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炮术革命:二战快速战列舰的炮术 (二:炮术演练)

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发表于 2015-4-12 19:15:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 mathewwu 于 2016-4-3 12:47 编辑

《炮术革命:二战【美军】快速战列舰的炮术》(Fast Battleship Gunnery during WWII: A Gunnery Revolution)是军武大佬费谢尔和纠伦斯(Brad D. Fischer and W. J. Jurens)发表在2005年第2号《战舰国际期刊》(Warship International)的火控力作,附加大量注解及图表,为方便阅读,译稿将其与主文并做一块,并另加译者补充说明。下文中( )括弧为原注,【 】括弧为译注。已发表章节如下:

炮术革命:二战快速战列舰的炮术 (一:火控雷达)
炮术革命:二战快速战列舰的炮术 (二:炮术演练)
炮术革命:二战快速战列舰的炮术 (三:打靶案例)

感谢ssvcrtfi和gurkha网友提供的原始资料。


二:二战期间炮术演练

珍珠港事变使得美国海军短暂的乱了方寸。战争的现实代表承平时代的训练势必不能继续,对人员与物质的大量需求使得长期训练无法进行,因为弹药、标靶、和火炮都损耗不起,尤其是在初期那几个月里。(有一位仁兄甚至说要打靶不如直接去找日本人练靶…)。舰上官兵不仅由一大群毫无经验的人员组成,还要面对许多需要学习的新装备。如果在这种编组下还要派往前线,要想保持适当的训练无疑更是难上加难。预算的大幅增加似乎看来比战前有更多的实弹射击机会,但就发射的数量来讲却反而要少,不过每一两个月都能练习可以使全炮台组员都能累积经验。

二战期间主炮台演练的程序与战前差不多,通常就“实舰偏移射击训练”(offset practice)和传统的“拖靶射击训练”这两种,这两种各有其优缺点。偏移射击是以一艘实际航行中的友舰做为目标,对其进行光学或雷达瞄准,但实际火炮射击时却故意转向目标后方一段水域。虽然此种方式有一定的危险性,但可为雷达提供够大的【回波】目标,尤其是在远距离上。此外也可用目标舰当基准来标定落弹的远近。【因为距离基本还是以目标舰为准,如果射击准确,炮弹将会落在目标舰尾流产生的航迹附近,在目标舰尾可以很好的观察弹着。可延伸阅读 http://www.zhanliejian.com/forum.php?mod=redirect&goto=findpost&ptid=3298&pid=63478】。基于安全是第一要务,所以这个方向偏移角度会大到4-5度(70-88密位),同时也排除了目标与射击线接近平行的大幅机动形式,因为这样一来弹着点与目标之间的关系将会变得不明显,从而失去目视校射弹着的基准。

与雷达校射比起来,【桅顶】目视校射需要极高的技巧,飞机目视校射的难度则介于两者之间。目视校射在校正距离之前必须先校射方向,也就是要先达成“射正”【(in-line)即不论远近要让射击线通过目标中心点】,然后才能决定距离上的平均弹着点。由于偏移射击的真实射击方向永远不可能通过目标舰,自然也就不可能目视修正平均弹着点。虽然目视校射远距离偏移射击时有不易辨识目标的危险顾虑,利用雷达校射远距离偏移射击却相对安全,因为目标舰的雷达讯号强烈。但是在实施雷达校射远距离拖靶射击时却多少存在危险性,在盲射场合下靶船与拖靶有混淆的可能,甚至在大晴天也会发生。BB-64威斯康辛号1944年8月为兵器局进行一次雷达校射测试,它从30000码起开测,但到35000码时停测,原因是距离太远无法以光学目视确认拖船安全。在1945年浮橇式拖靶(sled target,又称战斗浮筏battle raft)充分供应前,前线部队的主炮台都还是采用实舰偏移射击训练,舰只在返回或离开前进基地如乌里西环礁或珍珠港时才会实施拖靶射击。本文所分析的演练报告多半都是拖靶射击的。

【图说: 这是一战时期拍摄的60 x 20英尺浮筏,二战时期仍然沿用。战斗浮筏有长至172英尺的用来模拟战列舰。附图非原文】。

作为一个火炮射击的实体瞄准点,拖靶可为校射员及指挥仪的全体组员提供最接近现实的过程,所以应尽可能的进行这种演练。拖靶通常系连在拖船尾后1200-2500码,能够较容易的以各种航向及航速机动。不过拖靶机动也有限制,它本身的性能就不一定都跟得上拖船的运动,而顾虑到水漂弹和不规弹,射击线与目标航线交角通常不能低过30度。浮橇要能方便运送至前线,表示它不能做得太大,而且要是演练效果良好,表示它不容易保持完整。60系列浮橇上张起的靶网长度及高度只有50 x 20英尺(15.2 x 6.1米),而40系列更只有25 x 15英尺(7.6 x 4.5米),还不及一部半拖车长。那么小的外形实在不易目视,尤其在远距离外。Mk 38指挥仪顶上的Mk 48测距仪,其镜头视角只有22.7密位,要是在30000码外,50英尺长的浮橇在镜头里只占0.55密位,还不及中分测距菱标一半的大小(见图FIGURE 5)。

【图说:
。上方为Mk 48测距仪使用25倍放大镜头,在30000码外观测大和号的比例示意。在863英尺长的巨舰左边,无论40或60系列浮橇都只是一个小黑点。使用体视式测距仪真实测距或校射时,要把目标放在中分线上对正大菱标,菱标上下左右的间隔标线是校射弹着远近和方位偏差的参考指标,远近间隔50-100距离误差单位,方位间隔5-2.5密位。
。中右的等式是基线光学测距仪的简易测距误差公式,体视式及合像式均适用。e为测距误差,R为测得距离除以1000,B为测距仪基线长,M为放大倍率,58.2为常数(此常数各国不同,德日使用48.5)。例如Mk 48基线长26.5英尺合8.833码设为B,放大倍率25倍设为M, 设测得距离为30000码,除以1000得30设为R, 则按简易公式求得Mk 48在30000码上的误差e = 58.2 x ( 30 x 30 ) / ( 8.833 x 25 ) = 237.2码,如使用德日制的常数则误差为197.7码。有这个差异是因为德国光学界认为人类的视觉度可以分辨出小至10弧秒的差异,而美国人则采取较为宽松的12弧秒,还有的国家采用更宽松的15弧秒,常数48.5 : 58.2 = 10 : 12,所以德日公式计算出来的误差比英美的要小20%。以上公式只是理论误差,实际光学测距误差在海象、能见度、及测手临场身心状况影响下多出一两倍比比皆是。
。下方方格图的纵坐标为测距误差或散布范围,横坐标为距离,单位均为码。两条曲线段分别代表26.5英尺基线与40英尺基线测距仪的测距误差,数值即来自以上公式。直线段则为16英寸舰炮在不同距离上9弹齐射的距离散布范围】。

在雷达火控的场合,传统的浮橇可能在第一轮就被打坏了。为了便于修复,一战以来的拖靶都采用木质,虽然目视没有问题,但需要加上电波反射器才能让雷达探测得到。有些反射器可以被Mk 8雷达在35000码上测得,但这种情形并不常见,还要特别调整反射器以适配Mk 8的频率。60系列浮橇上的电波反射器一般可在25000-28000码以内被测得。

这些问题往往使得远距离的射击演练无法进行。1944年8月底当南达科他号离开珍珠港作整修后的检测训练时就遭遇到困难,原本以为加上电波反射器的60系列浮橇可以用来进行全雷达火控,而把计划定在34000码上开火,结果一直逼近到29000码雷达才捕捉到回波。南达科他号随即开火,但只能使用光学对拖靶测方位角,因为雷达测角信号不良。如果把目标从拖靶换成敌人战舰,在这些距离上哪怕是驱逐舰也会有够强的雷达讯号来进行交战。更新更强的Mk 13雷达问世后,即使没有做任何改进的60系列浮橇都能增加【雷达测拖靶的】距离性能。不过问题仍然存在,1945年3月底做主炮打靶演练的阿拉巴马号就曾报告:

“水面射击只有60系列浮橇可以用。用来进行全雷达火控完全没有问题,但外形太小使得它无法提供目视校射。缺乏目视校射的演练机会,正反映出桅顶和测距仪校射员在这方面的低下表现”。

南达级后火控塔楼【上有指挥仪】Spot II较低的位置带来更多问题。Spot II高出水线63英尺(19.2米),只有前方Spot I的124英尺(37.8米)一半高度。按极限视距公式R = 2460 * sqrt (H)(R是以码为单位的极限视距,2460是常数,H是以英尺为单位的观测者高度),Spot I的塔顶雷达天线至地平线的极限视距理论值为27400码,即27400 = 2460 * sqrt (124),Spot II的为19500码。较低的极限视距使得Spot II很难追踪及校射远距离外的目标,经常出现“无法观测”的结果,因为浮橇已被拖到地平线下了。【由于雷达波可少许扩散到地平线下,而光线则不会弯曲,所以在使用以上计算极限视距的公式时,光学的约是雷达的95%,当然这是假设没有能见度的限制。另外若是被观测者也有高度,则最远的相互通视距离为双方观测者的地平线极限视距相加,也就是R = 2460 * [sqrt (H1) + sqrt (H2)],例如光学指挥仪的高度盐湖城号是117英尺,那智号是79英尺,那么理论上双方的指挥仪望远镜可在2460 * [sqrt (117) + sqrt (79)] * 0.95 = 46050码上互相看到对方,但此时双方指挥仪以下的舰体都还隐没在地平线下,要随着距离拉近才会逐渐显现】。

【图说:红圈内是南达科他号的指挥仪Spot I & II,前方火控塔顶上的Spot I高度37.8米,后方火控塔顶上的Spot II高度19.2米。附图非原文】。

不论实施偏移射击还是拖靶射击,命中与否不是以拖靶本身来决定,而是靠推定的。这个“推定目标”(constructive target)是由数学定义出来的以瞄准点为中心的周边区域,模拟一艘船舰遭受打击的面积。为了方便计算,推定目标被简化成长方形,而且通常横宽固定,纵长则随距离改变,这个改变还会随弹着角度而有所不同,也就是要模拟某型船舰面对不同火炮弹道的被弹面积投影(见图FIGURE 6)。

【图说: 此示意图左栏从上到下为大和号分别在30000码、20000码、10000码距离上,面对16“/50主炮以2500英尺/秒初速发射2700磅炮弹落下的弹道轨迹所形成的长宽高总和被弹面积(以平方英尺计)。图中栏从上到下的长方块是16“/45主炮以2300英尺/秒初速发射2700磅炮弹打靶时使用的推定目标被弹面积,右栏从上到下的长方块是16“/50主炮以2500英尺/秒初速发射2700磅炮弹打靶时使用的推定目标被弹面积,同样是从上到下对应30000码、20000码、10000码三种距离。从图上可以很容易看得出来距离越远目标的被弹面积越小,而初速较高弹道较平的16“/50 Mk 7在各种距离上的危险界也就是打击纵深都稍大于16“/45 Mk 6】。

前面提过,二战期间主炮的射击演练菜单不止新的雷达校射这一种,其他还有日间战斗演练、夜间战斗演练、日间校射演练、夜间校射演练、炮塔局部火控演练、和偏移校准演练。每种演练均有其目的,像日间战斗演练要尽可能模拟日间战斗的所有情况,而雷达校射演练顾名思义就是在训练人员以雷达校射。夜间战斗演练的细节与战前差异不大,只有探照灯和照明弹这类夜间照明措施,因雷达出现变得过时而不再被强调。雷达的问世使得在大白天也可进行夜间战斗演练,只要关上光学仪器窗口使用全雷达火控即可。这个效果比在真正的夜间演练还要好,因为靶船可以更容易记录弹着。1944年苏里高海峡之战足可以显现出当时美海军夜战的效力。

既然演习的主要目的是训练,那自然期望全体组员都能参与所有科目,这表示每一校射阵位的每一位校射员都能参与每一次的校射,当然很明显的主炮计算室不会接收或采纳所有的校射员的数据。演练完毕后所有的资料都会收集起来,比对校射记录与MPI之间的差距,并作出趋势分析。

大部分主炮演练都是从日间战斗演练变化而来的,主要模拟在中至远距离以舰炮攻击敌方船舰。主炮台组大致以下列模式操作:
。前火控组主控计算室。
。前指挥仪(Spot I)主控射击方向。
。Mk 8雷达主控射击距离。
。垂直稳定仪主控纵轴与横轴水平以及发射电门。
。炮塔设在自动连续瞄准【即RPC】。
。以全装药发射靶弹或穿甲弹。(经由射击演练发现Mk 9或Mk 18靶弹的弹道与Mk 8穿甲弹之间的差异很微小)。
【新泽西号吐鲁克战报即报道采取此一标准火控模式】。

大部分先发的主炮组都可以击中目标,但在射击拖靶时会故意偏移角度以免演练才开始就把拖靶打烂了。由于拖靶很小距离又远,做出这样的预防措施也许可以认为当时射击演练的准头都不太差。前火控组担当多数时间的主炮控制作业,但是人员的战斗损伤很容易降低战力,所以演练中要常规的反复的换手换班以模拟人员战损,在进行到一定时间甚至是打到一半时插入状况。而火炮及火控设备是很复杂的东西,对战损的模拟虽不能像换人操作那样经常练习,但工夫也要做足。

战列舰和其他美海军舰艇一样,每一年度都有固定数量的弹药预算要消耗在训练上。如何分配与平衡预算是战列舰队司令的职责,他可以举行多次演练,每次使用较少弹药,但这样怕训练不够扎实。他也可以在年头上就举行大规模的演练,但是万一下半年要出重大任务,战斗前的集训又会缺乏弹药。战时典型的射击演练通常一次消耗27至36发弹药,大部分实施3炮齐射,间以一或二次8炮或9炮齐射。如果遇上兵器局要求的测试或大修后的检验场合,就有获得更多的试射弹药以及实施更多次较多炮齐射的机会。某些特殊场合下还有消耗更大量弹药的机会,比如下图爱达荷号实施的“清仓射击”,把舰上库存的主炮弹药全数打光。

【图说:这两张照片是1942年10月10日在400英尺低空由飞机拍摄的弹着记录,射击线从图左延伸至右方。水柱看起来较一般为小,这是因为要评估确实的弹着落点,必须在水柱还未形成最高大状态时就要拍摄所致。上下图均为6炮齐射,但上图第I-9轮由于I号炮塔右炮哑火故只有5条水柱,下图第J-10轮则是4、5两发水柱接近合体。射击距离约25600码。I-9轮的平均弹着点(Mean Point of Impact, MPI)与拖靶之间的误差只有-2码(近端),整体弹着距离散布范围393码,J-10的误差+331码(远端),范围490码。】

使用3炮齐射进行演练其实是不得已的人为规定,因为3炮齐射并不好控制。少弹数齐射不仅较难用雷达校射,而且上一轮与下一轮之间的MPI经常会出现较大的移动及不可测性。当时的战斗条令明确规范战列舰要以全齐射攻击诸如敌战列舰及巡洋舰等大型目标。灵活的驱逐舰在火控上较比麻烦,需要缩短齐射间隔来对付,这表示3炮齐射较为合适。这个做法改变了战前的条令,那时是要求使用副炮集中弹幕来对付这类机动目标。

美海军战列舰炮术条令要求尽快命中敌人,这表示射速和准头都要兼顾。理想的射速标准是2 SPGPM即每门炮每分钟2发(美军使用Shots Per Gun Per Minute来表示每分射速单位,简写为SPGPM)。为了使炮手习惯快射与慢射的不同步调,演练时经常在半途进行快慢转换【(slow fire)慢射是射击后须等待炮弹落水,对弹着进行校射后才再发射下一轮的射法。(rapid fire)快射则不需要等待校射】,从这种转换练习很难建立出整体性的SPGPM,3炮齐射的轮动方式使得射速标准更难建立。在轮动的情形下,当某一火炮或炮塔在射击时其他的火炮可以进行装填弹药,这样做出来的SPGPM自然有水分,避免这种不实的方法是规定只有前一轮射击完毕后炮手才可以装弹。

我们的研究找出九次可准确量度出射速的快射模式演练,得出1.69 SPGPM的平均值。阿拉巴马号曾做过两次不进行快慢转换的演练,以全部炮塔连续做出6炮以上的多炮齐射,这也是我们所能找到快速战列舰以最接近正常交战情况所做出的演练记录。第一次是在1945年3月29日该舰大修后所做的日间战斗演练,平均射击距离20050码。第二次在同年4月12日,平均射击距离27150码。第一次演练的射速是1.87 SPGPM,第二次的是1.84 SPGPM,不过第二次距离要稍微远些。这两次演练的射速还算接近每分2发的目标。(在第一次演练中,阿拉巴马号前半场用前两座炮塔打出5轮6炮齐射,后半场用后炮塔打出5轮3炮齐射。第二次演练则使用9炮齐射,5轮只打出36发。值得注意的是尽管两次演练的距离变化达7000码,但只影响0.03 SPGPM的射速,相当于10分钟的全齐射只差3发)。

包括美国海军在内的多国海军都使用每门炮每分钟命中弹数HPGPM(H = Hits)而非单纯的百分比来评估命中值。这个数字是以命中弹数除以火炮持续发射的时间。在第二次演练中阿拉巴马号在全部20.52分钟的发射时间内命中推定目标6次,6 / 20.52 = 0.292 HPGPM。另外一种较不精准的计算法是用命中率乘上SPGPM,第一次演练打出45发命中7发的命中率为15.56%,射速为1.87 SPGPM,0.1566 * 1.87 = 0.291 HPGPM。由于许多记录中并没有命中弹数,所以常常无法算出HPGPM。 好在本文附录中的概率模型可以用SPGPM、MPI、TMD 【True Mean Dispersion, 真实平均散布】这三项条件合理推估HPGPM。(在取得的23份报告中只有3份有足够的数据可以求出HPGPM。许多报告虽然也有记录弹着数或命中弹数,但大多不是在快射模式下进行的,又或是没有发射持续时间或SPGPM)。



(二:二战期间的炮术演练)已译毕,开放讨论。

预告下一帖(三:实际打靶案例)。

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上尉

五年服役纪念章旗手

发表于 2015-4-12 20:02:34 | 显示全部楼层
这么看要是远距离交火(25000码上下)时前指挥仪(spot 1)出现损伤或者失能的话,角度观测和校射能力会下降不少啊
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上将

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 2015-4-13 14:10:35 | 显示全部楼层
akagizuo 发表于 2015-4-12 20:02
这么看要是远距离交火(25000码上下)时前指挥仪(spot 1)出现损伤或者失能的话,角度观测和校射能力会下 ...

二战几乎所有轻巡以上战舰都有后指挥仪,位置都比后烟囱低,所以受地平线极限视距的限制也都差不多。
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中将

六年服役纪念章荣誉勋章元老荣誉纪念章行政立法委终身荣誉会员

发表于 2015-4-13 21:30:30 来自手机 | 显示全部楼层
"1944年苏里高海峡之战足可以显现出当时美海军夜战的效力。"

这是讽刺吗......
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上将

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 2015-4-13 22:57:34 来自手机 | 显示全部楼层
本帖最后由 mathewwu 于 2015-4-13 23:00 编辑
LeSoleil 发表于 2015-4-13 21:30
"1944年苏里高海峡之战足可以显现出当时美海军夜战的效力。"

这是讽刺吗...... ...

嘻,他们大概想说,如果当时是在大白天进行雷达火控盲射,苏里高的战绩就可以被记下来证明美军在夜战的效力了。
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一等兵

三年服役纪念章

发表于 2015-6-14 16:33:18 | 显示全部楼层
【从图上可以很容易看得出来距离越远目标的被弹面积越小,而初速较高弹道较平的16“/50 Mk 7在各种距离上的危险界也就是打击纵深都稍大于16“/45 Mk 6】。

这算是初速高的一个好处?
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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 2015-6-14 22:41:06 来自手机 | 显示全部楼层
cuirassier 发表于 2015-6-14 16:33
【从图上可以很容易看得出来距离越远目标的被弹面积越小,而初速较高弹道较平的16“/50 Mk 7在各种距离上的 ...

这算是[同一弹种下]初速高的一个好处。
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