艦炮瞄準有多難？俄羅斯做不到，黑海艦隊吃大虧！

不久之前 黑海艦隊的一艘狼珠級護衛艦 遭遇了烏軍自爆艇的襲擊 這艘500噸的護衛艦 配置了一門76毫米速射主炮 兩門30毫米近防炮 射速達到了5000發每分鐘 按理說 在幾百米的距離內 打爆幾艘小船不是難事 然而根據烏軍曝光的視頻 俄羅斯的近防炮 在近30秒的射擊中 一直在船體瞄邊 從而錯失了戰機 今天大兵就和各位聊聊 火控系統是什麼 艦炮如何瞄準 以及俄羅斯近防炮 打不準的原因 用一句話描述火控系統 它其實就是輔助火炮命中的工具 早期的艦炮 基本就是把陸軍的火炮搬到了船上 雖然開火方式相同 但是瞄準的難度 卻要比陸地難了數倍 原因很簡單 陸地火炮是不會動的 瞄準只需要2.1線 再計算拋物線和提前量 就能輕鬆的完成瞄準 但在海上 由於兩艘船一直在保持移動 再加上海浪一直在不規則的起伏 僅靠陸地上瞄準的那一套 幾乎無法瞄準 打中打不中 基本是全靠運氣 所以我們能看到 19世紀以前的戰船 基本上都是採用增加火炮數量的方式 來增加命中率 而改變這一情況的是陀螺儀 戰艦使用的陀螺儀各不相同 但是我們可以將其理解爲 一個由電力驅動 能夠360度旋轉的盤子 當戰艦啓動後 盤子會高速轉動 根據角動量守恆 此時盤子的方向會被固定 將這一裝置 應用於戰艦的瞄準裝置上後 就能無視船身的影響 保證瞄準的精度 可以說陀螺儀 就是最早的火控系統 並且一直沿用至今 坦克使用的垂紋系統 也就源於此物 陀螺儀的出現 讓火炮的精準度 得到了突飛猛進的增長 這使得火炮 可以瞄準更遠處的目標 然而當交火距離變遠之後 另一個問題就出現了 那就是炮彈的飛行速度太慢了 以當時沙俄裝備的 250毫米火炮爲例 從開火到炮彈接觸海面 需要十幾秒的時間 而在這十幾秒內 敵艦早就憑藉蒸汽輪機 向前開出了幾十米 如果不計算提前量 炮彈只能擊中 敵艦身後的水花 然而那個時代 可沒有計算機 戰場混亂的情況 也不足以讓人慢慢的計算 所以具體要打多少提前量 全靠炮手經驗 由此可知 這種聽天由命的射擊方式 精準度是十分堪憂的 不過還是那句老話 精度不夠 數量來湊 19到20世紀的戰艦 都毫無例外地採用 橫向增加炮管的方式 來增加炮彈水平方向的打擊面 一個炮塔上 三四個炮管 都是很常見的事情 類似於最發槍時代的 排隊槍斃戰術 以一戰名艦 伊麗莎白女王號爲例 艦上共有8門381毫米火炮 16門152毫米火炮 當進入戰鬥開始後 雙方都會用側面彼此相對 好讓船上所有火炮 能同時瞄準對方 之後所有火炮齊射 形成一排水平的打擊線 以增大命中敵艦的可能性 但這裏就有一個問題了 如此之多的火炮同時開火 產生的後座力 足以將整艘戰艦掀翻 這就對戰艦的火控系統 提出了更加複雜的要求 既要讓所有火炮瞄準同一個位置 又要讓每門火炮的開火時間 存在細微的差距 減少後座力對船身的影響 這需求催生出了自動延遲裝置 它被安裝於炮塔內部 當炮塔齊射時 自動延遲裝置 會讓每個炮管相差0.1到0.3秒發射 除此之外 瞄準也是火炮系統的重要一環 雖然大兵說了 19世紀的艦炮開火基本全靠運氣 但更爲先進的瞄準設備 會提升幸運女神的眷顧程度 更能直接決定一場戰爭的勝負 牛頓說過這麼一句話 如果我比別人看得遠 那是因爲我站在巨人們的肩上 而在海戰中 這句話也同樣實用 想要擴大觀察範圍 就是要站得高一點 因此所有軍艦 都會在艦身上設置一根很高的圍杆 圍杆上再設置一兩個觀察哨 通過光學測距儀 來測量敵艦和自己的距離 並且計算艦炮抬高的角度 以及體減量 光學測距儀的原理非常簡單 就是一個雙筒望遠鏡 但是物鏡向兩邊岔開 宛如一條垂頭紗 光學測距儀的目鏡 一邊角度固定 垂直向前 另一邊可以調整角度 在使用時 觀察者需要調整角度 讓兩隻眼睛看到的圖像重疊 這就等於兩條視線交匯於同一個點 我們再將兩個物鏡連起來 就形成一個垂直三角形 此時底邊長度已知 兩個角的角度已知 根據勾股定理 就能算出垂直邊的長度 也就是觀察者距離目標的直線距離 一般來說 兩個目鏡相距越遠 這種測量方式 越精準 當測定好距離後 並不能直接開火 而是要進行試射 一般由三門火炮同時開火 如果看到水花 同時覆蓋到了敵艦的前後位置 就證明射擊諸元正確 可以進行騎射抽獎了 而在1902年 英軍的一種新發明 讓抽獎概率成倍的上升 它就是德美里克計算機 可以用於精準的計算 艦炮的提前量 雖然叫計算機 但它更像是一個羅盤 圓形的羅盤上 標滿了刻度 一根橫杆貫穿羅盤前後 橫杆上有一個滑塊 用於在橫杆上自由移動 而滑塊下面連接着一個軸承 軸承下又有一個小杆 在使用時 需要將錶盤上的黑色箭頭對準敵艦 橫杆代表我方航向 滑塊移動代表速度 黃色滑塊可以輸入本艦航速 軸承上的粉色小杆 可以在錶盤上自由轉動 它的方向代表敵艦航向 上游滑塊可以輸入敵艦航速 錶盤下的橙色長杆 可以輸入光學測距儀得出的距離 做完以上這些操作後 粉色小杆盡頭的下面會有一個指針 它能夠表明當前敵艦的方向變化率 和方位變化率 將這兩項數據乘以炮彈飛行的時間 就能得出未來敵艦所在的位置 從而調整提前量 可以說這種複雜的設備 是所有機械火控系統的代表 之後所有非電子的火控系統 其原理都和德美里克計算機相同 想必各位觀衆光是聽大兵講解其用法 就已經能夠感受其複雜性了 德美里克計算機 雖然能精準地計算提前量 但操作太過複雜 導致計算需要花費很長時間 而在實戰中 雙方戰艦的變化又是實時變化 這就導致其計算出的提前量具有延遲性 在德美里克計算機誕生後 爲了提高提前量的計算速度 更多複雜的機械設備應運而生 比如維氏時鐘 AF-CT火控控制檯 這一系列精密的火控設備 幾乎全部由英軍首次裝備 雖然在當時英軍擁有 全世界最先進的火控系統 但是在日德蘭海戰中 其命中率依然不足三成 這主要是因爲各項數據 都是由人工手動輸入的 一來二去浪費了大量時間 讓計算數據總是跟不上戰況 看來人類操控火控系統 是有極限的 想要實現發現既開火 就必須要超越人類 MK-1火控計算機 是二戰美國海軍火控系統的代表 整臺火控系統重達1.4噸了 被安置於船體深處的防水隔間中 作爲經典的機電模擬計算機 MK就像是一個縫合怪 就像是一個大猩猩進化成了人 但只進化了一半的身子 它的輸入系統依然由人工操控 大量的工作人員 需要實時的通過輸入裝置 保持計算機內數據與現實的同步 通過電傳動與甲板上的炮塔連接 讓火控室能夠實時的操控艦炮 以上大兵介紹的 包括陀螺儀 測距儀 提前量測量儀 開火時間控制等一系列功能 都被整合進了MK-1火控系統中 這使得艦長僅需要在一間小屋裏 就能操控全船十幾門火炮 該火控系統從1930年誕生原型機後 幾乎被安裝在了美國海軍 所有帶有艦炮的軍艦上 一直到1960年才停止生產 讓火控系統精度出現革命性改變的 是雷達數據的介入 1943年末 MK-8 MOD-2火控系統誕生 這臺火控系統就已經進化完全 所有的數據計算 全部由電子系統控制 這也使它成爲了 美軍首個電子雷達火控系統 而它的對手日本海軍 則依舊保持着一戰時期的設計思路 甚至還將其發揚光大 並且促成了日本戰列艦的標誌性設施 寶塔式桅杆 由於日本海軍扭曲的戰略思路 導致其在二戰前 將決定勝利的砝碼壓在了戰列艦上 但自己本身的科技水平 又停留在了一戰時代 日本艦船設計師們 不得不採用堆量的方法 以提高日本戰列艦的設計精度 爲了提高觀測距離 日本海軍的桅杆往往高得離譜 最經典的扶桑級戰列艦 桅杆高度超出了吃水線40米 約合十層樓的高度 而且光有一根桅杆不行啊 日本設計師又像在聖誕樹上掛禮品一樣 在桅杆上添加了大量設備 比如探照燈 瞭望臺 甚至是用於給觀測人員躲避的碉堡 這就導致在日本戰列艦上 桅杆變得十分臃腫 遠遠看去就像是寺院中的寶塔 萬丈高樓平地起成爲了一種常態 不用想這種抽象的設計 對日本戰列艦的平衡造成了極大破壞 幾乎所有擁有寶塔式桅杆的戰列艦 都存在頭重腳輕的問題 1942年11月 在第三次薩沃島戰役中 華盛頓號戰列艦在夜間 從7.7公里處對日本巡洋艦霧島號開火 由於電氣故障 霧島號的雷達完全沒有發現華盛頓號 華盛頓一共向霧島號發射了75枚炮彈 但霧島號卻完全不知道是誰在攻擊它 最終它被9枚4.06毫米炮彈 命中了艦首的彈藥庫 發生了多次訊報 成爲了一艘無頭潛艇 隨着戰列艦時代的結束 艦炮的發展方向開始趨向小型化 感興趣的朋友 可以去看大兵之前的這期視頻 艦炮的用途發生改變 火控系統自然也要更換 以馬克思五火炮爲例 在1961年 美國海軍爲其裝備了Mk86火控系統 這是美軍首個計算機火控系統 可以同時操控火炮攻擊兩個不同的目標 炮手只需要在駕駛艙內 從顯示器中挑選目標 這些圖像是由桅杆上的紅外攝像機 直接傳達到船艙內的 而伯克級驅逐艦裝備的Mk34火控 則更加先進 不僅能夠操控火炮 還能控制船上的其他武器 能夠根據需求自動爲炮塔更換炮彈 並且具有四種不同的開火模式 包括水面直射模式 火炮支援模式 防空模式和測試模式 水面直射模式顧名思義 大兵這裏就不再贅述 火炮支援模式 則需要將Mk45的炮口角度抬高 以跨射的方式提供遠程火炮支援 類似於戰列艦開火方式 主要用於在近海對陸地目標進行打擊 防空模式則是依靠AN-SPQ-9B雷達 對來襲的反艦導彈進行攔截 但不能對防禦高層飛機 而測試模式就是試射 是用於矯正彈道數據的 可以看到 現代的艦炮火攻系統 雖然操作起來比之前要簡單很多了 但其背後對生產國的芯片製造能力 電子信息產業發展程度 有着極高的要求 畢竟現代艦炮 主要是用於打高速移動的近距離目標 而在海面上的 時刻都有大量數據 在發生隨時的變化 如果火攻系統的計算力不足 就算計算結果 屢之差了0.1秒 也會導致炮彈與目標擦肩而過 聊到這裏 我們開頭提出的最後一個問題 就能迎刃而解了 那就是俄羅斯海軍的近防炮 爲什麼會發生船體瞄邊 由於長期制裁 俄羅斯國內的芯片發展一直非常緩慢 高性能芯片更是全靠進口 其計算力是要低於正常水平 這就導致俄羅斯的火炮 會比正常的火炮反應慢一點 要是大小同等的軍艦 這個缺點還能忽略 但這次它面對的是烏克蘭的小型自爆艇 移動速度雖然不快 但高度極低 大部分船身隱藏在水面以下 再加上夜間視野不好 自殺艇在海浪間起起伏伏 一會看得見 一會看不見 一來二去 俄軍火攻系統的CPU就開始冒煙了 我們從視頻中可以看到 俄軍近防炮不是打不準 而是一直在打提前量 但礙於計算機性能 算得又不是特別準 導致炮彈的落點 總是快自爆艇一步 當然 關於俄軍火攻計算機性能不足 至少有一種可能 網上也是有推測的 是因爲天冷 俄軍士兵喝了過多伏特加導致的 對此你們有什麼看法 歡迎發表在評論區 本期視頻到此結束 我是大兵 我們下期再見 當一艘核潛艇以二十節航速 在數千米深海潛行時 其噪音每降低十分貝 被敵方聲納探測到的距離 就會縮短一半 這便是深海幽靈的生存法則 而這場決定靜音競賽的核心 就藏在潛艇尾部 內阻旋轉的金屬葉片中 七葉大側斜螺旋槳 它不是簡單的推進工具 而是融合流體力學 材料科學和精密製造的 水下黑科技 從美國洛杉磯級核潛艇的 跨時代降噪 到俄羅斯亞森級 在北大西洋的隱蔽禿房 這款擁有扭曲葉片的 特殊螺旋槳 讓核潛艇在靜音和航速的 博弈中找到了完美平衡點 爲什麼七片槳葉 而非是五片或者是六片 二十五度以上的大側斜角 暗藏着怎樣的流體密碼 它又如何成爲衡量一個 國家工業實力的水下名片呢 請聽大兵爲您娓娓道來 七葉大側斜螺旋槳 從名字就能看出 它的幾個顯著特點 它擁有七片槳葉 這七片槳葉可不是隨意分佈的 與普通螺旋槳葉片 較爲規則的形狀和分佈不同 七葉大側斜螺旋槳的葉片 呈現出獨特的大側斜形狀 槳葉有明顯的後斜角 一般來說 普通螺旋槳的側斜角 大約在十度左右 而七葉大側斜螺旋槳的傾斜角 則在二十五度 有的甚至更大 這種大側斜的設計 使得槳葉看起來 像是被巧妙地扭曲了一樣 葉片末梢呈明顯的後略尖角 那麼說完了它的結構 下面我們來聊聊工作原理 當七葉大側斜螺旋槳 開始旋轉時 就像是一個強大的水流推動者 螺旋槳的葉片在旋轉過程中 會對周圍的水施加力的作用 由於被葉片的特殊形狀和傾斜角度 水會被葉片推向後方 而根據牛頓第三定律 力的作用是相互的 水在被推向後方的同時 會給螺旋槳一個向前的反作用力 這個反作用力 就推動核潛艇在水中前進 簡單來說 就好比我們在游泳時 用手向後划水 水會給我們一個向前的推力 讓我們能夠在水中游動 只不過七葉大側斜螺旋槳 是通過高速旋轉的葉片 來實現這一過程 而它的效率更高 能夠推動核潛艇在深海中 快速穩定的前行 與普通螺旋槳相比 七葉大側斜螺旋槳 在工作原理上雖然基本一致 但在細節上卻有着很大不同 普通螺旋槳在旋轉時 葉片周圍的水流相對較爲紊亂 容易產生較大的阻力和噪音 而七葉大側斜螺旋槳的大側斜設計 使得槳葉在旋轉時 水流能夠順暢地流過葉片表面 減少了水流的分離和紊留現象 從而降低了阻力 提高了推進效率 就像在河流中 一艘船頭設計流暢的船 能夠比船頭設計粗糙的船 同時 七葉大側斜螺旋槳的多葉片設計 使得每個葉片所承受的負荷相對較小 能夠在較低的轉速下產生足夠的推力 也有助於降低噪音和提高潛艇的隱蔽性 除了結構特殊外 七葉大側斜螺旋槳 還極大提升了和潛艇的水下優勢 首先是降噪優勢 相較於普通螺旋槳 其葉片形狀和分佈的侷限性 使得潛艇在航行過程中會產生很大的噪音 通常約在130分貝上下 而七葉大側斜螺旋槳 因其獨特的設計外形 能夠使水流在經過葉片時變得更加順暢 減少了水流的分離和穩留現象 降低了空泡產生的可能性 從而降低一定的噪音 根據測試 採用七葉大側斜螺旋槳的潛艇 其噪音水平可以降低到110分貝以下 大大提升了核潛艇在海中的隱蔽性 其次就是推進效率的顯著提升 七葉大側斜螺旋槳 因其多葉片設計和獨特的傾斜角度 使得每個葉片都能夠有效地推動水流 將動力轉化爲向前的推力 比如俄羅斯的北風之神級核潛艇 該潛艇配備了七葉大側斜螺旋槳 在相同功率的核動力裝置驅動下 水下最大航速能夠達到26節左右 而採用普通螺旋槳的同類型潛艇 航速往往只能達到20節 最後則是穩定性與可靠性 七葉大側斜螺旋槳 由於葉片數量較多 分佈均勻 而且具有大側斜的設計 能夠更好的適應複雜的水流條件 比如大西洋的一些深海區域 經常會出現強大的洋流和暗流 採用七葉大側斜螺旋槳的潛艇 在經過這些區域時 能夠保持良好的穩定性 而普通螺旋槳潛艇 則可能會出現較大的晃動 綜上所述 七葉大側斜螺旋槳 因其具備尋常螺旋槳所不具備的優勢 所以它目前已經成爲 世界各國核潛艇的首選 尤其是美國和俄羅斯 以美國海軍的洛杉磯級核潛艇升級爲例 在早期 洛杉磯級核潛艇裝備的是 較爲傳統的螺旋槳 執行任務時 噪音問題較爲突出 在高航速時 噪音峯值可達120分貝左右 這使其在執行任務時 很容易被敵方的反潛力量探測到 在換裝七葉大側斜螺旋槳後 該型核潛艇的噪音水平就大幅降低了 根據測試 甚至噪音降到了110分貝以下 在一些優化後的型號中 噪音能夠達到105分貝左右 這一降噪顯著效果提升了潛艇的隱蔽性 使其能夠悄無聲息地靠近目標海域 完成偵察、監視等任務 除了降噪 就連航速也有一定提升 在相同動力輸出下 換裝七葉大側斜螺旋槳後的洛杉磯級核潛艇 水下航速相比之前 提高了兩到三級 這看似不大的提升 在實戰中卻有着重要意義 它使潛艇能夠更快地到達作戰區域 或者在需要時迅速脫離危險 增強了潛艇的戰術靈活性 說完美國 我們再看看俄羅斯 俄羅斯的亞森級核潛艇 是新一代攻擊型核潛艇的代表 它將七葉大側斜螺旋槳 設爲關鍵設計元素之一 在設計理念上 亞森級旨在打造一款具備高隱蔽性 高航速和強大火力的水下作戰平臺 七葉大側斜螺旋槳的應用 正是爲了滿足其對隱蔽性 和推進效率的高要求 在測試階段 亞森級核潛艇的七葉大側斜螺旋槳 就展現了出色的性能 通過大量的水池實驗和海上試航 工程師們對螺旋槳的性能 進行了詳細的監測和評估 結果顯示 產生的噪音遠低於傳統螺旋槳 在不同航速下 噪音水平都能控制在較低範圍 有效提高了潛艇的靜音性能 同時螺旋槳推進效率也非常高 能夠爲潛艇提供穩定而強大的推力 使亞森級在水下能夠達到較高的航速 在實際服役後 亞森級核潛艇 憑藉七葉大側斜螺旋槳的優勢 在各種任務中表現出色 在一次軍事演習中 亞森級成功突破了敵方的反潛防線 對目標進行了模擬攻擊 他利用七葉大側斜螺旋槳的低噪音特性 悄無聲息地接近敵方艦艇編隊 直到發起攻擊前 敵方都沒有察覺到它的存在 這一成功的實戰演練 充分了證明七葉大側斜螺旋槳 在新型潛艇中設計的重要地位 也展示了其在現代海戰中的巨大價值 它不僅提升了潛艇的作戰能力 還改變了海戰的戰術格局 讓潛艇在水下作戰中 擁有了更強的生存能力和攻擊能力 雖然七葉大側斜螺旋槳的性能十分優秀 但所謂一分價錢一分貨 製造它是一件非常困難的事情 其中高精度的加工要求是首要難題 由於螺旋槳的葉片形狀複雜 具有大側斜的特殊結構 對葉片曲面加工精度有着極高的要求 在加工過程中 任何細微偏差都可能影響螺旋槳的性能 比如葉片表面的粗糙度 如果不符合標準 就會增加水流的阻力 降低推進效率 同時也可能導致空泡現象加劇 增加噪音 據相關研究表明 當葉片表面粗糙度增加10%時 螺旋槳的推進效率就會降低5%左右 噪音就會提高5到10分貝 特殊材料的鍛造工藝也是一大挑戰 七葉大側斜螺旋槳需要承受巨大的水壓和扭矩 因此對材料的強度 韌性和耐腐蝕性要求極高 通常會採用高強度的合金材料 比如鎳鋁青銅等 而這些材料的鍛造工藝複雜 需要精確的控制溫度 壓力和鍛造比等參數 以鎳鋁青銅爲例 在鍛造過程中 溫度過高會導致材料精力粗大 降低材料性能 溫度過低就會使鍛造難度增加 容易產生裂紋 而且由於螺旋槳的尺寸較大 鍛造大型的螺田槳配料時 需要大型的鍛造設備和先進的鍛造技術 這對製造企業的硬件設施和技術水平提出了很高要求 除了製造困難外 科研人員在研發過程中也會遇到諸多技術瓶頸 流體動力學計算難題是其中之一 要精確的計算螺旋槳在複雜流場中的受力情況和水動力性能 需要考慮多種因素 比如水流的速度、方向、密度 以及螺旋槳的轉速、葉片形狀等 這些因素相互作用 使得計算過程非常複雜 早期的計算方法精度有限 無法準確預測螺旋槳的性能 導致在實際應用中出現各種問題 爲解決這一難題 科研人員不斷創新計算方法 引入先進的數值模擬技術 比如採用計算流體動力學方法 通過建立精確的數學模型 對螺旋槳周圍的流場進行數值模擬 能夠更準確的預測螺旋槳的水動力性能 同時結合實驗研究 不斷優化計算模型提高計算精度 在模型測試中也會遇到各種問題 比如模型與實際螺旋槳的尺寸比例差異 測試環境與實際工況的差異等 都可能導致測試結果不準確 科研人員通過採用相似理論 嚴格控制模型的製作精度和測試條件 儘可能減小誤差 確保測試結果的可靠性 爲螺旋槳的優化設計提供了有利依據 總的來說 七葉大側斜螺旋槳 小國根本玩不轉 只有那些工業能力強的大國 纔有生產製造的能力 好了 以上就是本期視頻的全部內容 我是大斌 我們下期節目再見