钢铁的咆哮——舰炮 (组图)

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1.发展时期

二十世纪初期,大炮成为海军舰艇主要武器,装甲舰艇亦成为了舰队主要骨干。海军战术家对舰队发展形成了深远的影响。美国与西班牙的战争,证明了炮弹具有贯穿钢板的可能性。但是,两国海军很少能够击中移动中的目标。史考特(PerryScott)与西姆斯(WilliamS.Sims)等优秀海军军官,曾领导小组对火炮射控进行改良工作,期能有效提高火炮的准确性。(原注:海军助理部长罗斯福(TheodoreRoosevelt)曾视察一次炮火试射,主力舰在2,800码距离对一艘征用的轻型船舶射击了200发炮弹,结果仅有2发命中目标。)

下表系一位战术家在1910年时,采用距离做为函数所评估的武器效能:

极远距离10,000-8,000公尺重型大炮射程

远距离8,000-5,000公尺重型及中型大炮射程;中型大炮主要用以对付人员与无装甲的舰艇

中距离5,000-3,000公尺中型大炮相当有效

短距离3,000-2,000公尺依据相对船位,鱼雷是危险的

近区域2,000公尺之内可能相撞(但未提及冲撞作战)

赞同在所有舰艇配备大型火炮的人(无畏舰[Dreadnought]构想),并未完成他们所持构想,小型及中型口径火炮却已具备了相当的准确度与较高的发射率。费斯克(BradleyFiske)指出了下列三项一般性法则:

(1)6寸炮的射速是12吋炮的八倍。(2)12寸炮发射的炮弹的能量是六寸炮炮弹的八倍。(3)12寸炮重量系6寸炮重量的八倍。

在铁甲舰和前无畏舰时期,中小口径舰炮由于具有较高的射速,在中距离内可以发挥很大的作用,而用于远距离攻击的大口径舰炮由于缺乏有效的火控系统,精度不足,能力受到很大限制。

1911年,英国人首次在军舰上装备了间接观瞄测距系统(详见后文),使得远距离炮战成为可能,大口径舰炮迎来了黄金时期。

2.黄金时期

(1)火控系统

观瞄火控系统:

早在1891年,法国海军就研制了集中控制装备的中小口径的速射炮研制指挥中心,直到1899年才初次装备于战列舰,法国首次装备测距仪是1906年,基线仅有2.3米。当时法国海军认为交战距离不会超过5公里,所以并不重视远距离射击。

英国人是在1905年7月竣工的爱德华7世级前无畏舰的2号舰主权号上在前桅和后桅上第一次安装有测距仪的射击指挥中心。在1905-1907年,前无畏舰的观察哨也都改为射击指挥中心。不过由于前无畏的先天不足(2级主炮)导致这时射击指挥中心就是一个测距台,只能提供距离,而无法管制和指挥各炮塔射击,各炮塔基本上还是各自为战,直瞄射击。要集中控制间瞄射击要到1911年1月竣工的海王星号无畏舰上第一次装备了方位盘式射击装置才实现。测距仪的基线越长,测量精度就越高。一般来说,战列舰主炮炮塔都有独立的测距仪,但也有例外,例如日本扶桑号1、2号炮塔共用一个,5、6号炮塔共用一个。另外,舰桥上也会有独立的测距仪

图为阿拉斯加级夏威夷号,主炮基线测距仪清晰可见。


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图为大改装后榛名的舰桥构造


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英国合像式测距仪原理如下:

1测距仪正对目标,测距基线垂直于目标瞄准线。

2测距仪左、右端透镜组均为固定安装,透镜组主光轴垂直于测距基线。

3测距仪左侧的透镜组通过一组类似横置的潜望镜的反射镜系统使目标在测距仪中间的目镜中成像,目镜中通过特殊光学系统使该像的下半部分能被测距人员观察到。

4测距仪另一侧的透镜组也通过一组类似横置的潜望镜的反射镜系统使目标在测距仪中间的目镜中成像,所不同的是在光路中插入一组旋转偏光透镜,该组透镜的作用是可以将通过它的光线偏转很小的但是非常精确的角度。目镜中通过特殊光学系统使该像的上半部分能被测距人员观察到。

5由于测距基线的存在,右侧的像相对左侧的像有向左的偏角,该角度即为测距基线对目标的视线张角,以测距基线的长度除以该角度的弧度值,即可得到目标距离。合像过程就是测量该角度的过程:测距人员操纵测距旋轮使旋转偏光透镜转过一定角度,从而使目镜中来自右侧的像(上半部分)相对向右移动,直到与来自左侧的像(下半部分)拼合为一个完整的、没有错位的像,此时旋转偏光透镜转过的角度即为测距基线对目标的视线张角,在与测距旋轮连动的刻度盘上可以直接读出已经换算出的距离数值。

德国体视式测距仪原理如下:

1测距仪正对目标,测距基线垂直于目标瞄准线。

2测距仪左、右端透镜组均为固定安装,透镜组主光轴垂直于测距基线。

3测距仪左侧的透镜组通过一组类似横置的潜望镜的反射镜系统使目标在测距仪中间的左目镜中成像,同样的,测距仪右侧的透镜组也在测距仪中间的右目镜中成像,测距人员用双眼分别通过左、右目镜同时观察。

4所有拥有“双目视觉”的动物(包括人类)都有利用天赋的测距仪--双眼、以瞳孔距为测距基线确定目标距离的能力,我们的大脑能通过感觉眼球周围的肌肉紧张度来感觉出视线夹角,准确测出目标距离,在一定距离内精度很高。立体电影、立体眼睛都是利用这种能力,通过对双眼输入略有不同的图象,欺骗大脑使它感觉到距离,达到立体的效果。

5测距人员的双眼此时看到的图象是测距仪两端对同一目标所成的像,同样存在视线夹角,测距人员可以感觉到该像的距离。

6测距人员操纵测距旋轮使目镜中的菱形光标前后移动,直到测距人员感觉到菱形光标与目标的像重合(“压住目标”),此时在与测距旋轮连动的刻度盘上可以直接读出已经换算出的距离数值。

目标距离=基线/2*cot(焦点夹角/2)

大和号15M测距仪

基线长(长)15.720M

(短)15.280M

倍力30倍

视界1度30分

瞳距4MM

测距距离5000-50000M

误差(40000M)700M


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火控雷达:

雷达在那个年代还是新兴产物,各国都加紧研制用于实战的雷达,在海战中,拥有高水平雷达的一方毫无疑问占有了主动权。在苏里高海峡的夜战中,日本低劣的22型对海雷达根本无法发现美舰,而装备MK8火控雷达的美国“西弗吉尼亚”、"田纳西"、“加利福尼亚号”却能准确的击中日舰,日军引以为傲的夜战水平在先进科技的冲击下不堪一击。

日本21型对空搜索雷达,外形是框架式天线,发射接受部分都是由10mm铜线构成。

工作频率:199.861MHz

工作频段:VHF

波长:1.5m

脉冲重复频率:1kHz

脉冲持续时间:1us

最大作用距离:80.886海里

最小作用距离:2997米

水平波束宽度:17度

垂直波束宽度:30度

峰值功率:5KW


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22型对海搜索雷达

工作频率:2.997GHz

工作频段:S

波长:100mm

脉冲重复频率:2.5kHz

脉冲持续时间:1us

最大作用距离:32.354海里

最小作用距离:2997米

水平波束宽度:19度

垂直波束宽度:19度

峰值功率:2kW


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美国MK-4海军火力控制雷达

700MHz,40KW的磁控管为海军新一代火炮控制(火力控制)雷达带来重大影响。不单在磁控管的研究与制造方面,BTL/WesternElectric与NRL在舰载火控雷达上有非常紧密的合作。

准确地测距是计划中的首要改进部分。1941年7月,FA型(MK-1)测距雷达投入使用。它沿用老式的真空管发射机,功率只有勉强能用的2KW。FB型(MK-2)没有投入生产,因为磁控管的出现立即使它落伍了。接下来是FC型(MK-3),水平扫描天线使它获得较高的方位精度。由于使用了磁控管,实现了远于火力控制的雷达有效距离。技术上最激动人心的是FD型(MK-4)雷达。由于增加了垂直方向扫描,它能提供仰角数据。直此,防空雷达在测距,方位角和仰角方面都足以对抗日渐增加的空中威胁。

1941年9月FD在U.S.S.Roe号上进行了成功的试验。1941年起共生产了375套,在整个二战期间战斗表现十分优异。FD发射机输出功率40KW频率700MHz脉冲宽度非常短(2usec.)。最大作用距离100000码,但通常在敌机接近到10000码时才开火。FD能自动将数据传送到甲板下的防空火炮指挥计算机。常用的5英寸口径16英尺长炮身的防空炮能发射配有近炸引信的炮弹。当炮弹距离目标约100英尺的时候就爆炸。FD加上近炸引信是高杀伤率的有效保证。

在夜晚和恶劣天气下,光学火控无法操作时FD的优势便显现出来了。然而FD的测距精度远远高于光学测距仪,所以就算是白天也会使用。它的测距精度为10000码处误差23码。

火控操纵:

在日德兰海战中,英德双方都采取的是对敌方同顺序舰一比一对射(领头舰对射,2号舰对射,等等。如果舰数多于对方,则没有对应敌舰的战舰集中攻击最后一艘敌舰)击沉或重伤敌舰后可以转移火力攻击新的对应敌舰(敌2号被击沉,我2,3号舰集中攻击敌3号舰)攻击时,每门炮塔以单管交替射击,在炮火指挥官的指挥下修正,直到STRADDLE(近失)或命中为止,然后转入RAPIDSHOT,则是每27秒便有一发主炮炮弹出膛。在条件允许下,炮火指挥官传入RAPIDFIRE,则是每7秒便有一发主或副炮炮弹出膛,最后再进入BROADSIDE,则是主炮(条件允许下包括副炮)齐射,如果在BROADSIDE,RAPIDFIRE或RAPIDSHOT过程中开始发生偏差的话,则回到炮塔单管交替射击直到STRADDLE为止。在有集中射击指挥装置的战列舰上各门主炮的发射是由枪炮官完成的(司令塔内,或专用的枪炮控制室),按电钮,电击发,但炮塔内部有后备瞄准、计算和发射装置。一般的炮塔内的官兵就是完成炮弹和发射药包的装卸工作。

在平行队列交战中,每一艘舰受制于位置的影响,其主炮组的射界只能覆盖对方队列中相同或相近的位置,所以以捉对撕杀常见。集中火力射击的优点,就是可以提高单次射击弹丸覆盖的命中数量,从尔对目标造成更大的伤害。一般情况下一条舰上的主炮是不会攻击一个以上的目标,除非有特别的命令或紧急情况下(如目标非常近)。

首次应用的炮火集中指挥系统无需瞄准,只需根据炮火指挥官和机械计算器给予的数据调节火炮的升仰和炮塔的方向进行射击,在射击前先在机械计算器内输入本舰速度,敌舰速度和测距仪提供的距离后给予简单的三角计算后以此来计算前提量。但是英舰测距仪测距偏差竟有2000码之多,造成射击中的极大问题,因为英舰使用的是合象式测距仪,中近距离精度高,远距离精度低,并且受外界环境的影响大,人员训练也很困难,除了技术上的原因,这也和英国海军传统有关。

到了二战时期,远距离射击一般都有校射飞机报告弹着点,每艘舰都会有不同颜色彩弹用来辨别区分,同时舰上的测距机进行测距炮术长和参谋们会进行图上作业,通过指挥仪进行攻击。这有点象陆军炮兵的方块式分划攻击,把目标海域划分成小方块,然后加坐标,就可以很方便的攻击了;近距离用的是直描射击,每座主跑塔都有一个指挥系统,进行指挥射击,副炮也有随主炮联动,当然也有单列的。

光学测定来指挥舰炮射击的流程大概是这样:由本舰队内一艘基准舰(拥有较好观测视野、舰位和便于指挥的,所以一般是旗舰)对目标或目标区内一艘显著的目标(一般也是对方的旗舰或先导舰,擒贼勤王)试射几发(这个数据是事先估算的)以测定射击诸元,再将本舰的位置、航速和航向和目标的诸元通知全舰队(旗语或无线电),接着舰队司令就下达开火命令(这个间隔很短,否则目标的变化较大,而且有的舰队司令会严格规定目标是哪个,东乡在对马就是这么干的,如果不明确规定在可能的情况下多数舰长也会选对方的旗舰,还是上面的原因),憋了很久的各舰舰长也会向同样憋了很久的本舰官兵下达开火令(传达的次序俺就省略了),这时候就会出现在一瞬间万炮齐鸣的壮观景象(也是俺梦寐以求的)。当然在开炮前各舰自己也会估算对方各舰的诸元,但在舰队司令下令前是严格禁止自行开火的,除非是事前有命令允许这样(在萨沃海战时美国舰只间也有这样请求开火的“公文来往”),在接到基准舰的数据后会重新解算并继续跟踪。而且对马海战时东乡已决心一开始就摘除俄舰队的指挥中枢,所以万炮齐轰“苏沃洛夫”的场面也可以理解,在解决它后射击次序就自由一些了,也集中在几条俄战列舰上,原因很明显。另外时间长了总回有间隔,不可能在“同一时刻”所有舰队的全部主炮同时开火打一个目标,但会遵循集中火力于一点的原则,如果舰只较多,出现2艘以上战舰的炮弹几乎同时落在同一艘舰上的情况也不是不可能的,对单艘舰不会严格规定射击的次序(你打完到我)。目标选择的最高权利的下达者是舰队司令,在完成初始任务(击毁旗舰)后目标的选择权基本上下达给各舰舰长和炮长,而且在交战前也对各舰的大致目标有所规定(不是混战),但不排除关键时刻舰队司令命令目标又集中在某舰上。当然这种集火射击也有不利,就是射击时产生的烟雾影响射击和观测,对马海战打到下午4点左右(炮战约1个半小时)因为硝烟浓厚和俄舰队转向曾使日主力舰队失去光学接触,但俺以为花这样的代价如能达到目的很值得。单舰间的捉对撕杀也不罕见,这和双方舰队间的位置和单舰在舰列中的位置有关系,俺就不多嘴了。从技术上来说战列舰的大口径主炮开火时后坐力很大,要是三四或七八门同时开火对舰体的冲击也很厉害,而且开火瞬间舰体摆动厉害,数门炮也不可能真在同一时刻发火,对射击准确度影响较大,一般各门炮都有延时机构。另外“依次”俺理解为“自由”的意思,当然是相对的,就象以上表述的将权利下达给舰长,在旗语中也有“自由射击”的信号,时机就是由司令掌握。

虽然二战时期火控系统得到了很大的提高,但战列舰的最大交战距离仍在24000码左右,这是因为测距仪的精度提高并不能提高测远距离。要提高测远距离必须增加镜头口径,但因受限于整体重量,镜头口径不可能过大,相应的稳定视野及放大倍数也都不能大幅提高;再者能见度对大小口径近乎一视同仁,又是光学难以超越的障碍,所以一二战光学测远能力在技术上差距其实有限。但测距只是交火的第一步,观测弹着是下一步的困难,光学望远设备放大倍数愈大其视角愈小,立体感也愈差,在40米桅顶观测超过1万5千米以上只维持一两秒的水柱,除非水柱位于观目线上,也就是位于目标正前或正后,水柱挡住一段目标或目标挡住一段水柱,否则位于目标两侧的水柱,在这个失去立体感的距离上是很难分辨出远近弹的,这也就是为什么有各种试射法的原因,所以即使火控有精准的射向预测,火炮有较小的射弹散布差,但还是无法单独凭借提高测距仪性能来完成延伸海战交战距离。例如二战时期沙舰曾经在26400码的距离上击中光荣,英国“厌战”号在同样距离命中“朱里奥·凯撒”一炮,使其退出战斗。这已经是最远的命中距离了。

2)火炮布局

战列舰的火炮布局一直是让各国海军十分苦恼的事,战列舰虽然庞大,但要使火力、防护和适航性、速度达到最佳平衡是十分困难的事,一味的罗列火炮会使战列舰的稳定性大大下降(甚至难以保证正常射击),而且防护也很难保证,各国在经过不断的尝试积累后发展出了各不相同的火炮布局模式。

一战:

英国人非常追求战列舰的火力,费舍尔曾衷情于“全装重型火炮”——“在主力舰上,大口径火炮不论在射程还是威力上均远大于中、小型火炮,故混装两种口径火炮,是对战舰上宝贵排水量和空间的严重浪费”在此基础上产生的无敌级战列巡洋舰采用了4座双联装12寸火炮,以兼顾前/侧向火力为目的的中部炮塔布局为阶梯状分布,在实战中侧向火力只有6门,可以说十分失败。


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