đại khi nổi thấp hơn khi lặn?

Khi đặt câu hỏi này cho Trí tuệ nhân tạo (AI), chúng ta nhận được câu trả lời:

“Vận tốc tối đa của tàu ngầm hiện đại khi nổi thấp hơn khi lặn là do nhiều yếu tố, bao gồm hình dạng thân tàu, lực cản của nước và hiệu quả của động cơ. Khi nổi, tàu ngầm phải đối mặt với lực cản lớn hơn từ sóng và các yếu tố khác trên mặt nước …”.

Tuy nhiên cách trả lời kể trên sẽ không giải thích được thực tế, ở các tàu ngầm thế hệ đầu tiên, tàu ngầm khi nổi luôn chạy nhanh hơn khi lặn, ví dụ như tàu ngầm Type VII của Đức trong Thế chiến thứ II, khi nổi Type VII có thể di chuyển với vận tốc 17,7 hải lý/ giờ, trong khi chỉ có thể di chuyển với vận tốc 7,6 hải lý khi lặn. Điều này phù hợp với quan sát trực quan của chúng ta, vì tàu ngầm khi nổi sẽ chỉ có một phần thân tàu trong nước, dẫn đến lực cản thấp hơn.

Thế nhưng ở các lớp tàu ngầm sau này, đã có sự đảo ngược về vận tốc tốc tàu ngầm khi lặn và khi nổi. Cụ thể, tàu ngầm Type XXI của Đức, là lớp tàu ngầm động cơ diesel + điện được sản xuất sau Thế chiến thứ II, có với vận tốc 15,6 hải lý/ giờ khi nổi, nhưng lại có thể di chuyển với 17,2 hải lý/ giờ khi lặn. Tàu ngầm chạy bằng động cơ hạt nhân hiện đại lớp Typhoon của Mỹ cũng theo xu hướng này khi chỉ có vận tốc 22,22 hải lý/ giờ khi nổi và 27 hải lý/ giờ khi lặn. Điều này tương tự với Tàu ngầm Kilo 636 của Việt Nam, có tốc độ tối đa khi lặn là 20 hải lý/giờ (tương đương 37 km/giờ), khi nổi, tốc độ tối đa có thể đạt 17 hải lý/giờ (khoảng 31 km/giờ).

Điều gì đã thay đổi để khiến tàu ngầm khi lặn di chuyển nhanh hơn khi nổi?

Có thể thiết kế tàu ngầm là bí mật quân sự, đặc biệt là phần động cơ, chân vịt, dẫn đến việc AI không thể tập hợp thông tin mang tính chính thống để đưa ra được câu trả lời chi tiết và cụ thể. Vì vậy chúng ta sẽ tham khảo ý kiến của kỹ sư Duncan Cairncross, chuyên gia kỹ thuật của tập đoàn Cummins Inc., có trụ sở đặt tại Columbus, Indiana, là một Tập đoàn đa quốc gia của Mỹ chuyên thiết kế, sản xuất và phân phối các loại động cơ, máy phát điện, về vấn đề này.

Tại sao tàu ngầm có tốc độ tối đa cao hơn khi chìm hoàn toàn? Trong khi nếu chìm, lẽ ra sức cản của nước phải lớn hơn khi tàu ngầm nổi.

Có hai yếu tố quyết định việc này, đó là lực cản và hiệu suất hoạt động của chân vịt.

Đầu tiên là lực cản, một tàu ngầm hiện đại được thiết kế để hoạt động hoàn toàn dưới nước, nên có thể lực cản khi lặn nhỏ hơn khi ở trên mặt nước và có thể hiệu ứng tạo sóng trên bề mặt nước làm tăng thêm lực cản của tàu, làm cho tổng lực cản của tàu khi nổi lớn hơn, kể cả khi tiết diện cản nước của tàu ngầm tăng lên trong trạng thái lặn hoàn toàn.

Nhưng theo kỹ sư Duncan Cairncross, hiệu suất lực đẩy của chân vịt khi lặn mới là ưu điểm chính mà việc chạy ở độ sâu mang lại cho tàu ngầm. Các loại tàu thủy, trong đó có tàu ngầm phổ biến di chuyển bằng cách sử dụng lực đẩy của chân vịt đẩy nước về phía sau. Khi chân vịt tàu hoạt động, xuất hiện một hiện tượng gọi là “Hiện tượng sủi bọt”. Hiện tượng này xảy ra khi nước di chuyển quá nhanh và gây ra sự sụt giảm áp suất đủ để tạo ra bong bóng, một “khoảng trống” của nước. Điều này làm giảm lực đẩy của chân vịt, trực tiếp ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ và vận tốc của tàu thủy, bao gồm cả tàu nổi và tàu ngầm. Không những thế, khi bong bóng vỡ ra, nó tạo ra sóng xung kích có thể làm mòn kim loại của chân vịt.

Chính vì thế thiết kế chân vịt phù hợp là rất quan trọng với mọi tàu thủy, và đặc biệt quan trọng với tàu ngầm. Đó chính là lý do tất cả các tàu ngầm khi được chuyên chở trên cạn hay nằm đà sửa chữa, chân vịt luôn được che kín. Đối với tàu ngầm, “Hiện tượng sủi bọt” trở thành vấn đề gấp ba, nó làm giảm lực đẩy, làm mòn chân vịt và gây ra tiếng ồn.

Càng gần mặt nước, hiện tượng sủi bọt càng mạnh, lực đẩy từ chân vịt càng bị ảnh hưởng. Càng xuống sâu hơn, áp lực nước tăng lên, hiện tượng sủi bọt càng giảm đi, lực đẩy của chân vịt tăng lên dù hiệu suất động cơ không đổi. Vì vậy nếu chân vịt của tàu tạo ra hiện tượng sủi bọt ở độ sâu 5 mét thì nó sẽ ít xảy ra ở độ sâu 15 mét. Và ở độ sâu 100 mét, động cơ tàu có thể truyền gần như toàn bộ năng lượng vào chân vịt mà không sợ hiện tượng sủi bọt. Đó là lý do tàu ngầm hiện đại có vận tốc nhanh hơn khi lặn.

Vậy bạn có cách lý giải nào khác không?

×