Войти
Рисунок 1: Баллистический вычислитель Ford Mk 1. Название «Rangekeeper» стало неадекватным для описания все более сложных функций дальнобойщика. Баллистический вычислитель Mk 1 был первым дальномером, который назывался компьютером. Обратите внимание на три пистолетные рукоятки на переднем плане. Слева подает сигнал тревоги, что орудия вот-вот начнут стрелять, центр ведет огонь в автоматическом режиме (контролируется Range Keeper), а справа - ручная стрельба. Стрелки использовали электромеханические управляющие огнем компьютеры. в первую очередь в начале 20-го века. Это были сложные аналоговые компьютеры, чья разработка достигла своего апогея после Второй мировой войны, в частности компьютер Mk 47 в системе управления огнем Mk 68 Gun Fire Control. Во время Второй мировой войны дальнобойщики вели огонь по суше, морю и воздуху. В то время как дальнобойщики широко использовались, самые сложные дальномеры были установлены на военных кораблях для ведения огня из дальнобойных орудий.
Эти вычислительные устройства на военных кораблях должны были быть сложными из-за проблемы Расчет углов орудия в морском сражении очень сложен. В морском сражении и корабль, стреляющий из пушки, и цель движутся относительно друг друга. Кроме того, корабль, стреляющий из пушки, не является устойчивой платформой, потому что он будет крен, тангаж и рыскание из-за воздействия волн, изменения направления корабля и стрельбы с борта. Смотритель также выполнил необходимые расчеты баллистики , связанные со стрельбой из ружья. Эта статья посвящена судовым дальнобойщикам ВМС США, но основные принципы работы применимы ко всем дальнобойщикам, независимо от того, где они были размещены.
Дальномер определяется как аналоговая система управления огнем, выполняющая три функции :
В начале истории морского управления огнем доминировало поражение целей в пределах видимости (также называемое прямой наводкой ). Фактически, большинство морских сражений до 1800 года велось на дальностях от 20 до 50 ярдов (от 20 до 50 м). Даже во время Гражданской войны в США знаменитое столкновение между USS Monitor и CSS Virginia часто проводилось на расстоянии менее 100 ярдов (90 м). Со временем морские орудия стали крупнее и имели большую дальность действия. Вначале прицеливание производилось методом артиллерийской наводки. Обнаружение артиллерийского орудия включало в себя стрельбу из пушки по цели, наблюдение за точкой попадания снаряда (падение выстрела) и корректировку цели в зависимости от того, где наблюдалось приземление снаряда, что становилось все труднее и труднее дальность стрельбы увеличилась.
Между Гражданской войной в США и 1905 г. в систему управления огнем были внесены многочисленные небольшие улучшения, такие как оптические прицелы и оптические дальномеры. Были также улучшены процедурные аспекты, такие как использование картографических досок для ручного прогнозирования положения корабля во время боя. Примерно в 1905 году стали доступны механические средства управления огнем, такие как Таблица Дрейера, Дюмарес (которая также была частью Таблицы Дрейера) и Часы Арго <99.>, но этим устройствам потребовалось несколько лет, чтобы они получили широкое распространение. Эти устройства были ранними формами дальнобойщиков.
Проблема управления стрельбой на дальних дистанциях стала предметом особого внимания во время Первой мировой войны с Ютландской битвой. Хотя некоторые считали британцев обладателями лучшей системы управления огнем в мире в то время, во время Ютландской битвы только 3% их выстрелов попали в цель. В то время англичане в основном использовали ручную систему управления огнем. Один британский корабль в бою с механической системой управления огнем показал лучшие результаты стрельбы. Этот опыт способствовал тому, что дальнобойщики стали стандартной проблемой.
Первое развертывание дальнобойщика ВМС США было на USS Texas в 1916. Из-за ограничений технологии в то время первые пастыри были грубыми. Во время Первой мировой войны дальнобойщики могли автоматически генерировать необходимые углы, но моряки должны были вручную следовать указаниям дальнобойщиков (задача, называемая «следование указателю» или «следование указателю»). Следование по указателю могло быть точным, но экипажи, как правило, допускали непреднамеренные ошибки, когда утомлялись во время длительных боев. Во время Второй мировой войны были разработаны сервомеханизмы (называемые «силовыми приводами» в ВМС США и RPC в Королевском флоте), которые позволяли орудиям автоматически подчиняться командам дальнобойщика без ручного вмешательства. Модель Mk. 1 и Mk. В компьютерах 1А было около 20 сервомеханизмов, в основном позиционных сервоприводов, для минимизации крутящего момента на вычислительные механизмы. Королевский флот впервые экспериментально установил RPC на борту HMS Champion в 1928 году. В 1930-х годах RPC использовался для управления военно-морскими прожекторами, а во время Второй мировой войны его постепенно устанавливали на помпы. крепления pom и директора, 4 дюйма, 4,5 дюйма и 5,25 дюйма артустановки.
В течение длительного срока службы дальнобойщики часто обновлялись по мере развития технологий, и к Второй мировой войне они стали важной частью интегрированной системы управления огнем. Включение радара в систему управления огнем в начале Второй мировой войны дало кораблям возможность вести эффективную стрельбу на больших расстояниях в плохую погоду и ночью.
Во время Второй мировой войны возможности дальнобойщика расширились до такой степени, что название «дальнобойщик» было сочтено неадекватным. Термин «компьютер», зарезервированный для человеческих калькуляторов, стал применяться к дальнобойному оборудованию. После Второй мировой войны цифровые компьютеры начали заменять дальнобойщиков. Однако компоненты аналоговой системы дальномера продолжали стоять на вооружении ВМС США до 1990-х годов.
Производительность этих аналоговых компьютеров была впечатляющей. Боевой корабль USS North Carolina во время испытаний 1945 года смог обеспечить точное ведение огня по цели во время серии высокоскоростных разворотов. Возможность маневрировать при поражении цели является большим преимуществом для военного корабля.
Ночные морские сражения на больших дистанциях стали возможны, когда данные с радара можно было вводить в дальномер. Эффективность этой комбинации была продемонстрирована в ноябре 1942 г. в Третьей битве у острова Саво, когда военный корабль США Вашингтон вступил в бой с японским линейным крейсером Киришима с дальности 8 400 ярдов (7,7 км) ночью. «Киришима» загорелась, получила несколько взрывов и была затоплена ее командой. Она была поражена девятью 16-дюймовыми (410-мм) снарядами из 75 выпущенных (коэффициент попадания 12%). Обломки "Киришимы" были обнаружены в 1992 году и показали, что вся носовая часть корабля отсутствует. Японцы во время Второй мировой войны не разработали радар или автоматическое управление огнем до уровня ВМС США и оказались в очень невыгодном положении. Королевский флот начал внедрять гироскопическую стабилизацию своих направляющих прицелов в Первую мировую войну, и к началу Второй мировой войны все военные корабли, оснащенные управляющими прицелами, имели гироскопические прицелы.
Последнее боевое действие для аналоговых дальнобойщиков, по крайней мере, для ВМС США, это было во время войны в Персидском заливе 1991 года, когда дальнобойщики на линкорах Айова-класса направили свои последние снаряды в бою.
Смотрители были очень большими, и в конструкции кораблей нужно было предусмотреть условия для их размещения. Например, компьютер Ford Mk 1A весил 3150 фунтов (1430 кг). Опорные пластины механизма 1 / 1A, некоторые толщиной в дюйм (25 мм), были изготовлены из алюминиевого сплава, но, тем не менее, компьютер очень тяжелый. По крайней мере, на одном снятом корабле-музее эсминец USS Cassin Young (сейчас в Бостоне), компьютер и Stable Element, скорее всего, все еще находятся под палубой, потому что их так трудно удалить.
дальнобойщикам требовалось большое количество электрических сигнальных кабелей для линий передачи синхронных данных, по которым они получали информацию от различных датчиков (например, наводчика пушки, питометра, дальномера, гирокомпаса) и отправляли команды к пушкам.
Эти компьютеры также должны были быть чрезвычайно прочными, отчасти для того, чтобы выдерживать удары, создаваемые стрельбой из собственных орудий корабля, а также выдерживать воздействие вражеских ударов по другим частям корабля. Им нужно было не только продолжать работать, но и оставаться точными.
Механизм Ford Mark 1 / 1A был смонтирован в паре больших отливок приблизительно кубической формы с очень широкими отверстиями, причем последние были закрыты отливками с уплотнителями. Отдельные механизмы устанавливались на толстые пластины из алюминиевого сплава и вместе с соединительными валами постепенно устанавливались в корпус. Прогрессивная сборка означала, что будущий доступ к большей части компьютера потребовал постепенной разборки.
Компьютер Mk 47 был радикальным улучшением доступности по сравнению с Mk 1 / 1A. По форме он был больше похож на высокий, широкий шкаф для хранения вещей с большинством или всеми циферблатами на передней вертикальной поверхности. Его механизм состоял из шести секций, каждая из которых смонтирована на очень тяжелых выдвижных направляющих. За панелью обычно находились горизонтальная и вертикальная монтажные пластины, расположенные в форме тройника.
Стрельба на дальние дистанции - это сложное сочетание искусства, науки и математики. Существует множество факторов, которые влияют на окончательное размещение снаряда, и многие из этих факторов сложно точно смоделировать. Таким образом, кучность орудий линкора составляла ≈1% от дальности (иногда лучше, иногда хуже). Повторяемость от снаряда к снаряду составляла ≈0,4% от диапазона.
Для точной стрельбы на дальние дистанции необходимо учитывать ряд факторов:
Расчеты для прогнозирования и компенсации всех этих факторов сложны, частое и подверженное ошибкам, когда выполняется вручную. Отчасти сложность связана с объемом информации, которую необходимо интегрировать из множества различных источников. Например, информация от следующих датчиков, калькуляторов и наглядных пособий должна быть объединена для создания Решение:
Чтобы увеличить скорость и уменьшить количество ошибок, военные почувствовали острую необходимость автоматизировать эти вычисления. Чтобы проиллюстрировать сложность, в таблице 1 перечислены типы входных данных для Ford Mk 1 Rangekeeper (около 1931 г.).
| Переменная | Источник данных |
| Диапазон | Звонок с дальномера |
| Курс собственного судна | Повторитель гирокомпаса |
| Скорость собственного судна | Журнал питометра |
| Курс на цель | Первоначальные оценки для управления нормой |
| Целевая скорость | Первоначальные оценки для управления нормой |
| Пеленг на цель | Автоматически от директора |
| Данных по наблюдению | Споттер, по телефону |
Однако даже с учетом всех этих данных прогнозы дальнобойщика не были безошибочными. Прогнозные характеристики дальнобойщика могут быть использованы против этого. Например, многие капитаны при атаке из дальнобойных орудий будут совершать жестокие маневры, чтобы «преследовать залпы» или «держаться подальше от выстрела», то есть маневрировать к месту, где произошел последний залп. Поскольку дальнобойщики постоянно прогнозируют новые позиции для цели, маловероятно, что последующие залпы поразят позицию предыдущего залпа. Практические дальнобойщики должны были предположить, что цели движутся по прямой с постоянной скоростью, чтобы удерживать сложность в допустимых пределах. Был построен гидролокатор для отслеживания цели, движущейся по кругу с постоянным радиусом поворота, но эта функция была отключена.
Данные передавались вращающимися валами. Они были установлены в кронштейнах на шарикоподшипниках, прикрепленных к опорным плитам. Большинство углов было под прямым углом, чему способствовали угловые шестерни с соотношением 1: 1. Модель Mk. 47, который был разделен на шесть секций на сверхмощных направляющих, соединял секции вместе с валами в задней части шкафа. Продуманный дизайн означал, что данные, передаваемые этими валами, не требовали ручной установки нуля или выравнивания; имело значение только их движение. Одним из таких примеров является выходной сигнал вспомогательного отслеживания от ролика интегратора. Когда секция возвращалась в нормальное положение, муфты валов сцеплялись, как только валы вращались.
Общие механизмы в Mk. 1 / 1A включал в себя множество дифференциалов с угловой передачей, группу из четырех трехмерных кулачков, несколько интеграторов с диском, шариком и роликом и серводвигатели с соответствующим механизмом; все они имели громоздкие формы. Однако большинство вычислительных механизмов представляли собой тонкие стопки широких пластин различной формы и функций. Данный механизм может иметь толщину в дюйм (25 мм), возможно, меньше, а несколько из них могут иметь диаметр 14 дюймов (36 см). Пространство было в дефиците, но для точных расчетов большая ширина позволяла увеличить общий диапазон движения, чтобы компенсировать небольшие неточности, возникающие из-за неплотности скользящих частей.
Модель Mk. 47 был гибридом, выполняя некоторые вычисления электрически, а остальное - механически. У него были шестерни и валы, дифференциалы и полностью закрытые дисково-роликовые интеграторы. Однако в нем не было механических умножителей или резольверов («решателей компонентов»); эти функции выполнялись электронно, а умножение осуществлялось с помощью прецизионных потенциометров.
В модели Mk. 1 / 1A, однако, за исключением сервоприводов с электроприводом, все вычисления были механическими.
Методы реализации, используемые в аналоговых компьютерах, были многочисленными и разнообразными. Уравнения управления огнем, реализованные во время Второй мировой войны на аналоговых дальномерах, аналогичны уравнениям, реализованным позже на цифровых компьютерах. Ключевое отличие состоит в том, что дальнобойщики решали уравнения механически. Хотя сегодня математические функции не часто реализуются механически, существуют механические методы для реализации всех общих математических операций. Некоторые примеры включают:
Четыре кулачка в Mk. Компьютер 1 / 1A обеспечивал механическую настройку предохранителя, время полета (это время от выстрела до взрыва в цель или около нее), время полета, разделенное на прогнозируемую дальность, и вираж в сочетании с коррекцией вертикального параллакса. (Вираж - это, по сути, величина, на которую ствол орудия нужно поднять, чтобы компенсировать падение силы тяжести.)
Компьютеры Mk.1 и Mk.1A были электромеханическими, и многие из них их механические расчеты требовали движений привода с точной скоростью. Они использовали реверсивные двухфазные асинхронные двигатели с конденсаторным приводом и вольфрамовыми контактами. Они были стабилизированы главным образом вращающимися магнитными тормозными (вихретоковыми) скользящими муфтами, аналогичными классическим спидометрам с вращающимися магнитами, но с гораздо более высоким крутящим моментом. Одна часть сопротивления была привязана к двигателю, а другая сдерживалась довольно жесткой пружиной. Эта пружина смещает нулевое положение контактов на величину, пропорциональную скорости двигателя, тем самым обеспечивая обратную связь по скорости. Маховики, установленные на валах двигателя, но соединенные магнитными тормозами, предотвращали дребезг при контакте, когда двигатель был в состоянии покоя. К сожалению, маховики также должны были несколько замедлить сервоприводы. Более продуманная схема, в которой между двигателем и магнитным сопротивлением размещен довольно большой маховик и дифференциал, устраняет ошибку скорости для критических данных, таких как заказы на оружие.
Модель Mk. 1 и Mk. Диски компьютерного интегратора 1A требовали особо сложной системы для обеспечения постоянной и точной скорости привода. Они использовали двигатель, скорость которого регулируется часовым спуском, кулачковыми контактами и дифференциалом с цилиндрическими подшипниками. Хотя скорость немного колебалась, общая инерция фактически сделала его двигателем с постоянной скоростью. При каждом такте контакты включали питание мотора, затем мотор снова размыкал контакты. По сути, это была медленная широтно-импульсная модуляция мощности двигателя в зависимости от нагрузки. Во время работы компьютер издавал уникальный звук, так как мощность двигателя включалась и выключалась при каждом такте - десятки зубчатых зацеплений внутри литого металлического корпуса компьютера распределяли тиканье в звук «кусок-кусок».
Подробное описание того, как разобрать и собрать систему, содержалось в двухтомном буклете по артиллерийским вооружениям ВМС OP 1140 с несколькими сотнями страниц и несколькими сотнями фотографий.. При повторной сборке соединения валов между механизмами должны были быть ослаблены, и механизмы механически перемещались так, чтобы выход одного механизма имел то же числовое значение (например, ноль), что и вход другого. К счастью, эти компьютеры были особенно качественными и очень надежными.
Во время Второй мировой войны все основные враждующие державы разработали дальнобойщиков разного уровня. Охотники за стрельбой были лишь одним из представителей класса электромеханических компьютеров, используемых для управления огнем во время Второй мировой войны. Связанное аналоговое вычислительное оборудование, используемое Соединенными Штатами, включает:
