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拨开迷雾见明月之——探寻“二战”水面舰艇的反潜作战

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上士

十年服役纪念章海军及海军陆战队勋章

发表于 2020-6-4 18:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 yuxwang 于 2020-7-12 21:00 编辑

本文,是本系列三篇的第二篇,还有两篇开列如下,请众坛友指正。
拨开迷雾见明月之——探寻“灰猎犬”~“基林”号(USS Kee...http://www.warships.com.cn/thread-7673-1-1.html
拨开迷雾见明月之——漫谈护航船队和船队护航http://www.warships.com.cn/thread-7689-1-1.html

太平洋上的海空大战和北大西洋上的反潜战,是“二战”期间最典型的海战形式。小说《好牧人》所叙述的,是盟军护航船队和纳粹潜艇之间,绞杀和反绞杀的战斗。在作者的笔下,生动地描绘了一幅乔治·克劳斯中校指挥的护航舰队和德国潜艇斗智斗勇的壮阔画面。本文试图通过介绍一些反潜作战的基本原理和装备,来帮助读者了解“基林”号与德国潜艇的交战状况。

所有的作战形式,都要解决发现敌人、抓住敌人、消灭敌人并保存自己的问题,这就是武器平台要具备机动力、防护力、打击力和战场感知能力的原因。反潜作战的一个特点是,水面舰艇的航速远高于潜艇。这就解决了反潜舰艇在发现目标后,接敌所需要的机动能力要求。同时,水面舰艇可以凭借高航速来规避和摆脱潜艇,速度就是最好的防护;反潜作战的另一个特点,也是最重要的特点,就是潜艇隐伏于水下,即便偶尔浮出水面,目标也很小、很难被发现。反潜作战,首先要能发现潜艇,解决战场感知能力的问题。既要在各种能见度条件下能够发现浮出水面的潜艇,也要能侦测到水下的潜艇。因此,本文首先要讨论的是反潜作战的目标探测问题;反潜作战的第三个特点,是要解决对水下目标的打击问题,鱼雷只能对付水面目标,舰炮除了对付水面目标,还能对付空中目标,但是它们都不能对付水下的目标。本文要讨论的第二个问题是反潜作战需要什么样的武器

反潜作战的目标探测
雷达和光学设备,只能探测水面和空中目标。因为光线只能穿透有限深度的海水,所以一旦潜艇没入水中,就会消失在视野里。同样的道理,雷达波在海水中的衰减大,无法在水中长距离传输,因此雷达对隐伏于水下的潜艇,也没有探测能力。潜艇偶尔浮出水面,也会因为目标很小,以及海面波浪引起的杂波,而很难被雷达发现。即使被雷达所发现,发现的距离也要明显缩短。以美海军的SC-2型对空搜索雷达为例,其对驱逐舰目标的最大探测距离为10海里,而对水面潜艇的最大探测距离只有3海里。以性能稍好的SG型对海搜索雷达为例,对水面潜艇的最大探测距离也只有9,000码(不到4.5海里)。

对水下目标的探测,主要依赖于声呐,一种利用回声对水下目标进行探测和定位的设备。一部声呐,主要由发射机、换能器、接收机和指示器等设备组成。声呐的工作原理和雷达类似,但发射的是声波波束,因为声波的频率低,在水中的衰减小,波束传送距离远。声呐发射声波,遭遇目标后会产生反射,反潜舰艇接收到回声就意味着达成了一次“接触”,即发现目标。通过记录发射波束的方位和接收到回声的时间,就可以获得目标的方位和距离。严格意义上讲,此间讨论的是主动声呐。



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上士

十年服役纪念章海军及海军陆战队勋章

 楼主| 发表于 2020-6-4 18:41 | 显示全部楼层
然而,声波在水中的传输并不是直线的,也不是匀速的。海水随着深度的增加,温度会下降、密度将增加。声波在水中的传播有一个特点,即在温度高的水里传播速度快,而在温度低的水里传播得慢,并且传播方向会朝着传播速度快的地方偏转。其次,在海面以下100—200米处有一层很薄的海水,温度和密度变化急剧,这层海水被称为温跃层。其上是暖水层、密度小,其下是冷水层、密度大。声波传播至温跃层,相当于进入了另一种媒质,传输就会发生折射和反射。声波从密度低的媒质进入密度高的媒质,入射角大于折射角。声波在同种媒质中传播发生反射,入射角等于反射角。温度的梯度递减和温跃层效应的叠加,使声波的传播路线发生如图4那样的偏转,从而形成了一个声呐探测的盲区。书中描述的德国潜艇,就是在此区域内躲避声呐探测的。除此之外,声波传播方向的偏转和传播速度的改变,还会给测量的深度和距离数据带来误差。通过调整声波波束的发射倾角和近似计算进行修正,可以减小盲区并降低探测误差。

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十年服役纪念章海军及海军陆战队勋章

 楼主| 发表于 2020-6-4 18:43 | 显示全部楼层
本帖最后由 yuxwang 于 2020-6-4 18:51 编辑

马汉级驱逐舰上装备的是一部QC系列的声呐,一种照射式(Searchlight Sonar)声呐,也被称为探照灯式声呐。以QCS型声呐为例,最大探测距离为10,000码。这种声呐,只有在接收到回声之后,才能对另一个方位进行探测,完成一周的探测往往需要好几分钟。于是,为了提高探测速度,就发展了另一种声呐——扫描型声呐(Scanning Sonar)。这种声呐以脉冲扫描的方式对周遭360度进行探测,美海军的QHBa型声呐属于该类型声呐。不过,这种类型的声呐探测距离较近。以QHBa型声呐为例,其最大探测距离仅为3,750码。

无论是照射式声呐,还是扫描型声呐,都只能测定水下目标的距离和方位,而不能测定目标的深度。对水下目标的探测和舰艇对空中目标的测定类似,也是三维空间的问题。舰艇对空中目标的定位需要距离、方位和仰角三个数据,对水下目标的定位则需要距离、方位和深度三个数据。为了能解决这个问题,就需要一种带深度测定(Depth-Determining)功能的声呐。美国海军中最早的测深声呐是引进的英国147B型,1944年服役的QDA型声呐则是第一种美国研制的测深声呐。

因此,在1942年的北大西洋上,美海军水面舰艇的水下侦测能力是非常有限的。

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十年服役纪念章海军及海军陆战队勋章

 楼主| 发表于 2020-6-4 18:44 | 显示全部楼层
反潜作战是一种复杂的作战形式,除了水下目标的低可探测性和大海深处复杂的环境条件,还要面对敌人的种种诡计和欺骗。书中描述的释放燃油是一种欺骗水面舰艇的方式。这种欺骗方式在电影《紧急下潜(Crash Dive)》中有生动的演绎。艇长杜威·康纳斯(Dewey Connors)通过排放燃油,并用鱼雷发射管射出衣物和包装箱的方式,成功地欺骗了德国舰长。只不过在电影里,敌我双方进行了角色互换。诱饵弹发射装置(Pillenwerfer)是德国人的另一种欺骗手段,小说《好牧人》中有相当的篇幅,都是在描述克劳斯如何被诱饵弹欺骗,又如何识破敌人骗局的故事。

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上士

十年服役纪念章海军及海军陆战队勋章

 楼主| 发表于 2020-6-4 18:46 | 显示全部楼层
本帖最后由 yuxwang 于 2020-6-4 18:52 编辑

反潜作战的武器
“一战”期间,当德国潜艇初登战场的时候,协约国海军对她们是束手无措的。如果发现一艘在水面航行的潜艇,水面舰艇或许还可以开炮,甚至发射鱼雷。不求击沉击伤敌人,至少可以吓唬吓唬对手。如果潜艇下潜,那么水面舰艇就只能指望趁着她们还没来得及下潜得够深的时候,能及时赶到,并对她们实施撞击。著名的“Q”船,其实也是协约国海军在情急之下想出来的应急办法。

战场需要是武器最好的催化器,守株待兔不若主动出击。第一种实用型深水炸弹——D型深水炸弹于1916年1月问世,它的外形为桶状,内装高爆炸药。美国海军于1917年从英国获得了这种炸弹的图纸,改进设计后成为了美海军的Mk2型深弹。在Mk2型深弹的基础上改进而成的,是Mk3型深弹。书中提到的桶状Mk6型深弹,是在Mk3型深弹的基础上重新设计的。两型深弹的重量和装药量深相同,但Mk6型的下沉速度稍块,为2.4米/秒,定深设置范围为9—91米。1943年投入使用的流线型Mk9型深弹,下沉速度更块,定深设置范围更大。早期型号的下沉速度为4.4米/秒,最大定深为180米。后期型的下沉速度为6.9米/秒,最大定深为300米。流线型深弹的另一个好处是深弹在水中的下沉比较稳定,深弹布撒的散布区域可预测。



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上士

十年服役纪念章海军及海军陆战队勋章

 楼主| 发表于 2020-6-4 18:48 | 显示全部楼层
本帖最后由 yuxwang 于 2020-6-4 18:52 编辑

武器在很大程度上决定了作战形式。水面舰艇最初使用深水炸弹时,只是简单地让深弹顺着斜坡滚落。后来研制了专门的深弹滚落架,再后来就有了带远程释放装置的深弹投放轨。深弹投放轨布置在水面舰艇的尾部,深弹滚落、舰艇前行,在舰艇的后面形成一条带状的“爆破清扫带”。带状的深弹散布,对目标的毁伤概率低。反潜作战,深弹的散布最好是圆形、或者椭圆形散布。而且,只配备了深弹投放轨的反潜舰艇,必须在潜艇航路前方的适当位置越过,才能投弹进行攻击,即所谓的“过顶”攻击。理论上,这个位置是深弹爆炸时,潜艇的抵达位置。对反潜舰艇而言,要占据这个攻击阵位是不容易的。

1917年,英国的桑尼克罗夫特(Thornycroft)公司研制成功了一种被称为“Y”炮的深弹侧向抛掷器。这种武器有两根抛射身管,成90度夹角。“Y”炮布置在舰艇的中线上,可向两侧抛投深弹。美海军的仿制型号为Mk1型。1942年,一种被称为“K”炮的新型深弹侧向抛掷器投入使用。“K”炮仅有一根抛射身管,向一侧舷外抛投深弹。“K”炮通常被布置在舰艇的舷侧,这样舰艇中线位置的空间,就可以另作他用了。马汉级驱逐舰在1942年进行的战时改装中加装了4座Mk6型“K”炮。

反潜舰艇在装备了深弹侧向投掷器以后,其单位时间的深弹投掷量增加了,深弹的散布面积扩大,而且分布也更趋合理,无疑就提高了毁伤敌潜艇的概率。同时,随着深弹散布面积的扩大,降低了反潜舰艇占据攻击阵位的难度,有利于舰艇获得攻击时机,也就提高了作战效率。
不过,硬币总是两面的。深弹投掷量的增加,也带来了弹药消耗增加的问题。按照小说中的描述,一次全散布的布撒,要消耗6颗深弹。“基林”号上携载了44颗深弹,也就只够七八次攻击之用。美海军在参战之初,舰队驱逐舰上的深弹携载量一般为30颗,后增加到50至60颗,而用于护航任务的,携载量更是夸张地达到了300颗以上。试想一下,每颗Mk6型深弹的重量为192公斤,那么总重量将达到近60吨。如此多的弹药携载,稍有闪失,整个战舰和舰上人员恐怕就要灰飞烟灭了。

“二战”爆发以后,德国潜艇再次对同盟国的海上航运构成了重大威胁。盟国海军迫切需要一种更有效的反潜武器,一种在攻击时最好还能保持声呐接触的反潜武器。早期的照射式声呐只能进行水平方向的扫测,而不能在垂直方向改变波束,其发射的声波波束的夹角仅约为16度,因此在反潜舰艇的下方是很大的一片声呐盲区。然而,无论是深弹投放轨,还是“K”炮,都需要反潜舰艇抵近潜艇,才能发起“过顶”攻击。也就是说,当反潜舰艇靠近或占领攻击阵位的时候,声呐是失去目标接触的,这就给攻击的效果带来了很大的不确定性。事实上,潜艇面对水面舰艇的时候,一个标准的战术动作就是设法进入声呐盲区,然后改变深度和航向,摆脱水面舰艇的搜索和攻击。

因此,英国开始研制一种具有更大射程的前向抛掷反潜武器。更大的射程可以使反潜舰艇不必再实施“过顶”攻击,前向抛掷则有利于舰艇向目标机动。两者的目的都是为了缩短(最好能消除)声呐对敌潜艇的失聪时间,提高命中概率,并降低敌潜艇规避的可能。1942年,英国海军投入使用一种固定式的前向抛掷反潜武器——“刺猬”炮(Hedgehog),因为上面配置排列的24发小型深弹形似刺毛竖起的刺猬而得名,这种小型深弹也同时被称为了“刺猬弹”。该型装备在美海军中的型号为Mk10。1948年,美海军装备了更先进的旋转式Mk15型“刺猬”炮。

Mk10型“刺猬”炮的最大射程为180米,比“K”炮的射程增加了一倍多(Mk6 mod1,最大射程75米)。除了在发起攻击时,能尽量保持声呐接触外,更大的射程就意味着更短的接敌时间。战后,美国的Mk108型反潜火箭,以及瑞典的“博福斯”375毫米反潜火箭炮,都可被视作“刺猬”炮的继承者。其中Mk108型反潜火箭的最大射程为750米,而“博福斯”375毫米反潜火箭炮的最大射程更是达到了2,000米。时至现代,最有效的舰载反潜武器是声制导的火箭助飞鱼雷,也被人们视作为“反潜导弹”。

“二战”期间,美海军的舰队驱逐舰没有装备使用“刺猬”炮,美海军中装备“刺猬”炮的是护航驱逐舰(DE)和护航巡逻舰(PF)。这两种战舰以反潜护航任务为主,深弹投放轨、“K”炮和“刺猬”炮,一应俱全。多样的反潜武器,意味着多样的攻击方式。相对于驱逐舰而言,这两种战舰的最高航速较低,即便是航速稍快的护航驱逐舰,其最高航速也就24节左右。她们要花费更多的时间,往来奔波在攻击点和掩护阵位之间,因此提高作战效率是必要的。

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一等兵

发表于 2023-2-12 19:05 | 显示全部楼层
本帖最后由 经典懒人 于 2024-8-4 10:51 编辑
yuxwang 发表于 2020-6-4 18:48
武器在很大程度上决定了作战形式。水面舰艇最初使用深水炸弹时,只是简单地让深弹顺着斜坡滚落。后来研制了 ...

英国职能为护航的驱逐舰,深水炸弹好像一般也就是100多颗,这还是把艉炮和鱼雷发射管拆了后才有装载量。护卫舰,轻型护卫舰(花级)更要少。所以对文中“驱逐舰 携载量更是夸张地达到了300颗”持谨慎的怀疑态度。

另外读相关资料,英国反潜前期用的是14颗一次攻击,所以K炮要装到8座;后面用10颗一组模式,K炮用4座就可以了。真正最有效的水面反潜还是等刺猬弹出现后,乌贼弹更强,但是投入使用太晚了

列兵

发表于 2023-2-17 17:07 | 显示全部楼层
二战时的声呐到底啥水平??

一等兵

发表于 2023-2-27 16:30 | 显示全部楼层
jiamy10 发表于 2023-2-17 17:07
二战时的声呐到底啥水平??

不能简单表述,声呐性能与国别,型号,乃至载舰状态,航速都相关。
英国和美国的水平更高一些,相对大一点的船,哪怕同型号设备,都比小船上效果好,主要是因为小船上声呐室与动力舱室距离更近,会被干扰。日本人的海防舰,好像声呐在高航速时会基本没法用
探测距离,之前看过的资料有点印象,好像好的声呐可以到2-3km,早期或性能弱的声呐甚至在1km以内。那个时期的声呐比较落后,所以反潜舰要装2个声呐,1个是360度被动搜索的,1个是主动搜索。

有兴趣的话可以看看资料
https://maritime.org/doc/sonar/index.php

列兵

三年服役纪念章

发表于 2023-2-27 18:53 | 显示全部楼层
据说,二战初期,德国声纳技术世界第一。求证实或证伪。

二等兵

六年服役纪念章

发表于 2023-2-28 02:03 | 显示全部楼层
大漠老兔二世 发表于 2023-2-27 18:53
据说,二战初期,德国声纳技术世界第一。求证实或证伪。

要看出处

列兵

十年服役纪念章

发表于 2023-11-25 10:16 | 显示全部楼层
窃以为,“刺猬弹”是一种不同于深水炸弹的武器,因为它没有水压深度引信,只有触发引信,攻击潜艇时齐射一大片,其中一发撞击到潜艇的外壳后爆炸,不仅炸伤潜艇,还引爆了其它的刺猬弹,增强杀伤效果。

护航舰只有深水炸弹的时候,由于炸弹威力太大,容易误伤并且使得声纳失效,使用的时候对战术动作限制太多,而“刺猬弹”就几乎没有限制,可以向军舰正前方投放,而正前方是普通深水炸弹投放的绝对禁区。

战后博福斯375毫米火箭、阿斯洛克之类,视为“火箭助推深水炸弹”似乎更合适,也是追求单发毁伤能力,有定深引信。而“刺猬弹”的继承者,苏联的那一票反潜火箭发射器更合适,靠火力密度和碰炸引信来对付浅水区的潜艇。

大校

论坛贵宾

九年服役纪念章银星勋章

发表于 2023-11-25 11:00 | 显示全部楼层
超级大笨鹰 发表于 2023-11-25 10:16
窃以为,“刺猬弹”是一种不同于深水炸弹的武器,因为它没有水压深度引信,只有触发引信,攻击潜艇时齐射一 ...

大部分阿斯洛克(包括潜射的萨布洛克)的战斗部是324毫米制导鱼雷,少部分是核深水炸弹。我不明白你为什么会把阿斯洛克视为“火箭助推深水炸弹”。

列兵

十年服役纪念章

发表于 2023-11-25 16:28 | 显示全部楼层
史东 发表于 2023-11-25 11:00
大部分阿斯洛克(包括潜射的萨布洛克)的战斗部是324毫米制导鱼雷,少部分是核深水炸弹。我不明白你为什 ...

阿斯洛克的战斗部的确是这两种,我的说法不严谨,非常抱歉。

二等兵

一年服役纪念章

发表于 2024-7-7 08:29 | 显示全部楼层
日本人的海防舰,好像声呐在高航速时会基本没法用
现在世界各国的声纳,在平台高航速时基本也会基本没法用,因为自噪声太大的话就无法屏蔽了
Slava Ukraini!

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