Управление огнём зенитной артиллерии

Ч.1. Глава 1: Основы работы автоматических зенитных прицелов 37-мм пушек

Как работает автоматический зенитный прицел на примере отечественного АЗП-37-1, использовавшегося с 37-мм автопушками 61-К? В состав орудийного расчёта входят командир, дальномерщик (в ходе войны он остался один на двухорудийный взвод - сказался дефицит дальномеров), и два установщика.

Командир определяет курс цели и угол пикирования/кабрирования, дальномерщик - дальность. Скорость цели может определяться по двум замерам дальности и секундомеру, или “на глаз” по типу самолёта, а затем корректироваться. Один из установщиков, с левой стороны от орудия, вводит курс цели, угол пикирования/кабрирования (до 90/60 градусов). Второй - наклонную дальность до цели (до 3,5 км), и скорость цели (до 140 или 250 м/с по разным источникам). Угол места и азимут на цель вводятся в прицел автоматически, при удержании визира-коллиматора на цели. При этом, поправки по дальности нужно постоянно корректировать вручную, т.к. в отличие от полноценных ПУАЗО для крупнокалиберных орудий, АЗП рассчитывать дальнейший полёт цели не способен.

Исходя из введённых данных прицел вырабатывает поправки упреждения, отклоняя перекрестье визира-коллиматора в сторону от направления ствола. Из-за этого, если наводчик удерживает цель в перекрестьи визира, то ствол смотрит в точку упреждения.

У немецких орудий единственное отличие в составе расчёта в том, что установщик на немецких 37-мм пушках один, и ему надо переключаться между большим числом параметров, что весьма негативно сказывается на скорости ввода данных и соответственно - выработке поправок. Параметры цели, вводимые в прицел те же, но предельные значения отличаются. Дальность - до 3 600 м (при этом в некоторых источниках указывается минимальная дальность, ок. 300 м), скорость цели - до 150 м/с, угол пикирования/кабрирования - до 60/20 градусов. В общем, с маневрирующими по вертикали целями у немецких пушек немалые проблемы.

Так выглядит наведение с помощью АЗП в идеальном мире. На деле, определение параметров цели с помощью бинокля и оптического дальномера имеет немало погрешностей, да и установщики, вне зависимости от их числа немного задерживаются с вводом данных. Поэтому командир корректирует огонь по трассерам, командуя наводчикам вводить поправки по азимуту и углу места; в таком случае, наводчик должен удерживать цель не в перекрестьи, а чуть в стороне (выше/ниже или левее/правее, в зависимости от наводчика). В нашем прицеле это довольно удобно делать в пределах 50 тысячных (они же миллирадианы) в любую сторону, благодаря вот таким вот угломерным шкалам:

Цена деления шкалы составляет 5 тысячных, большого деления - 10. Тут с немецким прицелом есть ещё одно различие - у него таких шкал нет, простое перекрестье:

Это затрудняет корректировку, притом значительно. По сути, всё придётся делать на глаз, что сильно замедлит процесс (вместо “Лево, пять!” “Links, links, links, halt!”), плюс упадёт точность удержания самолёта в конкретном месте сетки прицела. Одно это уже сильно снижает точность немецкой автопушки.

Также прилагаю данные о внешней баллистике нашей и немецкой автопушек: FlaK 18 - 640 г, 820 м/с, коэф. формы - 0,88 (гавр.); время полёта на 3 км - 8,36 с 61-К - 735 г, 880 м/с, коэф. формы - 0,72 (гавр.); время полёта на 3 км - 6,5 с

Ч.1. Глава 2: Мёртвые зоны МЗА по дальности

Казалось бы, всё просто. Вот есть максимальная эффективная дальность, вот есть высотный потолок, вот есть ограничения по наклонной дальности АЗП и самоликвидатору - рисуем четверть круга, и получаем зону поражения. Потом с одного краю рисуем воронку, отображающую тот участок, куда ствол уже не наводится. Как-то так:

На деле, расчёт мёртвых зон будет сугубо индивидуальным для каждой цели, в зависимости от её высоты, скорости и курсового угла.

Возьмём относительно простой пример. Наша цель летит на постоянной высоте 1 км, со скоростью в 100 м/с, курсовой угол - ноль, т.е. прямо на орудие. Тут наш АЗП сможет выдавать поправки уже с 3 350 м по параметру (проекция наклонной дальности на поверхность). Но ведь чтобы снаряд встретился с целью, нужно время. В данном случае - 6,18-6,19 с, за которые цель с параметра 3 350 м сблизится до 2 730 м (округлённо), а по наклонной дальности - до 2 910 м. До этого момента снаряды в цель просто не долетят, а чтобы долетели - нам нужно иметь бОльшую наклонную дальность работы АЗП. Итого, зона реального обстрела сократилась с 3 350 м до 2 710 м или на 640 м.

Но вместе с этим, у нас увеличится и ближняя мёртвая зона в виде “воронки”. Для начала нам создаст проблемы превышение линиии прицеливания над целью. Т.е. на дистанции в километр наша воронка из-за этого превышения составит не 5 градусов, а 5,5 град. для 61-К, что даст нам радиус воронки в 96 м. По итогу, мы сможем поражать цель только на траектории длиной в 2 614 м.

При увеличении высоты до 2 км цель будет реально обстреливаться на дистанции в 2 005 м (воронка - 220 м, дальняя граница поражения - 2 225 м), а на 3 км - 670 м (воронка - 414 м, дальняя граница поражения - 1 084 м).

Как видно, реальная эффективная дальность серьёзно отличается от рабочей дальности прицела. При изменении курсового угла цели эффективная дальность будет падать ещё сильнее.

Тем не менее, для оценки эффективности ПВО эти конкретные цифры подходят не слишком. Нас больше интересует не то время, сколько цель летит под обстрелом, а сколько времени мы стреляем, пока она летит. Таки да, это два разных временных промежутка, ибо выпущенные из пушки на разных дистанциях снаряды летят разное время.

Рассмотрим всё ту же цель на 100 м/с и 1 км высоты. Мы начинаем стрелять, при достижении целью наклонной дальности в 3 500 м и параметра в 3 350 м. Прекращаем же, когда параметр цели достигает 234 м. Почему не 96 м, ведь именно тогда в цель прилетит последний снаряд? Да по той простой причине, что снаряду надо время, чтобы долететь, а после того, как цель приблизится ближе 234 м по параметру - мы просто не сможем в неё попасть, снаряд пролетит за ней. Т.е. всего мы лупим на протяжении 3 116 м полёта цели, или 31 секунду.

Но и тут всё не так просто. Ведь первый снаряд долетит к цели только на 2 730 м по параметру, спустя 6 с хвостиком секунд. Всё это время мы будем вести огонь без корректировки, т.к. трасса выстрелов ещё до самолёта не дошла, и в какую сторону корректировать огонь командир ещё не знает. Потом, нам нужно хотя бы пару секунд на корректировку огня (сделаем вид, что потребуется только одна, и дальше установщики не напортачат с их собственными корректировками поправок АЗП), и мы наконец начинаем стрелять более-менее точно в сторону цели. Т.е. вместо 31 секунды стрельбы, мы имеем около 23 секунд. На высоте в 2 км это время сократится до 14 с половиной секунд (всего же мы будем стрелять 23 с), а на 3 км мы будем лупить, надеясь только на авось точность ввода данных в АЗП.

А что там у немцев? Они на высоте в 1 км успевают из-за размеченной до 3 600 м шкалы дальности прицела смогут стрелять ажно 32 секунды. Ура? Не совсем. Ведь трасса встретится с самолётом только спустя почти 8 с, плюс ещё несколько секунд на коррекцию (хотя у немцев это и займёт дольше времени, но ограничимся той же парой секунд - подыграем баллистическим инвалидам), и по итогу точный огонь они ведут по такой цели примерно 22 секунды. Разницы почти нет, пока-что, но вот на 2 км общее время стрельбы составит уже 22 с, а с корректировкой - ок. 12 секунд. По итогу, кроме проблем с точностью из-за АЗП, немцы потеряют ещё 1-2,5 с сколько-то результативной стрельбы из-за баллистики.

Ч.1. Глава 3: Ограничения работы АЗП по превышению линии прицеливания

Ограничения по превышению линии прицеливания связаны с тем, что АЗП не может смещать перекрестье коллиматора в сторону до бесконечности. В нашем случае, такое отклонение могло достигать только +-50 тысячных в любую сторону; в случае немцев - +- 80 тыс. по азимуту, и 47 - по углу места. Первая проблема, которая у нас возникнет - ограниченность прицеливания по углу места из-за превышения линии прицеливания.

Представим, что у нас есть описанная в прошлой главе цель на 100 м/с на дистанции 3,5 км, которая летит прямо на орудие на высоте в километр. Угол превышения линии прицеливания при выстреле в точку упреждения (2 910 м наклонной дальности) составит 2,65 град. или 46 тысячных.

В случае немцев превышение составит 4,3 градуса (76 тыс.), т.е. их прицел, который выдаёт поправку по углу места максимум в 47 тысячных (2,7 град.) не справится с исправлением превышения линии прицеливания.

Кстати, эти цифры неплохо показывают почему нужна поправка по наклонной дальности. Если бы её не было - мы бы в любом случае стреляли на несколько градусов ниже самолёта.

По сути, несмотря на формально максимальную дальность в 3 500 и 3 600 м для нашего и немецкого прицелов, из-за необходимости давать поправки по баллистике реальная дальность работы именно АЗП даже по цели с нулевой скоростью по углу места составит 3 000 и 2 250 м соответственно (имеется ввиду наклонная дальность до точки упреждения, а не до цели в момент открытия огня). Дальше прицел становится не способен компенсировать угол возвышения ствола над целью. А учитывая то, что цель обычно требует какого-никакого дополнительного упреждения по углу места - то начинаются проблемы.

По маловысотным целям, например, на высоте в 100 метров, АЗП работает вполне неплохо и без лишних вмешательств наводчика. Там, к примеру, АЗП нашего орудия, при стрельбе по цели по цели на 100 м/с сможет выдавать поправки и по превышению, и по углу места на дистанции примерно в 3 400 м по параметру, а немецкого - примерно до 2 550 м. Баллистика - бессердечная сука.

Список углов превышения на различных дистанциях для 61-К/FlaK 18:

500 м - 0,21/0,25 град.

1 000 м - 0,48/0,63 град.

1 500 м - 0,83/1,21 град.

2 000 м - 1,31/2,09 град.

2 500 м - 1,96/3,28 град.

3 000 м - 2,82/4,78 град.

Ч.1. Глава 4: Ограничения работы АЗП по упреждению по углу места и азимуту

Как мы выяснили в прошлой главе, прицел не может отклоняться до бесконечности, и разобрали проблему угла превышения. Но ведь кроме того, чтобы поднять ствол на нужный угол возвышения над точкой попадания, нам нужно ещё сдвинуть эту точку относительно фактического положения самолёта.

В приводившемся раньше примере, с целью на высоте в 1 км, мы имели дальность до цели момент прицеливания в 3,5 км, а в момент встречи снаряда с целью - в 2 910 м. Это даст нам угол в 59 тысячных, что даже без учёта угла превышения. Т.е. на деле такая стрельба находится за пределами возможностей прицела. С уменьшением дальности угловая скорость цели только вырастет.

Чёрным показана наклонная дальность на цель в момент прицеливания, красным - линия от орудия к точке упреждения.

Предлагаю опустить цель пониже, и выяснить, в каких пределах будет работать АЗП, с учётом угла превышения и упреждения по углу места. Допустим, на 100 метрах - подобная ситуация уже упоминалась раньше. Максимальная дальность прицеливания уже называлась - 3 400 м. Но что с минимальной? Она будет довольно близко к орудию - на 200 метрах. Итого, мы будем вести по цели огонь на протяжении 32 секунд, из них 24 - с корректировкой.

В случае немцев же максимальная дальность составит 2 500 м, а минимальная - примерно на всё тех же 200 метрах. Итого - 23 секунды, 16 с корректировкой по трассерам.

Перейдём на большую высоту, в 250 м. Там максимальная дальность для нашей пушки, на которой прицел сможет учитывать все необходимые поправки составит 3 км, минимальная - ок. 700 м по параметру. Итого - 23 секунды на стрельбу, из них 16 секунд с корректировкой по трассерам.

У немецкого орудия ситуация совсем печальна. Там максимальная дальность работы АЗП составит ок.1 750 по параметру, а минимальная ок. 1 150 м. Итого - 6 секунд, из них без корректировки успеют отстрелять хорошо если одну.

Немного наглядности. Чёрная линия - стрельба немецкого орудия, красного - наша. Жёлтые участки, на обеих линиях - момент, когда расчёт не успеет скорректировать стрельбу по трассерам.

Уже на высоте в 500 м по цели с скоростью в 100 м/с АЗП толком не работает у обеих пушек.

Надо заметить, что ровно те же параметры эф. дальности и времени стрельбы будут актуальны и для пикирующих целей. Безусловно, если мы найдём пикировщик, работающий на скорости в 360 км/ч. Так что эти данные пригодятся для какого-нить очень аккуратного штурмовика, работающего с пологого пикирования.

100 и 250 метров высоты, в данном случае, будут являться расстоянием, на которое орудие вынесено вперёд точки, в которую пикирует самолёт.

Но что будет, если увеличить скорость цели до 150 м/с? Это уже больше походит на ту же Штуку с выпущенными воздушными тормозами.

Максимальная дальность, как ни странно, вырастет. Из 61-К мы сможем обстреливать такую пикирующую цель (пикирование осуществляется в точку, находящуюся в 100 м позади орудия) с 3 500 м по параметру (дальше уже не позволяет шкала дальности прицела), что связано с тем, что цель пролетает заметно большее расстояние. Мёртвая зона же составит +- 350 метров, но в случае пикировщика это не особо важно - он в любом случае выйдет из пикирования ещё метрах на 500. В общем, время обстрела составит 20 секунд, из них с корректировкой - 12 с половиной.

У немецкого орудия макс. дальность составит 2,6 км. Мёртвая тоже меньше 500 метров, так что пикировщик изменит курс раньше. По итогу - 14 секунд стрельбы, из них 7 с половиной с корректировкой.

При отклонении точки, в которую пикирует самолёт от орудия на 250 м (опять же, назад), предельной дальностью станут 2 000 м. Мёртвая зона же наступит уже на 1 300 м. Итого стрелять мы будем чуть больше 4,5 секунд, и времени на корректировку просто нет. Впрочем, АЗП немецкого орудия в таких условиях уже просто не вытянет.

Как видно, из-за ограничений прицела, реальные дальности и высоты эффективной стрельбы будут заметно меньше, чем это было указано в главе 2, где рассчитывались ограничения исключительно по баллистике орудия.

Пришло время разобраться с упреждением по азимуту. Представим себе всё ту же цель, на высоте в 100 м, с скоростью в 100 м/с, но теперь летящую не прямо на орудие, а под углом к нему - так, чтобы пролететь мимо него в 250 метрах сбоку. Как изменятся поражающие возможности 37-мм автоматов в таком случае? Дальняя граница поражения не изменится - за время полёта снаряда цель отклонится в случае нашего орудия не более, чем на 50 метров, что в пределах поправок АЗП по азимуту в 50 тысячных (на 3 400 м, рубеже открытия огня это даст нам 170 м). А вот ближняя граница поражения вполне изменится. Если в том случае, когда самолёт летит прямо на орудие она составляла +- 200 метров, то теперь она заметно уменьшится. В нашем случае - до 570 метров. Немецкое орудие, благодаря тому, что его прицел может выдавать поправку по азимуту до 80 тысячных будет иметь мёртвую дальность до 460 м. Время стрельбы составит 28 и 20 с половиной секунд соответственно, из них 20 и 13,5 с корректировкой. При отклонении цели от орудия на 500 метров мёртвая зона работы нашего АЗП составит ажно 1 200 м, а вот немецкого - 760 метров. Время стрельбы - 22 и 17,5 с половиной секунд, с корректировкой - 14 и почти 10 секунд. Если же курс самолёта будет проходить в 750 м от орудия, то мёртвая зона для нашего и немецкого орудий составит 2 300 и 1 300 м, а время стрельбы - 11 и 12 секунд. Стрельба после корректировки будет длиться всего 3 и 5 с половиной секунд. Выглядеть будет это примерно так:

Как видно, из-за отвратительной баллистики, немецкой пушке не особо помогают даже бОльшие поправки по азимуту АЗП. Только при отклонении курса самолёта от орудия в 750 метров (что, вообще-то, довольно дофига) вражеское орудие начнёт показывать себя лучше.