Đặc tính chung

Scharnhorst và Gneisenau có chiều dài ở mực nước là 226 m (741 ft); riêng Scharnhorst có chiều dài chung là 234,9 m (771 ft) trong khi Gneisenau ngắn hơn đôi chút: 229,8 m (754 ft); cả hai đều có độ rộng mạn thuyền 30 m (98 ft). Chúng được thiết kế để có trọng lượng choán nước 35.540 t (34.980 tấn Anh; 39.180 tấn Mỹ), khiến cho có mớn nước là 9,1 m (30 ft). Một tải trọng tiêu chuẩn 32.100 tấn Anh (32.600 t) sẽ làm giảm mớn nước còn 8,3 m (27 ft), trong khi một trọng lượng đầy tải khi chiến đấu 38.100 tấn Anh (38.700 t) sẽ làm tăng mớn nước lên 9,9 m (32 ft). Lườn tàu được cấu tạo từ những khung thép dọc, và các tấm thép thân tàu sẽ được hàn bên ngoài chúng. Lườn tàu chứa 21 ngăn kín nước và có một đáy kép kéo dài 79% chiều dài lườn tàu.[20]

Hải quân Đức xem các tàu chiến mới như những con tàu đi biển kém; chúng nặng phần mũi tàu khi được trang bị đầy đủ và rất ướt nước cho đến cầu tàu. Vấn đề này được giảm nhẹ một phần nhờ việc trang bị một"mũi tàu Đại Tây Dương"cho Gneisenau và Scharnhorst lần lượt vào tháng 1 và tháng 8 năm 1939, cho dù việc sử dụng tháp pháo"A"vẫn bị hạn chế khi biển động. Con tàu cũng có những vấn đề ở phần đuôi; nó thường xuyên bị"ướt"và các con tàu bẻ lái rất chậm. Chúng luôn đòi hỏi sự trợ giúp của các tàu kéo tại các vùng nước nông. Khi bánh lái được bẻ hết mức, con tàu mất trên 50% tốc độ và nghiêng trên 10°. Khi chạy thử máy, các con tàu đã nghiêng cho đến 13° khi bẻ lái gắt.[20]

Scharnhorst và Gneisenau có một thủy thủ đoàn gồm từ 56 đến 60 sĩ quan và 1.613 đến 1.780 thủy thủ; và sẽ bổ sung thêm 10 sĩ quan và 61 người khác khi phục vụ như là soái hạm của hải đội. Chúng mang theo khoảng 14 xuồng các loại.[20]

Động lực

Thoạt tiên, hệ thống động cơ diesel được dự định để trang bị cho những con tàu này, như đã từng được sử dụng trên ba chiếc Panzerschiffe. Tuy nhiên, cuối cùng người ta quyết định sử dụng hệ thống động lực hơi nước siêu nhiệt. Lý do chính là vì tổng công suất động cơ cần có để đạt được tốc độ mong muốn lên đến gấp ba lần so với những chiếc Panzerschiffe. Trong trường hợp tàu ba trục chân vịt, điều này có nghĩa là hơn gấp đôi công suất mỗi trục chân vịt của Panzerschiffe; và trong trường hợp tàu bốn chân vịt, cũng yêu cầu đến hơn 40.000 mã lực mỗi trục. Đòi hỏi này vượt quá khả năng mà kỹ thuật diesel sẵn có vào thời đó, và việc phát triển loại động cơ đáp ứng được yêu cầu này phải mất một khoảng thời gian lâu không thể đoán trước được. Vì hệ thống động lực hơi nước siêu nhiệt áp lực cao đã khẳng định được một cách thành công, nó được xem là sự lựa chọn thích hợp cho hệ thống động cơ công suất lớn.[22]

Scharnhorst được vận hành bởi ba turbine hơi nước hộp số Brown, Boveri, & Co, trong khi Gneisenau được trang bị ba turbine Germania của hãng Krupp. Chúng dẫn động các trục chân vịt ba cánh đường kính 4,8 m (16 ft). Hơi nước được cung cấp đến các turbine bởi 12 nồi hơi Wagner đốt dầu áp suất rất cao, tạo ra hơi nước có áp lực đến 58 atmôtphe chuẩn (5.900 kPa) và nhiệt độ cho đến 450 °C (842 °F). Hệ thống động lực này có tổng công suất 160.000 mã lực ở 265 vòng quay mỗi phút (rpm), và khi chạy thử máy đã đạt đến công suất 165.930 mã lực ở số vòng quay 280 rpm. Khi quay ngược, động cơ đạt được công suất 57.000 mã lực. Các con tàu được thiết kế để đạt được tốc độ 31 hải lý trên giờ (57 km/h; 36 mph), cho dù khi chạy thử máy cả hai chiếc đều vượt quá tốc độ thiết kế: Scharnhorst đạt được 31,5 hải lý trên giờ (58,3 km/h; 36,2 mph)[chuyển đổi: tùy chọn không hợp lệ] và Gneisenau đạt 31,3 kn (58,0 km/h; 36,0 mph). Các con tàu theo thiết kế mang theo 2.800 tấn (2.800 tấn Anh; 3.100 tấn Mỹ) dầu đốt; nhưng cùng với các khu vực chứa bổ sung, bao gồm chỗ trống trong lườn tàu giữa đai giáp và vách ngăn chống ngư lôi, đã gia tăng trữ lượng nhiên liệu lên 5.080 tấn (5.000 tấn Anh; 5.600 tấn Mỹ). Với lượng nhiên liệu tối đa mang theo, các con tàu được kỳ vọng sẽ có tầm hoạt động 8.100 hải lý (15.000 km; 9.300 mi) ở tốc độ đường trường 19 kn (35 km/h; 22 mph); tuy nhiên, Scharnhorst chỉ đạt được 7.100 nmi (13.100 km; 8.200 mi) ở tốc độ 19 knot, trong khi Gneisenau đạt 6.200 nmi (11.500 km; 7.100 mi) ở tốc độ này.[20]

Nguồn năng lượng điện được cung cấp bởi năm cụm máy phát điện, mỗi cụm bao gồm bốn máy phát diesel và tám máy phát turbine. Bốn máy phát diesel được chia thành hai cặp: bốn chiếc cung cấp công suất 150 kilowatt (kW) mỗi chiếc và hai chiếc kia là 300 kW mỗi chiếc. Tám máy phát turbine cũng có năng suất hỗn hợp: sáu chiếc cung cấp 460 kW mỗi chiếc và hai chiếc còn lại cung cấp 230 kW mỗi chiếc. Tổng công suất điện cung cấp là 4.120 kW ở hiệu thế 220 volt.[20]

Vũ khí

Lớp Scharnhorst được chế tạo với chín khẩu pháo 28,3 cm (11,1 inch) SK C/34 54,5 caliber bắn nhanh bố trí trên ba tháp pháo ba nòng, hai phía trước và một phía sau.[20] Những khẩu pháo này là một sự cải tiến so với kiểu pháo trước đó 28,3 cm SK C/28 được trang bị cho lớp tàu tuần dương Deutschland. Trong khi kiểu pháo 28,3 cm có cỡ nòng nhỏ hơn so với dàn pháo chính của hải quân các nước khác, chúng vẫn được một số sĩ quan pháo binh trong Hải quân Đức ưa chuộng do tốc độ bắn cao.[21] Các khẩu pháo này được cung cấp ba kiểu đạn pháo khác nhau: đạn pháo xuyên thép (AP: armor-piercing) L/4,4 nặng 330 kg (727,5 lb) và hai kiểu đạn pháo miểng (HE: high explosive) đều nặng 315 kg (694,4 lb), kiểu L/4,4 với kíp nổ ở đáy và kiểu L/4,5 với kíp nổ ở mũi. Cả ba loại đạn pháo đều sử dụng chung một loại thuốc phóng: liều thuốc phóng một phần RPC/38 42,5 kg (93,7 lb) và liều thuốc phóng đầy đủ RPC/38 76,5 kg (168,6 lb). Chúng bắn ra các đầu đạn với tốc độ bắn 3,5 phát mỗi phút. Lưu tốc đầu đạn của đầu đạn pháo AP là 890 m/s (2.920 ft/s); các khẩu pháo này được kỳ vọng sẽ bắn được 300 phát trước khi nòng pháo bị hao mòn đến mức cần xẻ rảnh lại hay thay thế. Các khẩu pháo của Scharnhorst và Gneisenau được bố trí trên ba tháp pháo Drh LC/34, được đặt tên theo thứ tự chữ cái từ mũi tàu ra sau:"Anton","Bruno"và"Cäsar". Giống như đa số các tàu chiến Đức khác, những tháp pháo này có hệ thống xoay vận hành bằng điện, nhưng các hoạt động khác là bằng hệ thống thủy lực. Cho dù khối lượng xoay của tháp pháo lên đến 750 tấn (bệ tháp pháo có đường kính trong 10,2 m), tốc độ xoay được xem là khá tốt: 7,2° mỗi phút. Kiểu tháp pháo này cho phép hạ nòng pháo đến góc −8° và nâng lên đến 40° cho tháp pháo"A"và"C", riêng tháp pháo"B"có khả năng hạ đến −9°. Ở góc nâng tối đa, các khẩu pháo này có thể bắn mục tiêu ở xa 40.930 m (44.760 yard).[1]

Những con tàu này trang bị dàn pháo hạng hai gồm mười hai khẩu hải pháo 15 cm SK C/28 L/55 bắn nhanh, được bố trí trên bốn tháp pháo Drh L. C/34 nòng đôi và bốn bệ MPL/35 nòng đơn. Cả kiểu tháp pháo và kiểu bệ đều cho phép hạ nòng pháo cho đến góc −10°; tháp pháo nâng được tối đa cho đến 40° trong khi bệ pháo bị giới hạn ở góc 35°. Các khẩu pháo này bắn ra đầu đạn nặng 45,3 kg (99,87 lb) ở tốc độ 6-8 phát mỗi phút, và được kỳ vọng sẽ bắn được 1.100 phát trước khi nòng pháo bị hao mòn đến mức cần xẻ rảnh lại hay thay mới. Pháo trên bệ có tầm bắn tối đa 22.000 m (24.060 yard), trong khi các khẩu trong tháp pháo, nhờ có góc nâng tăng thêm 5°, có tầm bắn xa hơn đôi chút đến 23.000 m (25.153 yard). Chúng được cung cấp khoảng 1.600-1.800 đạn pháo, tức 133-150 viên đạn cho mỗi khẩu pháo.[2]

Dàn hỏa lực phòng không bao gồm mười bốn khẩu 10,5 cm C/33 L/65, mười sáu khẩu 3,7 cm L/83, và từ mười đến hai mươi khẩu 2 cm. Pháo 10,5 cm bắn ở tốc độ 15-18 viên mỗi phút, và có trần bắn hiệu quả 12.500 m (41.010 ft). Chúng được bố trí trên sáu bệ Dopp L. C/31 nòng đôi ở giữa tàu, cho phép hạ đến −8° và nâng lên đến 80°. Khi được sử dụng chống các mục tiêu trên mặt biển, chúng có tầm bắn tối đa 17.700 m (19.357 yard) ở góc nâng 45°.[3] Pháo 3,7 cm được bố trí trên tám bệ Dopp L. C/30 nòng đôi vận hành bằng tay. Ở góc nâng 85°, chúng có trần bắn hiệu quả 6.800 m (22.310 ft), mặc dù đầu đạn pháo sáng bị giới hạn ở trần tối đa 4.800 m (15.750 ft). Chúng có tốc độ bắn 30 phát mỗi phút.[4]

Sau năm 1942, sáu ống phóng ngư lôi 53,3 cm bố trí trên sàn tàu được lấy từ các tàu tuần dương hạng nhẹ Leipzig và Nürnberg để trang bị cho lớp Scharnhorst, với trữ lượng chiến đấu 18 quả ngư lôi. Kiểu ngư lôi này dài 7,2 m (23 ft 7 in) và mang một đầu đạn Hexanite 300 kg (661 lb). Chúng có thể đặt ở ba tốc độ di chuyển khác nhau: 30 kn (56 km/h; 35 mph), 40 kn (74 km/h; 46 mph) và 44 kn (81 km/h; 51 mph). Ở tốc độ 30 knot, quả ngư lôi có tầm hoạt động tối đa 14.000 m (15.300 yard); ở 40 knot tầm xa giảm tương ứng còn 8.000 m (8.750 yard); và ở 44 knot tầm xa giảm hơn nữa chỉ còn 6.000 m (6.560 yard). Người ta khám phá sau đó rằng tốc độ 44 knot khiến cho động cơ trở nên quá nóng, nên tốc độ này không còn được sử dụng.[23]

Cả Scharnhorst và Gneisenau đều được trang bị hai bộ radar Seetakt; một được gắn trên tháp điều khiển hỏa lực phía trước bên trên cầu tàu, và bộ thứ hai gắn trên tháp điều khiển dàn hỏa lực chính phía sau. Radar Seetakt hoạt động ở tần số 368 MHz, thoạt tiên có công suất 14 kW, sau này được nâng cấp lên công suất 100 kW ở bước sóng 80 cm.[24]

Vỏ giáp

Lớp Scharnhorst được trang bị vỏ giáp bằng thép giáp Krupp. Sàn tàu bọc thép phía trên dày 50 mm (2,0 in) và được hậu thuẫn bởi sàn bọc thép chính. Lớp sàn tàu này dày 20 mm (0,79 in) phía sau, tăng lên 50 mm ở phần giữa con tàu bao gồm các hầm đạn và các khoang động cơ, và giảm xuống 20 mm phía mũi. Nó được hậu thuẫn bởi lớp giáp nghiêng dày 105 mm (4,1 in) dọc theo hai phía hông.[20] Lớp giáp nghiêng kết nối với mép dưới của đai giáp chính, một sự bố trí được gọi là"sàn tàu mai rùa".[25] Lớp giáp nghiêng này tăng cường đáng kể sự bảo vệ của vỏ giáp tại các vùng trọng yếu của con tàu. Các bộ phận sống còn của con tàu được bọc giáp tốt chống lại mọi cỡ đạn pháo bắn từ thiết giáp hạm vào thời đó, ở khoảng cách mà quả đạn pháo phải xuyên qua cả đai giáp chính và vỏ giáp sàn nghiêng. Tuy nhiên, ở tầm rất xa, vỏ giáp sàn tàu dễ dàng bị xuyên thủng bởi đạn pháo hạng nặng.[26] Tất cả các phần này được cấu tạo bằng thép cứng (Wotan Hart).[Ghi chú 4] Đai giáp chính dày 350 mm (14 in) ở phần giữa con tàu, nơi các khu vực trọng yếu của con tàu được bố trí. Phía trước tháp pháo"A", độ dày của đai giáp giảm còn 150 mm (5,9 in), vốn vuốt nhọn về phía mũi tàu. Phía sau tháp pháo sau, đai giáp dày 200 mm (7,9 in), và cuối cùng vuốt chọn về phía đuôi tàu. Phần giữa của đai giáp còn được hậu thuẫn bởi những tấm chắn dày 170 mm (6,7 in). Đai giáp được cấu tạo bởi thép giáp Krupp (KC: Krupp Cemented).[20] Hệ thống bảo vệ bên hông không thể bắn thủng bởi đạn pháo 1.016 kg (2.240 lb) 406 mm (16 inch) từ mọi cự ly trên 11.000 m (12.000 yd).[25]

Tháp chỉ huy phía trước có vỏ giáp hông dày 350 mm và nóc dày 200 mm. Tháp chỉ huy phía sau được bọc giáp kém hơn, mặt hông dày 100 mm (3,9 in) và nóc dày 50 mm. Tháp pháo của dàn pháo chính có mặt trước dày 360 mm (14 in), mặt hông 200 mm và nóc 150 mm.[20] Các bệ tháp pháo giữ các tháp pháo 28 cm cũng được bọc giáp nặng; mặt hông dày 350 mm và giảm dần còn 200 mm ở trục dọc con tàu, nơi chúng được che phủ bởi tháp pháo bên trên.[27] Mặt trước của tháp pháo 15 cm dày 140 mm (5,5 in), mặt hông dày 60 mm (2,4 in) và 50 mm trên nóc. Các khẩu pháo 10,5 cm cũng được trang bị tấm chắn dày 20 mm (0,79 in). Tất cả vỏ giáp trên đều làm từ thép giáp Krupp.[20]

Hệ thống bảo vệ dưới nước được thiết kế để chịu đựng cú đánh trúng trực tiếp của một đầu đạn nặng cho đến 250 kg (550 lb); ngư lôi phóng từ máy bay của Anh có đầu đạn nhỏ hơn mức này, cho dù những vũ khí phóng từ hạm tàu nổi mạnh mẽ hơn. Hải quân Đức đã tiến hành nhiều thử nghiệm nổ dưới nước toàn diện với những phần của vỏ giáp được cắt ra từ chiếc thiết giáp hạm tiền-dreadnought cũ SMS Preußen. Những thử nghiệm đã cho thấy rằng cấu trúc thép hàn chịu đựng tốt hơn sức nổ của đầu đạn 250 kg so với thép tấm được kết nối bằng đinh tán rivet. Tuy nhiên, vách ngăn chống ngư lôi cấu tạo từ thép mềm (Wotan Weich) đặt phía sau đai giáp được kết cấu bằng đinh tán; đó là do chỗ nối các tấm thép nếu hàn không đúng sẽ không đủ sức chịu đựng chấn động của vụ nổ.[27] Hệ thống bảo vệ dưới nước được cấu tạo từ nhiều lớp: lớp ngoài dày từ 12 đến 66 mm (0,47-2,6 inch), đặt ngay bên dưới đai giáp chính, được thiết kế để kích nổ đầu đạn ngư lôi. Phía sau lớp ngoài là một khoảng trống lớn cho phép hơi của vụ nổ được bành trướng và phân tán. Phía sau nó là một thùng chứa nhiên liệu với lớp vỏ ngoài dày 8 mm (0,31 in); nó sẽ hấp thu mọi lực nổ còn lại. Thùng chứa nhiên liệu được nâng đỡ bởi các thanh đỡ dọc và các vách ngăng ngang.[28]

Tuy nhiên, sự bảo vệ hông dưới mực nước có nhiều khiếm khuyết. Nó rất chắc chắn ở phần giữa tàu, nhưng lại yếu ở cả hai đầu của"thành trì"; việc bảo vệ dưới nước chỉ có thể ngăn chặn một đầu đạn 200 kg (440 lb) tại những khu vực này. Một điểm yếu đáng kể khác trong thiết kế là sự sắp xếp các vách ngăn chống ngư lôi; nó nối liền với phần dưới của sàn tàu nghiêng ở một góc 10°; hai thanh tán ri-vêt chéo góc sẽ cố định nó tại chỗ. Những thanh này thường xuyên phải chịu đựng một áp lực đáng kể do những lực bẻ cong thông thường của lườn tàu. Khi kết hợp với lực nổ của một đầu đạn ngư lôi, những thanh này không thể chịu đựng được áp lực gia tăng và bị hỏng. Cũng như với độ rộng mạn thuyền chỉ có 30 m, hệ thống bảo vệ sẽ yếu hơn quanh các tháp pháo chính, vì một phần đáng kể khoảng trống trong lườn tàu đã bị chiếm chỗ bởi hầm đạn và bệ tháp pháo.[29]