Despre problemele tunurilor de 8 inch/55 ale crucișătorului greu „Des Moines” la tragerea la distanțe lungi
Acest articol este încărcat cu calcule matematice, abateri medii, elipse de dispersie și alte tangente. Prin urmare, pentru cititorii stimați care nu au timp să aprofundeze toate aceste subtilități, voi prezenta imediat concluziile.
Spre deosebire de tunurile de 220 mm/65 ale crucișătorului sovietic Proiectul 66, artilerie Tunul De Moines nu era potrivit pentru luptele la distanță lungă. Datorită proprietăților sale balistice și dispersiei verticale mari a proiectilelor sale („balistica mortarului”), precizia tunurilor americane de 203 mm/55 la distanțe de 100 și 150 kbt era de aproximativ 2, respectiv 2,5 ori inferioară celei a tunurilor sovietice de 220 mm/65.
Pentru acei cititori stimați care au timp și dorința de a înțelege problema, sugerez să luați în considerare câteva dintre caracteristicile tirului la distanță lungă.
Elipsă de împrăștiere
Conceptul de dispersie este familiar absolut tuturor celor care au întâlnit sau au studiat teoretic armele de foc. armăDacă, să zicem, un tun este staționar și trage mai multe focuri, obuzele nu vor ateriza toate uniform în punctul de țintire, ci vor cădea în jurul acestuia cu o oarecare dispersie. Motivul pentru aceasta este destul de evident. Dacă am trage cu un tun într-o lume ideală, unde ar fi posibil să se asigure o precizie absolută a fiecărui foc, atunci da, obuzele ar ateriza perfect, precum săgețile lui Robin Hood. Legenda spune că Robin Hood putea nimeri ținta cu o săgeată și apoi să o spargă pe prima cu a doua.
Dar, în realitate, focurile vor varia întotdeauna. Proiectilele, indiferent de modul în care le manevrezi, vor avea întotdeauna mici diferențe de masă și formă; pulberea propulsivă din încărcături va varia, de asemenea, deși ușor, în masă și compoziție; efectul vântului asupra zborului fiecărui proiectil va fi ușor diferit față de cele anterioare și așa mai departe. Prin urmare, proiectilele nu cad într-un singur crater, ci cad peste o zonă specifică în formă de elipsă, al cărei centru este punctul de țintire. Aceasta este, de fapt, elipsa de dispersie.
Întrucât dispersia urmează o distribuție normală a variabilelor aleatoare, probabilitatea ca un proiectil să lovească o anumită parte a elipsei variază. Dacă suprapunem o grilă peste elipsa de dispersie, ale cărei linii împart elipsa în opt părți longitudinal și opt părți transversal, numărul de lovituri din fiecare parte rezultată va fi următorul:
Distanța dintre două linii cele mai apropiate care împart elipsa de dispersie se numește deviație direcțională mediană (sau probabilă) (sau deviație laterală), iar dintre liniile transversale – deviație mediană a distanței.
Există și conceptul de deviație medie verticală, iar iată esența. În general, elipsa de dispersie a obuzelor de artilerie este elipsa formată prin căderea obuzelor în plan orizontal. Dar traiectoriile obuzelor formează, de asemenea, o elipsă de dispersie în plan vertical.
După cum probabil ghiciți, abaterile medii ale acestei elipse verticale se numesc abateri medii verticale.
Despre dependența dispersiei de raza de acțiune și viteza de zbor a unui proiectil
Este interesant de observat cum se modifică dispersia în funcție de raza de acțiune și viteza proiectilului. În scop ilustrativ, am folosit tabele de tragere pentru un tun naval intern de calibrul 180 mm: proiectilele sunt aceleași, dar într-un caz, datele sunt date pentru o încărcătură propulsivă amplificată care accelerează proiectilul la 920 m/s, în timp ce în celălalt, sunt date pentru o încărcătură propulsivă care oferă o viteză inițială de 800 m/s. Notă: în tabelele de tragere, unghiurile de incidență sunt date în grade și minute de arc (1 grad = 60 de minute de arc), iar abaterile medii sunt date în stânjeni (1 stânjen = 6 picioare sau 182,88 cm), dar pentru confortul cititorului, le-am convertit în fracțiuni de grad și metri.
Acest exemplu este convenabil deoarece tabelele au fost compilate pentru aceleași proiectile, astfel încât calitatea lor balistică nu distorsionează rezultatele. Deci, ce vedem?
În primul rând. Este destul de evident că un proiectil cu o viteză inițială mai mare are întotdeauna un unghi de incidență mai mic. Acest lucru este de înțeles, deoarece traiectoria unui proiectil cu o viteză inițială de 920 m/h este mai plată decât cea a aceluiași proiectil cu o viteză inițială de 800 m/s - atunci când este tras la aceeași distanță, desigur.
În al doilea rând. Abaterea medie a distanței și, prin urmare, axa majoră a elipsei de dispersie, crește cu siguranță odată cu distanța, dar rămâne practic aceeași atât pentru proiectilele „rapide”, cât și pentru cele „lente”. Adică, dacă toate celelalte lucruri sunt egale, viteza inițială a proiectilului nu are niciun efect vizibil asupra axei majore a elipsei sale de dispersie.
În al treilea rând. Abaterea medie laterală este mică și, am putea spune, nesemnificativă chiar și la distanțe lungi, dar este mai mică pentru un proiectil cu o viteză inițială mai mare. Acest lucru, din nou, este perfect de înțeles, deoarece un astfel de proiectil parcurge distanța până la țintă într-un timp mai scurt și, prin urmare, este mai puțin expus efectelor, de exemplu, ale vântului.
În al patrulea rând, și cel mai important. Abaterea medie verticală a unui proiectil cu o viteză mai mică este semnificativ mai mare și crește mai rapid decât cea a unui proiectil cu o viteză mai mare.
La o distanță de 50 kbt, raza de acțiune a proiectilului „lent” este de 1,35 ori mai mare decât cea a proiectilului „rapid”; la 100 kbt, este de 1,55 ori mai mare; iar la 150 kbt, este de 1,8 ori mai mare! Acest factor este crucial pentru evaluarea probabilității de lovire a diferitelor sisteme de artilerie la distanțe lungi.
Permiteți-mi să explic cu un exemplu: să presupunem că crucișătorul nostru Proiectul 26-bis, înarmat cu tunuri de 9×180 mm, a deschis focul asupra unui scut lung de 120 de metri și înalt de 20 de metri de la o distanță de 150 de cabluri. Să presupunem, de asemenea, că sistemul de control al focului și mecanismele de țintire ale tunurilor crucișătorului au oferit un punct de țintire ideal - exact în centrul scutului - și că crucișătorul a tras 100 de obuze asupra țintei. Să presupunem că focul a fost efectuat cu obuze de mare putere.
În acest caz, obuzele crucișătorului vor lovi o elipsă aliniată vertical cu o axă majoră de 643,7 m (abatere medie verticală de 80,5 m x 8) și o axă minoră de 86,3 m (abatere medie laterală de 10,8 m x 8). Deoarece scutul este mai lat decât elipsa de dispersie, iar punctul de țintire se află în centrul scutului, abaterea laterală nu este o problemă; indiferent de cât de deviază obuzul, acesta va lovi scutul, dar în termeni de elevație...
O abatere medie verticală de 80,5 metri înseamnă că 50% din totalul proiectilelor vor lovi (sau, mai exact, ar fi lovit, dacă nu ar fi fost apa) o zonă cu o înălțime de 161 de metri, centrată pe punctul de țintire. Restul de 50% din proiectile vor zbura deasupra sau dedesubtul acestei zone.
Și dacă presupunem că în acești 161 de metri obuzele sunt distribuite uniform (ceea ce nu este în întregime adevărat, dar să nu intrăm în detalii), atunci rezultă că, cu o țintă atât de ideală, 50 × 20/161 = 6,25 obuze vor lovi un scut înalt de 20 de metri, adică 6-7 obuze.
Să ne imaginăm acum aceleași condiții de tragere: o rază de acțiune de 150 kbt, un scut de 120 x 20 m, punctul de țintire exact în centrul scutului și 100 de proiectile trase, dar cu o viteză inițială de 800 m/s în loc de 920 m/s. În acest caz, abaterea medie verticală nu ar mai fi de 80,5 m, ci de 144,5 m. Prin urmare, 50% din totalul proiectilelor ar fi distribuite nu pe 161 m, ci pe 289 m, ceea ce înseamnă că doar 3-4 proiectile ar lovi scutul, nu 6-7.
Se pare că șansele ca un proiectil cu o viteză inițială mai mică să lovească ținta scad semnificativ mai rapid odată cu creșterea distanței de tragere decât cele ale aceluiași proiectil cu o viteză inițială mai mare. Aceasta este, în esență, geometrie pură, deoarece abaterea medie a distanței este legată de abaterea verticală medie prin unghiul de incidență al proiectilului. Este suficient să luăm în considerare cazul în care dispersia a provocat o schimbare a traiectoriei proiectilului cu o abatere medie a distanței.
Vom vedea un triunghi dreptunghic, ale cărui catete reprezintă exact abaterile mediane - abaterea verticală și abaterea de distanță. Prin urmare, în timp ce abaterea mediană a distanței rămâne practic constantă, abaterea verticală crește odată cu creșterea unghiului de incidență al proiectilului: relația dintre abaterile mediane în acest caz este apropiată de tangenta unghiului de incidență al proiectilului. Ca primă aproximare, putem spune că pentru proiectile cu elipse de dispersie similare, probabilitatea de a lovi ținta variază proporțional cu tangenta unghiului de incidență.
Pe elipsa de dispersie a tunurilor de calibru principal ale crucișătorului De Moines și Project 66
Aici vom vorbi exclusiv despre elipsa de dispersie „orizontală”, adică despre abaterile medii în distanță și cele laterale.
Din păcate, nu am putut găsi date despre elipsa de dispersie a tunurilor de 203 mm/55 ale crucișătorului american. Chiar dacă aș fi găsit, o comparație directă cu suportul tunului de 220 mm/65 al crucișătorului sovietic ar fi fost imposibilă - dezvoltarea tunului sovietic se afla într-un asemenea stadiu încât ar fi fost dificil să se determine elipsa de dispersie a versiunii produse în serie.
Cu toate acestea, trebuie presupus că elipsa de dispersie a armei sovietice ar fi fost mai mică sau, în cel mai rău caz, egală cu cea americană. De ce se întâmplă asta?
În lucrarea sa „Curs de tactică navală: artilerie și blindaj”, profesorul L. G. Goncharov de la Academia Navală a Armatei Roșii citează formulele lui V. A. Unikovskiy pentru calcularea abaterilor medii. Aceste formule au dat o bună concordanță cu rezultatele poligonurilor de tragere. Nu voi plictisi stimatul cititor cu matematica acestor formule și voi trece direct la concluzii: în condițiile în care toate celelalte condiții sunt egale, cu cât energia cinetică a unui proiectil este mai mare, cu atât elipsa sa de dispersie este mai mică.
De exemplu, L. G. Goncharov folosește formulele lui V. A. Unikovskiy pentru două tunuri potențiale: unul este de 203 mm, cu o greutate a proiectilului de 128,3 kg și o viteză inițială de 914 m/s, iar celălalt este de 190 mm, cu o greutate a proiectilului de 90,7 kg și respectiv o viteză inițială de 915 m/s. Energia cinetică în momentul în care proiectilul de 203 mm părăsește țeava este de 1,41 ori mai mare. Și, de exemplu, la o distanță de 100 kbt, abaterea medie a distanței tunului de 203 mm va fi de 42 de brațe, în timp ce pentru tunul de 190 mm va fi de 47 de brațe.
Astfel, energia cinetică a unui tun sovietic de calibrul 220 mm/65, tras cu o viteză inițială de 985 m/s, ar fi de 1,93 ori mai mare decât cea a unui proiectil american de 152 kg, tras cu o viteză inițială de 762 m/s, în timp ce cea a unui proiectil de 176 kg, tras cu o viteză inițială de 800 m/s ar fi de 1,27 ori mai mare. În consecință, dacă toate celelalte condiții sunt egale (coeficienți balistici similari, calitate egală a cartușului și a propulsorului etc.), elipsa de dispersie a tunurilor crucișătoarelor Proiectul 66 ar fi mai mică decât cea a tunurilor crucișătoarelor De Moines.
Dar vom presupune că industriile chimice și mecanice sovietice erau oarecum inferioare celor americane și că nu toți ceilalți factori erau egali. Și vom presupune, de asemenea, că modelele de dispersie ale tunurilor crucișătoarelor sovietice și americane ar fi fost aproximativ aceleași.
Evaluarea preciziei de tragere a crucișătoarelor americane și sovietice
Pe baza celor de mai sus, cu o vizor ideal, probabilitățile de a lovi o țintă de aceeași dimensiune pentru armele sovietice și americane sunt legate de tangentele unghiurilor de incidență ale proiectilelor lor.
Prin urmare, dacă toate celelalte condiții sunt egale, la tragerea de obuze cu o viteză inițială de 985 m/s, rata de lovire a crucișătorului sovietic la o distanță de 100 kbt va fi de două ori mai mare, iar la 150 kbt, de aproape două ori și jumătate mai mare decât cea a crucișătorului american - pur și simplu datorită dispersiei verticale mai mari a acestuia din urmă. La tragerea de obuze de 176 kg cu o viteză inițială de 800 m/s, avantajul de precizie nu este la fel de mare, dar rămâne: la 100 și 150 kbt, tunurile de 220 mm/65 vor oferi rate de lovire de 1,22 și, respectiv, 1,46 ori.
Ar putea crucișătorul american să compenseze precizia mai mică a tunurilor sale cu o cadență de foc mai mare?
Turelele crucișătorului american, cu încărcarea lor automată, erau capabile să tragă 10 cartușe pe minut per tun. Turelele sovietice, însă, erau proiectate să tragă 3,2 cartușe pe tun la altitudini de peste 20 de grade și 5 cartușe pe minut per tun la altitudini de 20 de grade și mai mici. Așadar, la tragerea de obuze la o viteză inițială de 985 m/s, unghiul de elevație, chiar și la 150 kbt, era de 17,08 grade. Cu alte cuvinte, crucișătorul sovietic Proiectul 66 ar fi pierdut în fața lui De Moines în ceea ce privește cadența de foc la jumătate, dar în ceea ce privește precizia, ar fi fost de 2,48 ori mai bună. Se pare că, dacă toate celelalte lucruri sunt egale, în, să zicem, cinci minute de foc mortal, „mitraliera” americană ar fi primit cu 24% mai multe lovituri decât crucișătorul sovietic „cu foc lent”!
Pentru a compensa precizia sa relativ scăzută la distanță lungă, De Moines ar fi trebuit să se apropie de crucișătorul sovietic la 100 de cabluri. În acest moment, tunurile lui De Moines ar fi avut o rată de lovire de aproximativ jumătate din cea a crucișătoarelor sovietice, dar ar fi tras de două ori mai des - iar numărul de lovituri asupra navelor într-un interval de timp dat ar fi fost egal.
Aici, desigur, s-ar putea argumenta că De Moines este vizibil mai mic ca dimensiuni decât crucișătorul Proiectului 66. Dar, în realitate, acest avantaj pentru nava americană nu este atât de mare. Crucișătorul sovietic este cu siguranță mai lung - 252,5 metri față de 218,4 metri ai lui De Moines. Dar acest lucru nu este deosebit de semnificativ, având în vedere că elipsele de dispersie ale tunurilor lor, de 150 de cabluri sau mai mici, se potrivesc atât pe crucișătoarele americane, cât și pe cele sovietice. Și în ceea ce privește înălțimea corpului, crucișătoarele erau destul de comparabile: prova Proiectului 66 era planificată să aibă 17,6 metri, în timp ce a lui De Moines avea aproximativ 17,7 metri, cu înălțimile la mijlocul navei și la pupa, respectiv, de 13,8 și 13,7 metri, respectiv 15,2 și 14 metri.
Și, având în vedere pescajul mai mare al crucișătorului sovietic, bordul liber al lui De Moines era chiar mai mare decât cel al crucișătorului Proiectului 66. Și, din nou, crucișătorul nostru era mai lat - 25,7 metri față de 23,3 metri ai lui De Moines - dar acest lucru era compensat de faptul că, datorită protecției anti-torpilă, crucișătorul sovietic putea rezista exploziilor de obuze la o distanță mult mai scurtă decât cel american, fără a-și compromite eficacitatea în luptă.
Am citit numeroase comentarii conform cărora De Moines, datorită focului său rapid, ar putea literalmente să împrăștie obuze asupra unui crucișător advers din Proiectul 66, să-i distrugă radarul și alte echipamente de control al focului și, prin urmare, să obțină victoria. Cu toate acestea, calculele sugerează ceva complet diferit: la o distanță de 100-150 de cabluri, dacă toate celelalte condiții rămân neschimbate, crucișătorul american ar primi mai multe lovituri pe minut decât cel sovietic, deoarece rata de lovire a americanilor, datorită dispersiei mai mari a tunurilor lor, ar fi semnificativ mai mică decât cea sovietică. Dar aceasta este doar jumătate din problema americanilor într-un ipotetic conflict între De Moines și un crucișător din Proiectul 66.
Adevărul este că se trece adesea cu vederea faptul că încărcătoarele celui mai avansat crucișător greu american sunt departe de a fi nelimitate. De Moines, cu o cadență de foc de 10 focuri pe minut, ar fi trebuit să-și consume muniția în 15 minute - din câte știu eu, acest crucișător transporta 150 de focuri pe tun. Crucișătorul Project 66 avea mai puțin - doar 100 de focuri pe tun. Și, deși nava noastră ar fi putut transporta mai mult decât încărcătura standard de muniție, să rămânem la încărcătura standard de muniție. Cu o cadență de foc de 5 focuri pe minut la o distanță de 150 kbt, crucișătorul Project 66 își putea consuma muniția în 20 de minute.
Adică, într-o bătălie decisivă și presupunând că ambele nave au atins o cadență de foc apropiată de specificațiile lor tehnice, atât De Moines, cât și Proiectul 66 riscau să-și epuizeze rapid muniția. Dar în acest caz, după ce au tras toate cele 900 de obuze, crucișătorul sovietic, de la o distanță de 100 de cabluri, ar fi lovit De Moines cu 33,3% mai multe obuze decât ar fi primit de la De Moines, care consumase 1350 de obuze. Cu alte cuvinte, atâta timp cât De Moines și-a păstrat muniția și a tras, numărul de lovituri asupra ambelor crucișătoare ar fi fost egal.
Cu toate acestea, De Moines a rămas mai repede fără proiectile, iar când tunurile sale au tăcut, crucișătorul sovietic încă mai avea proiectile pentru a continua să tragă și să obțină lovituri. Și cu muniția ambelor nave complet epuizată într-o bătălie cu 150 kbt, Proiectul 66 ar fi obținut cu 67% mai multe lovituri decât crucișătorul american!
Desigur, folosind încărcături reduse, conferind obuzelor sovietice de 176 kg o viteză de 800 m/s, situația ar fi fost complet diferită. În acest caz, pentru a trage la o distanță de 150 kbt, tunul nostru de 220 mm/65 ar fi necesitat o înălțime de 29,11 grade, iar rata de foc ar fi scăzut la 3,2 focuri pe secundă. Atunci De Moines ar fi tras de trei ori mai multe obuze pe minut decât crucișătorul sovietic. Iar diferența de precizie nu ar fi fost la fel de mare - nu de 2,48 ori, ci doar de 1,46 ori. Prin urmare, americanii, să zicem, în cinci minute de foc intens, ar fi lovit nava noastră de 2,14 ori mai multe ori decât ar fi primit pe cont propriu.
Totuși, chiar și aici, cu muniția complet consumată, numărul de lovituri asupra crucișătoarelor sovietice și americane ar rămâne comparabil - americanii aveau de 1,5 ori mai multe proiectile, iar ale noastre ar trage de 1,48 ori mai precis.
A avut vreun rost să sacrificăm numărul de lovituri de dragul balisticii mai „planante” a obuzelor interne?
Constatări
Acestea au fost deja prezentate stimatului cititor chiar la începutul articolului. Tunul american de 203 mm/55 nu ar trebui în niciun caz considerat inferior - dar nu a fost proiectat pentru a trage la distanțe lungi pe care le putea face tunul sovietic de 220 mm/65.
Merită să ne amintim că americanii au decis să implementeze încărcarea automată a bateriei principale a crucișătoarelor lor grele pe baza rezultatelor luptelor nocturne, care au avut loc la distanțe relativ mici. Impactul deviației punctului median vertical asupra acestor lupte a fost neglijabil.
Pentru a ilustra acest fapt, să ne întoarcem din nou la tabelele de tragere pentru tunul autohton de 180 mm. Conform datelor citate mai sus, la o distanță de 50 kbt, abaterea medie verticală a unui proiectil de 180 mm, chiar și la o viteză de 800 m/s, era de doar 4,9 m. Prin urmare, tunul nostru era capabil să plaseze 50% din proiectilele sale într-un interval vertical de 10 metri centrat pe punctul de țintire. Mai mult, pentru un proiectil american de 8 inch, care avea o energie cinetică de 1,41 ori mai mare, abaterea medie verticală ar fi fost și mai mică, iar precizia, în mod corespunzător, mai mare.
Prin urmare, în bătăliile nocturne din cel de-al Doilea Război Mondial, la distanțe relativ scurte, Des Moines a devenit cu adevărat un zeu al războiului naval, capabil să sfâșie orice crucișător greu. Însă, odată cu dezvoltarea radarului, angajamentele de luptă corp la corp sunt în mod clar de domeniul trecutului - însă artileria americană cu „mitralieră” nu era ideală pentru angajamentele la distanță lungă.
Va urma...
Tabele de ardere P.S. De Moines pentru 100 și 150 Kbt
Plată PPS pentru planeitate
Deci, armele cu o traiectorie „asemănătoare unui mortar” aveau o precizie semnificativ mai slabă la distanțe lungi. Dar aveau vreun avantaj? Da.
În tabelul cu abaterile mediane pentru sistemul de artilerie internă de calibrul 180 mm, în coloana „Reglarea cătării pentru creșterea razei de acțiune cu 1 cablu (grad)”, am indicat cu cât ar trebui mărită cătarea pentru a deplasa punctul de țintire (în raza de acțiune) cu 1 cablu. Aceasta înseamnă, de exemplu, că, conform tabelelor de tragere, unghiul de elevație pentru tragerea unui obuz cu o viteză inițială de 800 m/s la 50 de cabluri era de 5 grade și 24 de minute de arc, iar la tragerea la 51 de cabluri, era de 5 grade și 33 de minute de arc, adică 9 minute de arc sau cu 0,15 grade mai mult.
Primul lucru pe care îl observăm este că, cu cât distanța este mai mare, cu atât eroarea de distanță cauzată de eroarea de ochire este mai mică. Adică, dacă trăgătorul, atunci când trage cu un proiectil cu o viteză inițială de 800 m/s, face o greșeală și setează cătarul cu 0,15 grade prea departe, atunci când trage la 50 de cabluri, punctul de ochire se va deplasa cu 1 cablu mai departe decât punctul spre care țintea. Dar când trage la 150 de cabluri, deplasarea va fi de doar 0,21 cabluri.
În plus, tabelul arată că pentru un proiectil cu o viteză inițială mai mare, costul unei erori de ochire este întotdeauna mai mare. Astfel, la tragerea la 50 kbt, o eroare de ochire de 0,1 grade la tragerea unui proiectil cu o viteză inițială de 920 m/s va duce la o depășire de 1 kbt, în timp ce cu un proiectil cu o viteză inițială de 800 m/s, va duce la o depășire de doar 0,67 kbt.
Prin urmare, orice eroare de ochire, de exemplu, efectul de tangaj care nu este compensat complet, va duce la o abatere mai mare a distanței de tragere a unui proiectil cu o viteză inițială relativ mare decât aceeași armă care trage același proiectil, dar cu o viteză inițială mai mică.
Pe vremuri, când tunarii erau obligați să compenseze manual efectele rostogolirii, acest dezavantaj al tunurilor cu unghiuri de rostogolire mai bune putea fi semnificativ. Dar, până când sistemele de control al focului „au învățat” tunurile să tragă la un anumit unghi de rostogolire, impactul lor a fost redus la zero. Și din acel moment, tunurile navale cu unghiuri de rostogolire mai bune, toate celelalte lucruri fiind neschimbate, au tras mai precis asupra navelor inamice - de la orice distanță.
Informații