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24型采用了极为强大的装甲和水密防护结构，其装甲总重达93224吨，甚至超过了装甲重93048吨的“天照”级。“伟大苏维埃”级的装甲防护体系为独特的不完整双装甲舱式，结构及其复杂，在中央的主装甲舱前后装甲隔墙外，还分别布置有2道厚度更大的外围艏艉装甲隔墙。在艏部和艉部的两道装甲隔墙间，仍然布置有侧装甲带和水平装甲。这样看，“苏联”级的装甲防护体系仍然可以算得上重点防御类型，但其有效防护体积显然比一般的但装甲舱式更大更有效。
主装甲舱装甲厚度及结构如下，主装甲带全长296．8米，从一号炮塔前的第64号龙骨延伸至3号炮塔后的196号龙骨，占水线长度的57％左右。装甲带高12．54米，其中3．54米位于设计水线以下。由于预计的弹着角不同，装甲带的厚度也按照命中角度进行了厚薄不同的分布设计。动力舱外侧的装甲带厚750毫米／倾角/5度，2号炮塔弹药库处侧装甲厚度增加到780毫米，2号炮塔和1号炮塔之间装甲带厚812毫米，1号炮塔弹药库外侧舷装甲加强到840毫米。812和840毫米装甲带的长度分别为35和22米，3号炮塔弹药库侧装甲相应削薄至760毫米。主装甲舱前后装甲隔墙厚度分别达到了460和730毫米。在舰首30号龙骨位置，还有一道厚570毫米的2号大角度倾斜横隔墙，4道艏横隔墙间的水线侧装甲厚440毫米，可以抵御406毫米弹的攻击。3号炮塔弹药库处的侧装甲带一直延伸到2号艉装甲隔墙，2号隔墙装甲厚度不均，从上至下依次为360、730和720毫米。“伟大苏维埃”级的装甲板全部使用了比较坚固的企口连接。
“伟大苏维埃”级的水平防护由6道甲板构成，最上面是50毫米厚的首楼甲板，310毫米厚的上甲板作为主水平装甲板，下面则是100毫米厚的中甲板。前后司令塔装甲厚度分别为850和440毫米，桅楼上的信号舰桥有150－200毫米厚的装甲防护。
“伟大苏维埃”的水下防护体系也是混合式的，其64－153号龙骨间是普列赛双重圆筒式防鱼雷系统，全长246米。圆筒舯部深度达16．3米，艏艉减少到14米。由于普列赛系统宽度太大，不利于舰体水下线形的平滑过渡。“伟大苏维埃”级因此将艉部153－170号龙骨间改成多重防鱼雷舱结构。圆筒外板厚22毫米，内层的两道筒壁厚14毫米，中央圆筒直径6．3米，外面包着一层2．4米左右的油－水层。内部没有重型装甲防鱼雷纵隔墙，只有一道20毫米厚的放水支撑板和一道70毫米厚的轻装甲纵隔墙。舰底为双重纵骨结构，主炮弹药库下部是三重底，有一定的防爆能力。
按照设计要求，“伟大苏维埃”的装甲可以抵御510毫米穿甲弹和5000米高空投掷的2000公斤炸弹的攻击。其水下防御系统更是强大无比，防鱼雷系统能够防御1500公斤**的水下爆炸！设计师们认为，“伟大苏维埃”级还可以达到任意相邻10舱进水或舰底命中4条鱼雷不沉没，2舷命中6条鱼雷不丧失战斗力的惊人生命力。
1939年1月，对БКПЗ（巴尔瑙尔锻造工厂）制造的1／20结构模型进行爆破实验，证明了伟大苏维埃级TDS设计的有效性。
“伟大苏维埃”级预装备安装24座三锅筒高发热量燃油锅炉和12台冲动式单级齿轮减速蒸汽轮机，蒸汽轮机工作参数37个大气压／380℃。涡轮机总功率804000轴马力，4小时紧急过载功率924000轴马力，军舰相应的最大航速分别为27．5和28．5节。由于后来改进了螺旋桨，最大航速于1939年7月13日修改为28和29节。不过当时苏联还造不出功率如此大的涡轮机，只得向国外购买。狠心的英国人趁火打劫，开出了140万英镑的天价。囊中羞涩的苏联海军不得不另辟蹊径，他们联系上了瑞士的布朗－勃法瑞公司。这家公司的单价只要80万英镑，完全可以让人接受。苏联首先进口了8台，其中6台准备装到“伟大苏维埃俄罗斯”号，剩下的2台交给哈尔科夫汽轮发电机厂进行测绘仿制。后来证明苏联人的选择是相当明智的，布朗－布威公司的汽轮机不负众望，在试车中发出了315624轴马力的强大功率。24型的动力舱为奇特的交错式布局，首先是4排8个水密锅炉舱，各布置2台锅炉，第4排锅炉舱后是6个并列的独立水密轮机舱，然后又是2排4个锅炉舱。其中8个前锅炉的烟道汇集到前烟囱，虽然内部烟道和排烟量完全不同，但两个烟囱的外形尺寸却完全一样。“伟大苏维埃”级的竖直烟囱顶部带有防雨罩，外观比较陈旧，和流畅的舰体线形不太相称。
关于“伟大苏维埃”级的动力装置配置曾经有许多误解，最深刻的当数“使用了600000马力涡轮－电动动力”一说。当然西方的这种误解并不是空穴来风，它起源自1938年9月5日苏联政府通知英国自己准备建造战列舰的一份正式照会。在这份通知中，苏联把24型缩水为176760吨、484米X72．6米X18．3米，采用600000马力汽轮－电动动力的条约型战列舰。虽然后来有许多情报说明了24型的真实情况，但所谓的电动装置直到今天仍然在一些文章中不断出现。另一个普遍的误区是对24型6轴布局的错误解释。许多西方资料称苏联曾经在苏德蜜月期间获得了“兴登堡”级的图纸，并根据“兴登堡”的设计将原有的8轴方案改为6轴。这个说法是没有根据的，其实第四设计局1936年下半年的初步设计中就采用了三轴布局，原因还是普列赛系统宽度太大，没有足够的舰内空间并列安置8台重型涡轮机，只得采用6轴布置。迄今为止，仍然没有任何确切资料证明24型曾经根据德国战列舰布局进行修订设计。
24型的最初多设备设计采用了单主舵＋双副舵形式，但是在后来的船模试验中发现，一旦主舵被卡死，副舵根本无法修正舰体偏航。经过讨论，最终于1939年确定采用双主舵系统。预计的战术直径约9个船长，即2340米左右。“伟大苏维埃”级油舱贮油量21120吨，不同航速下的续航力如下：7560海里／28节、17200海里／21节和25200海里／14．5节。辅机是8台单台功率7200千瓦的涡轮发电机组和8台单台功率2800千瓦的柴油发电机组。
“伟大苏维埃”级的长艏楼尾部设置了4个飞机库，可以搭载12架КОР－2水上飞机，后甲板上有4座飞机弹射器和4座吊车。
经过2个五年的计划，苏联造船工业有了长足进步，沙俄时期遗留下来的4家大船厂经过几轮扩建。
现名、原名、保密代号、位置
奥尔忠尼启则波罗的海船厂、波罗的海船厂、189厂、列宁格勒А·马蒂船厂、海军船厂、190厂、列宁格勒
А·马蒂船厂、尼古拉耶夫造船联合体、198厂、尼古拉耶夫
61巴黎公社社员船厂、法俄船厂、200厂、尼古拉耶夫
另外，斯大林还亲自选择在阿尔汉格尔斯克附近的莫洛托夫斯克（今天的北德文斯克）再兴建一个大型造船厂。几万名劳改营犯人硬生生在坚不可摧的北极花岗岩上凿出了4座600米长、84米宽、15米深的巨型钢筋混凝土船坞。这就是后来大名鼎鼎的第402北方船厂，至此，苏联时代的三大造船中心格局形成并一直延续。
1938年1月21日，甚至在新战列舰尚未定型以前，苏联政府就决定于当年开工建造8艘24型战列舰，预定在1939年内下水，1942年前建成服役，头4艘下水后，马上再开工4艘。1938年7月15日，首舰“伟大苏维埃”号在189厂的船台举行了开工典礼，但此举不过是取悦于斯大林的应付场面而已。真正的工程一直拖到1939年1月份才正式开始。在接下来的一年里，“伟大苏维埃”级的姊妹舰相继开工。
“伟大苏维埃”、“布尔什维克”、“共产主义”、“十月革命”、“苏联”、“苏维埃乌克兰”、“苏维埃白俄罗斯”、“苏维埃俄罗斯”
工程代号299、352、101、102（各工程代号2艘）
开工时间：1938年7月15日、1938年10月31日、1939年12月21日、1940年7月22日
建造厂家189厂、198厂、402厂、402厂