A jelenlegi cikkünkben a különböző csatahajók megoldásait hasonlítjuk össze, elsősorban az áramfejlesztést és annak a hajókkal kapcsolatos egyéb vonatkozásait tekintve.

Írta: HZS89

Áramfejlesztő típusok

A második világháborús csatahajókon az áramellátást két fő áramfejlesztő típussal biztosították, a turbógenerátorokkal (gőzturbinákkal) és a dízelgenerátorokkal (dízelmotorokkal).

A dízelgenerátorok fő előnye az volt, hogy magasabb volt a termodinamikai hatásfokuk, mint a turbógenerátoroknak. Ennek alapvetően az volt az oka, hogy a folyamat a dízelgenerátorok esetén nagyobb nyomáson és hőmérsékleten zajlott le, ami nagyobb termodinamikai hatásfokot jelentett.

A turbógenerátoroknak viszont nagyobb volt a térfogati teljesítmény-sűrűsége, vagyis adott teljesítményt kisebb helyfelhasználással adtak le. Ezen ok miatt turbógenerátorokkal kisebb csatahajókat lehetett építeni.

Az előbbieken túl a turbógenerátorokkal volt egy olyan probléma, hogy leszívták a hajók gőzkazánjait, vagyis kevesebb teljesítmény jutott miattuk a hajó haladására. A dízelgenerátorok viszont más üzemanyagot igényeltek, mint a gőzkazánok, mivel a tüzelőolajnak és a dízelolajnak jelentősen különbözött a minősége.

A német csatahajók

A német csatahajók esetében a beépített teljesítményt nagyjából hasonló arányban dízelgenerátorokkal és turbógenerátorokkal biztosították. Ez elvileg gazdaságos üzemeltetést jelenthetett a dízelgenerátorok révén.

A legtöbb korabeli haditengerészetnél törekedtek arra, hogy az áramfejlesztők és úgy általában a hajók gépészete a lehető legkisebbet helyet foglalja a hajón. A német csatahajókon ezt úgy oldották meg, hogy háromcsavaros-meghajtást alkalmaztak.

Ehhez azt kell tudni, hogy a legtöbb modern csatahajón négycsavaros-meghajtást alkalmaztak, vagyis a hajót 4 hajócsavar hajtotta, amiket 4 gőzturbina-csoport hajtott meg. A németek viszont csak 3 gőzturbina-csoportot alkalmaztak, mivel úgy úgy tudtak ugyan akkora teljesítményt leadni, hogy a gőzturbinák kevesebb helyt igényeltek a hajókon belül.

A Bismarck hajócsavarjai

Annak ellenére, hogy csak 3 gőzturbina-csoportjuk volt, a német csathajók mégis viszonylag gyorsak voltak. Ezt a hidrodinamikának is köszönhették: a második világháborús csatahajók közül a német csatahajók rendelkeztek a legjobb (legalábbis az egyik legjobb) prizmatikus-koefficenssel, vagyis azok haladtak a legkisebb ellenállással a vízben.

Viszont a 3-csavaros meghajtás a redundancia tekintetében hátrányosabb volt a 4-csavaroshoz képest. A német flotta vezetői már az első világháború idején is aggódtak azon, hogy mi történne akkor, hogyha megsérülnének a hajók.

A második világháború időszakában a német csatahajók fele Brown-Boveri gőzturbinákat kapott, vagyis külföldi eredetűek voltak. Ezek erősebbek voltak a német Deschmag gőzturbináknál, ami miatt a Tirpitz mérhetően gyorsabb volt, mint a Bismarck.
A német csatahajók többsége rendelkezett cirkáló-turbinákkal. Ezek magas fordulatszámon dolgozó turbinák voltak, amik révén a német csatahajók alacsonyabb olajfogyasztással tudtak haladni.

A német csatahajók gőzturbináit hidraulikus kapcsolóval kötötték össze a hajócsavarok tengelyeivel, ami üzemeltetési szempontból előnyösebb volt, mivel így a gőzturbinákat könnyebb volt le- és visszakapcsolni a tengelyről.

Dízelmotoros német hadihajók

A két világháború közötti időszakban a német flotta dízelmotoros nehézcirkálókat, u.n. páncéloshajókat építtetett. Ezeket a hajókat az ellenséges kereskedelmi flotta elleni hadviselésre optimalizálták, amihez jól jött a dízelmotorok alacsonyabb üzemanyag-fogyasztása.

Viszont mellette az is igaz volt, hogy a dízelmotoroknak nagyobb volt a helyigénye, ami miatt ezek a hajók nem voltak a tenger leggyorsabb hajói, bár az első világháborús csatahajóknál gyorsabbak voltak.

Az Admiral Graf Spee német nehézcirkáló

Amennyiben nem robbant volna ki a világháború 1939-ben, úgy a német flotta következő generációs csatahajói, a H-osztályú csatahajók szintén dízelmotorokat kaptak volna. Ezek a hajók a modern csatahajók közül a legnagyobb hatósugárral rendelkeztek volna. Viszont a hajók építését a világháború kitörésekor felfüggesztették.

A brit és a japán csatahajók

A többi modern csatahajóhoz képest a brit és japán csatahajóknak viszonylag kisebb volt az áramfejlesztési kapacitása. Valószínűleg így oldották meg, hogy a hajóknak minimalizálják a vízkiszorítását, mivel így a generátorok kevesebb helyt igényeltek a hajókon belül.

A modern csatahajók közül a brit KGV (King George V) osztály rendelkezett a legkisebb áramfejlesztési kapacitással. Ennek az volt az egyik oka, hogy a briteknek a hajók tervezésekor volt egy olyan korlátjuk, hogy a hajóknak bele kellett férniük a rendelkezésre álló hajógyárakba. Ezért a britek mindent elkövettek a vízkiszorítás minimalizálására.

A brit King George V (Ötödik György) csatahajó

Emellett a brit csatahajók gépészete konzervatív tervezés volt, vagyis nem a legújítóbb és leghatékonyabb volt. Viszont a gyakorlatban túlterhelhetőek voltak, vagyis a névlegesnél nagyobb teljesítményt is le tudtak adni. A legtöbb felelhető adat szerint a német csatahajók gyorsabbak voltak a brit csatahajóknál, habár a brit csatahajóknak pedig vastagabb páncélzata volt.

A japán Jamato osztályú csatahajók vízkiszorítása közel kétszerese volt a brit KGV osztálynak, de ha a többi korabeli csatahajóhoz viszonyítjuk, akkor annak is viszonylag kicsi volt az áramfejlesztő kapacitása. A japánok a hajók tervezésekor azt tűzték ki célul, hogy minimalizálják a csatahajóik páncélozott részének a hosszát. Ezt úgy érték el, hogy széles hajótörzset alkalmaztak, ami révén a 4 gőzturbina-csoportot is el tudták helyezni egymás mellett. A többi korabeli csathajón ezzel szemben a gőzturbina csoportok egymás mögött voltak, ami növelte a hajók hosszát.

A japán csatahajók gőzturbinái konzervatív tervezésnek számítottak, ami miatt ugyan megbízhatóak voltak, de a teljesítményük és a hatásfokuk nem volt impresszív.

Viszont a Jamato, annak ellenére, hogy hatalmas hajó volt, hidrodinamikai szempontból viszonylag előnyös volt. Ez rengeteg, modellekkel végrehajtott kísérletezésnek voltak az eredménye és egy innovációnak a bulbaorrnak. A bulbaorr jelentősen csökkentheti egy hajó orrának a hidrodinamikai ellenállását, nagyobb sebességet lehetővé téve.

Francia és amerikai csatahajók

A francia és az amerikai csatahajóknak viszonylag nagy volt az áramfejlesztési kapacitása. Közös tulajdonságuk volt, hogy ezt turbógenerátorokkal érték el. A turbógenerátorok alapvetően viszonylag kevés hellyel nagy teljesítményt tudtak leadni.

Az amerikai csatahajók tervezésekor törekedtek arra, hogy úgy tudják a hajógépek a megfelelő teljesítményt biztosítani, hogy közben minimális legyen a hajók vízkiszorítása. Ezért a belső tér jobb kihasználása érdekében kevesebb belső válaszfalat alkalmaztak, ami miatt a tér kevesebb részre volt osztva. Továbbá a South-Dakota osztályú amerikai csatahajókon a gépház nagyon zsúfolt volt, hogy minimalizálják a hajók dimenzióit.

A zsúfoltság viszont az üzemeltetés szempontjából nem volt előnyös. Ez hozzájárult ahhoz, hogy a háború után a South-Dakota osztályú csatahajókat gyorsan tartalékba helyezték.

Valószínűleg a turbógenerátorok áramfejlesztőként való alkalmazásával is ez (a helytakarékosság) volt az amerikai tervezők célja.

A South-Dakota osztályú csatahajók a rövid hajótestükkel hidrodinamikai szempontból kedvezőtlenek voltak, ami hozzájárult az alacsony sebességükhöz (mármint a leggyorsabb csatahajókhoz képest alacsony sebességükhöz, az első világháborús csatahajóknál azért gyorsabbak voltak). A legújabb amerikai csatahajók, az Iowa osztályú csatahajók viszont már korlátozások nélkül épületek, ami miatt jóval hosszabb hajótestet kaptak, ami hozzájárult a magas sebességükhöz.

Ehhez az is hozzátartozik, hogy a legtöbb amerikai csatahajó esetén a tűzerő nagyobb prioritás volt, mint a mobilitás. Ezért a vízkiszorításukhoz képest az amerikai csatahajóknak nagyon jó tűzerejük volt, de az átlagnál lassabbak voltak. A Iowa osztály ebből a szempontból kivétel volt.

Ez amúgy abból a szempontból nem volt irracionális, hogy a nagyobb sebességhez aránytalanul nagyobb teljesítmény és ezzel párhuzamosan nagyobb vízkiszorítás kellett volna. Ennek az volt az oka, hogy a teljesítmény a sebesség köbével volt arányos egy hadihajó esetében (alapvető fizika). Ennek következtében néhány csomónyi sebesség növeléshez több tízezer lóerő és azzal párhuzamosan több ezer tonnányi vízkiszorítás kellett volna. Ezért egy alacsonyabb sebességre tervezett hadihajó sokkal kompaktabb lehetett.

Erre jó példát jelentenek a brit Nelson osztályú csatahajók. Ezeket a két világháború között építették és az utolsó „lassú” csatahajók voltak. Viszont cserébe a páncélzatuk és a tűzerejük még a második világháború idején is jónak számított.

Míg a legtöbb második világháborús csatahajót 4 gőzturbina-csoport hajtotta, addig a Nelson osztály esetében ezeknek a száma csak kettő volt. Ezen okból „csak” 23 csomós sebességre voltak képesek. Viszont ez a 23 csomó már nem annyira lassú, hogy figyelembe vesszük, hogy az amerikai South-Dakota osztályú csatahajók 4 gőzturbina-csoporttal 27 csomóra voltak képesek.

Az amerikai csatahajókon kétlépcsős reduktorral kötötték össze a gőzturbinákat és a hajócsavarok tengelyeit. Ez által kisebb lett a reduktor átmérője és a gőzturbinák nagyobb fordulatszámon dolgozhattak.

A francia csatahajók gépészete abban volt hatékony, hogy nagyon kompakt kazánokat alkalmaztak. A kompakt kazánok révén jelentősen kisebb kazánokkal is igen jó teljesítményt tudtak leadni. Nem véletlen, hogy az európai csatahajók közül a francia csatahajók voltak a leggyorsabbak. A francia csatahajók kevesebb kazánnal nagyobb sebességet értek el, mint a német csatahajók.

Viszont a francia csatahajók hidrodinamikai szempontból nem voltak a legelőnyösebbek Ennek az volt az oka, hogy a francia hajógyárak nem tudtak egy bizonyosnál hosszabb csatahajókat építeni. Ezért a fegyverzet hordozásához a francia csatahajóknak széleseknek kellett lenniük.

A francia Richelieu osztályú csatahajók a hidrodinamikai szempontból kedvezőtlen kialakításuk ellenére 30 csomó feletti sebességre voltak képesek. Ez az erős gépészetnek volt a következménye. Míg a német csatahajók gőzturbinái 150-160 ezer lóerő körüli teljesítményt tudtak leadni, addig a Richelieu gőzturbinái ezt meg tudták haladni (179 ezer lóerő).

A Richelieu csatahajó

Turbóelektromos-meghajtású amerikai csatahajók

Egy amerikai innováció a hajók meghajtását tekintve a turbóelektromos-meghajtás volt. Ennek az volt a lényege, hogy a gőzturbinák nem közvetlenül hajtották a hajócsavarokat, hanem egy elektromos generátorra voltak kötve, ami egy elektromos hálózatra táplálta a gőzturbinák teljesítményét. Az elektromos energia pedig a hajócsavarok tengelyeinél alakult vissza mechanikai- munkává.

Ennek a rendszernek alapvetően az volt az előnye, hogy jóval rugalmasabb és hatékonyabb üzemeltetést tett lehetővé, mint a hagyományos fogaskerék-áttételes meghajtás. Ennek az volt az oka, hogy a gőzturbinák és a hajócsavarok így az üzemelésükhöz ideális fordulatszámon dolgozhattak, mivel nem voltak közvetlenül összekötve.

Ezt a meghajtást több amerikai csatahajóhoz is alkalmazták, amik az 1913-1919 körüli években épültek. Viszont az amerikaiak a második világháború idején visszatértek a hagyományos fogaskerék-áttételes meghajtáshoz. A turbóelektromos meghajtásnak volt egy olyan hátránya, hogy nagyobb volt a tömege és jóval bonyolultabb volt, mint a hagyományos meghajtás esetében, ami miatt például a németek ennek az alkalmazását elvetették a Bismarck osztály esetében.

Az olasz csatahajók

A második világháborús olasz haditengerészet csatahajóira jellemző volt, hogy a hajókon az áramfejlesztést részben turbógenerátorokkal, részben pedig dízelgenerátorokkal oldották meg. Ebben a tekintetben hasonlóak voltak a német csatahajókhoz.

A Littorio osztályú csatahajók, annak ellenére, hogy viszonylag kicsi volt a gőzturbináik teljesítménye, mégis viszonylag jó sebességre voltak képesek. Ennek az egyik oka az innovatív, Pugliese-féle torpedóvédelmi-rendszer volt. A Pugliese-rendszer révén az olasz csatahajóknak úgy volt biztosítva a torpedóvédelme, hogy mellette a hajótörzs áramvonalas marad, ami révén nem túl erős gőzturbinákkal is képesek voltak 30 csomós sebességre, ami hasonló volt a német Bismarck osztály sebességéhez és nagyobb volt, mint a brit KGV osztály sebessége.

Az olaszok emellett azzal is kísérleteztek, hogy a csatahajóikat alacsony tüzelőanyag- és lőszer-készlettel feltöltve járatták a tengereken. Ennek az volt az oka, hogy az olasz csatahajóknak Olaszország földrajzi helyzete miatt nem kellett a bázisaiktól messze hajózniuk, vagyis rövidebbek voltak a bevetéseik. Ez által az olasz csatahajók a néveleges vízkiszorításukhoz képest akár több ezer tonnával is könnyebbek lehettek, ami révén próbajáratokon képesek voltak 31.4 csomós sebességet is elérni. Így a sebességük akár még a legmagasabbak között is lehetett.

Az olasz Littorio osztály

Források:

• http://www.kbismarck.com/genedata.html
• http://www.kbismarck.com/propulsioni.html
• https://www.reddit.com/r/WorldOfWarships/comments/au4c0m/electrical_power_output_of_world_war_2_battleships/
• http://www.navweaps.com/index_tech/tech-077.php
• http://www.navweaps.com/index_tech/tech-036.php
• http://www.combinedfleet.com/b_oper.htm
• https://www.navygeneralboard.com/four-great-features-of-the-richelieu-class-battleships/
• http://pwencycl.kgbudge.com/Y/a/Yamato_class.htm
• https://www.german-navy.de/kriegsmarine/zplan/battleships/schlachtschiffh/tech.html
• https://www.german-navy.de/kriegsmarine/ships/panzerschiffe/admiralgrafspee/tech.html
• http://www.navweaps.com/index_tech/tech-038.php