Бомбовый прицел

Ранний бомбовый прицел, 1910-е годы.

Прототип бомбового прицела Norden MK XI 1923 года.

Бомбовый прицел — это устройство, используемое военными самолетами для точного сброса бомб . Бомбовые прицелы, характерные для боевых самолетов со времен Первой мировой войны , сначала были обнаружены на специально разработанных бомбардировщиках , а затем перешли на истребители-бомбардировщики и современные тактические самолеты, поскольку эти самолеты приняли на себя основную нагрузку по бомбардировке.

Бомбовый прицел должен оценить путь, по которому пройдет бомба после сброса с самолета. Двумя основными силами во время ее падения являются гравитация и сопротивление воздуха , которые делают траекторию бомбы в воздухе примерно параболической . Существуют дополнительные факторы, такие как изменения плотности воздуха и ветер , которые можно учитывать, но они касаются только бомб, которые значительную часть минуты падают в воздухе. Эти эффекты можно свести к минимуму, уменьшив время падения за счет бомбардировки на малых высотах или увеличив скорость бомб. Эти эффекты объединены в пикирующем бомбардировщике .

Однако бомбардировка на малых высотах также увеличивает опасность для бомбардировщика со стороны наземной обороны, поэтому всегда была желательна точная бомбардировка с больших высот. Это привело к созданию серии все более сложных конструкций бомбовых прицелов, предназначенных для бомбардировки на большой высоте.

Бомбовые прицелы впервые были использованы перед Первой мировой войной и с тех пор претерпели несколько серьезных изменений. Самыми ранними системами были прицельные приспособления , которые были предварительно настроены на расчетный угол падения. В некоторых случаях они представляли собой не что иное, как серию гвоздей, вбитых в удобный лонжерон, линии, нанесенные на самолет, или визуальные совмещения тех или иных частей конструкции. На смену им пришли самые ранние системы, специально разработанные, обычно это механические прицелы, которые можно было устанавливать в зависимости от воздушной скорости и высоты самолета. Эти ранние системы были заменены векторными бомбовыми прицелами, которые добавили возможность измерения и корректировки ветра. Векторные бомбовые прицелы были полезны на высоте примерно до 3000 м и скорости примерно до 300 км/ч.

В 1930-х годах механические компьютеры с характеристиками, необходимыми для решения уравнений движения, начали использоваться в новых тахометрических бомбовых прицелах, самым известным из которых является « Норден» . Затем, во время Второй мировой войны , тахометрические бомбовые прицелы часто комбинировались с радиолокационными системами, чтобы обеспечить точную бомбардировку сквозь облака или ночью. Когда послевоенные исследования показали, что точность бомб примерно одинакова как с оптическим, так и с радиолокационным наведением, оптические бомбовые прицелы обычно удалялись, и их роль переходила к специальным радиолокационным бомбовым прицелам. Наконец, особенно с 1960-х годов, были введены полностью компьютеризированные бомбовые прицелы, которые сочетали бомбардировку с дальней навигацией и картографированием.

Современные самолеты не имеют бомбового прицела, но используют высококомпьютеризированные системы, которые объединяют бомбометание, артиллерийскую стрельбу, ракетный огонь и навигацию на одном проекционном дисплее . Системы способны рассчитывать траекторию бомбы в реальном времени по мере маневрирования самолета, а также добавлять возможность корректировки с учетом погоды, относительной высоты, относительной скорости движущихся целей, а также угла набора высоты или пикирования. Это делает их полезными как для горизонтального бомбометания, как и в предыдущих поколениях, так и для тактических задач, в которых раньше бомбили на глаз.

Теория

Силы на бомбе

Сопротивление бомбы при заданной плотности воздуха и угле атаки пропорционально квадрату относительной скорости воздуха. Если вертикальную составляющую скорости обозначить через $v_{v}$ и горизонтальная составляющая $v_{h}$ тогда скорость ${\sqrt {v_{v}^{2}+v_{h}^{2}}}$ а вертикальная и горизонтальная составляющие сопротивления равны:

${\begin{aligned}d_{v}&=CA\rho {\frac {v_{v}}{\sqrt {v_{v}^{2}+v_{h}^{2}}}}(v_{v}^{2}+v_{h}^{2})\\&=CA\rho v_{v}{\sqrt {v_{v}^{2}+v_{h}^{2}}}\end{aligned}}$

${\begin{aligned}d_{h}&=CA\rho {\frac {v_{h}}{\sqrt {v_{v}^{2}+v_{h}^{2}}}}(v_{v}^{2}+v_{h}^{2})\\&=CA\rho v_{h}{\sqrt {v_{v}^{2}+v_{h}^{2}}}\end{aligned}}$

где C — коэффициент лобового сопротивления, A — площадь поперечного сечения, ρ — плотность воздуха. Эти уравнения показывают, что горизонтальная скорость увеличивает вертикальное сопротивление, а вертикальная скорость увеличивает горизонтальное сопротивление. Эти эффекты игнорируются в последующем обсуждении.

Для начала рассмотрим только вертикальное движение бомбы. В этом направлении на бомбу будут действовать две основные силы: гравитация и сопротивление : первая постоянная, а вторая меняется пропорционально квадрату скорости. Для самолета, летящего прямо и горизонтально, начальная вертикальная скорость бомбы будет равна нулю, а это значит, что она также будет иметь нулевое вертикальное сопротивление. Гравитация ускорит бомбу вниз, и по мере увеличения ее скорости растет и сила сопротивления. В какой-то момент (по мере увеличения скорости и плотности воздуха) сила сопротивления станет равной силе тяжести, и бомба достигнет предельной скорости . Поскольку сопротивление воздуха зависит от плотности воздуха и, следовательно, от высоты, конечная скорость будет уменьшаться по мере падения бомбы. Как правило, бомба замедляется по мере достижения меньших высот, где воздух более плотный, но взаимосвязь сложная.

То, как линия бомб, падающих с этого B-26, идет назад, обусловлено сопротивлением. Двигатели самолета поддерживают его движение вперед с постоянной скоростью, в то время как бомбы замедляются. С точки зрения бомбардировщика, бомбы следуют за самолетом.

Теперь рассмотрим горизонтальное движение. В момент выхода из кандалов бомба уносит с собой поступательную скорость самолета. Этому импульсу противодействует исключительно сопротивление, которое начинает замедлять движение вперед. По мере замедления движения вперед сила сопротивления падает, и это замедление уменьшается. Скорость движения вперед никогда не снижается полностью до нуля. Если бы бомба не подвергалась торможению, ее траектория была бы чисто баллистической, и она упала бы в легко вычислимую точку — в вакууме . На практике сопротивление означает, что точка удара находится за пределами диапазона вакуума, и это реальное расстояние между падением и ударом известно просто как диапазон . Разница между вакуумной дальностью и фактической дальностью известна как след , потому что кажется, что бомба следует за самолетом при падении. След и дальность действия различаются для разных бомб из-за их индивидуальной аэродинамики и обычно должны измеряться на полигоне бомбометания.

Основной проблемой при полном разделении движения на вертикальную и горизонтальную составляющие является конечная скорость. Бомбы предназначены для полета носом вперед против относительного ветра , обычно за счет использования плавников в задней части бомбы. Сопротивление зависит от угла атаки бомбы в любой момент времени. Если бомба сброшена на малых высоте и скорости, бомба не достигнет конечной скорости, и ее скорость будет во многом определяться тем, как долго бомба падала.

Наконец, рассмотрим влияние ветра. Ветер действует на бомбу посредством сопротивления и, таким образом, является функцией скорости ветра. Обычно это лишь часть скорости бомбардировщика или конечной скорости, поэтому она становится фактором только в том случае, если бомба сбрасывается с высоты, достаточно большой, чтобы это небольшое влияние могло заметно повлиять на траекторию полета бомбы. Разница между точкой удара и местом, где он упал бы, если бы не было ветра, называется дрейфом или поперечным следом .

Проблема с бомбовым прицелом

принято говорить о расчете прицеливания боеприпаса В терминах баллистики традиционно в качестве решения . Задача бомбового прицела заключается в расчете места в пространстве, куда следует сбросить бомбы, чтобы поразить цель, при учете всех отмеченных выше эффектов.

В отсутствие ветра проблема с бомбовым прицелом довольно проста. Точка удара является функцией трех факторов: высоты самолета, его скорости движения и конечной скорости бомбы. Во многих ранних бомбовых прицелах первые два входа настраивались путем отдельной настройки мушки и целика механического прицела: одного для высоты, а другого для скорости. Конечную скорость, которая увеличивает время падения, можно учесть, увеличив эффективную высоту на величину, основанную на измеренных баллистических характеристиках бомбы.

Когда учитывается парусность, расчеты усложняются. Поскольку ветер может дуть в любом направлении, бомбовые прицелы обычно разделяют парусность на части, действующие вдоль траектории полета и поперек нее. На практике, как правило, было проще заставить самолет летать таким образом, чтобы свести на нет любое боковое движение перед падением и тем самым устранить этот фактор. Обычно это достигается с использованием обычных приемов полета, известных как крабирование или боковое скольжение .

Бомбовые прицелы — это прицельные приспособления, которые направлены в определенном направлении или нацелены. Хотя решение, описанное выше, возвращает точку в пространстве, можно использовать простую тригонометрию , чтобы преобразовать эту точку в угол относительно земли. Затем бомбовый прицел устанавливается на указание этого угла. Бомбы сбрасываются, когда цель проходит через прицел. Расстояние между самолетом и целью в этот момент является дальностью, поэтому этот угол часто называют углом дальности , хотя угол падения , угол прицеливания , угол бомбометания часто используются также и подобные термины. На практике некоторые или все эти вычисления выполняются с использованием углов, а не точек в пространстве, без окончательного преобразования.

Точность

Пилот пикирующего бомбардировщика ВМС США ведет самолет под углом около 75°.

На точность сброса влияют как внутренние проблемы, такие как случайность атмосферы или изготовление бомбы, так и более практические проблемы, такие как то, насколько близко к плоскому и горизонтальному полету летит самолет, или точность его приборов. Эти неточности со временем усугубляются, поэтому увеличение высоты полета бомбы, тем самым увеличивая время падения, оказывает существенное влияние на конечную точность сброса.

Полезно рассмотреть один пример сброса бомбы во время типичной миссии. В данном случае мы рассмотрим 500-фунтовую универсальную бомбу AN-M64, широко использовавшуюся ВВС США и Королевских ВВС во время Второй мировой войны, чьи прямые аналоги имеются на арсеналах большинства задействованных сил. Баллистические данные об этой бомбе можно найти в «Баллистические данные терминала, том 1: Бомбардировка». Против людей, стоящих на открытом воздухе, пуля весом 500 фунтов имеет смертельный радиус около 107 м (351 фут). но гораздо меньше, чем против зданий, возможно, 27 м (89 футов).

M64 будет сброшен с самолета Boeing B-17, летящего со скоростью 322 км/ч (200 миль в час) на высоте 20 000 футов при скорости ветра 42 км/ч (26 миль в час). В этих условиях M64 перед ударом проедет примерно 10 000 футов (3 000 м) вперед от точки падения. для трассы длиной около 305 м (1001 фут) от диапазона вакуума, и удар со скоростью 351 м/с (1150 футов в секунду) под углом около 77 градусов к горизонту. Ожидается, что ветер со скоростью 42 км/ч (26 миль в час) переместит бомбу за это время примерно на 91 м (299 футов). Время падения составляет около 37 секунд.

Предполагая, что погрешность каждого основного измерения составляет 5 %, можно оценить это влияние на точность на основе методологии и таблиц в руководстве. Ошибка в 5% по высоте на высоте 20 000 футов составит 1 000 футов, поэтому самолет может находиться на высоте от 19 до 21 000 футов. Согласно таблице, это приведет к ошибке примерно от 10 до 15 футов. Ошибка в 5% скорости полета (10 миль в час) приведет к ошибке примерно в 15–20 футов. С точки зрения времени сброса, ошибки порядка одной десятой секунды можно считать наилучшими. В данном случае ошибка — это просто путевая скорость самолета за это время, то есть около 30 футов. Все это находится в пределах смертельного радиуса действия бомбы.

Ветер влияет на точность бомбы двумя способами: толкает бомбу непосредственно во время ее падения, а также изменяет путевую скорость самолета перед падением. В случае прямого воздействия на бомбу измерение с ошибкой 5% (1,25 мили в час) приведет к ошибке сноса в 5%, которая составит 17,5 футов. Однако эта ошибка в 1,25 мили в час, или 1,8 кадра в секунду, также будет добавлена ​​к скорости самолета. За время падения, составляющее 37 секунд, это приведет к ошибке в 68 футов, что является внешним пределом характеристик бомбы.

Измерение . скорости ветра представляет собой более серьезную проблему Ранние навигационные системы обычно измеряли его, используя процедуру счисления пути , которая сравнивает измеренное движение над землей с расчетным движением с использованием приборов самолета. Часть 63 FAR Федерального управления гражданской авиации предполагает точность этих расчетов от 5 до 10%. AFM 51-40 ВВС США дает 10%, и HO 216 ВМС США на фиксированной дистанции 20 миль или больше. Эта неточность усугубляется тем, что она производится с использованием показаний воздушной скорости прибора, а поскольку воздушная скорость в этом примере примерно в 10 раз превышает скорость ветра, ее 5%-ная ошибка может привести к большим неточностям в расчетах скорости ветра. Устранение этой ошибки путем прямого измерения путевой скорости (вместо ее расчета) стало крупным достижением в тахометрических бомбовых прицелах 1930-х и 40-х годов.

Наконец, учтите ошибки в те же 5% в самом оборудовании, то есть ошибку в 5% в установке угла дальности или аналогичную 5% ошибку в нивелировке самолета или бомбового прицела. Для простоты предположим, что 5% — это угол в 5 градусов. Используя простую тригонометрию, 5 градусов на высоте 20 000 футов составляют примерно 1750 футов, а это ошибка, из-за которой бомбы оказались бы далеко за пределами их смертельного радиуса. При испытаниях точность от 3 до 4 градусов считалась стандартной, а углы до 15 градусов не были редкостью. Учитывая серьезность проблемы, системы автоматического нивелирования бомбовых прицелов были основной областью исследований до Второй мировой войны, особенно в США.

Ранние системы

Мк. I Drift Sight установлен на борту Airco DH.4 . Рычаг прямо перед кончиками пальцев бомбардировщика устанавливает высоту, колеса возле его костяшек пальцев регулируют ветер и скорость полета.

Все расчеты, необходимые для прогнозирования траектории полета бомбы, можно выполнить вручную с помощью расчетных таблиц баллистики бомбы. Однако время для проведения этих расчетов не является тривиальным. При использовании визуального прицеливания расстояние, на котором цель впервые видна, остается фиксированным в зависимости от зрения. По мере увеличения скорости самолета после первоначального обнаружения остается меньше времени для выполнения расчетов и корректировки траектории полета самолета, чтобы привести его к правильной точке падения. На ранних этапах разработки бомбового прицела проблема решалась за счет уменьшения допустимого диапазона поражения, тем самым уменьшая необходимость расчета предельных эффектов. Например, при падении с очень малой высоты эффекты сопротивления и ветра во время падения будут настолько малы, что их можно игнорировать. В этом случае измеримое влияние оказывают только скорость и высота движения.

Один из самых ранних зарегистрированных образцов такого бомбового прицела был построен в 1911 году лейтенантом Райли Э. Скоттом из Корпуса береговой артиллерии армии США . Это было простое устройство с вводом данных о воздушной скорости и высоте, которое можно было держать в руках, лежа на крыле самолета. После тщательного тестирования он смог построить таблицу настроек для использования с этими входами. Во время испытаний в Колледж-Парке, штат Мэриленд , Скотт смог разместить две 18-фунтовые бомбы в пределах 10 футов от цели размером 4 на 5 футов с высоты 400 футов. В январе 1912 года Скотт выиграл 5000 долларов за первое место в конкурсе Мишлен по бомбардировке аэродрома Виллакубле во Франции, нанеся 12 попаданий в цель размером 125 на 375 футов и 15 бомб, сброшенных с высоты 800 метров.

Несмотря на ранние примеры, подобные примеру Скотта до войны, на начальных этапах Первой мировой войны бомбардировки почти всегда проводились на глаз, небольшие бомбы сбрасывались вручную, когда условия казались подходящими. По мере того, как во время войны увеличивалось использование и роль самолетов, необходимость в большей точности стала острой. Сначала это достигалось путем прицеливания частей самолета, таких как стойки и цилиндры двигателя, или рисования линий на боках самолета после испытательных падений на полигоне бомбардировок. Они были полезны для малых высот и стационарных целей, но по мере расширения характера воздушной войны потребности быстро переросли и эти решения.

При падении на большую высоту влияние ветра и траектории бомбы больше нельзя было игнорировать. Одним из важных упрощений было игнорирование конечной скорости бомбы и расчет ее средней скорости как квадратного корня из высоты, измеренной в футах. Например, бомба, сброшенная с высоты 10 000 футов, будет падать со средней скоростью 400 футов в секунду, что позволяет легко рассчитать время падения. Теперь оставалось только измерить скорость ветра или, в более общем смысле, скорость относительно земли. Обычно это достигалось путем полета самолета в общем направлении ветра, а затем наблюдения за движением объектов на земле и корректировки траектории полета из стороны в сторону до тех пор, пока не устранялся оставшийся боковой снос из-за ветра. Затем скорость относительно земли измерялась путем измерения времени движения объектов между двумя заданными углами, как видно через прицел.

Одним из наиболее развитых примеров такого прицела для боевых действий был немецкий бомбовый прицел Görtz , разработанный для тяжелых бомбардировщиков Gotha . Гёрц использовал телескоп с вращающейся призмой внизу, которая позволяла поворачивать прицел вперед и назад. фиксировалось время объекта После обнуления бокового движения прицел устанавливался на заранее заданный угол, а затем с помощью секундомера до тех пор, пока он не оказался прямо под самолетом. Это определяло скорость относительно земли, которая была умножена на время, необходимое для удара о землю, а затем указатель в прицеле устанавливался на угол, который смотрел вверх на столе. Затем наводчик бомбы наблюдал за целью в прицел, пока она не пересекла указатель, и сбросил бомбы. Подобные бомбовые прицелы были разработаны во Франции и Англии, в частности бомбовый прицел Michelin и Central Flying School Number Seven. Несмотря на свою полезность, эти прицелы требовали трудоемкого периода настройки, пока движение было рассчитано.

Значительное обновление базовой концепции было предложено Гарри Вимперисом , более известным своей более поздней ролью в разработке радаров в Англии. В 1916 году он представил Drift Sight , который добавил простую систему для прямого измерения скорости ветра. Наводчик бомбы сначала настроил высоту и скорость самолета. При этом металлический стержень на правой стороне бомбового прицела повернулся так, чтобы он был направлен из фюзеляжа. Перед запуском бомбы бомбардировщик летел под прямым углом к ​​линии бомбометания, а наводчик бомбы смотрел за стержень, чтобы наблюдать за движением объектов на земле. Затем он регулировал настройку скорости ветра до тех пор, пока движение не стало прямо вдоль стержня. Это действие измеряло скорость ветра и перемещало прицелы на правильный угол, чтобы учесть ее, устраняя необходимость в отдельных расчетах. Более поздняя модификация была добавлена ​​для расчета разницы между истинной и приборной скоростью полета , которая растет с высотой. Этой версией был Drift Sight Mk. 1A, представленный на тяжелом бомбардировщике Handley Page O/400 . Вариации конструкции были обычным явлением, например, американский бомбовый прицел Estoppey .

У всех этих бомбовых прицелов была общая проблема: они не могли противостоять ветру ни в каком направлении, кроме направления движения. Это делало их практически бесполезными против движущихся целей, таких как подводные лодки и корабли . Если только цель не двигалась прямо по направлению ветра, ее движение унесло бы бомбардировщик от линии ветра по мере приближения. Кроме того, по мере того, как зенитная артиллерия становилась более эффективной, они часто заранее нацеливали свои орудия вдоль линии ветра на цели, которые они защищали, зная, что атаки будут исходить с этих направлений. Решение для борьбы с боковым ветром было крайне необходимо.

Векторные бомбовые прицелы

CSBS Mk. IA, первый широко выпускаемый векторный бомбовый прицел. Справа видны дрейфовые провода, слева — калькулятор ветра, а посередине — шкала высот (вертикально). Настоящие достопримечательности — это белые кольца в верхней части регулятора высоты и белые точки посередине дрейфовых тросов. Обычно дрейфующие тросы натянуты, этому примеру почти столетие.

Расчет воздействия произвольного ветра на траекторию самолета уже был хорошо изученной проблемой аэронавигации , требующей базовой векторной математики . Вимперис был хорошо знаком с этими техниками и впоследствии написал основополагающий вводный текст по этой теме. Те же самые расчеты будут работать так же хорошо для траекторий бомб, с некоторыми небольшими корректировками, чтобы учесть изменение скорости при падении бомб. Даже когда был представлен дрейфовый прицел, Вимперис работал над новым бомбовым прицелом, который помог решить эти расчеты и позволил учитывать влияние ветра независимо от направления ветра или полета бомбы.

Результатом стал бомбовый прицел Course Setting (CSBS), названный «самым важным бомбовым прицелом войны». Ввод значений высоты, воздушной скорости, скорости и направления ветра вращал и перемещал различные механические устройства, которые решали векторную задачу. После установки наводчик бомбы будет наблюдать за объектами на земле и сравнивать их путь с тонкими проводами по обе стороны от прицела. Если бы было какое-либо боковое движение, пилот мог бы развернуться на новый курс, чтобы компенсировать снос. Обычно требовалось всего несколько попыток, и в этот момент самолет летел в правильном направлении, чтобы пролететь прямо над точкой падения с нулевой боковой скоростью. Наводчик бомбы (или пилот некоторых самолетов) затем смотрел через прикрепленный прицел, чтобы определить время падения.

CSBS был принят на вооружение в 1917 году и быстро заменил более ранние прицелы на самолетах, имевших достаточно места – CSBS был довольно большим. По ходу войны появлялись версии для разных скоростей, высот и типов бомб. После войны CSBS продолжал оставаться основным бомбардировочным прицелом Великобритании. Тысячи самолетов были проданы иностранным военно-воздушным силам, и было создано множество версий для производства по всему миру. Также был разработан ряд экспериментальных устройств на основе разновидности CSBS, в частности американский прицел Estoppey D-1. разработанный вскоре после войны, и аналогичные версии многих других стран. Все эти «векторные бомбовые прицелы» имели общую базовую систему векторного вычисления и дрейфовые провода, различаясь в первую очередь формой и оптикой.

По мере того как бомбардировщики росли и многоместные самолеты стали обычным явлением, пилот и бомбардир больше не могли использовать один и тот же прибор, и сигналы рукой больше не были видны, если бомбардир находился ниже пилота в носу. В послевоенное время предлагались различные решения с использованием двойной оптики или подобных систем, но ни одно из них не получило широкого распространения. Это привело к появлению указателя направления пилота - указателя с электрическим приводом, который наводчик бомбы использовал для указания корректировок из удаленного места в самолете.

Бомбовые прицелы Vector оставались стандартом большинства войск вплоть до Второй мировой войны и были основным прицелом на британской службе до 1942 года. И это несмотря на внедрение более новых прицельных систем с большими преимуществами по сравнению с CSBS и даже более новых версий CSBS, которые не удалось использовать по ряду причин. Более поздние версии CSBS, в конечном итоге дошедшие до Mark X, включали корректировки для различных бомб, способы атаки движущихся целей, системы для более легкого измерения ветра и множество других опций.

Тахометрические бомбовые прицелы

Norden M-1 — канонический тахометрический бомбовый прицел. Собственно бомбовый прицел находится вверху изображения, а внизу — над системой автопилота. Бомбовый прицел слегка повёрнут вправо; в действии автопилот разворачивал самолет, чтобы уменьшить этот угол до нуля.

Окно наводчика бомбы и бомбовый прицел малой высоты Mark III в носовой части Avro Shackleton .

Ограничения векторных бомбовых прицелов (которые требовали длительного прямого пробега перед сбросом бомб для учета парусности) привели к разработке бомбовых прицелов, основанных на поле тахеометрии . В отличие от векторного бомбового прицела, который просто предлагал бомбардиру точку запуска по желаемой траектории бомбы, тахометрические бомбовые прицелы отслеживали цель бомбы и пересчитывали точку сброса на основе входных данных, которые включали горизонтальные отклонения, вызванные незначительным маневрированием самолета или ветровым сносом. В своей наиболее совершенной форме встроенная сложная оптика, данные, получаемые непосредственно с бортовых приборов самолета, компактные механические компьютеры , и автопилот направить самолет к цели и автоматически сбросить бомбы.

Как только оператор Norden M-1 , самого известного из всех тахометрических бомбовых прицелов, смог идентифицировать цель, бомбовый прицел смог в идеальных условиях направить к ней самолет. В бою, осложненном противовоздушной обороной, боковым ветром и облаками, а также необходимостью оставаться в строю, чтобы избежать столкновений, результаты были менее идеальными, но настолько хорошими, насколько можно было достичь с помощью технологий в данных обстоятельствах.

Два реальных соображения ускорили разработку тахометрических бомбовых прицелов: появление бомбардировщиков- монопланов затруднило ручную регулировку, позволяющую удерживать самолет на цели. Большие монопланы страдали от эффекта, известного как « голландский крен », и не могли так легко корректировать его, как их предшественники -бипланы . Кроме того, интенсивная наземная противовоздушная оборона и усовершенствованные перехватчики сделали невозможным выдерживать длительные бомбардировки по прямой и горизонтали без чрезмерных потерь самолетов и их ценных экипажей.

Если что-то меняло траекторию самолета во время запуска бомбы, будь то из-за затрудненного поворота или тенденции к раскачиванию после выравнивания, вызванного креном голландца, или маневров уклонения, вызванных противником, расчеты траектории бомбы приходилось настраивать заново. С бомбовыми прицелами и механическими компьютерами того времени на это просто не было времени.

Одним из решений было стабилизировать бомбовый прицел независимо от самолета. использование системы подвеса В течение некоторого времени рассматривалось для удержания бомбового прицела направленным примерно вниз во время маневрирования или компенсации парусности. Эксперименты еще в 1920-х годах показали, что это может примерно удвоить точность бомбардировки. США реализовали активную программу в этой области, включая прицелы Estoppey, установленные на утяжеленных подвесах , и эксперименты Sperry Gyrscope с американскими версиями CSBS, установленными на гироскопически стабилизированной инерциальной платформе . Эти же разработки привели к появлению первых полезных автопилотов , которые можно было использовать для непосредственного выбора необходимого пути и направления самолета в этот курс без каких-либо дополнительных действий. На протяжении 1920-х и 30-х годов рассматривались различные системы бомбардировки, использующие одну или обе эти системы.

В этот же период отдельное направление развития вело к созданию первых надежных механических компьютеров . Их можно использовать для замены сложной таблицы чисел кулачковым устройством тщательной формы и ручного расчета с помощью ряда шестерен или скользящих колес. Первоначально ограниченные довольно простыми вычислениями, состоящими из сложений и вычитаний, к 1930-м годам они дошли до того, что стали использоваться для решения дифференциальных уравнений . При использовании бомбового прицела такой калькулятор позволит наводчику бомбы набирать основные параметры самолета – скорость, высоту, направление и известные атмосферные условия – а бомбовый прицел будет использовать тригонометрию на основе тахеометрии для автоматического расчета правильной точки прицеливания в бомбовом прицеле. несколько мгновений. Некоторые из традиционных входных данных, таких как воздушная скорость и высота, можно даже получать непосредственно с приборов самолета, что исключает эксплуатационные ошибки и позволяет постоянно пересчитывать основные параметры сопровождения цели и сброса бомб.

Хотя эти разработки были хорошо известны в отрасли, только авиакорпус армии США и ВМС США приложили какие-либо согласованные усилия к их разработке. В 1920-х годах военно-морской флот финансировал разработку бомбового прицела Norden, а армия финансировала разработку Sperry O-1 . Обе системы в целом были похожи; бомбовый прицел, состоящий из небольшого телескопа, устанавливался на стабилизирующей платформе для обеспечения устойчивости прицельной головки. Для расчета точки прицеливания использовался отдельный механический компьютер. Точка прицеливания передавалась обратно в прицел, который автоматически поворачивал телескоп на правильный угол, чтобы учесть дрейф и движение самолета, удерживая цель по-прежнему в поле зрения. Когда бомбардир смотрел в телескоп, он мог видеть любой остаточный дрейф и передавать это пилоту, а позже передавать эту информацию непосредственно в автопилот . Простое перемещение телескопа, чтобы держать цель в поле зрения, имело побочный эффект, заключающийся в постоянной точной настройке расчетов парусности и тем самым значительно увеличивающем их точность. По разным причинам армия потеряла интерес к Sperry, и функции бомбовых прицелов Sperry и Norden были включены в новые модели Norden. Затем «Норден» оборудовал почти все американские бомбардировщики высокого уровня, в первую очередь B-17 Flying Fortress . На испытаниях эти бомбовые прицелы показали фантастическую точность. Однако на практике их серьезно расстроили оперативные факторы, до такой степени, что от точечных бомбардировок с использованием «Нордена» в конечном итоге отказались.

Хотя США приложили больше всего усилий к разработке тахометрической концепции, они изучались и в других странах. В Великобритании работы над автоматическим бомбовым прицелом (ABS) велись с середины 1930-х годов с целью замены CSBS. Однако АБС не включала ни стабилизацию прицельного комплекса, ни систему автопилота «Нордена». При тестировании ABS оказалось слишком сложным в использовании: требовались длительные пробежки бомбы, чтобы дать компьютеру время определить точку прицеливания. Когда бомбардировочное командование Королевских ВВС пожаловалось, что даже CSBS слишком долго приближался к цели, попытки развернуть ABS прекратились. Для своих нужд они разработали новый векторный бомбовый прицел Mk. XIV . Мк. XIV имел стабилизирующую платформу и компьютер прицеливания, но по общей функциональности больше напоминал CSBS: наводчик бомбы настраивал компьютер на перемещение прицельной системы на правильный угол, но бомбовый прицел не отслеживал цель и не пытался корректировать самолет. путь. Преимущество этой системы заключалось в том, что ее было значительно быстрее в использовании и ее можно было использовать даже во время маневрирования самолета: перед падением требовалось всего несколько секунд полета по прямой. Столкнувшись с нехваткой производственных мощностей, компания Sperry заключила контракт на производство Mk. XIV в США, назвав его Sperry T-1.

И британцы, и немцы позже представили свои собственные прицелы, подобные Нордену. Основываясь хотя бы частично на информации о «Нордене», переданной им через шпионскую сеть Дюкен , Люфтваффе разработало Lotfernrohr 7 . Базовый механизм был почти идентичен Нордену, но намного меньше. В некоторых случаях Lotfernrohr 7 мог использоваться одноэкипажным самолетом, как это было в случае с Arado Ar 234 , первым в мире действующим реактивным бомбардировщиком. Во время войны ВВС Великобритании требовались точные бомбардировки на большой высоте, и в 1943 году они представили стабилизированную версию более раннего ABS - стабилизированный автоматический бомбовый прицел ручной сборки (SABS). Он был произведен в настолько ограниченном количестве, что поначалу использовался только знаменитой 617-й эскадрильей RAF «The Dambusters».

Радиолокационные бомбардировки и интегрированные системы

Радиолокационная система бомбардировки AN/APS-15, американская версия британской H2S.

В эпоху перед Второй мировой войной велись долгие дебаты об относительных преимуществах дневных бомбардировок по сравнению с ночными. Ночью бомбардировщик практически неуязвим (до появления радара ), но обнаружение цели было серьезной проблемой. На практике атаковать можно было только крупные цели, такие как города. Днем бомбардировщик мог использовать бомбовые прицелы для атаки точечных целей, но только с риском быть атакованным истребителями и зенитной артиллерией противника .

В начале 1930-х годов дебаты были выиграны сторонниками ночных бомбардировок, и ВВС Великобритании и Люфтваффе начали строительство большого парка самолетов, предназначенных для ночных миссий. Поскольку « бомбардировщик всегда пробьется », эти силы носили стратегический характер и в основном служили сдерживающим фактором для собственных бомбардировщиков другой стороны. Однако новые двигатели, представленные в середине 1930-х годов, привели к появлению гораздо более крупных бомбардировщиков, которые могли нести значительно улучшенные защитные комплексы, а их более высокие эксплуатационные высоты и скорости сделали их менее уязвимыми для наземной обороны. Политика снова изменилась в пользу дневных атак на военные объекты и заводы, отказавшись от того, что считалось трусливой и пораженческой политикой ночных бомбардировок.

Несмотря на это изменение, Люфтваффе продолжало прилагать некоторые усилия для решения проблемы точной навигации в ночное время. Это привело к Битве Лучей на начальных этапах войны. ВВС Великобритании вернулись в строй в начале 1942 года с аналогичными собственными системами, и с этого момента радионавигационные системы повышенной точности позволяли бомбить в любых погодных и эксплуатационных условиях. Система «Гобоев» , впервые использованная в боевых действиях в начале 1943 года, обеспечивала реальную точность порядка 35 ярдов, что намного лучше, чем любой оптический бомбовый прицел. Внедрение британского радара H2S еще больше улучшило возможности бомбардировщика, позволив напрямую атаковать цели без необходимости использования удаленных радиопередатчиков, дальность действия которых была ограничена прямой видимостью. К 1943 году эти методы широко использовались как ВВС Великобритании, так и ВВС США, что привело к созданию H2X , а затем к серии улучшенных версий, таких как AN/APQ-13 и AN/APQ-7, используемых на Boeing B-29 Superfortress .

Эти ранние системы работали независимо от существующих оптических бомбовых прицелов, но при этом возникала проблема, связанная с необходимостью отдельного расчета траектории полета бомбы. В случае с «Гобоем» эти расчеты проводились перед вылетом на наземные базы. Но поскольку визуальное бомбометание в дневное время все еще широко использовалось, были быстро произведены преобразования и адаптации для повторения радиолокационного сигнала в существующих бомбовых прицелах, что позволило калькулятору бомбового прицела решить проблему радиолокационного бомбометания. Например, AN/APA-47 использовался для объединения выходных сигналов AN/APQ-7 и Norden, что позволяло наводчику бомбы легко проверять оба изображения для сравнения точки прицеливания.

Анализ результатов бомбардировок, осуществленных с использованием радионавигационной или радиолокационной техники, показал, что точность обеих систем была практически одинаковой: ночные атаки с помощью гобоя могли поражать цели, чего «Норден» не могли днем. За исключением эксплуатационных соображений – ограниченного разрешения радара и ограниченной дальности действия навигационных систем – необходимость в визуальных бомбовых прицелах быстро отпала. Конструкции поздней войны, такие как Boeing B-47 Stratojet и English Electric Canberra , сохранили свои оптические системы, но их часто считали второстепенными по отношению к радарам и радиосистемам. В случае с «Канберрой» оптическая система существовала только из-за задержки с появлением радиолокационной системы.

Послевоенные события

Роль стратегических бомбардировок со временем эволюционировала в сторону все более высоких, все более быстрых и дальних миссий с использованием все более мощного оружия. Хотя тахометрические бомбовые прицелы обеспечивали большинство функций, необходимых для точного бомбометания, они были сложными, медленными и ограничивались атаками по прямой и по горизонтали. В 1946 году ВВС США обратились к Научно-консультативной группе ВВС США с просьбой изучить проблему бомбардировок с реактивных самолетов, которые вскоре должны были поступить на вооружение. Они пришли к выводу, что на скоростях более 1000 узлов (1900 км/ч) оптические системы будут бесполезны — дальность видимости до цели будет меньше дальности сбрасывания бомбы на больших высотах и ​​скоростях.

На рассматриваемых дальностях атаки, составляющих тысячи миль, радионавигационные системы не смогут обеспечить как необходимую дальность, так и необходимую точность. Для этого потребовались системы радиолокационного бомбардировки, но существующие образцы не обеспечивали требуемых характеристик. При рассматриваемых стратосферных высотах и ​​больших дальностях «прицеливания» антенна радара должна была бы быть очень большой, чтобы обеспечить требуемое разрешение, однако это противоречило необходимости разработать антенну как можно меньшего размера, чтобы уменьшить сопротивление. . Они также отметили, что многие цели не будут отображаться непосредственно на радаре, поэтому бомбовому прицелу потребуется возможность опускаться в точках относительно некоторого появившегося ориентира, так называемых «смещенных точках прицеливания». Наконец, группа отметила, что многие функции такой системы будут дублировать ранее отдельные инструменты, такие как навигационные системы. Они предложили единую систему, которая предлагала бы картографирование, навигацию, автопилот и прицеливание бомбы, тем самым уменьшая сложность и особенно необходимое пространство. Такая машина впервые появилась в виде AN/APQ-24 , а позже «K-System», AN/APA-59 .

В 1950-х и 1960-х годах радиолокационные бомбардировки такого типа были обычным явлением, и точность систем была ограничена тем, что было необходимо для поддержки атак с использованием ядерного оружия - вероятная круговая ошибка (CEP) около 3000 футов (910 м) считалась адекватной. . Когда дальность полета увеличилась до тысяч миль, бомбардировщики начали использовать инерциальное наведение и системы звездного слежения, чтобы обеспечить точную навигацию вдали от земли. Точность этих систем быстро улучшилась и в конечном итоге стала достаточно точной, чтобы справляться со сбросом бомбы без необходимости использования отдельного бомбового прицела. Так было и с точностью 1500 футов (460 м), требуемой от B-70 Valkyrie , у которого не было какого-либо обычного бомбового прицела.

Современные системы

Во время Холодной войны предпочтительным оружием было ядерное оружие, и требования к точности были ограничены. Разработка тактических систем бомбардировки, в частности возможности атаковать точечные цели обычными вооружениями, что было первоначальной целью «Нордена», не рассматривалась всерьез. Таким образом, когда США вступили во Вьетнамскую войну , их предпочтительным оружием был Douglas A-26 Invader, оснащенный системой Norden. Такое решение было неадекватным.

В то же время постоянно растущий уровень мощности новых реактивных двигателей привел к появлению истребителей с бомбовой нагрузкой, аналогичной тяжелым бомбардировщикам предыдущего поколения. Это породило потребность в новом поколении значительно улучшенных бомбовых прицелов, которые могли бы использоваться на самолетах с одним экипажем и применяться в истребительной тактике, будь то на высоких и малых высотах, при пикировании к цели или во время жесткого маневрирования. Также были разработаны специальные возможности для бомбардировки, позволяющие самолетам избежать радиуса взрыва собственного ядерного оружия , что требовало лишь средней точности, но совершенно другой траектории, которая изначально требовала специального бомбового прицела.

По мере совершенствования электроники эти системы можно было комбинировать, а затем и с системами наведения другого оружия. Они могут управляться непосредственно пилотом и предоставлять информацию через проекционный дисплей или видеодисплей на приборной панели. Определение бомбового прицела становится размытым, поскольку «умные» бомбы с наведением в полете , такие как бомбы с лазерным наведением или бомбы, использующие GPS , заменяют «тупые» гравитационные бомбы .

См. также

• Бомбовый прицел Норден (ВВС США)
• Стабилизированный автоматический бомбовый прицел (RAF)
• Бомбовой прицел Mark XIV (RAF) менее точный, для бомбардировок по площади.
• Сантехнический телескоп 7 (ВВС)
• СВП-24

Похожие устройства

• Рефлекторное зрение
• Перископ самолета

Библиография

• Терминальные баллистические данные, Том I: Бомбардировка (Технический отчет). Управление начальника артиллерийского вооружения армии США. Август 1944 года.
• Терминальные баллистические данные, Том III: Эффекты (Технический отчет). Управление начальника артиллерийского вооружения армии США. 1944. Архивировано из оригинала 7 августа 2010 года.
• Военно-морская академия США, факультет артиллерийского вооружения (1958 год). «Глава 23: Управление огнем самолетов» . Морская артиллерия и артиллерия . Том. 2. Типография правительства США.
• Перри, Роберт (1961). Развитие авиадесантного вооружения 1910-1961 гг . Том. 1 - Бомбардировочные системы.
• Раймонд, Аллан (декабрь 1943 г.). «Как наш бомбовый прицел решает проблемы» . Популярная наука . Корпорация Боннье: 116–119, 212, 214.
• Вольта Торри, «Как бомбовый прицел Norden выполняет свою работу» , Popular Science , июнь 1945 г., стр. 70–73, 220, 224, 228, 232.
• Гултер, Кристина Дж. М. (1995). Забытое наступление: кампания против судоходства прибрежного командования Королевских ВВС, 1940–1945 гг . Рутледж. ISBN  978-0-7146-4617-6 .
• Сирл, Л. (сентябрь 1989 г.). «Война с бомбовыми прицелами: Норден против Сперри» (PDF) . IEEE-спектр . 26 (9): 60–64. дои : 10.1109/6.90187 . S2CID   22392603 . Архивировано из оригинала (PDF) 30 сентября 2011 года.