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日德兰纪念系列 - 火控炮术篇 - 第九章 - 其他杂项火控设备
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主要参考资料：
The Dreadnought Project
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
各类英国海军官方手册
在先前的章节中，我们对英国海军最重要的火控设备（瞄准镜、测距仪、变距率盘、维克斯距离钟、火控信息收发设备、斯科特指挥仪、坡伦火控系统、德雷尔火控台等）进行了介绍。然而除了这些设备之外，还有一些辅助性质的设备，也同样有必要了解一下。本章节的内容，将会围绕这些辅助性设备展开。
一、方位指示设备
方位指示设备，可以将操作人员所选定的目标的方位参数，发送给其他的接收设备，使后者能够接受前者的指挥，并指向前者选定的目标。对于火控相关人员分散在全舰各处的军舰来说，这种设备具有很高的实际意义，能够协调各方面人员指向同一个目标。
在第一次世界大战中，英国海军使用过两种方位指示设备——埃弗谢德方位指示系统（Evershed Bearing Indicator）和埃利奥特方位发送设备（Elliott's Bearing Transmitter）。
埃弗谢德方位指示系统
埃弗谢德方位指示系统，是对一整套方位指示设备的统称，这些设备具体可分为发送设备、接收设备、显示设备、以及控制单元四大类别，并由一套控制电路负责互相连接。
方位发送设备
方位发送设备（Transmitter）可以分为两种，一种是只具备发送功能的设备，还有一种是同时具备发送和接收功能的设备。后者不仅能用于指挥其他设备，也能接受其他设备的指挥。每具发送设备上都有一个控制键（Control Key），当操作人员决定不再使用本设备时，可以通过控制键来向接收设备发出提醒信号。
前桅楼上的埃弗谢德方位发送设备
这种设备采用望远镜构型，通过台座式的底座，安装在前桅楼（Fore-top）上。安装在此处的设备，既有只具备发送功能的，也有同时具备发送和接收功能的。
下图是一套安装在前桅楼上的埃弗谢德方位发送设备。
装甲司令塔和指挥仪装甲塔上的埃弗谢德方位发送设备
这种设备采用潜望镜构型，安装在装甲司令塔（Conning Tower）上，此外也安装在15英寸炮主力舰的指挥仪装甲塔（Armoured Director Tower）上。安装在此处的设备，既有只具备发送功能的，也有同时具备发送和接收功能的。
下图是一套安装在装甲司令塔上的埃弗谢德方位发送设备。
火控塔测距仪上的埃弗谢德方位发送设备
这种设备是作为坡伦测距仪的一个附件，安装在13.5英寸炮主力舰的火控塔（Gun Control Tower）上的。安装在此处的设备，通常都是同时具备发送和接收功能的。
下图是一套安装在坡伦测距仪的底座上的埃弗谢德方位发送设备。
方位接收设备
方位发送设备（Receiver）也可以分为两种，一种是只具备接收功能的设备，还有一种是同时具备发送和接收功能的设备。主炮炮塔上的接收设备，是安装在炮塔下方的舱室中的。
下图是一套安装在主炮塔下方舱室内的埃弗谢德方位接收设备。
方位显示设备
方位显示设备（Indicator）也有两种不同的型号。一种是瞄准镜式（Gun-sight indicator）的，安装在火炮瞄准镜边上，当炮手用右眼观察瞄准镜时，他可以用左眼观察方位显示设备。另一种是显示盘式（Open-faced indicator）的，相关人员只需瞥一眼便能看见显示盘上的指针。主炮塔上同时装备有这两种设备，瞄准镜式的安装在炮塔旋回瞄准手处，显示盘式的安装在炮塔指挥官处，用于对前者的操作进行检核。除此之外，同时具备发送和接收功能的设备上，也都配有一个显示盘式的方位显示设备，用于显示来自其他发送设备的方位信息。
下图中，上方那个（Fig. I）是瞄准镜式的方位显示设备，下方那个（Fig. II）是显示盘式的方位显示设备。
控制单元
控制单位是安装在前部火控计算通讯室内的，负责控制发送设备与接收设备之间的信息对接。
下图为乔治五世级上的埃弗谢德方位指示系统所用的控制单元。
上方的那排，设有4个旋钮，分别代表B炮塔上的设备、司令塔左右两侧的设备、以及X炮塔上的设备，这四套设备是同时具备发送和接收功能的。B炮塔设备叫做1号发送设备，司令塔设备叫做2号和3号发送设备，X炮塔设备叫做4号发送设备。
下方的那排，设有3个旋钮，分别代表A炮塔、Q炮塔、以及Y炮塔。
每个旋钮上，都有4个或5个调整档，分别对应不同的发送设备。以Q炮塔为例，如果旋转到1档上，意味着该炮塔会接收来自B炮塔（1号发送设备）的方位信息；如果旋转到2或3档，意味着该炮塔会接收来司令塔（2号或3号发送设备）的方位信息；如果旋转到4档，意味着该炮塔会接收来自X炮塔（4号发送设备）的方位信息；如果旋转到OFF档上，意味着该炮塔不会接收来自任何发送设备的方位信息。
控制电路
下图为乔治五世级上的埃弗谢德方位指示系统所用的控制电路。
我们可以看到，火控塔上有一具发送和接收设备，安装在坡伦测距仪上；司令塔上有两具发送和接收设备（左右各一具）；B炮塔和X炮塔上各有一具发送和接收设备；A炮塔、Q炮塔、Y炮塔上各有一具接收设备。这些设备全都连接至位于火控计算通讯室的控制单元。
英国海军技术史中对埃弗谢德方位指示系统的总结
在大战爆发之时，所有主力舰均已在主炮的主火控位上配备了埃弗谢德方位发送设备。早期的主力舰，主火控位是前桅楼，而后期的主力舰，主火控位是火控塔，然而后期的主力舰也经常使用前桅楼作为实际的主火控位，因此还有必要在此安装埃弗谢德方位发送设备，这个工作是于1916年时完成的。此外，配备了6英寸副炮的主力舰，其昼间和夜间副炮火控位上也都配备了埃弗谢德方位发送设备。
在大战初期，我们发现，在没有安装埃弗谢德方位指示系统的情况下，要想让火炮指向正确的目标，并不是一件容易的事情。特别是那些没有安装指挥仪的军舰，难度就更大了。且即便是安装了指挥仪的军舰，有时也会出现指挥仪本身指向了错误目标的情况。因此在战争期间，埃弗谢德方位指示系统的安装范围有所扩大。从1916年10月开始，我们为新建成的轻巡洋舰配备了埃弗谢德方位指示系统。1917年2月时，我们决定，除了新舰之外，还要为大约100艘现有军舰安装埃弗谢德方位指示系统。
此外，我们还扩展了埃弗谢德方位指示系统的功能，为其增添了控制探照灯的功能，以及控制鱼雷火控设备的功能。
除此之外，我们还在以下几个区域上增设了埃弗谢德设备：
1）在舰长战位上安装了方位发送设备，该设备与火控军官的设备相连，便于舰长向火控军官指示目标。这个工作是从1916年9月时开始实施的，最初只在司令塔上安装了发送设备，后来在舰桥上也安装了发送设备。
2）未安装在炮塔上的测距仪，凡是还没有安装方位接收设备的，全都增添了方位接收设备。这个工作是从1917年10月时开始实施的。
3）凡是还没有安装方位接收设备的主副炮指挥仪，全都增添了方位接收设备。这个工作是从1916年时开始实施的。
埃利奥特方位发送设备
埃利奥特方位发送设备的功能与埃弗谢德方位发送设备类似，也能将其指向方向发送给其他接收设备，但在功能上要比后者简陋。该设备的相关资料很少，想必其普及程度不如埃弗谢德方位指示系统。
埃利奥特方位发送设备的结构图
二、校射辅助设备
校射人员的标准辅助设备是望远镜或潜望镜。在大战爆发之后，英国人又根据实战经验，发明了机械式的校射辅助设备。
英国海军技术史中对机械式校射辅助设备的总结
1916年初时，我们认识到，有必要为校射员配备一种装备，来保证他所观察的目标，就是指挥仪和炮塔所指向的目标。这种设备，能够避免校射员误将其他友舰射向其他敌舰的炮弹，当做是本舰打出的炮弹。同时，它还能确保指挥仪指向的是正确的目标。为了达到这个目的，这种装置上需要配备埃弗谢德方位接收设备，来显示选定敌舰的方位。同时，还需要设置一种机制，来对埃弗谢德设备显示的方位，与指挥仪及校射设备所指向的方位进行对比。为了达到这个目的，海军预备役军官基尔罗伊（Willie Dickson Kilroy）发明了一种叫做机械式校射辅助设备（Mechanical Aid-to-Spotter）的设备。
机械式校射辅助设备，是一套承载观测设备（望远镜或潜望镜）的旋转平台，这个旋转平台通过挠性轴，与指挥仪、变距率盘、埃弗谢德方位指示系统等相连。
这种设备具体分为三个型号：Mark I型、Mark II型、Mark II*型。
前两者的区别在于，Mark I型只能随动于指挥仪，而Mark II型既可以随动于指挥仪，也可以随动于埃弗谢德方位指示系统或变距率盘。Mark I型配备于从无畏号到乔治五世级的战列舰、以及无敌级、不倦级、狮级战列巡洋舰；每艘配备2套，安装在前桅楼上，左右两侧各有一套。Mark II型配备于自铁公爵级起的战列舰和自虎号起的战列巡洋舰，并且除了前桅楼之外，在火控塔上也有安装（即每艘配备4套）。
至于Mark II*型，则是装备在轻巡洋舰上的，其结构和功能与Mark II型大致相同。
这种机械式校射辅助设备，是在大战末期及战后初期才陆续装备到舰队的。
Mark II型机械式校射辅助设备
整套设备的核心组件是旋转平台，上承一套潜望镜式的观测设备，下接两套挠性轴，分别与指挥仪和埃弗谢德方位指示系统相连。旋转平台上有一套离合装置，操作员可以选择挂上离合装置，让平台随着指挥仪等设备旋转，也可以选择不挂离合装置，让平台自由旋转。此外，旋转平台上还设有三组刻度盘，分别显示本体、指挥仪、以及埃弗谢德方位指示系统的指向方位。
Mark II型机械式校射辅助设备的安装布局
下图中的上半部分，描绘的是前桅楼上的安装情况。前桅楼上左右两侧各设有一套机械式校射辅助设备和一套埃弗谢德方位发送设备，指挥仪则位于前桅楼附近（上方或前下方）。指挥仪的旋转方位，会通过一套齿轮箱传递给挠性轴，并与机械式校射辅助设备相连，能够带动后者从动于指挥仪。此外，埃弗谢德方位发送设备上也设有负责带动挠性轴的蜗轮，并与机械式校射辅助设备相连，能够带动后者从动于埃弗谢德方位发送设备。
下图中的下半部分，描绘的是火控塔上的安装情况。对于安装在火控塔上的设备来说，由于其距离前桅楼上的指挥仪过远，难以通过挠性轴直接相连，因此两者之间还增设了一个跟随指针式的中继机构，后者负责接收来自指挥仪的方位参数，并通过挠性轴与机械式校射辅助设备相连，方便后者从动于中继机构。此外，由于火控塔上没有安装埃弗谢德方位发送设备，而是安装了Mark VII*型变距率盘，因而此处的机械式校射辅助设备是与指挥仪及变距率盘相连的。
Mark II型机械式校射辅助设备的内部结构
此图表现的是旋转平台本体的内部结构，我们可以看到，其左侧设有与指挥仪或跟随指针式中继机构相连的机械装置，而右侧则设有与埃弗谢德方位发送设备或变距率盘相连的机械装置。
指挥仪上的齿轮箱的内部结构
齿轮箱是安装在指挥仪底座上的，会通过齿轮传动，将指挥仪的旋转方位传递给挠性轴，并最终传递给机械式校射辅助设备。
跟随指针式中继机构的内部结构
这种中继机构需要有专人操作，通过调整手轮来跟随指挥仪的旋转方位，并通过两根挠性轴，与左右两侧的机械式校射辅助设备相连。
Mark II*型机械式校射辅助设备
Mark II*型机械式校射辅助设备的安装布局 - 与指挥仪连接
Mark II*型机械式校射辅助设备的安装布局 - 与埃弗谢德方位发送设备连接
Mark II*型机械式校射辅助设备的安装布局 - 与埃利奥特方位发送设备连接
部分轻巡洋舰的前桅楼上，还安装有埃利奥特方位发送设备，因此还存在这种与埃利奥特方位发送设备连接的布局。
弹着提醒设备
为了更有效的观察落弹，校射人员通常还会携带一个秒表，以便提醒他们本舰发射的炮弹何时弹着。在大战期间，英国海军使用的主要是麦克纳马拉（Patrick Macnamara，日德兰海战时此人在虎号战列巡洋舰上担任炮术长）发明的落弹时间秒表（Macnamara time-of-flight watch）。至大战后期，厄斯本（Cecil Vivian Usborne，他是一位炮术专家，曾在军械局任职过，并且与德雷尔关系很不错）发明了一种更先进的设备，叫做厄斯本弹着提醒设备（Usborne Fall of Shot Indicator），能够通过响铃来提醒弹着。
三、斜度仪
斜度（Inclination），指的是敌舰航向（Target Heading）与视线方向（Line of Sight）之间的夹角。敌舰相对方位与斜度之和，便等于敌舰相对航向（即双方航向夹角）。由于本舰航向是可以通过陀螺罗盘读取的，而敌舰相对方位是可以通过坡伦测距仪等设备测量的，因此若是能掌握斜度，便能推算出敌舰相对航向。这对于解决火控问题是有重要现实意义的。
敌舰相对方位、敌舰相对航向、以及斜度之间的关系
在Mark VII型变距率盘上，英国人就增设了一根斜度指针，方便其操作人员根据斜度来推算出目标航向。而在Mark VII*型变距率盘上，其设计则改为使用罗盘来显示斜度，同样能帮助操作人员推算目标航向。
Mark VII型变距率盘
Mark VII*型变距率盘
但问题是，斜度又该如何测量呢？难道也像目标航向一样，通过目测来估计吗？为了解决斜度的测量问题，英国人开发出了一类叫做斜度仪（Inclinometers）的设备。
英国海军技术史中对斜度仪的总结
对于我们目前使用的火控系统来说，敌舰的航向和航速，是非常重要的火控参数。
在此之前，我们是通过绘图法来获取距离变化率和方位变化率，并将其逆向输入变距率盘，来获取目标斜度参数的。然而，这种方法并非没有缺陷，主要存在以下两点不足：
1）如果测距工作难以完成，那么就意味着无法使用这种方法。
2）如果目标方位难以获取，那么同样意味着无法使用这种方法。
更重要的是，敌舰很少会长时间保持相同的航向，特别是在其被击中后，就更是如此了。在此情况下，我们非常需要一种能够快速测量出敌舰当前斜度的设备，而德雷尔系统是不具备该功能的。除此之外，鱼雷火控的发展，也对斜度测量设备提出了需求。有鉴于此，发展一套能够测量敌舰斜度的设备，实属合乎逻辑的选择。为了解决这个问题，英国人一共拿出了三种不同的方案：
1）英国人在六分仪的基础上，开发了一种手持式斜度仪。其工作原理，是对敌舰上的两个间距已知的参照物（比如说两个烟囱）进行测量，获得两者之间的水平夹角。在参照物间距已知的情况下，可以根据当时的距离参数，用计算尺解算出目标的斜度（就是三角函数计算）。反过来，在斜度已知（通过变距率盘推算出来的），但参照物间距未知的情况下，也可以基于斜度反推出参照物间距。
2）英国人还开发了一种叫做兰利自动斜度仪（Langley Automatic Inclinometer）的设备。这种设备由露在外面的光学部分和位于火控计算通讯室内的计算部分共同组成，前者能够将测量得到的水平夹角自动发送给后者，而后者则能计算出目标的斜度。这个设备上的光学部分，是基于合像式测距仪的原理的，由Barr & Stroud公司负责制造；而机械部分则是由Elliott Brothers公司负责制造的。
3）由于兰利自动斜度仪的制造进展缓慢（直到终战时还未装备到舰队），英国人又设想了一种临时性的解决方案——他们对现有的9英尺基线的合像式测距仪进行了改造，使其能够测量敌舰上的两个参照物之间的水平夹角，随后通过计算尺来解算出目标的斜度。
六分仪式斜度仪的照片
六分仪式斜度仪的结构图
四、集火射击辅助设备
集火射击（Concentration Fire），指的是一种由两艘或更多己方军舰，射击同一艘敌舰的战术。在英国海军将领中，贝蒂便十分热衷于这种战术。
为了便于集火射击，有必要协调各舰之间的火控，为此英国人发明了一系列的向友舰传达本舰火控参数的手段。
距离转鼓
在部分早期无畏舰上，英国人在其前桅和主桅上分别安装了一具能够显示距离的转鼓（Range Drum）。然而由于这种转鼓上的数字不容易从远处辨识，因而它们很快就又退出现役了。
下图为鲁莽号战列舰上的距离转鼓。
距离表盘和炮塔指向刻度
在1917-1918年间，由于热衷于集火射击的贝蒂上任大舰队总司令，英国人又在主力舰上安装了能够显示距离的转盘（Range Dial，又名Concentration Dial），并在炮塔上设置了能够显示炮塔指向角度的刻度（Deflection Scale）。理论上来说，当编队中的某艘军舰无法目视观测到敌舰时，她可以参考编队内前一艘或后一艘军舰的距离表盘和炮塔指向刻度给出的参数。但实际上，这些设备和手段同样不太好用，因此很快又再次退出了现役。
距离表盘
下图为厌战号战列舰上的距离表盘。
下图为巴勒姆号战列舰上的距离表盘。
炮塔指向刻度
下图为乔治五世号战列舰上的炮塔指向刻度。
五、航空校射机
使用飞机进行观测和校射的做法，是日德兰海战之后才发展出来的一种火控手段。与军舰本身相比，飞机的位置更高，受烟雾等问题的影响更小，且能更好地判断出敌舰的航向与炮弹的落点，因而能起到较好的辅助作用。
当时的英国海军，在部分主力舰的炮塔上加装了一个滑跃平台，并在其上搭载了双翼机，来遂行校射功能。
伊丽莎白女王级战列舰上搭载的校射机及其滑跃平台
巴勒姆号战列舰上的校射机正在起飞
六、夜战火控设备
在没有雷达和夜视仪的一战时期，夜战火控完全是依赖于人工照明手段的——不是依赖探照灯，就是依赖照明弹，或者两者都使用。在日德兰海战时，英国海军只装备了探照灯，而没有装备照明弹，德国海军则既装备了探照灯，又装备了照明弹。
探照灯的照射效果
下面两张照片中展示的，是一战时期的英国探照灯的效果，以及被探照灯点亮的马尔伯勒号战列舰。
照明弹的照射效果
下面这种照片中展示的，是二战时期的英国照明弹的效果。
日德兰海战后，英国海军针对夜战火控所作出的改进
日德兰海战时，英国海军的夜战火控水准很不理想。此后，针对夜战火控问题，英国人做出了以下几方面的改进：
探照灯尺寸的升级
在伊丽莎白女王级之前，所有的英国主力舰配备的都是24英寸探照灯；自伊丽莎白女王级起，英国主力舰改用36英寸探照灯。36英寸探照灯的照射距离大约是24英寸探照灯的两倍。
日德兰海战后，英国人对伊丽莎白女王级之前的主力舰进行了改造，将原有的24英寸探照灯，以两具换一具的比例换成了36英寸探照灯。
阿伽门农号战列舰上的24英寸探照灯
皇家橡树号战列舰上的36英寸探照灯
探照灯的安装位置及操作方式的优化
在日德兰海战前，英国军舰的探照灯安装位置比较杂乱。日德兰海战后，许多军舰都就其安装位置进行了调整。考虑到指挥便利性、照射范围、照射效果等各方面因素，通常会将探照灯安装在前桅、主桅、以及舰体中部区域。
另外，对于探照灯的操作方式，英国人也进行了改进。在日德兰海战时，探照灯操作员是站在探照灯边上，直接操作探照灯的；至于操作员与火控军官之间的沟通，则是借助通话耳机完成的。日德兰海战后，英国人开始尝试通过远程遥控的方式来操作探照灯。
伊丽莎白女王级战列舰，日德兰海战后的探照灯及遥控线路的安装规划
从下面两张图纸中可以看出，英国人打算在前桅处安装1座探照灯，在烟囱左右两侧各安装2座探照灯，并在主桅处安装2座探照灯。这些探照灯都将配备遥控线路。
英国海军技术史中对探照灯遥控操作的总结
1917年3月时，英国海军决定，要在肯陶洛斯号轻巡洋舰上，开展利用火炮指挥仪遥控操作探照灯的试验。相关设备就位后，他们于1918年4月和10月，分两次进行了试验。由于指挥仪火控无法很好地实现俯仰方向上的连续瞄准，因此试验效果并不理想。
与此同时，英国人还开展了利用埃弗谢德方位指示系统遥控操作探照灯的试验，其效果良好，因此在轻巡洋舰以上级别的军舰上，英国人最终选择用埃弗谢德方位指示系统来遥控操作探照灯。
驱逐舰的情况则与大舰有所不同，由于驱逐舰上并未配备埃弗谢德方位指示系统，且驱逐舰的指挥仪本身就只具备旋回向遥控功能，而不具备俯仰向遥控功能，因此驱逐舰的探照灯遥控功能，最终是通过指挥仪来实现的。
仿制德国照明弹
根据杰里科在其回忆录中的记述，日德兰海战后，他向海军部指出，德国照明弹的效果非常好。
1917年时，在一次德国驱逐舰夜间炮击英国海岸的行动中，有一发照明弹没有爆炸，并被冲上了英国海岸。英国人立刻对这种德国照明弹进行了仿制，并很快将仿制品配发到了各舰。 | 
发表于 2017-10-7 17:44
楼主
发表于 2017-10-12 17:56
1918年时英国人试验过使用轻巡上的指挥仪来控制探照灯，但试验并不成功。