本帖最后由 seven_nana 于 2022-6-3 14:17 编辑
日德兰纪念系列 - 火控炮术篇 - 第五章 - 无畏舰的基本火控方法
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主要参考资料：
The Dreadnought Project
火控小知识：什么是“夹叉“？什么是“跨射“？
火控小知识：什么是“弹着散布“？什么是“平均弹着“？
火控小知识：如何校射舰炮？
Fifty Years in the Royal Navy，作者Percy Scott
Fire Control for British Dreadnoughts: Choices in Technology and Supply，作者John Brooks
Dreadnought Gunnery and the Battle of Jutland: The Question of Fire Control，作者John Brooks
The Mast and Funnel Question: Fire-Control Positions in British Dreadnoughts 1905-1915，作者John Brooks
在第二章 - 射表与瞄准镜、第三章 - 测距仪、变距率盘、火控参数计算、以及第四章 - 火控指挥与通讯体系中，我们分别对火炮的瞄准方法、火控参数的计算方法、以及将这些设备联通起来的指挥与通讯体系作出了介绍。在了解了这些基础知识后，我们便可以谈一谈实际的舰炮火控方法了。
一、主力舰的射击方法
想必绝大部分读者都知道，无畏舰时代的主力舰，主要使用齐射（Salvo）这种射击方式。那么这种射击方式是何时诞生的呢？为什么要使用这种射击方式呢？
现代意义上的舰炮齐射，始自19世纪末期。1898年时，时任地中海舰队司令的霍普金斯上将（John Ommanney Hopkins），安排在6,000码距离上开展射击试验，而费舍尔在1899年接任了地中海舰队司令职务后，也有继续推行这种试验。基于这些试验，英国人得出的结论是，在6,000码距离上，即便在望远镜的加持下，人眼依然无法分辨炮弹是否击中了目标。只有通过观察落入水中的炮弹导致的水柱，才能判断炮弹落点与目标之间的关系，并以此为基础对射击参数进行修正。这种观察和修正方法，叫做校射（Spotting）。
12英寸火炮入水后产生的水柱
火炮口径越大，入水后产生的水柱也就越大，因此在远距离上也就更容易分辨。
可能会有读者想问，校射与齐射又有什么关系呢？哪怕是只发射了一枚炮弹，也一样能观测到其落点啊？为了回答这个问题，我们还有必要对火炮的落点规律进行简单的介绍。
由于身管损耗、发射药温度、发射药重量、炮弹重量、炮弹外形等各方面因素上的差异，即便在瞄准点相同的情况下，炮弹的实际落点也会存在一些出入。在样本数足够大的情况下，炮弹的落点，大致会沿着射击线的方向，形成或远或近、或偏左或偏右的分布情况，我们将这种现象称之为散布。
一组10发炮弹的散布情况
通常来说，炮弹在沿着射击线的方向上的落点偏差（远近散布）会较大一些，而在垂直于射击线的方向上的落点偏差（左右散布）会小一些。
在没有特别说明是远近散布还是左右散布的情况下，散布都是指的远近散布。
从下图中可以看出，这组炮弹共有6发，在射距上，最远的一发与最近的一发距离200码，这便是这组炮弹的散布。
根据英国海军官方档案，在12,000码距离上，15英寸及14英寸火炮的散布约为200码，13.5英寸火炮的散布约为300码，12英寸火炮的散布约为400码，9.2英寸及以下口径火炮的散布约为400码。
当单门火炮射击时，观测员只能将这发炮弹的落点作为一个孤立的样本来对待，其参考价值是较为有限的。例如某一发炮弹落在了目标前方，未必代表瞄准距离短了，也有可能是因为瞄准没问题，但这发炮弹因为散布的关系而落在了目标前方。而当多门火炮同时射击时，观测员则可以将这些炮弹的落点作为一个整体来对待，其参考价值就会高不少。例如一组齐射炮弹中，大部分、甚至所有炮弹都落在了目标前方，那么很可能意味着瞄准距离确实短了，需要作出调整。
此外，当多门火炮同时射击（即齐射）时，由于散布的缘故，可能会出现一些炮弹落在目标前方，还有一些炮弹落在目标后方的情况。如果观测到这种现象，便意味着本舰发射的炮弹已经抓准了距离。换句话说，校射的最终目的，就是让火炮的散布范围，覆盖至目标所在的区域。
各种不同的齐射方法，以及齐射以外的其他射击方式
齐射是一个广义概念，在具体的战术口令中，有多种不同的齐射方法。除此之外，尽管不是主流做法，但非齐射的射击方法也依然是存在的。
Salvo：齐射
广义上的齐射，指的是若干门火炮在中央火控指挥下一起发射。对于一战时期的英国主力舰来说，狭义上的齐射指的是每个炮塔出1门火炮射击。
Double Salvo：双重齐射
双重齐射，指的是在短时间内连续打出两轮齐射。对于一战时期的英国主力舰来说，双重齐射指的是每个炮塔上的2门火炮在短时间内先后射击。
Rapid Salvo：快齐射
快齐射，指的是不等待上一轮的观测结果，各炮装填和瞄准完毕后即打出下一轮齐射。
Independent：独立射击
独立射击，指的是每门火炮在装填和瞄准完毕后即刻发射，而不等待其他火炮一同射击。
Ripple：顺次射击
顺次射击，指的是各炮塔按照既定的顺序依次发射，例如A炮塔先开火、紧接着B炮塔、然后C炮塔、最后D炮塔。
以上五种射击方法中，前三种都属于广义上的齐射，而后两种不属于齐射。
射击方式与瞄准方式的配合
在第二章 - 射表与瞄准镜中，我们介绍过，火炮的瞄准方法，有等待横摇法、连续瞄准法、以及陀螺仪稳定瞄准法这三种。其中，陀螺仪稳定瞄准法的出现时间较晚，一战时尚未得到普及，因此主要使用的是等待横摇法与连续瞄准法。
在齐射方法下，既可以使用等待瞄准法，也可以使用连续瞄准法；而在独立射击和顺次射击方法下，必须要使用到连续瞄准法。
二、校射的方法与流程
当第一轮炮弹打出去之后，校射的工作便开始了。等到炮弹入水后，校射员会将其落点与目标之间的关系告知炮术官。校射的过程，就是结合炮弹实际落点，对火控参数进行修正的过程。
为什么要修正呢？当然是因为炮弹的落点不准确。为什么不准确呢？这里面的可能性就多了——测距精度、敌舰航向和航速（影响变距率计算准确度）、横风与纵风（影响外弹道）等等，诸如此类，不胜枚举。
关于校射这个话题，Brooks在其书中写到（Dreadnought Gunnery and the Battle of Jutland, P.20）：
We know that, broadly speaking, the initial range is never right.
我们知道，总的来说，初始射击距离永远是不准的。
Spotting was regarded as a necessary evil.
校射被认作是一种必要之恶（不希望发生但是必须经历的事情）。
在校射员报出了观测结果后，在没有形成跨射的前提下，炮术长会以观测结果为基础，根据经验法则以及他本人的判断，对火控参数进行修正。在一般情况下，炮术长给出的修正参数，都是针对瞄准镜设定参数（射击距离和射击提前量）的。但有些时候，也会对当前使用的变距率进行修正。需要说明的是，炮术长给出的修正参数，是应用在实时更新的当前火控参数上的，而非对上一轮齐射的火控参数的修正。至于后续继续给出的修正参数，则是叠加在之前已经给出的修正参数上的。
校射的相关术语
以下术语，是校射员在观测到水柱后报出的，对水柱落点的描述用语。
Over：远弹，即炮弹落点在目标后方。
Short：近弹，即炮弹落点在目标前方。
Straddle：跨射，即炮弹落点在射击距离上既不偏远也不偏近
Right：偏右，即炮弹落点在目标右侧。
Left：偏左，即炮弹落点在目标左侧。
On：正对，即炮弹落点在射击方向上既不偏左也不偏右
以下术语，是炮术官在观测结果的基础上，报出的瞄准镜设定参数修正值。
Up：加，即射击距离增加。
Down：减，即射击距离减少。
Right：右，即射击提前量向右调整。
Left：左，即射击提前量向左调整。
以下术语，是炮术官在观测结果的基础上，报出的变距率修正值。
Open：加变距率。
Close：减变距率。
校射的通常原则，是先对射击提前量进行校射，随后再对射击距离进行校射。其原因在于：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。所以校射第一守则是先校射方位，要对正目标，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”。其次，由于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。
夹叉法
在第一次世界大战中，截止至日德兰海战为止，皇家海军使用的校射方法，一直都是夹叉法（Bracketing），又名夹叉折半法(Bracket & Halving)。
夹叉的定义是：前后接连两群齐射，一群较远一群较近，或一群偏左一群偏右，但没有发生跨射。而折半则是取远近弹射程差距的半数作为修正值。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。
接下来我们举一个炮术想定，来说明如何通过校射来修正瞄准镜设定参数。为使条件简化，假设敌我双方的航向和航速均相同，即变距率为0，双方距离始终不变。
经过测距和火控参数解算，得出射击距离为13,000码，第一轮按这个距离发射，观测结果为射向上正对目标，射距上是远弹。炮术长喊出了“减8”，即射击距离修正值减去800码。由于是双方是同向同速，不存在变距率问题，因此第二轮射击距离为13,000码减去800码，即12,200码。
第二轮的观测结果还是远弹，炮术长继续喊出“减8”，因此第三轮射击距离为12,200码减去800码，即11,400码。
第三轮的观测结果是近弹，也就是说成功达成了夹叉，表示目标距离在12,200码（第二轮射击距离）与11,400码（第三轮射击距离）之间。这时炮术长按照折半法喊出“加4”，因此第四轮射击距离为11,400码加上400码，即11,800码。
第四轮的观测结果还是近弹，表示目标距离在12,200码（第二轮射击距离）与11,800码（第四轮射击距离）之间。这时炮术长按照折半法喊出“加2”，因此第五轮射击距离为11,800码加上200码，即12,000码。
第五轮的观测结果为跨射，表示已经抓准了距离。按照修正结果反推，说明第一轮射击时使用的射击距离比实际距离远了1,000码。
从上述的炮术想定来看，如果初始距离误差较大的话，那么在使用夹叉法校射时，很可能要花上4、5轮的时间才能形成跨射。
在试射环节，通常只使用狭义上的齐射，有时甚至会使用单炮射击。对目标形成跨射后，则可以使用快齐射、双重齐射、独立射击等方法。与普通的齐射相比，双重齐射和快齐射的单位时间投射量都要更大，因此在火控参数切实有效的情况下，能够在单位时间内实现更多的命中弹。独立射击的单位投射量则要比双重齐射和快齐射还要高，但由于独立射击几乎无法校射，因此只适合在特定的环境下使用。
变距率校射
上述的夹叉法示意中，我们给出的参数修正都是针对瞄准镜设定参数的，这种方法又叫做距离校射（Range Spotting）；除此之外，还有一种针对变距率参数的修正方式，叫做变距率校射（Rate Spotting）。
接下来我们举一个炮术想定，来说明如何通过校射来修正变距率参数。
在火控参数使用的变距率为0，实际的变距率同样为0的情况下：
第一轮的观测结果是远弹。炮术长喊出了“减8”；第二轮的观测结果是近弹，也就是说成功达成了夹叉，这时炮术长按照折半法喊出“加4”；第三轮的观测结果还是近弹，炮术长继续按照折半法喊出“加2”；第四轮的观测结果为跨射。
然而，如果在其余情况不变，但实际的变距率为+100码/分的情况下，上述的第四轮依然会是近弹。由于炮术官报出的修正值累计为“减8”、“加4”、“加2”，且使用的变距率为0，因此第一轮和第四轮的射击距离差只有200码，小于当前的散布（350码）。在这种情况下，如果火控参数全都正确的话，肯定是会发生跨射的。那么为什么第四轮仍然是近弹呢？很可能是因为使用的变距率错了。
在上述的炮术想定中，火控参数使用的变距率为0，然而实际的变距率为+100码/分。假设每一轮齐射之间的间隔为45秒的话，那么在第4轮齐射时，时间距离第1轮已经过去了135秒，此时本舰与目标舰的实际距离已经拉远了100x135/60=225码。正是由于这个缘故，才导致第四轮炮弹依然是近弹，而非跨射。
至于在实际的变距率为+200码/分，甚至+400码/分时，后续的几轮齐射更是会与目标越拉越远。由此可见，如果使用的变距率有误的话，会对校射造成极大的困惑。遇到这种情况时，炮术官便需要对变距率进行修正。一般来说，变距率的修正是以±100码/分为单位进行修正的。
三、校射所需用到的设备与设施
在执行校射任务时，最主要的设备便是望远镜了。早期的校射员往往使用手持式的单筒或双筒望远镜，后期则逐步被固定式的更高倍率的望远镜所代替。在观测到炮弹落点后，校射员需将其报告给炮术官及火控计算通讯室中的相关人员。校射员的身旁，即有火控电话、传声筒等常规通讯设备，也有专门的火控信息发送设备。
此外，由于瞄准镜上设定的射击距离是已知的，给定射程上炮弹的飞行时间也是已知的，因此校射员手中往往还配有一个秒表，可以提醒他打出去的炮弹何时会落弹。当时有一名叫做麦克纳马拉的军官（Patrick Macnamara，日德兰海战时此人在虎号战列巡洋舰上担任炮术长），发明了一种落弹时间秒表（Macnamara time-of-flight watch）。
用于发送校射结果的火控信息发送设备
All Over表示全都是远弹，All Short表示全都是近弹，Straddle表示形成了跨射，All Right表示全都偏右，All Left表示全都偏左，Only One Short表示只有一发是近弹（即其余是远弹或命中弹），Only One Over表示只有一发是远弹（即其余是近弹或命中弹）。
校射及火控相关设施的布置
在第四章 - 火控指挥与通讯体系中，我们介绍过，英国海军中大型军舰上设有火控指挥用的火控桅楼，这是校射员的主要战位。
无敌号战列巡洋舰上的火控桅楼
烟囱与桅杆问题
在巨像级和俄里翁级战列舰，以及狮级战列巡洋舰上，由于前桅设置在烟囱后方，因而存在排烟干扰到火控桅楼的问题。此外，火控桅楼也有可能因为战损或其他原因导致无法使用。有鉴于这些原因，英国人在这些主力舰的司令塔上增设了一个可供火控人员驻扎的校射塔（spotting tower），火控人员可待在校射塔内完成校射工作。
排烟干扰到火控桅楼的问题，对于巨像级和俄里翁级而言尚可忍受，但对于动力系统强劲得多的狮级来说，就不一样了——经过试航发现，排烟会对火控桅楼造成严重妨碍，因而在试航过后，英国人不得不对狮号进行了改造，调整了烟囱和桅杆的布局，将前桅楼降格为只具备校射功能的校射桅楼，并对校射塔进行了改造，将其升级为内置有测距仪、变距率盘等火控设备的火控塔。至于狮号的同型舰长公主号，则是在建造状态中就改成了上述的布局。
俄里翁号战列舰上的校射塔
前桅位于烟囱后方，桅楼容易受到排烟的影响。
狮级的火控校射相关设施的改造
通过改装，狮号的第一根烟囱与前桅的位置进行了对调，上层建筑布局也做出了调整。
长公主号战列巡洋舰上的校射桅楼与火控塔
由于前桅结构较为单薄，无法支撑大型的火控桅楼，因此前桅上只设置了小型的校射桅楼，而主要的火控指挥所则是司令塔上方的火控塔。
成熟布局
在上述经验的基础上，考虑到战损备份和烟雾干扰等各方面因素，自乔治五世级战列舰起，英国主力舰都同时配备了火控桅楼和火控塔，这种模式一直延续到了胡德号战列巡洋舰。
百夫长号战列舰上的火控桅楼与火控塔
四、校射与命中之间的关系
之前我们已经介绍过，校射的最终目的，就是让火炮的散布范围，覆盖至目标所在的区域。一旦对目标形成覆盖，便有机会出现命中弹，所以校射与命中之间的关系，实际上就是试图通过校射来努力提高命中概率的关系。
而为了衡量一组齐射弹是否能覆盖目标所在区域，我们有必要对以下三个概念进行解读：平均弹着点、半数必中界、危险界。
平均弹着点
如果将一组炮弹的落点纳入坐标系，那么平均弹着点（Mean Point of Impact，简称MPI）就是这个坐标系的原点，上下左右前后三轴许多弹着点到原点的几何距离总和为零。
下图中显示了一组10发炮弹的散布情况，以及他们与目标之间的位置关系。10个弹着点的中心位置，是这组炮弹的平均弹着点。当平均弹着点靠近目标时，通常也就意味着这组齐射跨射了目标。
半数必中界
炮弹的落点分布是符合正态分布的规律的。当炮弹发射量足够大时，有半数的炮弹的落点与平均弹着点之间的距离，都不会超过某个距离范围。这个距离范围就叫做半数必中界（50% Zone）。
下图中展示的便是炮弹落点的分布概率，其坐标系中心为平均弹着点。从图中可以看到，有50%的炮弹，在射距上的散布都没有超过某个范围，这个范围便是射距上的半数必中界。英国海军的射表中，有给出火炮在特定距离上的半数必中界数据。
危险界
在弹道可变的射击线前放一具立体目标，将目标射击线固定不动，调整弹道量取目标底端（水线处）被击中的位置到顶端被击中的位置，这两点之间就是危险界（Danger Space）。此外，由于射弹击中水面后可能会发生反弹，穿入水中的炮弹也可能继续运动并最终命中舰体，故目标前方的特定范围，亦可计入危险界中。换而言之，危险界包含了能够对目标造成破坏的全体远近弹的落点范围。英国海军的射表中，有给出火炮在特定距离上的危险界数据。
从下图中可以看出，弹道越是低伸，危险界越大。
平均弹着点、半数必中界、危险界、以及命中率之间的关系
平均弹着点离目标越远，炮弹击中目标的概率也就越低；平均弹着点离目标越近，炮弹击中目标的概率也就越高。
在半数必中界给定的情况下，危险界越大，炮弹击中目标的概率也就越高。同理，在危险界给定的情况下，半数必中界越小，炮弹击中目标的概率也就越高。
为了尽可能提高命中率，需要尽可能准确的瞄准（平均弹着点与目标尽可能重合）、尽可能大的危险界（即弹道越低伸越好）、以及尽可能小的半数必中界（即火炮散布尽可能小）。
校射与命中率之间的关系
危险界和半数必中界的大小，并不能通过校射来改变。而平均弹着点与目标之间的距离，则是可以通过校射改变的。换而言之，校射的作用，便是让平均弹着点尽可能靠近目标，使得命中率得以提升。
对于当时的火控水平，John Brooks在其书中感叹到（Dreadnought Gunnery and the Battle of Jutland, P.34）：
Long-range gunnery in the dreadnought era was, literally, a hit and miss affair.
毫不夸张的说，无畏舰时代的远程炮战，具体能否命中目标，实在是需要看运气的。 | 
发表于 2017-9-7 21:13
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发表于 2017-9-8 10:44
