【新增：变距率盘】一百年前皇家海军的现代火控设备

mathewwu

指挥仪

一百年前的1912年，皇家海军在蹉跎经年后终于决定采用代表现代火控系统的大脑与眼睛的两项设备——德雷尔整合出来的具有绘图与计算功能的火控台，以及斯科特研发的具有中央瞄准与击发功能的指挥仪（日文：方位盘）。不过由于预算拮据，量产品要到一战前夕才陆续交货。

下面是英式斯科特-维克斯方位盘（英文：Scott-Vickers Director，维克斯是制造厂，对研发也有贡献），有两具标定望远镜，一具管方位一具管俯仰，底盘可旋转，还有击发扳机。装置在桅盘或舰桥内部的方位盘如下图，出自1917年的手册：：





指挥仪的作用参看：http://www.warships.com.cn/forum.php?mod=redirect&goto=findpost&ptid=5060&pid=99225

斯科特-维克斯指挥仪的详细介绍另请参见77版主的： 日德兰纪念系列 - 火控炮术篇 - 第六章 - 斯科特指挥仪
https://www.warships.com.cn/thread-7483-1-1.html

gurkha

mathewwu 发表于 2012-5-29 14:08
英式Scott-Vickers Director“方位盘”有两具标定望远镜，一具管方位一具管俯仰，底盘可旋转，还有击发扳机 ...

请问马老：瞄准装填手(sight setter)的工作是不是将观测到的方位角和俯仰角数值通过射向和射距手轮设定在盘面上并传送给炮塔，而炮塔中类似的盘面接受装置会显示相同的数值，炮手根据这些数值来转动盘中的指针与之匹配，从而来调整炮的方位角和俯仰角，这一整套系统是不是就是所谓的follow-the-pointer?

dgpainter

原来方位盘是这样的

烦请老马不妨另开一帖专门科普下这方位盘的原理和操作流程。

mathewwu

gurkha 发表于 2012-5-29 15:38
请问马老：瞄准装填手(sight setter)的工作是不是将观测到的方位角和俯仰角数值通过射向和射距手轮设定在 ...

基本作用就是如此，即follow-the-pointer。不过这是假设中央瞄准具与火炮直接交联，火炮跟随中央瞄准具参数瞄准的情形下的简单说法，在英式方位盘出现之前就有由中央火控设备传送参数给火炮的仪表系统。

随着火控系统的进步，火炮与方位盘之间又加进了计算设备，方位盘与测距仪变成了单纯的测量工具，主控权转移到绘图室。绘图室把计算完成的瞄准参数一头送到火炮开始瞄准（炮位瞄准镜通常以目标水线为射程基准，以目标舰桥为射向基准，距离仰角与方向提前角都已内含在瞄准参数内，所以瞄准线与射击线是有角度偏移的），一头送到方位盘作目视检查，如果有误差还可反馈绘图室予作修正，如果正确就可持续按照参数瞄准，于适当时机按钮发射。有些系统则是从绘图室传到方位盘再传到炮位。所以方位盘会有sight-setter的传送及接收设备，而炮位一般只有接收设备。

但由于火炮follow-the-pointer系统只是随动，方位盘发射钮也只是连通炮位发射铃，火炮俯仰瞄准手与方向瞄准手各管各的瞄准，在铃响以后如确定瞄准目标位置则各自踩下发射踏板（或钮），要两人都踩下才真正击发火炮，所以早期的火炮全齐射前后延续几秒钟很正常，各次齐射散布不规则也很正常。


瞄准随动仪表  见楼下以及RRS君的：关于Follow-the-Pointer火控设备

gurkha

mathewwu 发表于 2012-5-29 17:01
基本作用就是如此，即follow-the-pointer。不过这是假设中央瞄准具与火炮直接交联，火炮跟随中央瞄准具参 ...

马老所说的可以用以下的流程图来说明：



再补几张炮塔内follow-the-pointer接收设备图：

mathewwu

gurkha 发表于 2012-5-29 21:50
马老所说的可以用以下的流程图来说明：

谢谢gurkha君提供的照片。

这几张火炮射击参数接收器也出自1917年的手册，真是好东西。想想一百年前先进国家就有那么精密的工艺，只有叹服。我也很惊异那时候的火控技术已经细致到这个程度，那时去第一具现代火控设备——自备基线光学测距仪的发明也不过廿卅年，反映出舰炮射击问题已具备全盘科学基础，只待新科技的开发制造。

比如第二张那个炮塔仰角接收器大盘面顶上那个TILT CORRECTOR，可以消除因舰体或炮塔变形对发射仰角及射程的影响（比如炮塔转盘左高右低，对左舷发射就要调减原设定仰角即射程值）。

左下的DIP SETTING则是消除因各炮管初速的参差不齐以及各炮塔位置的高度差对发射仰角及射程的影响（比如BX炮塔比AY炮塔要高，与AY炮塔同仰角发射会较晚落水，表示射程会偏远；又假设BX炮塔的火炮都是初速较高的新炮管，与AY炮塔同仰角发射会射得更远，这都要调减原设定仰角值）。

又如第三四张的炮塔旋回角接收器底部有CONVERGENCE SETTING，这是消除前后间隔几十上百米的数个炮塔使用原旋回即射向设定值时，各炮射击线会成平行分布而不能集中一点落水的问题，需要按不同射向射程调整原旋回角设定值。这些细致的调整都是为了维持火炮散布在标准范围内，以使火控程序能有效进行。

以上三种修正作用可参考《什么是“弹着散布“？什么是“平均弹着“？》http://www.warships.com.cn/thread-923-1-1.html的说明10.-11.及图2.FIGI-II。   

我在研读美军1930-40年代火控计算机时发现他们已将这种细致的调整功能整合到系统内，认为是一大进化，现在才知道英国佬早早就算计到了，虽然是分散式的且自动化程度低，在当时的整体计算水平下估计也作用不大，但该有的都设想到了，难怪二战时期皇家海军那些老家伙只部份更换与添加一些火控设备后还大体能凑合。

达契亚

好贴，马老出品，必属精品。

mathewwu

1914年皇家海军火控流程图




这是1914年皇家海军陆战队上校G. P. Orde所绘制的12英寸主炮可畏级(Formidable)前无畏战列舰的火控指令数据流程图。皇家海军从风帆时代起即有由驻舰陆战队操控部份炮台的传统（放水灌淹弹药库拯救狮号的Q炮塔主官哈维就是陆战队少校，） 这份资料应有其可信度。金字塔形的火控流程图以粗黑线分为三层：

图（上）层是司令塔即舰桥，指挥官是舰长，可以假设炮术长的阵位也会在此，协助舰长选择目标、拟定战术与决定攻击时机。

图（中）层由细黑线隔开的是两大火控部门，即前桅顶的火控塔与前内舱的绘图室。上级的作战指令传送给火控塔的主火控官，他的工作另有12英寸主炮及6英寸副炮火控官协助。火控官们首先要确认目标位置与目标性质，决定使用的主副炮炮台数量，通知前桅顶的测距仪(R. F. = Rangefinder)及前后炮塔测距仪开始持续测量敌我距离，以及通知前桅顶的变距率盘(Dumaresq)开始持续测量目标移动向量（即变距率）。初始测距离及初始变距率被传送到内舱的绘图室(T. S. = Transmission Station, 数据转换室)，室内有绘图桌(Plotting Table)与距离时计(Clock = Vickers Range Clock)等火控设备。经平均后的初始测距离，以及初始变距率被传送给12英寸主炮及6英寸副炮的距离时计，计算出对应时间推移的火炮射程，再加上对应的射向偏转量（以及其他次要射击因素），作为射击参数传送给炮台。

图（下）层是炮台，包括前后主炮塔及左右舷副炮台。个别炮组根据射击参数操作火炮瞄准，并于上级命令下达时开火及停火。在正常射击情况下，炮弹落点将由前桅顶的火控官们观测，并将效果数据传送给绘图室进行射击参数的校正计算作业，再将最新的射击参数传送给炮台进行下一轮瞄准射击。图上另有次级火控数据传送流程，估计是指火控塔战损或失效时由炮台向距离时计提供目标方位距离等计算资料。

这张图上的火控设备没有见到指挥仪(Director, 方位盘)和德雷尔火控桌(Dreyer Table)，这是因为前者从1913年才开始缓慢的安装于新造舰（连无畏号都要到1916年才安装，前无畏就更轮不到了），后者更要到1914年7月才有量产型出厂。但这并不表示1914年皇家海军主力舰没有中央火控系统，从以上流程可看出系统已具备统一测量、计算和传送射击参数的能力，统一射击指令则由司令塔或火控塔用电铃及灯号发布。当时尚未普及的只是统一瞄准与开火的指挥仪，至于德雷尔火控桌，不过是集中机械绘图桌、变距率盘和距离时计等主设备为一体，但后二者及近似设备的使用在各海军强国已行之有年，设备整合过的效能或许高一些，可并没有质量上的飞跃。



火控指挥与通讯的详细介绍另请参见77版主的：日德兰纪念系列 - 火控炮术篇 - 第四章 - 火控指挥与通讯...
https://www.warships.com.cn/thread-7481-1-1.html

dlwwj2003

mathewwu 发表于 2012-5-29 17:01
基本作用就是如此，即follow-the-pointer。不过这是假设中央瞄准具与火炮直接交联，火炮跟随中央瞄准具参 ...

第一次看到详细的战列舰主炮射击的介绍~~这是一战的？还是二战也延续了这种方式呢？  谢谢~

dlwwj2003

mathewwu 发表于 2012-5-30 14:33
谢谢gurkha君提供的照片。

这几张火炮射击参数接收器也出自1917年的手册，真是好东西。想想一百年前先进 ...

皇家海军的水很深啊~~在细节上好厉害~

mathewwu

dlwwj2003 发表于 2012-12-31 14:20
**** 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽 ****

二战基本延续这种方式。二战增加的新火控设备并没有改变基本射击程序，火控雷达测距测向作用同光学方位盘和测距仪，RPC遥控操炮作用同人工随动仪表参数(follow-the-pointer)。新设备并没有取代旧式设备，两者并存。

dlwwj2003

mathewwu 发表于 2012-12-31 17:42
二战基本延续这种方式。二战增加的新火控设备并没有改变基本射击程序，火控雷达测距测向作用同光学方位盘 ...

谢谢~

沼泽

mathewwu 发表于 2012-12-31 17:42
二战基本延续这种方式。二战增加的新火控设备并没有改变基本射击程序，火控雷达测距测向作用同光学方位盘 ...

话说伺服电机这类玩意到上世纪20年代末至30年代初才出现火炮随动在一战时应该做不到吧。

mathewwu

沼泽 发表于 2013-1-3 15:50
话说伺服电机这类玩意到上世纪20年代末至30年代初才出现火炮随动在一战时应该做不到吧。 ...

至少驱动大动力马达，并达到火炮随动所需的精度在一战时做不到，但参数仪表随动是做得到的，可参看《微场扩流发电机》。

沼泽

mathewwu 发表于 2013-1-3 23:04
至少驱动大动力马达，并达到火炮随动所需的精度在一战时做不到，但参数仪表随动是做得到的，可参看《微场 ...

看到维基关于Amplidyne的描述
Amplidynes were initially used for electric elevators, moving sidewalks (Paris 1900), to point naval guns, and antiaircraft artillery radar such as SCR-584 in 1942. Later used to control processes in steelworks.
如果是参数随动，那么还是各个炮台以测距参数和弹道解算来瞄准只是统一激发把

mathewwu

沼泽 发表于 2013-1-4 21:39
看到维基关于Amplidyne的描述
Amplidynes were initially used for electric elevators, moving sidewalk ...

是的，就是由1楼指挥仪上像手枪似的扳机统一击发。在8楼那种未配置指挥仪的系统中，则由炮术长或火控官用电铃通知各炮塔击发，当然前提是各炮炮手要一直摇手轮对准参数仪表，使火炮随动于最新的射击指令。当符合需求的微场扩流发电机出现后，原来传送给参数仪表的电气信号就转去控制火炮驱动机构，使火炮随动于计算机的射击指令，这遥控火炮瞄准的方式就是通称的RPC - Remote Power Control。

墨冥

非常感谢马老的资料分享。

另外 请收下伸手党的膝盖，

laoziluanlai

mathewwu 发表于 2013-1-3 23:04
至少驱动大动力马达，并达到火炮随动所需的精度在一战时做不到，但参数仪表随动是做得到的，可参看《微场 ...

請問mathew，英國人沒有用液壓嗎

mathewwu

laoziluanlai 发表于 2015-2-7 23:13
請問mathew，英國人沒有用液壓嗎

有。但问题不在动力或传动系统，而在于如何精确的控制传动量。摇手轮就是控制液压流量，而不是人力驱动。

laoziluanlai

mathewwu 发表于 2015-2-8 01:12
有。但问题不在动力或传动系统，而在于如何精确的控制传动量。摇手轮就是控制液压流量，而不是人力驱动。 ...

原來如此啊