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战列舰

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火控小知识:如何稳定发射舰炮?

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六年服役纪念章功勋勋章钻石金双剑金橡叶铁十字勋章行政立法委骑士团勋章政道纪念章旗手终身荣誉会员

发表于 2010-11-3 12:28:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 mathewwu 于 2013-7-1 19:06 编辑

这是一篇老帖,现在增补一些贴出来回答网友xsuny的问题。


舰炮射击稳定法简介

   舰炮弹道的精准度是建立在载台也就是舰体的稳定上,舰体的不稳定性不限于左右舷的横向摇摆(roll横摇),还有首尾前后扬倾的纵向摇摆(pitch纵摇),另外航行中舰首指向其实也沿着航向有小幅摇摆(yaw首摇),所以舰体的不稳定是三轴向的,火炮所受的影响按射击距离与弹道特性以及技术水平在不同时代会有不同的应对改正方法。显然在测量与计算技术都不够及时准确的时代,要对三个轴向都加以改正是有困难的,为求实际可行,改正航向摇摆通常只在极远程射击为之,一般只改正纵横二轴,有时只改正一轴。

先从只改正一轴的风帆时代谈起,那时交战距离不出两三百米,这是因为在这个射程上操纵火炮就像使用火枪一样直观---弹丸直线飞行,瞄那里打那里,像敌舰侧舷那么大的目标,炮口上下左右稍微指向偏差一点还是可以打到。假设目标与本舰距离200米齐头并进,目标方位角是本舰右舷90,又三轴摇摆范围是横向+-15度,纵向+-10度,航向+-2度。现欲瞄准与本炮同高的敌舰二层甲板,因弹道平直所以炮口仰角为0度。航向摇摆影响的是方位角,差2度只会改变命中偏首或尾的部位,所以不用改正。纵向摇摆在这个平直弹道的距离就像电影里手枪扳机朝下或朝向两边也没大差别。剩下要考虑的只有横向摇摆,如果右舷下倾超过5度可能炮口打到的是水线下,如果上扬超过5度可能炮口打到的是帆桅。当时炮上没有像样的瞄准具,所以必须等到桅杆
摆到几近垂直也就是在+-5度以内时发射。如果本舰横向摇摆周期为20秒,则火炮每20秒才有一次发射机会。这种情况一直延续到铁甲舰时代。

1880年代速射炮问世,尽管每10秒就可以装填发射一次,可是为迁就摇摆周期,射速还是提升不起来。将近到1900年,英国人想出了新的瞄准稳定法,他们改进了速射炮的高低机与方向机使炮口可以迅速的俯仰旋回,配合直管瞄准具连续目视瞄准目标,当船舷下倾就动手把炮口摇高,上扬就把炮口打低,使目标永远位在瞄准具十字线中心,也就是炮口永远保持对目标的正确射角,这样就同时抵消了横向摇摆及射速延迟,也把1500米距离的命中率从一成提高到到五成。如下图Eg是正确射角,虚线箭头就是俯仰瞄准手在横摇中要摇高打低炮口的补偿角度:



那么船舰在摇摆中何时是最好时机的发射呢?许多人都以为是船身扶正甲板成水平时,这是不正确的看法,船体摇摆从浪谷到浪谷是一个连续不停的过程,只有落到浪谷(对另一端来讲是浪峰)开始要摇向反方向时会有短暂静止,这才是最理想最稳定的瞄准及发射的时机

  这里所说的稳定瞄准法虽然是利用两舷摇摆举例,其实并不与舰体的横向摇摆(roll)唯一相关,如果火炮射向是会受纵向摇摆(pitch)影响的船头或船尾,这种连续目视瞄准法同样可以改正,而其他任何角度其实也都一体适用,所以火炮稳定实际要与舰体摇摆姿态脱钩。这个连续瞄准稳定法的效力是建立在瞄准线与射击线一致的基础上的,也就是射击弹道必须与瞄准线一样是直线或接近直线。各国在改进直线射击的命中率后就开始追求更远的射程,但更远的射程需要更高的射角,一旦射角进入了该型火炮的曲线弹道射程,比如说6千米以上,命中率又降到近个位数,虽然这里头还有提前量的问题,但显然火炮稳定只改正炮口轴向是不够的。请先看一张图:



这张图就是火炮稳定要改正的另一个轴向---炮耳倾斜,可以清楚看出长射程曲线弹道会因为炮耳倾斜而导致距离与方位的双重误差。既然炮口轴向的稳定可以利用连续瞄准法改正,那么再能解决炮耳轴向的稳定就基本解决了水面作战的火炮稳定问题。炮耳倾斜与炮口高低一样可以在舰体的任何摇摆姿态发生,因此有必要赋予火控定义以与舰体摇摆区分。与炮口轴向相关的水平稳定在英美火控术语叫作LEVEL OR ROLL,与炮耳轴向相关的水平稳定叫作CROSSLEVEL OR CROSSROLL---如果一定要用火炮横摇来称呼的话,应该是指这个。由下图来解释比较清楚




图里的参考水平面及甲板面是同一个平面,可以看作是一个假想的平面或者在干船坞里人工平衡出来的平面,船只一旦下水,甲板面便多多少少与参考水平面发生偏差。下图是CROSSLEVEL或者炮耳在不同舰体摇摆姿态下发生倾斜的状况:




由于炮管是架在炮耳支点上的,炮耳又垂直固定在转盘上,炮耳倾斜实际就等于整台火炮的倾斜,如要利用机械来平衡整台火炮---而且要相应舰体摇摆来快速平衡---会导致动力与重量问题。加上长射程大口径火炮射速也快不起来,早期的火控测算也慢,所以早期火控对付炮耳倾斜的办法就是一方面使用连续瞄准法持续稳定炮口LEVEL,一方面等待CROSSLEVEL回复水平姿态---再次强调这个水平姿态不必然是舰体回复横向或纵向水平姿态,而仅仅是炮耳轴向的水平姿态。
等待也要有个准,测量CROSSLEVEL水平的方法一开始还是目视,在指挥仪或炮塔上用有方位转盘的望远镜指向与瞄准线成90度直角,也就是指挥仪或炮塔正左或正右方的远方海平线(原理:从指挥仪到海平线的距离至少2万米,俯角不超过1度,目视连线可以等同与海平面平行),等到海平线慢慢接近望远镜水平分画时就下令开火。下图是美军二战重巡以上主力舰的装甲司令塔,可以看出辅助火控指挥仪人员正在使用两具潜望镜,互成90度测量火控平台水平的情形(中间两人对向操作的是指挥仪瞄准镜,左边的是定炮口轴向水平的LEVELER,右边的是定炮耳轴向水平的CROSS LEVELER

  这样一来火炮射击是比以前打得准了也远了,可是等待炮耳轴向水平又限缩了射速。要进一步克服这个变数,除了不切实际的机械平衡炮架,也可以通过补偿火炮瞄准参数来达成。下图就是补偿示意:



  若能将测得的CROSSLEVEL水平偏差角输入火控计算机,快速求出补偿值赋予火炮改正过的参数,便可不理会舰体摇摆在多数时机任意发射。偏差角取样方式有目视操作的水平测量镜(CROSS-LEVELLER’S PERISCOPE),也有自动操作的垂直稳定仪。前者原理如前述,但有两个镜头分别指向指挥仪正左及正右方,若CROSSLEVEL水平倾斜则两个镜头内的水平线影像会有高低角度偏差。后者则是以陀螺仪模拟参考水平面,再比较舰体姿态与这个人工水平面的各个轴向而得出偏差角给射程计算仪加以补偿。美式陀螺垂直稳定火控仪的实际应用大致开始于1930年前后,为二战美式火控的主要击发机构,一般海况下可以全自动全角度控制发射,但在高海况中仍要改成老式的等待定角发射,参考此帖11楼:

http://www.zhanliejian.com/forum.php?mod=redirect&goto=findpost&ptid=648&pid=20975&fromuid=29
,以避免损坏精密的俯仰旋回机构,但机电自动击发还是远比人工精准。请参考下图


19409月美军定下的BB主炮火控系统对付舰体三轴向摇摆的规格是:8秒周期1.5度的首摇(yaw) 16秒周期的20度横摇(roll),与8秒周期的5度纵摇(pitch)德国在一战就已采用陀螺罗盘及姿态仪,英国在一战后也有陀螺稳定瞄准镜,但实际用于看不见目标及海平线的盲射与克服炮耳倾斜的成效与做法在下尚无足够资料研习,若有心得当即奉告,但坊间一般认为离美式陀螺垂直稳定火控系统还有不少差距。



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中尉

五年服役纪念章

发表于 2010-11-3 12:57:23 | 显示全部楼层
mathewwu 发表于 2010-11-3 12:28
这是一篇老帖,现在增补一些贴出来回答网友xsuny的问题。

前排学习!Thanks
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列兵

发表于 2012-1-10 11:58:45 | 显示全部楼层
新兵报到,前来学习
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六年服役纪念章功勋勋章钻石金双剑金橡叶铁十字勋章行政立法委骑士团勋章政道纪念章旗手终身荣誉会员

 楼主| 发表于 2012-1-10 12:10:21 | 显示全部楼层
回复 sniperready 的帖子

欢迎加入,大胆提问。
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下士

四年服役纪念章

发表于 2012-3-10 23:26:32 | 显示全部楼层
学习了。感谢分享。
【这个ID已经被系统回收了】
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一等兵

三年服役纪念章

发表于 2013-5-28 23:48:00 | 显示全部楼层
学习,感谢LZ分享,辛苦啦!
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二等兵

二年服役纪念章

发表于 2014-5-7 22:34:12 | 显示全部楼层
在“战舰”里看过衣阿华级的火控装置,貌似就是利用发射窗口协调开火的
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六年服役纪念章功勋勋章钻石金双剑金橡叶铁十字勋章行政立法委骑士团勋章政道纪念章旗手终身荣誉会员

 楼主| 发表于 2014-5-8 12:13:23 | 显示全部楼层
hzsdlb 发表于 2014-5-7 22:34
在“战舰”里看过衣阿华级的火控装置,貌似就是利用发射窗口协调开火的

你是说最近那部外星人的电影吗?那几乎没有事实。
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二等兵

二年服役纪念章

发表于 2014-5-8 14:03:02 | 显示全部楼层
mathewwu 发表于 2014-5-8 12:13
你是说最近那部外星人的电影吗?那几乎没有事实。

咕~~(╯﹏╰)b,是那本叫战舰的书,文章好像叫从衣阿华到蒙大拿什么的,记不清了,看完没保存下来
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一等兵

二年服役纪念章

发表于 2014-5-14 22:23:15 来自手机 | 显示全部楼层
求教前无畏舰和一战时代 没有火控计算机时是怎么处理这个问题的?
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一等兵

二年服役纪念章

发表于 2014-5-14 22:25:40 来自手机 | 显示全部楼层
还有 看起来火炮远程射击 需要两个角度都变成水平 那么实际射速会不会因为这个等待时间而变的很低呢?
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六年服役纪念章功勋勋章钻石金双剑金橡叶铁十字勋章行政立法委骑士团勋章政道纪念章旗手终身荣誉会员

 楼主| 发表于 2014-5-16 11:23:21 | 显示全部楼层
bighill1982 发表于 2014-5-14 22:23
求教前无畏舰和一战时代 没有火控计算机时是怎么处理这个问题的?

一战开打时英国已有整合式火控计算机,其他各国也有简单的计算设备,不过都没有处理炮耳倾斜的问题,如果因距离远弹道弯而出现偏差,就靠弹着修正。
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六年服役纪念章功勋勋章钻石金双剑金橡叶铁十字勋章行政立法委骑士团勋章政道纪念章旗手终身荣誉会员

 楼主| 发表于 2014-5-16 11:32:29 | 显示全部楼层
bighill1982 发表于 2014-5-14 22:25
还有 看起来火炮远程射击 需要两个角度都变成水平 那么实际射速会不会因为这个等待时间而变的很低呢? ...

在没有补偿手段时,只有横轴水平也就是炮耳倾斜需要等待。即使是可以用连续瞄准法补偿的纵轴水平也就是炮口高低,其理想的射击时机其实也是不多的,所以在自动化火控操炮系统逐渐完善前,射击训练是非常重要的,水平差距可以相当大。
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二等兵

二年服役纪念章

发表于 2014-5-16 13:33:46 | 显示全部楼层
涨姿势了。
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二等兵

二年服役纪念章

发表于 2014-5-16 13:37:13 | 显示全部楼层
脑残  看不懂示意图  怎么破。。。。
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一等兵

二年服役纪念章

发表于 2014-5-17 22:46:53 | 显示全部楼层
mathewwu 发表于 2014-5-16 11:32
在没有补偿手段时,只有横轴水平也就是炮耳倾斜需要等待。即使是可以用连续瞄准法补偿的纵轴水平也就是炮 ...

多谢老马 按你这么说 没有自动化火控时代 实际射击水平可以用 唯手熟尔 概述了。。。。
【该账号已被系统回收】
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大校

论坛贵宾

二年服役纪念章

发表于 2014-8-19 19:18:51 | 显示全部楼层
简单说

就是有一个叫做“油锤摆”的家伙
可以实时的检测舰体垂直轴的偏移量

偏移量超标的话
火控系统自动断开武器击发电路而已
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六年服役纪念章功勋勋章钻石金双剑金橡叶铁十字勋章行政立法委骑士团勋章政道纪念章旗手终身荣誉会员

 楼主| 发表于 2014-8-22 16:30:14 | 显示全部楼层
oldcat 发表于 2014-8-19 19:18
简单说

就是有一个叫做“油锤摆”的家伙

猫版有“油锤摆”的资料吗? 我只看过日本早年使用过它的报道, 单没有进一步信息.
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二等兵

一年服役纪念章

发表于 2015-3-9 17:30:46 | 显示全部楼层
請教前輩,雙聯炮、四聯炮或者三聯炮左右炮後座都不過炮耳軸心,想必影響射擊精度,各國如何處理這個問題呢?是預設提前量補償嗎?
另外,共鞍的聯裝炮與不共鞍的聯裝炮射擊精度差別大嗎?各國在這兩種炮塔處理上有甚麼不同?
後學萬謝!
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一等兵

三年服役纪念章

发表于 2015-3-9 18:23:01 | 显示全部楼层
那么,请问前辈:射击门技术的应用是采用陀螺稳定之后还是之前,二战大口径舰载主炮的火控和现代坦克上的稳像式自动瞄准装置原理应该是差不多的吧?
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