Прицел Нордена
Содержание
Общие сведения
История создания бомбовых прицелов
Впервые боевое бомбометание с воздуха было проведено австрийской армией в 1847 году, во время подавления революции в Венеции. Бомбардировка с воздушных шаров оставалось общепринятой практикой в течение последующих 50 лет, пока на конференции в Гааге в 1899 году ее не признали «бесчеловечным оружием». В 1907 году, после появления авиации, все ограничения в отношении бомбардировок с воздуха были сняты и 1 ноября 1911 года Италия применила бомбардировщики против турецких войск в Северной Африке. В отличии от бомбардировки с неподвижных воздушных шаров и аэростатов, при сброс бомб с самолета требовалось учитывать влияние инерции и сноса бомб. Чтобы бомба попала в цель, требовалось производить ее сброс с упреждением, величина которого зависела от скорости, углов наклона и высоты полета самолета, направления и силы ветра а также аэродинамики самой бомбы. Заход на цель должен производиться только по направлению ветра, чтобы исключить боковой снос бомб.
Для определения упреждения бомбардиру требовалось рассчитать угол прицеливания, который первое время определялся методом пристрелки. Альтернативой пристрелке стали первые приспособления, закрепленные на борту кабины самолета. Они состояли из верхней шпильки, которая являлась верхним визиром, и трех нижних шпилек, которые которые закреплялись под углом в 12, 17 и 23 градуса и которые соответствовали углам сброса против ветра, в безветрие и по ветру. Позднее стали появляться первые оптические панорамные прицелы, но принцип их работы оставался неизменным.
Появление тяжелых бомбардировщиков Сикорского потребовало разработки новых методов и приборов для прицеливания. В первую очередь требовалось точно определить абсолютную скорость полета самолета, то есть скорость полета относительно земли. Для определения скорости стали использовать секундомеры, с помощью которых определяли время пролета определенного базового угла и затем, переключая секундомер в режим обратного хода, определяли точку сброса. Таким образом учитывалось влияние как скорости ветра, так и скорости самолета. Одним из первых прицелов, который объединял секундомер и визирные линейки (которые стали использоваться вместо разметки шпильками), стал прицел Толмачева, который помимо всего обеспечивал автоматический сброс бомб.
После реализации прицелов, учитывающих влияние скорости, основную погрешность стала давать раскачка самолета, то есть изменения углов тангажа, рысканья или крена. Для создания устойчивой вертикали в прицелах стали использовать простейшие маятниковые системы, которые устраняли влияние тангажа. В прицеле Сикорского использовался принцип сброса пристрелочной бомбы, по траектории которой далее вычислялся угол упреждения сброса. В этом прицеле высота полета, скорость самолета, направление и скорость ветра и время падения бомбы учитывались автоматически. Еще более совершенным стал прицел Графа со стабилизированной визирной системой и использовавший подвижные номограммы и таблицы.
Все ранние прицелы были рассчитаны на бомбометание в плоскости ветра. Для расчета влияния бокового ветра наибольшую известность получил прицел Иванова в сочетании с ветрочетом Журавченко. Прицел Иванова имел маятниковую стабилизацию визира как в продольном, так и поперечном направлениях.
Ветрочет Журавченко представлял из себя механический навигационный угольник, ориентированный относительно меридиана. Переход от бомбометания в плоскости ветра к бомбометанию с произвольных направлений потребовал решения новых проблем для повышения точности. Решение проблемы стабилизации в продольных (крен) и поперечных (тангаж и рысканье) направлениях было использовано в прицеле Алехновича, который стал первым прицелом с оптической стабилизацией в отличии от более ранних прицелов-маятников. Прицел Алехновича жестко закреплялся на фюзеляже, а стабилизация осуществлялась за счет подвижного зеркала-маятника. В прицеле Ами стабилизация осуществлялась за счет сферического уровня, аналога обычного строительного уровня с пузырьком воздуха в жидкости.
Для исключения погрешности от изменения высоты полета использовался метод измерения давления. которое падает с ростом высоты. Принцип измерения давления был реализован в автоматическом прицеле Лебеденко.
Прицел Вимпериса был построен на измерении и дальнейшем использовании при наведение не линейных величин, а их векторов. Благодаря этому не требовалось использования дополнительных шкал и таблиц. Но главной особенностью этого прицела сала интеграция в него прибора для расчета скорости ветра. Прицел мог бы давать значительно лучшую точность, но по странному стечению обстоятельств англичане отказались от использования стабилизации в данном прицеле. Прицел позволял использовать поправку на боковой снос ветра, для введения которой самолет сначала летел курсом под 90 градусов к линии бомбометания и летчик вносил поправку на боковой снос, после чего эта поправка автоматически учитывалась при наведении прицела. Вместо ввода данных по истинной скорости в прицел вводились данные по приборной скорости, измеряемой с помощью трубки Пито.
По сравнению с громоздкими механическими прицелами коллиматорный прицел Лафе отличался компактными размерами. Позже этот прицел оснащался маятниковой системой стабилизации. В Германии наибольшее распространение получили оптические прицелы Lotfernrohr 2 с постоянной базой.
Таким образом, после окончания Первой мировой войны в технологии производства бомбовых прицелов сложилась уникальная ситуация, когда десятки различных прицелов имели различную конструкцию и принцип работы при схожих показателях точности и удобства использования. Дальнейшее развитие конструкций прицелов шло по пути автоматизации их работы и исключения влияния человеческого фактора.
В 1917 году Лоуренс Сперри (англ. Lawrence Sperry) успешно испытал гироскопический прибор, который в дальнейшем стал основой для разработки авиационного автопилота. Таким образом, к моменту окончания Первой Мировой войны были созданы все составные части для синхронного авиационного прицела.
Синхронные бомбовые прицелы
Создатель американских военно-воздушных сил Билли Митчелл (англ. Billy Mitchell) в 1920 году организовал демонстрацию возможностей бомбардировочной авиации, в ходе которой броненосец USS Indiana (BB-1) был затоплен в результате атаки бомбардировщиками. Успех послужил катализатором для начала разработки более совершенных бомбовых прицелов. Наиболее перспективными прицелами стали синхронные прицелы серии C с гироскопической стабилизацией Александра Северского, серия D с маятниковой стабилизацией конструкции Джорджа Уэстоппи и серия M Карла Нордена, который вел работы под эгидой военно-морского флота.
Синхронный прицел значительно упрощал наведение и позволял добиться значительно более высокой точности поражения. При прицеливании бомбардир должен было просто держать перекрестие прицела в заданной точке, компенсируя влияние скорости самолета и ветра. Вычислительная система прицела автоматически отслеживала коррекцию визира и вычисляла параметры для сопровождения цели, после чего бомбардир мог прекратить ручную подстройку и следить за работой вычислительной системы.
Ранние прицелы Нордена
Карел Лукас ван Норден родился в 1880 году в голландской семье, жившей в Семаранге, Ява. Перебравшись в Европу, Норден изучал механику в Государственном Политехническом Институте в Цюрихе, а в 1904 году переехал в США, где занимался гироскопическими приборами для военно-морского флота. В 1920 году Норден получил заказ от Бюро Артиллерии ВМС США на разработку стабилизированного бомбового прицела. Прицел должен был использоваться как при бомбометании при горизонтальном полете, с пикировании, так и при сбросе торпед. Попытки модернизировать прицел Вимпериса CSBS (Norden Mark III) привели к необходимости создания принципиально новой конструкции, которая могла бы учитывать не только скорости самолета и ветра, но и вносила корректировку по крену и тангажу, как ранние маятниковые прицелы. Для решения этой задачи Норден решил дополнить прицел гиростабилизированной платформой, а также органами управления для внесения коррекции. Первый образец нового прицела был испытан в 1925 году (модель «Марк VII»), и, несмотря на не самые лучшие результаты испытаний, был принят на вооружение морской авиации, а затем, после усовершенствования под индексом «Марк XI» прицел устанавливался на North American B-25 Mitchell. Для разворачивания производства Норден основывает компанию «Carl L. Norden, Incorporated», при этом командование флотом накладывает строжайший запрет на взаимодействие с сухопутной авиацией.
Модификации
Mark III
Первый прицел, разработанный Норденом был по сути копией британского прицела Course Setting Bomb Sight или CSBS. Главным недостатком английского прицела была необходимость строгого выравнивания самолета, малейшие колебания по тангажу, рысканью или крену вызывали снижение точности прицеливания. Норден осначтил свой прицел гиростабилизированной платформой, так как ранее он довольно длительное время работал с гироскопами по заказу военно-морского флота и прекрасно знал их возможности. С помощью прицела Mark III бомбардир мог корректировать вывод бомбардировщика к точке сброса, передавая пилоту требуемый курс и скорость, так как сам прицел не имел связи с органами управления самолета. Коррекция сноса из за ветра в прицеле не предусматривалась. Позднее для упрощения коррекции курса прицел оборудовался специальным электрифицированным выносным индикатором пилота (pilot direction indicator , PDI).
Mark IX (M1)
Использование PDI вдохновило Нордена на создание усовершенствованного прицела, в котором сам прицел использовался в качестве индикатора, без использования электроприводов. При наведении бомбардир должен был удерживать перекрестие на цели, при этом сигнал прецессии гироскопов через сервопривод передается непосредственно на прибор PDI, который отображал требуемое изменение курса.
Для расчета точки сброса Норден использовал идею, которая нашла применение в других ранних прицелах, основанную на вычислении «равного расстояния». Идея была в том, что время, необходимое, чтобы пролететь определенное расстояние над землей будет оставаться постоянным в течение времени падения бомбы, при этом изменением ветра можно было пренебречь, так как выбранный отрезок времени был достаточно мал. Вычисление времени падения производилось с помощью двух шкал, одна из которых была связана с неподвижным вертикальным визиром, а вторая — с визиром, который перемещался в вертикальной плоскости. При совпадении шкал бомбардир получал упреждение для сброса бомб без необходимости вычисления истинной скорости самолета. Прицел Mark IX в 1931 году пытались купить японцы, но Норден отказал им в такой резкой форме, что надолго отбил охоту официально получить свой прицел. Лишь в 1940 году по личной просьбе рузвельта Норден передал технологию производства и чертежи англичанам, да и то не устаревшую к тому времени модель прицела.
Mark XV
В 1932 году флот и армия все же смогли договориться об принятии на вооружение единого бомбового прицела «Norden Mark XV». Еще в ходе доработки прицела Mark XI Норден приступил к проектированию совершенно нового синхронного прицела Mark XV. Помимо значительного повышения точности, новый прицел был значительно проще в использовании и не требовал никаких дополнительных приборов и таблиц. Все расчеты производились самим прицелом с помощью механических вычислителей, что позволило снизить время прицеливания с 50 секунд у Mark XI до 6.Новый прицел позволил совершить гигантский скачок как по точности, так и по простоте его использования. Норден использовал в нем объединенный регулятор, с помощью которого бомбардир определял истинную скорость самолета, как при использовании Mark XI, и одновременно удерживал метку на цели. Благодаря этому прицел мог учитывать скорость и снос самолета, а также скорость и направление ветра. Прицел также мог автоматически сбрасывать бомбы, исключая таким человеческий фактор в расчетах.
Несмотря на выдающуюся точность, использование прицела в армейской авиации вызывало множество проблем, так как и руководство флотом и сам Норден относились к сухопутным свысока. Норден сказал по этому поводу «Невозможно прислуживать двум господам одновременно — я работаю для флота». Изменение отношений произошло лишь в годы Второй мировой войны, когда основные заказы на производство стали поступать от армейской авиации.
Но все же новый прицел не был идеальным — он все же давал значительную погрешность в случае больших кренов или попадания самолета в зону турбулентности и требовал более 8 минут на раскрутку гироскопов.
Mark XV с автопилотом (М-4)
Прицел Mark XV, как и его предшественники, требовал установки в кабине пилота прибора PDI. Начиная с 1932 года, на протяжении следующих шести лет, Норден вел разработку автоматизированного устройства выхода на цель (SBAE), которое, по сути, являлось механическим автопилотом, управляемым с помощью прицела. В 1937 году компания Sperry разработала новый трехфазный двигатель привода гироскопов, который позволял раскручивать их до 30000 оборотов в минуту вместо 7200 у гироскопов Нордена. Оснащенный новыми гироскопами прицел компании Sperry были принят на вооружение и устанавливался на армейские Consolidated B-24 Liberator, в то время как прицелов Нордена не хватало для оснащения массово производимых B-17 Flying Fortress. Из за создавшегося дефицита часть B-17 стали оснащаться механическими автопилотами Sperry A-3 и электрическими Sperry A-5 со стабилизацией в трех плоскостях. Сочетание прицела Sperry S-1 и автопилота А-5 настолько понравилось армейскому руководству, что оно приняло решение финансировать постройку завода для производства продукции Sperry. Норден всячески противился попыткам объединить автопилот Sperry A-5 и прицел Mark XV, что привело его к сотрудничеству с компанией Honeywell, которая разработала собственный автопилот. Сочетание автопилота Honeywell и прицела Норден стало производится конвейерным способом и в дальнейшем B-17 вооружались только прицелами Нордена с автопилотом.
История применения
После принятия на вооружение прицелы Нордена стали одним из наиболее охраняемых секретов в США. Уровень секретности порой даже превышал секретность Манхеттенского проекта. Прицелы в обязательном порядке оборудовались устройствами самоуничтожения, чтобы исключить возможность их попадания в руки противника. В 1937 году Герман Ланг, работавший на заводе Нордена, смог тайно передать чертежи прицела Герману Герингу, но Германия не смогла наладить массового производства этих прицелов в силу различных причин. А вот авиации США эти прицелы были жизненно необходимы, особенно для высотных бомбардировщиков B-17 Flying Fortress, которые выполняли бомбометание с недоступной для зенитной артиллерии высоты и требовали использования прицелов повышенной точности. Несмотря на температуру −40 градусов, рев моторов и постоянные разрывы зенитных снарядов, бомбардиры «летающих крепостей» в шелковых перчатках, чтобы не повредить прицел, через оптическую систему наблюдали за целью, которая казалось неподвижной благодаря работе системы стабилизации.
В августе 1945 года В-29, сбросившие атомные бомбы на Хиросиму и Нагасаки, использовали прицелы Норден. После окончания войны копией прицела Норден оснащались, в частности, советские бомбардировщики Ту-4.
Завершение использование прицелов Норден произошло только после разработки радиоприцелов типа AN/APQ-13, AN/APS-15 и их модификаций. Радиоприцелы были лишены главного недостатка прицела Нордена — оптической системы, с помощью которой наведение было возможно только в безоблачную погоду. И тем не менее, прицелы Норден использовались вплоть до вьетнамской войны, во время которой ими оснащались флотские Lockheed P-2 Neptune.
Устройство
Макет прицела Норден и элементы автопилота (SBAE).
Прицел (1) установлен на стабилизированной платформе(2) в носовой части бомбардировщика или в нижней части торпедоносца. Основной гироскоп (3) расположен максимально близко к центру масс самолета. Три серводвигателя (6, 7 8) и двигатель крена (5) размещаются в зависимости от конструкции самолета. Блок секторов (4) всегда установлен на левой стороне стабилизатора. Панель управления пилота (13) и сервопривод штурвала (14) помещаются в кабине пилота. Панель управления бомбардира (15) находится в кабине штурмана.
- Прицел
- Стабилизатор
- Основной гироскоп
- Блок секторов
- Двигатель крена
- Сервопривод элеронов
- Вертикальный сервопривод
- Горизонтальный сервопривод
- Панель управления элеронами
- Панель управления
- Панель управления вертикалью
- Штурвал
- рукоятки грубой настройки
- Панель управления пилота
- Сервопривод штурвала
- Панель управления компании бомбардира
- Муфта фиксации прицела
- Стопор муфты фиксации
Стабилизированная платформа
Стабилизированная платформа с помощью основного гироскопа отслеживает все изменения углов наклона самолета и передает сигналы для их компенсации колебаний на сервоприводы рулей направления и высоты, которые в свою очередь выравнивают самолет.
18. Сектор горизонтальных рулей
19. Поводок сектора горизонтальных рулей
20. Сектор элеронов (вертикальных рулей)
21. Поводок сектора элеронов
22. Скользящий контакт
23. Привод управления по вертикали
24. Привод управления по горизонтали
25. Тяга шатуна
Гироскопы
Гироскоп предназначен для определения углов отклонения самолета по углам рысканья, тангажа и крена и дальнейшей передаче сигналов об углах на стабилизированную платформу.
5. Двигатель крена
6. Сервопривод элеронов
26. Гироскоп
27. Гироскоп с карданом
28. Корпус гироскопа
29. Сектор тангажа
30. Сектор рысканья
31. Сектор привода тангажа
32. Ограничитель сектора элеронов
33. Рычаг привода тяги элеронов
34. Дифференциальная тяга элерона
35. Ограничитель сектора горизонтального руля
36. Сектор привода руля направления
37. Дифференциальная тяга руля
38. Рычаг привода тяги руля
39. Дополнительная тяга элеронов
Сервоприводы крена, рулей направления и элеронов
Сервопривод служит для компенсации крена, тангажа и рысканья самолета в полете и передает сигналы непосредственно на соответствующие рули.
3. Основной гироскоп
5. Сервопривод крена
26. Гироскоп
29. Сектор тангажа
30. Сектор рысканья
32. Ограничитель сектора элеронов
33. Рычаг привода тяги элеронов
34. Дифференциальная тяга элерона
39. Дополнительная тяга элеронов
40. Реле и электромагнитные клапаны
41. Тяга крена
42. Муфта крена
43. Бобина с тросом привода
Учебные фильмы по использованию прицела Норден
| | |
| | |
| |
Литература и источники информации
Ладислас Фараго Игра лисиц. Секретные операции абвера в США и Великобритании.
Бабичев А. К. Исторический очерк развития бомбардировочных прицелов.
