海达号驱逐舰火控系统发展“Mk 63”火控系统(1952–1963)

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摘要:在1949年至1952年期间,“海达”号(HMCSHaida)进行中期现代化改装时,舰上安装了两套Mk 63 火控系统(FCS)。

在1949年至1952年期间,“海达”号(HMCS Haida)进行中期现代化改装时,舰上安装了两套 Mk 63 火控系统(FCS)

Mk 63 是一种手动操作的火控系统,设计目的是为舰载 3英寸50倍径火炮 提供连续的火控解算,用以对付空中目标,射程范围为 800至7000码,虽然测距雷达的探测距离可达 25,000码

Mark 34 雷达Mark 29 瞄准器的组合(34 + 29 = 63)即被称为 Mark 63 火控系统

该系统还可为4英寸火炮提供火控解算。这两套火控系统彼此独立工作。

系统的雷达控制电子设备分别安装在舰首和舰尾的 Mk 34 舱室 内。

在前部系统中,SPG-34 发射机/接收机位于发射台(Transmitting Station)内;

在后部系统中,发射机/接收机则安装在火炮下方、甲板下的一间军官舱室内。

Mark 29 瞄准器的操作员在瞄准台上能够目视到目标时,他会通过不断将目标保持在瞄准具中心来跟踪目标。

在操作员持续跟踪目标的过程中,系统会机电方式计算提前量(lead angle),并不断将火炮调整到正确的射击线。只要瞄准器操作员保持目标在视线中,提前量就能持续维持。

同时,安装在火炮上的雷达天线会直接指向目标。

当雷达接收到来自目标的信号时,即表示目标已被捕获,Mark 34 雷达系统便会“锁定”目标。

舰船的航向、航速,以及风向和风速等数据也会输入 Mark 34 系统,系统据此计算出火控解算,火炮便可持续对准正确的射击线,一旦目标进入射程即可开火。

该系统采用“扰动视线”原理,即瞄准器外壳和炮管始终指向目标的未来位置,而光学瞄准线和雷达波束则保持在目标的当前位置

在良好的能见度条件下,操作员可以通过瞄准器直接观察目标,并持续跟踪,以防雷达失效。

操作员还可以在瞄准器中看到雷达信号,通过将雷达“光点”保持在十字分划的中心,即使在黑暗或能见度差的情况下也能继续跟踪目标。

只要操作员持续跟踪,系统便会不断生成火控解算,火炮就能持续指向正确的射击线并随时开火。

Mark 63 火控系统由三个主要部件组成:

Mark 29 炮瞄指挥器(Gun Director)AN/SPG-34 雷达电子设备AN/SPG-34 雷达天线

这是位于舰桥下方的前部 Mk 34 雷达舱

在“海达”号(HMCS Haida)1963年退役之前,这里的雷达设备已被拆除,以供当时的新造舰项目使用。

然而,Mk 63 火控系统3英寸50倍径火炮仍然持续服役,直至20世纪80年代。

后部 Mk 34 雷达舱的布局与前部舱室相同。

AN/SPG-34 控制电子设备

操作一套 Mk 63 系统需要六名船员

甲板上人员包括:火控军官指挥器瞄准手指挥器测距手以及火炮控制通讯员甲板下的 Mk 34 舱室内则是:目标捕获装置(TACU)操作员雷达操作员

前部 Mk 29 炮瞄指挥器位置

目前安装的其实是Mark 15 炮瞄器,这是1990年代从美国海军(USN)引进的设备。

后部 Mk 29 炮瞄指挥器(照片来源不详)

这是后部 Mk 29 炮瞄指挥器的位置。

拍摄于1952年3月15日,当时“海达”号(HMCS Haida)正在重新服役。

指挥器被防护篷布包裹着。

(照片来源:HMCS Haida 档案馆)

后部 Mk 29 瞄准器平台

尽管缺少了一些部件,“海达”号的后部炮瞄指挥器仍然可以清晰辨认出是 Mk 29 型

Mk 29 炮瞄指挥器侧面轮廓

这是非常重要的阴极射线管(CRT)。29号瞄具装有一台CRT,用以显示雷达回波。如果瞄准手因某种原因无法目视目标,他可以通过将荧光点手动保持在CRT画面中央来跟踪目标。每个炮瞄具上都有一个航向刻度盘,该刻度盘由舰桥上的目标指定(Target Designation)瞄具提供方位信息。照片左上方是左舷的目标指定器。为了防止风吹雨打造成损坏,炮控仪的一些精密部件(例如望远镜)已被拆下。

CRT的剖视图。用于Mk 29炮控仪的CRT直径大约在2到3英寸之间。目标点或荧光点通过在准星圆环内保持居中来被跟踪,炮控仪通过平稳移动来完成此动作。保持跟踪动作平稳至关重要,因为突然的移动会产生错误的前置角。通过将雷达回波点保持在瞄准准星内,操作员即使在黑暗或能见度差的情况下也能继续跟踪目标。只要操作员在跟踪目标,火控系统的解算就会持续进行,炮口就能保持在正确的射击方向上。

SPG-34天线侧视图。它用于测量与目标的距离并手动跟踪目标。一旦测得距离,就可以通过机电方式计算出炮口前置角(lead-off angle)。前置角是炮管所需偏移的量,以使弹丸与目标在空中相交

技术数据——SPG-34工作在X波段雷达频段。天线直径为40英寸,产生2.4度宽的波束。它的功率为25至30千瓦,最大射程可达25,000码。Mark 34雷达的测距精度在15码以内,误差为测得距离的±0.1%。

天线中央的馈波喇叭由电动机驱动,使喇叭尖端沿两种不同直径的圆形轨迹之一旋转。较大的圆形轨迹用于搜索模式,而较小的用于瞄准目标模式。这种运动方式最终为雷达系统提供了扫描图案。实现这一运动的整个机构被称为NUTATOR(摆动器)

该天线是一个抛物面反射器,中央突出一个馈波喇叭。通过NUTATOR的作用,雷达波束从反射器轴线偏转0.75°,并以每秒30周的频率旋转,从而提供一个4.5°的圆锥形扫描区域。驱动电机可在照片中反射器上方看到。 (照片:Jerry Proc)

在29号瞄具内部,有三个气动陀螺仪,通常锁定在零位或固定(caged)位置。每个运动轴——偏航(yaw)、俯仰(pitch)和横滚(roll)——各有一个陀螺仪。在开火前,通过安装在Mk 29瞄具顶部的固定辅助望远镜定位目标。操作员先通过辅助望远镜短暂跟踪目标,然后切换到炮瞄具望远镜。在这一初始过程中,测距保持在最小值以限制陀螺仪运动,或者如果安装了陀螺锁定器(gyro cagers),陀螺仪保持固定。HAIDA系统就配备了锁定器。当目标图像在CRT的准星圆内居中时,释放锁定器,同时设置正确的射程和射程速率。雷达跟踪的过程类似,但此时无法使用辅助望远镜。当操作员解锁陀螺仪时,瞄具内的镜子会运动,这些镜子用于计算前置角(lead off)。炮控仪左手柄上的锁定开关可防止陀螺仪产生过大的错误前置角。

视差是炮瞄与目标角度与炮管与目标角度之间的差异。在从左舷或右舷开火时,射程越短,角度差越大。向前或向后开火时不存在视差误差,因为炮瞄和炮管在同一直线上。如需进行视差修正,可通过Mk34舱室内的**Train Parallax Corrector(舵向视差修正器)**完成。

火控系统与4英寸炮

4英寸炮可由两种来源的火控解算控制。对空目标使用Mk63火控系统,对水面目标则通过3W炮控仪与舰队火控钟(Admiralty Fire Control Clock)组合生成火控解算。有关Mk63系统的完整理解,请参考Mk63系统手册摘要。

目标指定中继盒与航海室共置,是Mk63火控系统的一部分。

前加拿大皇家海军火控技术员Jim Brewer总结了目标指定系统:“舰桥上有两个发射器,三个炮瞄具(前29瞄具、后29瞄具和3W炮控仪)接收信息。它们通过magslip传输信息。一个magslip上有五根线:两根是参考电压(约67伏交流电),其余三根是位置输出。参考电压可通过四个发射magslip和六个接收单元相位调节,因此中继中只传输六根位置线。

magslip发射器与接收器在电气上相同,但机械上略有不同。发射器内有两个magslip,一个用于航向,一个用于仰角。通过选择开关可以指定信号传输到哪个炮瞄具。中继将输入信号(十根线)导向各瞄具上的刻度盘。”

上图与下图:目标指定中继盒安装在航海室右舷侧舱壁上。

术语表

AMPLIDYNE 与 METADYNE

两者类型几乎相同。**Amplidyne(放大机)**是一种机电放大器,由Ernst Alexanderson在二战前发明。它由一台电动机驱动直流发电机组成。待放大的信号施加到发电机的励磁绕组,其输出电压就是励磁电流的放大副本。Amplidyne曾用于工业中的大功率伺服和控制系统,将低功率控制信号放大以控制大功率电动机,例如。现在已基本被淘汰。

CRT(阴极射线管)

一种真空管,内部包含电子枪和荧光屏,用于显示图像。

GYROSCOPE 或 GYRO(陀螺仪)

由一个轮子或圆盘组成,可以围绕一个轴快速旋转,而该轴本身可以自由改变方向。轴的方向不会因安装倾斜而改变,因此陀螺仪可用于提供稳定性或在导航系统、自动驾驶仪和稳定器中保持参考方向。玩具陀螺仪的运动可作为示例。最初,陀螺仪由气流驱动,后来改为电动驱动。

MAGSLIP(磁滑环)

来自“magnetic slip ring”。各种依靠磁滑环驱动同步旋转的发射器和接收器的电气装置。在炮控系统中,MAGSLIP用于向炮发送旋转信息。

NUTATOR(摆动器)

一种机械或电子装置,可使雷达天线的馈波喇叭围绕轴旋转而不改变射频信号的极化方向。

来源:胡侃kaowow

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