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主题:【原创】侃侃二战中的反潜武器- 第一篇:深水炸弹 -- 龙骑兵

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    • 家园 这美国潜艇的名字够合适的

      居然叫做“偶帮农”,照它这个帮法,土豆很快就会列入美军的战略物资中去,作为成本最低廉,加工最简单,补充最充分,运用最方便的反潜兵器载入史册。

      偶帮农,名副其实

    • 家园 原创】侃侃二战中的反潜武器- 第三篇:反潜鱼雷-研发

      严格来说反潜鱼雷已经是属于空潜战的范畴, 因为二战时研制的反潜鱼雷是空射型。前面所提到的几种反潜武器可以说都是英国人发明研制的, 而这次美国人走到了前面。

      自导鱼雷的想法其实可以追溯到一战, 尽管这个想法当然是非常有吸引力的, 不过限于当时的技术条件, 也只能是想想而已。直到二战初, 鱼雷都是直航式的, 各国鱼雷的区别主要在于不同的动力和引信。

      到了1941年的秋天,未雨先筹的美国海军(此时已经开始参与事实上的护航)询问全国防御研究委员会National Defense Research Committee (NDRC)关于开发一种小型,空射声自导的反潜鱼雷的可行性。 为此, 1941年的12月10在哈佛大学的水下声学实验室Underwater Sound Lab (HUSL)召开了会议进行了深入讨论, 主要参加这都是学术界和工业界的相关人士, 进而在David Taylor Model Basin召开的第二次会议进行了更为深入地讨论并初步确定了武器的基本性能:

      尺寸要小于19" x 90"以便能与普通1000磅炸弹架相匹配;

      能够可以从200-300英尺高度投掷

      电力推进, 由铅酸电池提供所需电力

      可以以12节的速度航行5到15分钟

      基本装药为100磅的高爆炸药

      最关键的还是制导系统, 采用被动的水声制导, 而且探测范围还要尽可能高。

      几天以后,上述哈佛的HUSL和贝尔实验室一起向Office of Scientific Research and Development (OSRD)提交了了正式的方案,并被授予正式的项目编号OSRD Project 61(就是一般常说的FIDO, 采用这个名字的目的之一也是为了迷惑德国人)

      老美的科研生产机制还是非常有效的, 的确值得咱们学习和借鉴。 项目基本分工如下:

        哈佛的水声实验室(HUSL)贝尔实验室(Bell Telephone Labs BLT)分别平行进行独立研制,负责关键的被动寻的和控制系统的部分,也算是一种竞争机制,但有一条很关键,研制过程中必须交流及共享全部有关资料;

      Western Electric公司负责电池部分。基本要求是重量轻,抗震好,48v铅酸蓄电池,可以提供15分钟110A的电流;

      General Electric,这个大伙熟,负责推进装置,同时也进行主动寻的系统地研制工作;

      David Taylor Model Basin,协助进行流体动力和推进系统方面的研制。

      从这套体系来看,相关领域的大专院校到制造厂商一齐动员,既保持了一定的竞争,但又通过研制过程中有关资料和情报的共享机制能够借鉴对方的进展情况, 自己也能少走很多弯路(这到和建国初期的科研体制有点类似。对关键项目经常全国相关行业动员,一个科研院所或厂家有了进展和经验立刻全行业推广,这要是按现在时髦的说法动不动讲讲知识产权, 那成本可就高了去了)。 总的来说进展还是比较快的。这是一个简要的项目进度表,

           Chronology Mine Mk.24 (Torpedo)

      First Meeting: Dec 1941

      HUSL Proposal Dec 1941

      BTL Proposal: Jan 1942 +1 month

      Navy 1st production order: Jun. 1942 +6 month

      Design Freeze: Oct 1942 +10 months

      First Production Unit: Mar 1943 +15 months

      500 units by: May 1943 +17 months

      First kill May 1943 +17 months

      可以看到, 10个月以后就已经设计就已经基本定型, 到了17个月生产规模就已经达到了500枚之多并取得战果。 实际上, 在42年的12月7日进行了第一次正式试验并取得了成功, 老美也是挺喜欢选日子的。 在HUSL 以手工的方式生产了大约50枚, 一些直接就被海军拿走试用了。贝尔实验室及下属的Western Electric是主要的生产厂家,当然也是和HUSL紧密合作。

      研制过程中最关键的部分当然还是被动寻的系统。对此哈佛水声实验室HUSL和贝尔实验室的思路既有相同之处也有不同之处。相同之处在于,选择了在鱼雷中部一横向垂直平面内布置一组水中听音器阵列,彼此相隔90度,正好左右一对,上下一对共四个。显然, 这左右一对负责水平面,而上下一对负责垂直平面。当所有四个听音器产生的信号都相同时, 鱼雷会保持水平前进; 而一旦搜索到一个噪声源,两两听音器之间必然会产生信号差, 然后经过分析处理后改变相应的水平或垂直方向舵来控制鱼雷朝信号最强的方向前进。

      原理看起来很简单, 关键是如何实现了。 为此, 哈佛的水声实验室HUSL选择了magnetostrictive 听音器元件,这导致了所谓non-proportional steering , 而贝尔实验室选择了压电听音器元件而实现proportional steering。二者区别在于,例如当水平两个听音器有信号差时,贝尔的系统可以控制水平舵按照信号差的大小成比例的偏转相应的角度,而哈佛系统则是要末直进,要末根据信号差相应的进行90度左右上下拐弯, 这样感觉控制起来有些别扭,不是很精确。最后经过大量的实验,虽然两个系统都能实现有效的寻的,最终定型时选择的是贝尔系统,当然也补充了HUSL的一些优点。

      定型的 MK24 的基本性能如下:

      口径: 19英寸483mm

      重量: 308 kg / 680 lbs

      长度: 2134mm / 7ft 0in

      射程: 3660 m / 4000 yds at 12 knots

      装药: 42 kg / 92 lbs Torpex

      MK24可以以125节的速度从250英尺的高度投下,主要载机包括TBF复仇者,特别是远程的PBY卡塔琳娜,B24解放者等等,每架可以带两枚, 而且飞机还同时携带深水炸弹,后期也开始携带火箭。 典型的战术第一当然是发现并迅速接近(这么简单的一句话可是省略了好多技术细节),运气好碰上眼睛瞎脑瓜子反映慢的,可以直接扫射, 不过用火箭威力则大得多, 命中肯定是重创;当然一般潜艇也会发现飞机,要么选择对抗,要么选择紧急下潜,不过一般来说对抗潜艇吃亏的时候多。而对于刚下潜或仍留在表面的潜艇,深水炸弹都是可怕的武器(这里面说道也很多, 比如经过反复计算, 要求深弹的爆炸深度不能深于25英尺,以及投弹高度和间隔, 以保证潜艇正好落入相邻深弹的有效爆炸范围),扔了深弹还没动静或潜艇早早潜下去了就是投反潜鱼雷了。

      按设计,顺利入水以后, MK24会在预先设定的深度以一定的半径巡航搜索,直到发现目标的噪声, 特别是螺旋桨。初期设定深度50英尺搜寻半径150英尺, 而后来根据实战经验将此深度增加到150英尺。40公斤的装药已经足以确保重创潜艇, 虽然不一定会直接击沉。不过本来设计就是作为mission kill torpedo, 而不必 direct kill, 水面还有飞机舰艇在等着呢。一开始美国海军打算订购10000枚MK24, 不过由于其出色表现, 实际只订购了4000枚, 批生产时每枚大约$1800, 好像也不太贵。

      当潜艇刚刚下潜时,或潜艇以最大水下 航速骤然改变航向以尽可能远离其下潜位置时,用音响自导鱼雷攻潜的效果最好。这里感觉有点讽刺意味:潜艇拼命规避时理论上发出的噪音也最大,也更便于鱼雷追踪; 但如果德国人发现了这个秘密, 那么只要保持水下静止, 美国的这一番努力可就打水漂了, 因为FIDO使用的是被动寻的系统,从这里也能看出保守机密的重要性。

      关键词(Tags): #二战#反潜鱼雷#FIDO#MK24
      • 家园 HUSL采用非比例控制肯定有他们的理由

        估计十有八九是他们采用的磁致伸缩(magnetostrictive)听音元件性能不过关,对于声音信号的采集不能足够精确地反映声源的偏角,所以不得不采取“要么直进,要么拐弯”这种二元决断...

        其实闭环控制本身就在一定程度上弥补了制导讯号的不准确... 相对于声源讯号的测定偏差,恐怕这种non-proportional steering对于控制的影响更大吧...

        看过几本关于大西洋反潜战的书,幸存的德国潜艇指挥官们对于43年后的回忆无不心有余悸:对他们来说,盟国的那些水面舰艇开着高功率声纳砰砰作响,虽然可怕,但却尚可一斗,大不了浮出水面用鱼雷干个鱼死网破;但是自天而降的反潜机却是他们最可怖的噩梦 -- 很多时候司令塔上的人还没有察觉,机枪子弹和火箭弹就铺天盖地地打了过来;即使肉眼能够看到飞机来袭,常规的紧急下潜在声导鱼雷面前也仍然是死路一条...

        研究研究潜艇如何防空,肯定也挺有意思的...

        • 家园 和飞机的对抗中, 潜艇当然并不总是吃亏

          德国人弄出来一些强化防空型潜艇, 火力剧猛, 也的确击伤击落一些盟军反潜机, 不过总的来说肯定是吃亏的.

          现在倒是发展了潜对空导弹, 只是不知道实用性怎样?

          • 家园 好象用老七(VIIC )改装了4艘,用于防空

            叫作U-flak,分别是U-441, U-256, U-621和U-953。

            1943年那个黑色五月,德国人损失实在惨重,仅一个月就被击沉41艘,击伤37艘。

            说到战后潜艇防空,记得60年代英国人在奥白龙级试装过SLAM 导弹(Submarine Launched Anti-aircraft Missile),再后来各国搞的也都有头无尾,不提了。但苏联/俄罗斯一直在潜艇上配备肩扛发射的SAM,标准配备,老K就有。

            • 家园 潜艇防空如果非得浮出水面再打就落了下乘了

              要打就得躲在水底下,搞搞潜射对空,就象007 Golden Eye里把邦德的小飞机从水库上揍下来的那样...

              • 家园 记得不是特别清楚了,德国的209?

                有这样一个方案, 通过释放一个光电浮标,当然浮标得和潜艇通过光纤等有线连接, 观察到反潜机后, 可以相导弹输入相关参数,然后发射.

                对水面情况的侦察大概是潜对空武器的关键, 拖着这么个浮标估计也会影响潜艇性能

                • 家园 德国研制过独眼巨人(Polypheme 潜空光纤制导导弹

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                  • 家园 美国已用AIM-9X进行了发射试验。

                    美国人搞的是潜望状态发射,解决的也是这个深度的防空问题。一是AIM-9X是现成产品,二是潜望深度发射,所以个人认为其技术风险与难度比较低,比较简单实用。在没有更好的手段出来之前,这个方案不失为目前最佳的潜艇防空手段。

                    AIM-9X采用凝视焦平面阵列红外导引头,发射后不用管,使用上比独眼巨人灵活。

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