Sau khi Đô đốc John Fisher được chỉ định làm Thứ trưởng thứ nhất vào ngày 21 tháng 10 năm 1904, thông qua Ban lãnh đạo Bộ Hải quân Anh, ông đã thúc đẩy ra một quyết định vào cuối tháng 12 năm 1904 trang bị cho thế hệ tàu tuần dương bọc thép tiếp theo cỡ pháo 12 inch (305 mm) và có tốc độ không dưới 25,5 hải lý trên giờ (29,3 mph; 47,2 km/h). Không lâu sau đó ông thành lập một "Ủy ban Thiết kế" để khảo sát và báo cáo những yêu cầu về tàu chiến trong tương lai. Trong khi mang tính độc lập về danh nghĩa, Ủy ban này chỉ phục vụ cho việc phê chuẩn những quyết định đã được đưa ra và đối phó với sự phê phán nhắm vào Fisher cùng ban lãnh đạo, do nó không có khả năng xem xét mọi khả năng nào khác hơn những thứ đã được Bộ Hải quân đồng ý. Fisher chỉ định mọi thành viên của Ủy ban trong khi bản thân ông đảm nhiệm chức chủ tịch. Trong buổi họp cuối cùng vào ngày 22 tháng 2 năm 1905, nó đã quyết định về thiết kế phác thảo của chiếc tàu tuần dương bọc thép nhanh. Điều này được ban lãnh đạo phê chuẩn vào ngày 16 tháng 3 chỉ với những thay đổi nhỏ, như dàn vũ khí chống tàu phóng lôi được giảm từ 20 xuống còn 18 khẩu 12 pounder 12 cwt.[3]

Các đặc tính chung

Những chiếc trong lớp Invincible chính thức được biết đến như những tàu tuần dương bọc thép cho đến năm 1911 khi chúng được xếp lớp lại như những tàu chiến-tuần dương theo một quyết định của Bộ Hải quân vào ngày 24 tháng 11 năm 1911. Cho đến lúc đó, một số tên gọi không chính thức được sử dụng, như là tàu tuần dương-thiết giáp (cruiser-battleship), tàu tuần dương dreadnought (dreadnought cruiser) hay tàu tuần dương-chiến trận (battle-cruiser).[4]

Lớp Invincible lớn hơn đáng kể so với những chiếc thuộc lớp tàu tuần dương bọc thép Minotaur dẫn trước. Chúng có chiều dài chung 567 ft (172,8 m), mạn thuyền rộng 78,5 ft (23,9 m), và độ sâu của mớn nước là 30 ft (9,1 m) khi đầy tải nặng. Các con tàu có trọng lượng choán nước là 17.250 tấn Anh (17.530 t), và lên đến 20.420 tấn Anh (20.750 t) khi đầy tải nặng, hơn 3.000 tấn Anh (3.000 t) so với các con tàu trước đó.[5]

Động lực

Lúc giai đoạn đầu của quá trình thiết kế, "Ủy ban Thiết kế" dự định trang bị cho các con tàu loại động cơ hơi nước ba buồng bành trướng đặt dọc như truyền thống, nhưng sau đó được thuyết phục áp dụng turbine hơi nước Parsons, vì chúng yêu cầu ít nồi hơi hơn cho cùng một công suất, dễ bảo vệ tránh hư hại hơn do gọn gàng hơn loại động cơ chuyển động qua lại, và lại có thể đặt bên dưới mực nước. Ngoài ra chúng còn nhẹ hơn đáng kể và tin cậy hơn so với các thiết kế cũ. Loại turbine dẫn động trực tiếp được dùng vào thời đó có một khuyết điểm đáng kể, là chúng hoạt động ở tốc độ vòng quay tương đối cao, đòi hỏi một loại chân vịt đường kính nhỏ vốn ảnh hưởng xấu đến sự cơ động ở tốc độ chậm. Nhà thiết kế Charles Algernon Parsons đã tìm cách làm giảm nhẹ vấn đề bằng đề xuất trang bị các turbine phía đuôi mạnh hơn trên cả bốn trục chân vịt, vốn sẽ giúp gia tăng độ cơ động bằng cách quay ngược turbime khi cần thiết.[6]

Một giải pháp bổ sung khác là trang bị hai bánh lái cân bằng sau mỗi trục phía trong thay vì chỉ có một bánh lái trên những con tàu trước đây. Điều này đã giúp gia tăng đáng kể hiệu quả của bánh lái, và làm giảm đường kính quay vòng của lớp Invincible tương đương với những chiếc cùng kích cỡ trước đây.[7]

Lớp Invincible có hai bộ turbine Parsons đặt trong các phòng động cơ riêng biệt. Mỗi bộ bao gồm một turbine áp lực cao phía trước và phía sau dẫn động trục phía ngoài, cùng một turbine áp lực thấp phía trước và phía sau dẫn động trục phía trong. Một turbine chạy đường trường cũng được nối vào mỗi trục phía trong, cho dù chúng ít khi được sử dụng và cuối cùng được tách rời. Mỗi trục dẫn động một chân vịt đường kính 11 foot (3,4 m). Các turbine được thiết kế để cung cấp một công suất tổng cộng 41.000 mã lực càng (31.000 kW), nhưng đã đạt đến gần 47.000 shp (35.000 kW) trong các cuộc chạy thử máy vào năm 1908. Tốc độ thiết kế là 25 hải lý trên giờ (46 km/h), nhưng cả ba đều đạt trên 26 hải lý trên giờ (48 km/h) khi chạy thử máy.[8] Indomitable đã duy trì được một tốc độ trung bình 25,3 hải lý trên giờ (47 km/h) trong ba ngày trong một chuyến đi vượt Đại Tây Dương vào tháng 8 năm 1908.[9]

Hơi nước được cung cấp bởi 31 nồi hơi ống nước Yarrow (Invincible và Inflexible) hay Babcock và Wilcox (Indomitable), được bố trí trong bốn phòng nồi hơi.[10] Các con tàu có thể mang theo tối đa 3.000 tấn Anh (3.000 t) than cùng 725 tấn Anh (737 t) dầu đốt để phun vào than nhằm gia tăng tốc độ cháy.[11] Ở trữ lượng nhiên liệu tối đa, tầm xa hoạt động của chúng là 3.090 hải lý (5.720 km) ở tốc độ 10 hải lý trên giờ (12 mph; 19 km/h).[12]

Vũ khí

Mỗi chiếc trong lớp Invincible mang theo tám khẩu pháo BL 12 in (300 mm) Mark X đặt trên bốn tháp pháo nòng đôi BVIII vận hành bằng thủy lực, ngoại trừ Invincible được bố trí trên hai tháp pháo BIX và hai tháp pháo BX vận hành bằng điện. Hai tháp pháo tận cùng phía trước và phía sau được bố trí trên trục dọc và được đặt tên lần lượt là 'A' và 'X'. Hai tháp pháo bên mạn 'P' và 'Q' được đặt so le giữa tàu theo hình thang giữa các ống khói thứ hai và thứ ba, với 'P' được đặt trước 'Q'. Tháp pháo 'P' bên mạn trái và thường hướng ra trước trong khi tháp pháo 'Q' bên mạn phải và thường hướng ra sau; chúng có thể bắn chéo qua mạn. Đây cũng chính là loại vũ khí được trang bị cho thiết giáp hạm HMS Dreadnought cũng như các lớp thiết giáp hạm Lord Nelson và Bellerophon; nên trong một giai đoạn ngắn dàn pháo chính của lớp Invincible tương đương với hỏa lực trên thiết giáp hạm của mọi nước khác.[13]

Các khẩu pháo vào lúc đầu có thể hạ đến góc −3° và nâng lên đến 13,5°, cho dù các tháp pháo được cải tiến để có thể nâng đến góc 16° trong Thế Chiến I. Chúng bắn ra đạn pháo nặng 850 pound (390 kg) ở lưu tốc đầu đạn 2.725 ft/s (831 m/s). Ở góc nâng 13,5°, tầm bắn xa của loại đạn pháo xuyên thép (AP) 2 chr đạt được 16.450 m (17.990 yd); và ở góc nâng 16°, tầm bắn xa được mở rộng đến 20.435 yd (18.686 m) sử dụng loại đạn pháo 4 crh có đặc tính khí động tốt hơn nhưng nặng hơn đôi chút. Tốc độ bắn của các khẩu pháo này là 1–2 quả đạn pháo mỗi phút.[14] Các con tàu mang theo tổng cộng 880 quả đạn pháo trong thời chiến, 110 quả cho mỗi khẩu pháo.[15]

Dàn pháo hạng hai của các con tàu thoạt tiên dự định bao gồm mười tám khẩu 12 pounder 3 inch (76 mm), nhưng các cuộc thử nghiệm tác xạ nhằm vào chiếc tàu khu trục cũ Skate tiến hành vào năm 1906 cho thấy kiểu vũ khí này ít có cơ hội ngăn chặn được một tàu khu trục hay tàu phóng lôi trước khi chúng tiến đến khoảng cách đủ gần để phóng ngư lôi. Chúng được đổi thành mười sáu khẩu QF 4 in (102 mm) Mk III sớm trong quá trình chế tạo; được bố trí trên cấu trúc thượng tầng và trên nóc các tháp pháo trên các bệ mở, do chúng không được dự định để hoạt động trong các cuộc đấu tay đôi giữa các tàu chiến chủ lực vào ban ngày. Trong giai đoạn 1914-1915, các khẩu trên nóc tháp pháo được chuyển sang cấu trúc thượng tầng, và số lượng bị giảm còn mười hai khẩu; tất cả các khẩu pháo còn lại được đặt trong các tháp pháo ụ và được bổ sung các bệ chắn nhằm bảo vệ các pháo thủ khỏi thời tiết hay hoạt động của đối phương.[16] Các khẩu pháo trên các bệ PI* có thể hạ thấp tối đa đến 10° và nâng lên đến 20°. Chúng bắn ra đạn pháo nặng 25 pound (11 kg) ở lưu tốc đầu đạn 2.300–2.370 ft/s (700–720 m/s); ở góc nâng 20°, tầm bắn xa tối đa của loại vũ khí này là 9.600 yd (8.800 m) với loại đạn pháo đầu nhọn thông thường, và một tốc độ bắn 8–10 phát mỗi phút.[17]

Trên chiếc Inflexible vào năm 1917, các khẩu pháo hạng hai này được thay bằng mười hai khẩu BL 4 in (102 mm) MK IX trên các bệ CPI.[15] Chúng có thể hạ thấp đến 10° và nâng lên đến 30°; có khả năng bắn ra đạn pháo nặng 31 pound (14 kg) ở lưu tốc đầu đạn 2.625 ft/s (800 m/s), và đạt được tầm xa tối đa 13.500 yd (12.300 m) với tốc độ bắn 10–12 phát mỗi phút.[18]

Trên chiếc Indomitable vào năm 1917, các khẩu pháo hạng hai QF 4 inch Mk III được thay bằng mười hai khẩu BL 4 in (102 mm) MK VII trên các bệ PVI.[15] Các khẩu pháo này có thể hạ thấp đến 7° và nâng lên đến 15°; có khả năng bắn ra đạn pháo nặng 31 pound (14 kg) ở lưu tốc đầu đạn 2.864 ft/s (873 m/s), và đạt được tầm xa tối đa 11.600 yd (10.600 m) với tốc độ bắn 6–8 phát mỗi phút. Một khẩu BL 4 inch khác được bổ sung cho Indomitable vào tháng 4 năm 1917 như là vũ khí phòng không; nó được bố trí trên bệ Mk II góc cao với góc nâng tối đa lên đến 60°. Loại vũ khí này có liều thuốc phóng được giảm bớt với lưu tốc đầu đạn chỉ đạt 2.864 ft/s (873 m/s).[19]

Vũ khí phòng không ban đầu bao gồm một khẩu pháo Hotchkiss 3-pounder trên bệ Mk Ic góc cao với góc nâng tối đa 60°. Cả Invincible lẫn Indomitable đều đã mang loại vũ khí này từ tháng 11 năm 1914 đến tháng 8 năm 1917.[15] Nó bắn ra đạn pháo nặng 3,3 pound (1,5 kg) ở lưu tốc đầu đạn 1.873 ft/s (571 m/s) với tốc độ bắn 20 phát mỗi phút; cho phép đạt được tầm xa tối đa 7.600 yd (6.900 m) ở góc nâng 45°, nhưng khoảng cách phòng không hiệu quả chỉ đạt đến 1.200 yd (1.100 m).[20]

Mỗi chiếc trong lớp Invincible còn được trang bị một khẩu QF 3 inch 20 cwt phòng không duy nhất trên bệ MkII góc cao bố trí ở đầu cuối của cấu trúc thượng tầng.[15] Nó có khả năng hạ đến 10° và nâng tối đa lên đến 90°, bắn ra đạn pháo nặng 12,5 pound (5,7 kg) với lưu tốc đầu đạn 2.500 ft/s (760 m/s) và tốc độ 12–14 viên mỗi phút. Trần bắn hiệu quả của kiểu vũ khí này là 23.500 ft (7.163 m).[21]

Tác giả Gardiner còn nêu thêm bảy khẩu súng máy Maxim, nhưng điều này không được các nguồn khác xác nhận.[12] Các con tàu lớp Invincible còn trang bị năm ống phóng ngư lôi ngầm 17,7 inch (450 mm), gồm hai ống mỗi bên mạn và một ống phía đuôi,[12] và mang theo 14 quả ngư lôi.[15]

Kiểm soát hỏa lực

Hỏa lực dàn pháo chính của Invincible được kiểm soát từ các trạm quan sát lớn được đặt trên đỉnh mỗi cột ăn-ten trước và cột ăn-ten chính. Dữ liệu đo được từ một máy đo tầm xa Barr & Stroud 9 foot (2,7 m) được nạp vào một máy tính cơ khí Dumaresq rồi được truyền bằng điện đến đồng hồ khoảng cách Vickers đặt trong trạm truyền tin (TS) đặt bên dưới mỗi trạm quan sát, nơi chúng được biên dịch thành dữ liệu tầm xa và độ lệch được các khẩu pháo sử dụng. Dữ liệu về mục tiêu cũng được ghi lại trên một sơ đồ giúp cho sĩ quan tác xạ dự đoán sự di chuyển của mục tiêu. Mỗi tháp pháo có thiết bị truyền cho riêng nó, và tất cả tháp pháo, trạm quan sát và trạm truyền tin có thể kết nối với nhau theo mọi sự kết hợp. Các thử nghiệm tác xạ trên chiếc Hero được thực hiện vào năm 1907 đã cho thấy sự mong manh của hệ thống này khi trạm quan sát bị bắn trúng hai lần và mảnh đạn gây hư hại ống truyền âm và mọi dây dẫn bắt dọc theo cột ăn-ten. Để bảo vệ chống lại khả năng này, tháp pháo 'A' được trang bị máy đo tầm xa 9 foot (2,7 m) phía sau nóc tháp pháo, và nó được trang bị để kiểm soát toàn bộ dàn pháo chính trong đợt tái trang bị giữa năm 1911 và 1914.[22]

Kỹ thuật kiểm soát hỏa lực tiến bộ nhanh chóng vào những năm ngay trước Thế Chiến I, và việc phát triển Bảng điiều khiển hỏa lực Drayer là một sự tiến triển đáng kể như vậy. Nó bao gồm chức năng của máy tính Dumaresq cùng đồng hồ khoảng cách, và một phiên bản đơn giản Mk I đã được trang bị cho những chiếc lớp Invincible trong đợt tái trang vào những năm 1915-1916. Một phát triển quan trọng hơn là bộ kiểm soát hỏa lực đặt trên cao của con tàu, truyền thông tin bằng điện góc nâng và góc xoay đến tháp pháo bằng con trỏ, và các pháo thủ làm theo chỉ dẫn đó. Sĩ quan hỏa lực có thể bắn đồng thời các khẩu pháo thành loạt, giúp vào việc quan sát điểm rơi của đạn pháo cũng như hạn chế ảnh hưởng của sự chòng chành con tàu trên sự phân tán của đạn pháo. Invincible là chiếc tàu chiến-tuần dương đầu tiên nhận được hệ thống này trong đợt tái trang bị từ tháng 4 đến tháng 8 năm 1914, nhưng việc trang bị ngắt quãng do chiến tranh nổ ra nên nó không được sử dụng toàn bộ cho đến sau Trận chiến quần đảo Falkland vào tháng 11. Indomitable và Inflexible chỉ được trang bị hệ thống của chúng vào tháng 5 năm 1916, ngay trước Trận Jutland.[23]

Vỏ giáp

Sơ đồ vỏ giáp bảo vệ dành cho lớp Invincible bao gồm một đai giáp dày đến 6 inch (152 mm) ở khoảng giữa tàu giữa các tháp pháo 12 inch phía mũi và phía đuôi. Bề dày này chỉ nhỉnh hơn một nửa so với đai giáp dày 11 inch (279 mm) trên chiếc thiết giáp hạm Dreadnought, nhưng được vuốt mỏng còn 4 inch (102 mm) từ tháp pháo phía trước đến mũi, nhưng không kéo dài quá tháp pháo đuôi. Một vách ngăn dày 6 inch (152 mm) tiếp giáp với bệ tháp pháo ‘X’ để đóng kín hoàn toàn thành trì bọc thép. Tháp pháo và bệ tháp pháo được bảo vệ bởi lớp giáp dày 7 in (178 mm), ngoại trừ nóc tháp pháo sử dụng vỏ giáp Krupp KNC dày 3 inch (76 mm). Độ dày vỏ giáp cho sàn tàu chính dày 1 in (25 mm) chung quanh bệ tháp pháo và tháp chỉ huy phía sau, nhưng được tăng lên 2 inch (51 mm) chung quanh tháp chỉ huy phía trước. Vỏ giáp sàn dưới dày 1,5 in (38 mm) ở phần phẳng và 2 inch ở phần nghiêng, tăng lên 2,5 in (64 mm) ở phía sau tháp pháo đuôi để bảo vệ bánh lái. Mặt trước và mặt hông của tháp chỉ huy phía trước dày 10 in (254 mm) trong khi mặt sau chỉ dày 7 inch (178 mm); các vách của tháp chỉ huy phía sau dày 6 inch (152 mm). Nóc và sàn của cả hai tháp làm bằng vỏ giáp Krupp KNC dày 2 inch (51 mm) trong khi ống liên lạc của tháp chỉ huy bằng thép KNC dày 3 inch (76 mm). Tháp tín hiệu đặt ngay phía sau tháp chỉ huy phía trước cũng có vỏ giáp bằng thép KNC dày 3 inch (76 mm). Vách ngăn chống ngư lôi bằng thép carbon dày 2,5 inch (64 mm) được đặt ngang các hầm đạn và phòng đạn pháo. Ống khói được bảo vệ bằng thép nickel dày 1,5 inch được đặt ngang các hầm đạn và phòng đạn pháo. Vỏ giáp Krupp được sử dụng rộng rãi ngoại trừ những nơi được chú thích khác như trên.[24]

Máy bay

Vào năm 1918 hai chiếc còn lại trong lớp Invincible bắt đầu mang theo một chiếc thủy phi cơ Sopwith Pup dự định để bắn rơi các khí cầu đối phương, và một chiếc Sopwith 1½ Strutter sử dụng vào việc trinh sát. Chúng được bố trí trên các bệ phóng đặt trên nóc các tháp pháo 'P' và 'Q';[12] mỗi bệ phóng được trang bị kho chứa bằng vải bạt để bảo vệ máy bay khi thời tiết xấu.[25]