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火控小知识:什么是“弹着散布“?什么是“平均弹着“?

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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 2011-6-13 18:58:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
    前面已经讨论过,对射击数量的控制是通过齐射、半齐射等规则;对射击速度的控制是通过快射、慢射等规则;弹丸落水之后又有远近弹、夹叉弹、跨射弹等弹着定义,制定这些规则与定义的目的是要建构一套击中及瘫痪目标的控制程序。射控的进行过程为测量→计算→发射三阶段,虽然所有动对动投射要素的数理化算式早在19世纪末就已清楚,但各种测算设备的精密程度及运转速度却始终跟不上火炮越来越远的射程要求,于是种种的试射手段即应运而生,试图通过对射击结果的观察来修正原始测算的误差。但射击结果是否就会乖乖的符合测算的预期?不幸的是,即使是当代的无制导火炮的弹着散布,其变异度比二战末期的测算设备精度都还要来得大。现在就来看看弹着散布的成因:
    图1.是一个大口径舰炮齐射弹着散布示意。

    一群齐射弹在同一平台上以同一射击参数同时发射,为什么会在弹道终端产生那么大的变异?
影响弹着的主要因素有以下几项:
1.
发射药在质量、重量与温度上的变异影响初速即射程。
2.
弹丸在重量与圆度上的变异影响初速以及飞行姿态即射程射向。
3.
弹丸在弹环咬合紧密度上的变异影响初速。
以上是弹药的变异问题。
4.
炮管在烧蚀程度上的变异影响初速。
5.
炮管在重力下弯垂程度以及不同温度弯垂程度上的变异影响初速以及飞行姿态。
以上是炮管的变异问题。
6.
炮架与复进制退机构上的变异影响射角即射程。
7.
火炮与瞄准机构校正上的变异影响射角以及射向。
以上是炮架的变异问题。
7点还只是单门炮的变异,所以弹着散布是从单门炮就开始产生的,单门炮联装与单舰多炮位布置之后产生更多问题:
9.两门以上联装炮炮口相距过近,同时发射的弹丸出膛时尾部气流互相干扰影响射程射向。
10. 使用大直径转盘的炮位,转盘的形状变异影响射程射向。
11.使用多炮位在舰上分布位置的差异,共用一套指挥仪统一决定的射击参数会使弹着不指向同一个点。前后位差造成如下图2.FIGI的平行射束,高低位差则造成射程的不统一(高位发射的炮弹比低位的慢落水,故飞得较远)。炮位差可通过射控系统对每个炮位提供不同的射程射向补偿参数,或由各炮位根据统一参数自行补偿,对前后位差补偿的结果可达成如下图2.FIGII的收敛射束。平行或收敛射束战术虽然可通过射控系统决定,但炮位差事先没有校正好,参数补偿后仍然会影响射程射向。
   
炮位差还会带来更多细微的变异问题,比如发射时舰艏下顷而舰尾上扬这种外力造成的高低位差,其余就不细数了。
    各种因素中弹药问题可通过质检、弹药保养及选择批次来改正,炮管问题可通过微调仰角部分改正或更换炮管改正,炮架与炮位转盘问题可通过修配及调校改正。尾流干扰则采取同炮位各炮错开发射时间;甚至相邻的炮位都错开发射时间来避免弹丸飞行相互干扰,但错开时机也只是一瞬间,长了还是会因敌我位置持续的移动而增大散布。
    但即使硬件原始设计良好;偶发变异确实改正,仍然有无法避免的制造公差问题,那么,一种火炮、这种火炮联装、以及配备多座这种火炮炮塔的战舰能求得真实的平均弹着散布形态;以作为炮术的基准吗?有的,只要发射无限大数量的炮弹就可以求得,但这也等于求之不可得,所以真实弹着散布只有求之于概率。以下说明简略的应用:
    图1. 已介绍过的弹着散布形态与平均弹着点M.P.I.,下图3.介绍M.P.I.的求取方法:
但这个偏远90米偏右30米就是真实的平均弹着散布误差吗?显然6发齐射弹着是不足以代表无限大数的,下图4.是个2-12发齐射弹着散布概率误差比值的参考表格:

偏远90米偏右30米的可视误差要各乘上1.095才是真实误差,即偏远约99米偏右约33米。由图4.也可以看出为什么单纯试射时不需要动用全部火炮,因为一群4弹齐射的真实误差比值与8弹的所去有限,但一群只动用2弹就差大了。
    以上的说明表示所谓弹着散布不是单靠一次观察就可以决定的,而且这种逐发的弹着标定作业只有在海陆火炮试射场才可能进行,其结果是如同弹道射表一样;要拿来做为火炮射击控制的基准数据的。一般在没有经过标定布置的实弹演练;或在实际作战时所观察到弹着散布只是大约的估计,没有统计上的意义。
    既然离开了试射场就不能实际标定与精准计算M.P.I.,那么枪炮官是如何修正弹着的?说白了只是抓一个大概,无论使用望远镜或雷达幕都一样。 但如果连这个大概都不讲究,漫天乱飞的炮弹要挨上目标的机会就更没有了。所以无论弹着散布范围是大是小,要想击中目标首先要让M.P.I.靠上目标才有机会。下面的图5.就是以M.P.I.为基准修正弹着的例子:

经过修正后再度试射达成以下图6.的效果:

    为什么M.P.I.不需要落在目标中心点也会击中目标?这还是要回到弹着散布的概率形态来解释,下图7.是某型陆炮的单炮多发散布形态,同样也适用于多炮齐发散布形态,各种火炮之间除了散布范围的长宽比有不同之外,落弹百分比在统计上是通用的:
这就是为什么发生跨射时命中目标的机会很大的原因,因为M.P.I.越接近目标,齐射弹落弹密度越大,但是如果M.P.I.不靠近目标;也就是瞄准不够确实,再小的弹着散布范围也不会击中目标。下图8.就是散布与射控瞄准之间的关系(+为目标):
从图左上可看出,这瞄准确实的条件下,散布大或散布不规则所形成的跨射仍然有命中的机会。但如瞄准不够确实,即使发生图右下的又小又规则的散布则连跨射都不会形成,更别提命中了。那么要如何瞄准确实呢?这又回到头上的问题:测量→计算→发射都要确实,无奈直到BB快要退场的二战末期,对水上移动目标的测量能力才勉强能达到1-2轮齐射即形成跨射的地步,仿佛海战靠人品爆发的机会比科学要多,因此让海军迷对海战史有许多臆测的空间。也许这就是它引人入胜之处吧。
    本篇结束。下一篇将介绍种种的试射法。

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上士

五年服役纪念章

发表于 2011-6-15 16:47:07 | 显示全部楼层
偶才来,看不懂......
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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 2011-6-15 17:34:21 | 显示全部楼层
回复 g1447981787 的帖子

欢迎提问。
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下士

五年服役纪念章

发表于 2011-6-15 22:17:55 | 显示全部楼层
回复 mathewwu 的帖子

距离散布形态是不是以标准差(standard deviation)来量化的?
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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 2011-6-15 23:26:38 | 显示全部楼层
回复 gurkha 的帖子

应该是吧,我不相信有什么火炮会试射及标定几千发来求取散布形态。
下面这张分布图看得清楚些:

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上士

五年服役纪念章

发表于 2011-6-16 15:08:14 | 显示全部楼层
看着像命中百分率。。。。。。
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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 2011-6-16 17:00:24 | 显示全部楼层
回复 g1447981787 的帖子

5楼的图是说明;100发炮弹向同一个目标中心点发射,即便瞄准没有误差,但火炮与炮弹的内在误差还是会使炮弹落点按照上图的概率百分比分布在目标中心点前后左右。
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下士

五年服役纪念章

发表于 2011-6-16 22:06:44 | 显示全部楼层
版主的这段小知识是否可归纳为这样一句话:为了击中目标,尽量使弹着散布对目标形成跨射,而手段就是通过不断地调正平均弹着点。

可能的问题是在调正MPI的过程中,如何控制弹着散布形态的变化?
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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 2011-6-16 23:33:11 | 显示全部楼层
回复 gurkha 的帖子

的确可以归纳为你那一句话。我原来归纳的“枪炮官是如何修正弹着的?说白了只是抓一个大概。。。所以无论弹着散布范围是大是小,要想击中目标首先要让M.P.I.靠上目标才有机会“也是这个意思,你的更为贴近。

至于你问的如何控制弹着散布形态的变化?没有办法控制,比如4发中有3发彼此靠近,1发孤零零的与同群3发距离几百米,那么这1发会被当作wild-shot不规范弹忽略掉,而只取那靠近的3发的大约MPI来做这一群的修正基准。

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下士

五年服役纪念章

发表于 2011-7-10 08:47:05 | 显示全部楼层
本帖最后由 gurkha 于 2011-7-10 08:51 编辑

回复 mathewwu 的帖子

找到张更详细点的散布矩阵图,里面的概率应该是纵横轴上数字的乘积,请教版主的是纵横轴上的数字如何而来的?


P.S.  版主在以后的火控知识科普时能否顺带介绍下为何在射向测距上,雷达还是不及光学准确.

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少将

外务总督

五年服役纪念章元老荣誉纪念章旗手终身荣誉会员

发表于 2011-7-10 13:44:30 | 显示全部楼层
回复 gurkha 的帖子

纵横轴上的数字(比如6.25、4.0、1.75、0.5等)就是发射100发炮弹的情况下,各公算偏差区域内的平均弹着点数。因为6.25=4.00+1.75+0.5,所以6.25的范围被称为半数必中界(50%Zone)——这个词最早也是从日语中来的...
無敵の巨砲 雷と吼え
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上士

六年服役纪念章装甲精英

发表于 2011-7-11 18:51:58 | 显示全部楼层
学习了···· M大科普读物 越多越好哈····
皇国兴废 在此一役 诸君努力 奋勇杀敌
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下士

四年服役纪念章

发表于 2012-3-11 02:59:02 | 显示全部楼层
果然是学海无涯,感谢楼上各位高人,又长知识了
【这个ID已经被系统回收了】
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少尉

四年服役纪念章

发表于 2012-4-11 20:35:28 | 显示全部楼层
感谢楼主及楼上的高人,我一直不太懂火控的。
可怜无定河边骨,犹是春闺梦里人!
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禁止访问

三年服役纪念章

发表于 2013-5-14 12:07:59 | 显示全部楼层
考虑因素太多,很难想像在紧张的炮战中如何及时解算。好不容易造几门主炮,看这个情形,估计试炮又要打废几根。我觉得各国的BB上集中了本国最好的人、最好的钢、用最好的机器来造,这个性价比吗......
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中将

五年服役纪念章杰出服役十字勋章全球架空纪念章旗手

发表于 2013-5-14 22:21:00 | 显示全部楼层
史大白乎 发表于 2013-5-14 12:07
考虑因素太多,很难想像在紧张的炮战中如何及时解算。好不容易造几门主炮,看这个情形,估计试炮又要打废几 ...

试验炮所取得的数据是制定射表的基础,所以打废几根身管这种代价是必须付出的。
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列兵

发表于 2017-3-15 12:10:46 | 显示全部楼层
涨知识了~~
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列兵

发表于 2017-3-21 01:46:11 | 显示全部楼层
史大白乎 发表于 2013-5-14 12:07
考虑因素太多,很难想像在紧张的炮战中如何及时解算。好不容易造几门主炮,看这个情形,估计试炮又要打废几 ...

所以说战列舰是工业国才能建造的嘛。而且也和现在的航母一样有“舰运既国运”的特点。
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列兵

发表于 2017-5-12 18:51:26 | 显示全部楼层
新人请教一个问题。
最近正在看堤明夫先生的桜と錨の海軍砲術学校一些文章。其中也有涉及弹着散布。
http://navgunschl.sakura.ne.jp/k ... so/youso_sanpu.html
其中有这么一段:
そして射心と目標位置 (照準点、標的中心 (標心)) ◎ との距離を 「射心偏倚量」 と言います。 これも必要がある場合には 「遠近射心偏倚量」 「左右射心偏倚量」 と言いますが (左図の場合は左右は “0”)、単に 「射心偏倚量」 と言った場合には 「遠近射心偏倚量」 のこと を意味します。
また、斉射弾の 「射心」 の位置は、目標位置 (標心) からの各弾の距離 (偏倚量) の算術平均で求めます。


M.P.I.是不是和日语中 射心 是相同的概念?
还有日语里的 平均散布界 又是怎么一个概念?怎么算?
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下士

五年服役纪念章

发表于 2017-6-3 00:29:30 | 显示全部楼层
前辈对图4的阐释,在数学上似乎不正确:
图4的公式在统计学上是常见的通过样本标准差估计总体标准差的方法,这是由于样本标准差如果直接用1/n计算,是所谓有偏估计,所以需要做一修正,具体的做法可以见维基百科https://zh.m.wikipedia.org/wiki/ ... 4.E6.95.88.E5.BA.94。但是样本均值本来就是总体均值的无偏估计,所以并不需要修正。
回到射击散布的问题,平均弹着似乎对应均值而弹着散布似乎对应标准差,所以图4公式不应当适用于修正MPI,我尝试推导了一下,也没有找到怎样在均值上加上这个修正的方法。所以图4下方说“偏远90米偏右30米的可视误差要各乘上1.095才是真实误差,即偏远约99米偏右约33米”,这个修正是否不应有?
这是根据统计学知识而言的,不过我也不是统计学的专家,是否忽略了什么因素,请前辈指正。
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