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火控小知识:如何校射舰炮?

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发表于 2012-5-17 19:42:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 mathewwu 于 2013-7-1 19:39 编辑

先来说说舰炮为何需要校射?当然是打不准才要校射,但这打不准要先撇开火炮精度或散布的问题,而纯粹从瞄不准上来看待。为什么会瞄不准?不是说速射炮出来以后1千多米的射程命中率轻松就上到30-50%?为什么后来射程放大以后又一路下滑到10%以下?因为1千多米还在接近直线的弹道射程内,炮手的瞄准方式与步枪手差不多,直瞄直射,任何有10米高度的物体挡在从炮弹飞出炮口到落水之间这1千多米的弹道上都会被击中。射程放大10倍以后会是什么状况呢?这时炮口要抬高到7-8度以上,炮弹飞行弹道的最大高度会达到700-800米,显然一个海拔10米的物体离炮口或落水位置远近差个50-100米就多半不会被炮弹碰上。那么要想击中这个目标,就必须精确测量出火炮与目标之间的距离,按照射击弹道表(简称射表,英文:firing table)对应射程的适配仰角发射,才有机会把目标笼罩在落弹范围内。远距射击瞄准要素除了距离还有方位,方位测量在古代就已有完美的圆周分度器。老祖宗也遗留给我们三角测距法,自1900年代起光学测距仪已逐渐普及,但不论采取延长基线或多重取样,其综合误差经常在3%以上。假设在2万5千米外开火,距离误差就会高达750米。可当时的火炮技术已趋于成熟,每一种火炮的射表都已在固定靶场上经过反复测射计算。在标准操作状况下,火炮根据射表仰角射击就一定会达到所需要的射程精度,所以才有“最好的测距仪就是火炮本身“这句名言——因为内外在测距误差还要大过火炮本身误差。虽然光学测距还不够精确,但先使用这个比肉眼目测靠谱的数据定出射程给火炮试射,再比较弹着水柱与目标之间的远近误差值来修正下一轮发射的数据,这是一个很合理的进化过程,而且一直要到测距误差比火炮本身误差还要小的厘米波雷达出现后,校射方法才不那么被讲究。也许会有看官质疑,光是解决测向与测距并没有解决全部的瞄准问题,还有敌我移动与炮弹飞行时间等等的问题呢?问得好,要计算后两项问题,取得准确的方位与距离是先决条件,可是战争不能等待发明,于是种种校射法就赶在火控设备还没完善之前就先登场了。必须声明各种方法在各个年代各个国家都各有偏重,各国新舰老舰大舰小舰也会有不同校射程序,所以不宜一体对待,但大致不出以下几种校射法:

方位校射法(Deflection Correcting):主要校射法几乎都是针对距离的,一方面是目视测量方位的误差非常小,且方位移动量也相对较小,几乎一次就能把偏差修正过来。如果弹着水柱偏离方位落在目标左右,大海中孤零零的水柱在失去参考点的情况下是不容易判断与目标之间的远近关系的。所以校射或距离校射第一守则是先校射方位,要“对正 (in line)“目标,使弹着水柱位在炮口至目标的延长线上,也就是观察到水柱挡住目标或目标挡住水柱,明确判定是“近弹”还是“远弹”,见《什么是“夹叉“?什么是“跨射“?》 http://www.zhanliejian.com/thread-79-1-1.html 这样才能进一步校射距离。校射通常是以“慢射”方式进行,请参考《什么是“快射“?什么是“慢射“?》http://www.zhanliejian.com/thread-108-1-1.html

直接校射法(Direct Spotting):一开始这实在算不上什么方法,不过就是传统的打近了加多一点距离,打远了减少一点距离的递加递减法,加减范围级距有的有规范有的没有。不过人们发现打远的水柱多半被目标挡住而不好分辨远了多少,所以校射第二守则便是宁近勿远。当打近了到底要加多少呢?有的人经过反复练习之后具有距离感,能大致判断误差值,但这不是任何人在任何状况下都能稳定达成的,所以各国海军的校射法开始走向多样化。美海军廿世纪早期仍然偏好直接校射法,发展出如《关于亚码头火控的问题》  http://www.zhanliejian.com/thread-1584-1-1.html 3楼的直接校射图表,供训练与作战之用。从图表设计可以看出这是利用透视法(perspective)将测站与水平线之间的海面画出虚拟坐标格,方便观测者比较水柱与目标之间的关系来估计距离与方位的差异,以递加递减方式修正直到跨射目标,然后采取主炮全齐射的快速效力射打击目标,直到失去跨射状况之后才重新开始下一回合的慢速试射。为了配合所需的测站高度,1920年代以前建造的美军战列舰都有高达130英尺的笼式桅及桅顶楼。英国人则认为这种方法有其局限性而不予采用。

夹叉折半法(Bracket & Halving):夹叉的基本方式见《什么是“夹叉“?什么是“跨射“?》。折半是取远近弹射程差距的半数作为修正值,这都是自然的逻辑取舍法则,谈不上是哪一国先发明的。就文献记录显示,从对马一直到日德兰,夹叉折半法始终是英德日三国海军的主流距离校射法。一战后美军体认直接校射法对应1万6千米以上射程非常吃力,也渐以夹叉折半法为主。由于要出现夹叉,才会采取折半修正,在没出现夹叉时远弹就要递减,近弹就要递加,直到出现夹叉才往反向折半修正,修正后若是没有继续出现跨射或夹叉,那么还是把握远近弹递减递加的原则修正。以下举一个炮术想定说明早期无畏舰如何校射距离:为使条件简化,假设敌我同向同速平行移动。第一轮按测距值解算定射程为10000米发射,观测结果为远弹。按当时某规定1个夹叉跨度是加减200米,但由于远弹差距较难估测,所以径直减少2个夹叉跨度即400米修正第二轮射程为10000-400=9600米发射,观测结果为近弹,成功的捕捉到夹叉,表示目标位在10000米与9600米之间。这时再按照折半法即加多400米/2=200米修正第三轮射程为9600+200=9800米发射,观测结果还是近弹。按照逻辑,目标应位于10000米与9800米之间,即再按照折半法加多200米/2=100米修正第四轮射程为9800+100=9900米发射,如发生跨射便进入快速效力射。不过各国炮术都有一些小讲究,有些人此时会加多150米而非100米,原因是加150米在概率上以下两种结果几乎必有其一发生:a.跨射b.夹叉。发生跨射表示距离校射完成可以进入快速效力射;即使没有观察到发生跨射,也会发生远弹而与第三轮形成差距极小的夹叉,但同时也保证修正过程的逻辑正确性,还是可以减50米直接进入效力射。

级梯射击法(Laddering Fire, Gabelgruppen):日德兰战后,英国人认为以慢射方式进行的加减法与夹差法已不足以应付远距离及目标机动,所以开始练习一种以快射方式进行的级梯法。它的基本方法就是以原始测距测向值解算作为基准射程,并加多及减少一定射程射向级距后,按一定间隔连续发射几群,使全部落弹形成一较长较宽的跨度范围来捕捉目标真实距离及方位。这种快速而连续的射击法不仅可用于校射,形成跨射后也可以继续用同样方式但缩小跨度范围进行效力射。理论上看起来需消耗较多的弹药,但实际上若操作得当反而较快进入跨射,且效力射时目标即使机动也能较快移动落弹范围保持跨射, 所以级梯式射击其实可以看成一种面积覆盖。下面举一个较单纯的级梯法距离校射的例子:设有一条3座3连装主炮塔战舰,先按测距值解算将基准射程定为10000米,由全左炮射击10000米,隔15秒由全右炮射击9700米,再隔15秒由全中炮射击10300米,这时第一群左炮射弹已将落海,如果观测结果是跨射,那么可不必等待二三群右炮及中炮的弹着结果立即进入效力射,如果仍有偏差则加以记录,接着再观测右炮的弹着结果,以此类推。这样前后600米的射程覆盖再加上正常的距离散布,弹着前后重叠带足有8-900米长,除非原始测距解算数据太过离谱,否则一定会有一群射程是至近弹或跨射,那么就依据这一群的参数进入效力射,万一没有,也可以最近的一群的偏差为准定下一轮三群的修正值。一战时德国部份战舰就曾使用这种射击法,战后包括美国在内许多国家都加以研究,配合不同舰种火炮及偏好,从基本概念延伸出许多种变形射法。尤其是射击循环较快的中口径火炮更常使用级梯法,基本上可以看作是对目标移动区域作出“来回扫射(rocking, zig-zag)“的火控战术。二战时由于火控设备的进步与校射经验的累积,以上几种射击法常交互混用,尤其是在已掌握目标移动参数的跨射阶段更常使用级梯法维持与延长打击的有效性。以上介绍的是基本的舰上目视(肉眼+望远镜)校射法。

空中校射法(Aerial Spotting):虽然2万米开火已成了海战标准,能见度与地表曲度这两项自然障碍却使得舰上(桅顶)校射很难再有效延伸射程。加高桅楼固然可以扩展极限视距,可是也带来结构与航行的问题,更何况受限于能见度,望远镜与测距仪再高大也不能看得更远,于是空中校射就上场了。一战中陆炮与浅水炮舰都有空中校射的成效,但目标是陆上定点,有地形地貌与地图坐标可供参考。一旦但拉到茫茫大海上,敌我双方加上第三方的观测机都在不停的移动,陆上的经验不管用。前面校射法中最不是问题的目标方位测量,现在变成比距离还难搞定的条件。试想,目标位于射击舰完全看不到的水平线之下,观测机就算看到了,最多打电报或电话通知射击舰“目标在你东北方30千米低速向南航行“。距离误差先放一边,校射第一守则可是对正方位,不幸方位偏差却是距离越远越大,误差1度在3千米外的偏差量是50米,30千米外的偏差量就是500米,“东北方“跨了45度,就算蒙一个中数吧,30千米外的方位偏差米数也破万了。看官有兴趣可以动动脑,从1920-30年代的技术里,找出可以让观测机测量出以射击舰为基准点,表示目标方位在2度误差以内的方法,而且要测算得够快,因为敌我舰都是会移动的,一分钟跑开原位500米不算多。总之当年大家都同意的实用空中校射的首要条件是:我舰至少要能通视目标桅杆,哪怕只是在水平线上冒出一点点头,这样目标方位距离还是由舰上设备测量,至少让第一轮试射参数不要太离谱,接下来才由空中接手校射从舰上难以观测到的弹着水柱。空中校射法修正程序基本与水面校射法接近,只是由空中目视取代舰上目视。由于当时飞机上缺乏良好的通讯与精确的定位设备,空中校射水面移动目标在效率上并不理想,只有在舰上校射有效范围之外才会采用,但舰载机确实增强了以前所缺乏的远程搜索与战术准备能力。《关于亚码头火控的问题》一帖有更多关于空中校射的说明。

雷达校射法(Radar Spotting):本篇开头就表明,主炮对水面射击之所以需要校射瞄准偏差的原因,主要是来自火控测量与计算设备落后于火炮的准头。1930年代火控计算设备已大致完善,唯独测距误差仍不足以支持第一轮射击就达成跨射。1943年有侦测弹着水柱距离方位误差能力的厘米波火控雷达如美国的Mk8及英国的274服役以后,火控人员的理想天堂总算不远了,在目标不作出避弹机动的情况下,即使不能次次都一击中的,借由雷达屏上显示的弹着水柱位置也可全天候的依据前面的校射技巧修正偏差。有关火控雷达的更多说明请参考《为何在射向测量上,雷达还是不及光学准确?》http://www.zhanliejian.com/thread-1019-1-1.html 以及《图说美军舰炮射控程序》http://www.zhanliejian.com/thread-648-1-2.html

陆轰射击法(Naval Bombardment):舰炮陆轰分成直接与间接射击。近程直接射击多在直线弹道即零距离以内为之,就是把舰炮当步兵炮坦克炮来用,直瞄直击,通常攻击近岸的临机目标,适合中小口径火炮。远程直接射击如攻击港口设施与停泊的船舰,还是使用如同射击水面移动目标的舰上或空中目视校射法。间接射击通常是在登陆作战时有计划的攻击较内陆的预定或临机目标,适合中大口径火炮,一般要配合陆上或空中观察员进行校射。由于牵涉到水面射击所不考虑的标高及反斜面目标的问题,所以基本采用陆炮的火控程序,但校射法与水面校射概念是相通的。以下介绍美军陆轰作业:由于间接射击时舰上无法通视目标,不能测距测向,故多采用空照图、地图、海图或更精密的三军联用方格图来控制射击。火力支援舰以慢速沿着定点来回航行或碇泊,以方便在地图上标定自舰位置。由于天文定位精度不足火控需求,在GPS卫星定位出现之前,以标定地理参考点来决定自舰定位最为理想。使用方位盘测距仪或火控雷达(如果参考点地理位置能产生清晰稳定的回波)对准参考点测距测向,然后在图面上推算自舰坐标,才能进入火控程序。沙漠风暴战役时虽然已有GPS卫星定位,但由于依阿华级舰仍然沿用1940-50年代的Mk48陆轰坐标计算机以及配套的Mk8弹道计算机,故主炮陆轰还是使用火控雷达对着岸上高耸的油井架来追踪定位的老式程序,只有RPV无人机及电子摄像取代了飞机及人眼校射算是一点进步。

本篇完,欢迎提问。

下士

八年服役纪念章

发表于 2012-5-18 09:23:16 | 显示全部楼层
请问马老:在实舰偏移射击训练中, 如何来判断跨射?是否要目标舰上观测员来给出结果?

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八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 2012-5-18 15:01:44 | 显示全部楼层
本帖最后由 mathewwu 于 2012-5-18 19:08 编辑
gurkha 发表于 2012-5-18 09:23
请问马老:在实舰偏移射击训练中, 如何来判断跨射?是否要目标舰上观测员来给出结果? ...


你说的“实舰偏移射击训练“是指“offset battle practice”吗?这么细致的问题可考倒我了,我只能从理论上去找解答。1940年代以前还没有可标定水柱距离方位的雷达,所以应该还是用目测法:弹着距离偏差只有由目标舰自己(或通过目标舰纵轴延线上的观测点——如射击线与纵轴延线正交,以及通过目标舰横轴延线上的观测点——如射击线与横轴延线正交)为基准来观测,而方向偏差只有由射击舰自己(或射击线的延长线上的观测点)为基准来观测,而且无论是用拖靶为目标或以实舰偏移为目标来做射击训练,都应该是用这样的条件来目视观测的。至于如何在目标舰或拖靶船上观测远近弹着,在一片由1952普里策小说奖《凯恩舰哗变The Caine Mutiny》改编的同名电影里,有该舰担任拖靶船并观测远近弹着的过程,是在舰尾竖起一座像猪八戒钉耙似的观测架,当一群弹着落水后,观测员对应水柱与观测架的刻度位置,很快的用手指在刻度钉上指指点点,旁边则有一名船员根据指点的刻度纪录全部弹着。电影时间背景是二战,有兴趣不妨去找来看看。为什么用钉耙而不用带密位分画的望远镜观测?我想是因为拖靶船距离弹着区较近,望远镜视界较小,不容许同时观测全部弹着区,况且有时还会出现不靠谱的不规弹。下面这张是1915年的南卡打靶照片,我按对电影的记忆在照片上画了一座观测架,希望能帮助解说。



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八年服役纪念章

发表于 2012-5-18 21:08:42 | 显示全部楼层
mathewwu 发表于 2012-5-18 15:01
你说的“实舰偏移射击训练“是指“offset battle practice”吗?这么细致的问题可考倒我了,我只能从理论 ...

谢谢, 就是offset battle practice。那如果是拖靶船射击训练的话,射击舰是否可自行通过着弹点观测来判断距离偏差?还是因为靶子太小,无法确定是否形成跨射而一定要用目标舰上的朝天钉耙来帮忙? 感觉这样会影响下一轮较射的速度,人为放宽炮手的准备时间。

关于文中提到的三角测距法,手头的资料显示早期的德国战舰在光学测距仪到来之前就采用过,叫做二位测距法(two-station rangerfinder system),具体是在前后桅杆等高位置设观测点,事前约好对目标舰的相同位置分别测方位角,利用桅杆间的已知距离为三角形的底边,再加上两个方位角来测出距离。

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 楼主| 发表于 2012-5-18 22:33:42 | 显示全部楼层
本帖最后由 mathewwu 于 2012-5-18 22:55 编辑
gurkha 发表于 2012-5-18 21:08
谢谢, 就是offset battle practice。那如果是拖靶船射击训练的话,射击舰是否可自行通过着弹点观测来判断 ...


offset battle practice是没有靶子的,就是以目标舰为射程基准,在射向(deflection)上规定偏移多少度的一片海域,所以距离偏差就是由目标舰对正舰尾,像楼上那张照片一样观测弹着,只不过用尾流航迹取代拖靶而已。这种射法不仅用在打靶,也用在射击船头前方警告敌对或不明船舰停船或转向。英国人不叫它offset而叫throw-off 。

不论有没有实际的拖靶,也不论是不是考测,有更良好角度的观测者在近旁记录评点总是客观的,而且距离校射法的起源就是因为射击舰相对看不准远处弹着的距离误差值,所以实战中最好的弹着记录及炮术评点往往是出自被射击的敌人。

1880年代的英美法海军都实验过单舰两点测距法,通常在前后舰桥或桅杆各设一个测点,不过这种位置安排对正首尾向目标完全无法测距,甚至接近首尾的小夹角目标都测不准。1893年与Barr & Stroud重合式自备基线单点测距仪竞争皇家海军标案败下阵来的就是一种两点测距仪。

下士

八年服役纪念章

发表于 2012-5-20 11:39:46 | 显示全部楼层
mathewwu 发表于 2012-5-18 22:33
offset battle practice是没有靶子的,就是以目标舰为射程基准,在射向(deflection)上规定偏移多少度的一 ...



这张截图就是您老所说的目标舰观测架,观测军官以当中的圈为原点对准靶子,以此读出每个弹着点过射和欠射的距离,他身后的水兵负责记录数据。水兵是否再通过佩戴的无线设备实时将数据传回射击舰哪?



箭头所指设备是不是雷达波反射器,用来增大射击舰雷达反射信号,弥补靶子太小信号弱的不足?



这是什么设备?看片中像是用来航向调正的,还请马老科普。

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八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 2012-5-20 12:04:52 | 显示全部楼层
gurkha 发表于 2012-5-20 11:39
这张截图就是您老所说的目标舰观测架,观测军官以当中的圈为原点对准靶子,以此读出每个弹着点过射和欠 ...

兄弟你的资料搜集能力太惊人了,给个电影的链接吧。

我也没有那naval target practice的准则,大家一起猜吧。我猜第一图的话务兵要同步把弹着记录报给作图室作图上标记。第二图同意你的看法。第三图应是一般的瞭望哨用标定大略方位的航海罗盘。

下士

八年服役纪念章

发表于 2012-5-20 13:05:28 | 显示全部楼层
mathewwu 发表于 2012-5-20 12:04
兄弟你的资料搜集能力太惊人了,给个电影的链接吧。

我也没有那naval target practice的准则,大家一起 ...

实在抱歉,片子是我在PT上下载的,所有PT站都要邀请注册(除非不定时开放时),而以我现在的级别又没有发邀请的资格,本想发给你整部片子,但是十几个G的容量太大了,一时又找不到合适的邮箱能发。幸好在电驴上找到个链接,马老试试看吧。

[凯恩舰叛变].The.Caine.Mutiny.1954.DVDRip.DivX3-SOUTHSiDE.avi (701.69 MB)

下士

七年服役纪念章

发表于 2012-5-22 21:42:04 | 显示全部楼层
对校射的理解又深了一层,感谢科普。
【这个ID已经被系统回收了】

一等兵

六年服役纪念章

发表于 2013-5-29 21:39:57 | 显示全部楼层
谢谢,科普贴太详细了,受益匪浅,努力学习!

二等兵

五年服役纪念章

发表于 2014-5-16 15:12:38 | 显示全部楼层
涨姿势了。。 谢谢

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