joi, 12 aprilie 2018

Sisteme de ochire in aviatie (II)

Sisteme de ochire pentru bombardament 

Sisteme optice

  Sistemele de ochire pentru bombardament sunt folosite pentru lansarea cu precizie a bombelor de aviatie.
Au echipat avioane de bombardament, vanatoare-bombardament, sau avioane multirol moderne. 
Traiectoria pe care se deplaseaza in timpul de cadere, este de tip parabola, fiind influentata de altitudine, viteza avionului, viteza si directia vantului, forta de greutate si rezistenta la inaintare a bombei, densitatea aerului, vizibilitatea tintei..
Toti acesti factori au o influenta dependenta de timpul de cadere libera, bombardamentul fiind cu atat mai precis cu cat inaltimea de lansare este mai mica. Desi bombardamentul in picaj este mai precis, are dezavantajul cresterii vulnerabilitatii avionului in fata apararii antiaeriene de la sol. Sistemele de ochire pentru bombardamentul orizontal de mare inaltime, au evoluat incepand din WWI, devenind din ce in ce mai sofisticate si precise.  

Imagini pentru bombsight wwi

In principiu este necesara cunoasterea parametrilor de lansare : viteza avion fata de sol, viteza vant, inaltime, directia de zbor, unghiul de deviatie, unghiul de ochire, dupa care pe baza de calcule se stabileste momentul optim de lansare. 


In functie de nivelul tehnologiei din perioada respectiva, au fost folosite diverse metode de ochire folosind cronometre, sisteme optice de vizare directa a tintei, tabele de calcul, calculatoare mecanice, radare, sisteme navigatie inertiala, GPS si computere moderne.

 Unul din primele sisteme de ochire a fost Drift sight, folosit de englezi incepand cu 1916. care permitea masurarea vitezei vantului (pilotul trebuia sa zboare in directii diferite pentru determinarea acesteia). Nu mai era necesar un cronometru, fiind usurata sarcina ochitorului.  Sistemul era eficient doar pentru altitudini joase, folosind introducerea automata a vitezei indicate a avionului (IAS) . Avea dezavantajul de a fi pozitionat in afara carlingei.

Drift sight Mk I


Sistemul a fost perfectionat in CSBS, tot de Harry Wimperis , cel care a inventat drift sightul, fiind folosit incepand cu 1918. Este folosit un mecanism de calcul simplu, fiind introdusi parametri necesari , rezultand automat unghiul si distanta de lansare prin calcul vectorial.

 Course setting bomb sight (CSBS)


Sunt primele vizoare care calculeaza unghiul de deriva 


Sistemele de ochire au evoluat in UK in perioada interbelica, fiind folosite si in WWII, fara a fi considerate foarte performante.

In Germania a fost dezvoltat sistemul de ochire Goertz, ce a echipat avioanele de bombardament strategic tip Gotha G.V., cele care au realizat primele raiduri aeriene de zi si de noapte asupra Londrei in 1917-1918.



Sistemul de ochire este montat in interiorul cabinei, tintirea fiind facuta prin podea.




  Incepand cu 1930, au fost dezvoltate noi sisteme de ochire ce foloseau un sistem de stabilizare giroscopica si un calculator mecanic analog.
Cel mai cunoscut sistem a fost cel american Norden bombsight, folosit pe scara larga in WWII, ulterior chiar si in razboaiele din Coreea si Vietnam.

Norden

Este un sistem evoluat, care permite ochirea pe baza de calcul automat al parametrilor, avand chiar si functia de pilot automat in perioada dinaintea lansarii, controlul comenzilor fiind preluat de aparatul de ochire.
Programul a fost folosit in SUA, in ideea folosirii bombardamentelor strategice de precizie, considerate a fi decisive in cadrul unui conflict.



Domnul Norden, un olandez nascut in Java, cu studiile facute in Elvetia, a reusit sa convinga armata americana de precizia si eficienta aparatului de ochire. In timpul WWII, programul Norden a costat 1.5 miliarde $ (programul bombei atomice - proiectul Manhattan a costat 2 mld $).
Suma pare fabuloasa, dar este bazata pe pretul de 14 000 $/bucata, destul de ridicat daca comparam cu pretul unui P 51 Mustang ce era 50 985 $ say 238 000 $ un B 17.
In total au fost produse 90 000 aparate de ochire in diverse variante ce au suferit mai multe imbunatatiri, in total fiind peste 50 000 persoane antrenate in folosirea sa in lupta.
Ca fapy divers, Mary Babnik Brown a devenit celebra dupa ce si-a donat parul sau blond lung de 86 cm, care nu fusese niciodata vopsit pentru a fi folosit in constructia reticulului de Norden. Initial i s-a spus ca este pentru instrumente meteo. Unii spun ca e doar un mit creat, intru-cat donatia s-a facut in 1944. O alta legenda este cea a lovirii unui butoi de muraturi de la o inaltime de 20 000 ft,folosind Norden . Se spune ca factorul de marire al aparatului era de doar 20x, deci nici macar nu putea fi vazut un butoi. Asa e la razboi, cateodata are si propaganda rolul ei.
In plus, tot programul a fost inconjurat de niste masuri de pastrare a secretului deosebite.
Aparatele erau pastrate in incaperi speciale, climatizate si erau transportate si montate pe avion inainte de decolare, sub paza armata a doi insotitori, dupa misiune fiind husat si demontat.

NewbombsightTex1942
Ochitorii trebuiau sa depuna un juramant de psatrare a secretuluii si erau instruiti sa distruga aparatul in cazul unei prabusiri.
Juramantul :

Mindful of the secret trust about to be placed in me by my Commander in Chief, the President of the United States, by whose direction I have been chosen for bombardier training ... and mindful of the fact that I am to become guardian of one of my country's most priceless military assets, the American bombsight ... I do here, in the presence of Almighty God, swear by the Bombardier's Code of Honor to keep inviolate the secrecy of any and all confidential information revealed to me, and further to uphold the honor and integrity of the Army Air Forces, if need be, with my life itself.

Cu toate masurile de precautie, nemtii au primit informatii pretioase despre functionarea sistemului Norden inca din 1938. Unul din angajatii Norden, Herman Lang, un membru al retelei de spionaj Duquesne Spy Ring. Acesta a predat lui Abwehrului planurile si principiile de functionare. A fost arestat si condamnat in SUA la 18 ani inchisoare. 

Norden montat in B 17


Tutorial


Training in zbor

 Cam asa era comunicarea pilot- ochitor :

"Target ahead…’bout 15 degrees left… maybe six miles…watch that formation, George…stay in there tight and when I call for a level, that’s what I mean, quick…watch toward the sun for fighters…lead group is going in now…Top turret! Fighter at 11 o’clock our level…they look like Fw-190s…. Get that SOB Remmell!…now flak, closer… start evasive action, George…here he comes, top turret…c’mon, Remmell, hit him!…nice shooting…think you got him!  Approaching IP [the point beyond which the bombardier controls the flight], Give me a level, George…start the camera, Beezy… hold that level…watch the air speed…bomb bay doors open…steady, steady, just a little longer now, level dammit, level…hold ’er level…level!…steady!…bombs away!…Let’s get the hell outa here! Flak on the other side now…there goes a Fort out of formation ahead…bomb bay doors closed…camera off, Beezy…boy, the eggs were right in there, gang, swell bombing…look at the smoke down there… wotta mess!
Take over, George, and take ’er home! "
Bombs away

Desi a fost prezentat ca un sistem foarte precis, in practica rezultatele nu au fost atat de spectaculoase.  Conditiile  meteo, antiaeriana, vanatorii inamici, lipsa de vizibilitate, training insuficient in folosirea unui sistem complicat, toate au contribuit la reducerea acuratetei bombardamentelor.
Analizele facute dupa WWII, au aratat o precizie medie in timpul bombardamentelor de zi, apropiata de cea a sistemelor cu radar, respectiv circa 30% din bombele lansate intre 5-6000m, fiind dispersate pe o raza de 300 m fata de tinta.

]

Sistemul a fost folosit inclusiv la Hiroshima

A fost folosit in razboaiele din Corea si Vietnam, ca sistem principal de ochire.

Un sistem similar cu Norden a fost folosit de nemti : Lotfernrohr 7 .




Sistemul era asemanator cu Norden , unii spunand ca au fost folosite informatiile furnizate de Lang in 1938 . Aparatul era mai simplu si mai fiabil. A echipat Ju 88, He 111 si Messerschmitt Me 262A-2a/U2Arado Ar 234.
Cum nemtii au folosit mai mult bombardamentul in picaj, se pare ca nu au fost interesati prea mult de sistemul Norden, fiind oricum convinsi de superioritatea lui Lotfernrohr.
Dupa razboi, rusii au gasit in fabricile Zeiss peste 1000 aparate pe stoc. Banuiesc ca le-au luat cu fabrica si tehnicienii la pachet. Le-au montat pe b 17 cumparate de la americani, dar se pare ca sistemul de pilot automat nu a putut fi adaptat. Probabil de aici a derivat si aparatul OPB-5 montat pe IL 28, posibil folosit si in Romania.

In mod asemanator , englezii au avut tot un sistem mai simplu, SABS care nu avea functia de pilot automat. A fost construit manual intr-un numar mic de exemplare.
Un alt sistem folosit pe scara larga, a fost Mark XIV bombsight. in special pe Avro Lancaster si Mosquito, existand si o varianta pentru altitudini joase, Mark III, deosebit de eficienta impotriva submarinelor prin atacuri de la 300 m si pentru bombardierele Avro dambusters.
Fata de Norden, calculatorul mecanic era montat pe o consola separata.

Stabilized automatic bombing system

Sisteme cu radar.

Datorita expunerii bombardierelor la atacuri in timpul bombardamentelor de zi, englezii si germanii au dezvoltat sisteme de ochire pentru raiduri de noapte.
La inceputul WWII, s-au dezvoltat sisteme de navigatie folosind unde radio, permitand bombardamente in orice conditii meteo.
Primul sistem OBOE  a fost folosit in bombardamentele din Franta in 1941.
Doua transmitatoare aflate la sol la o anumita emit un semnal radio care este receptionat de avion si retransmis inapoi. Prin diferenta de timp a receptiei, se calculeaza precis pozitia si se comunica momentul optim de lansare a a bombelor. In principal a echipat Mosquito care executau raiduri la joasa inaltime, sau marcau tintele pentru bombardierele grele de mare inaltime. Precizia era de ordinul a 10 m. In mod similar functiona si sistemul GEE, folosit tot de englezi.
Incepand cu 1943 a devenit operational primul radar aerian cu scanare la sol, H2S , montat pe un HalifaxProgramul a avut ghinioane, primul prototip fiind pierdut intr-un accident, impreuna cu cativa din proiectantii de baza. La cea de a doua misiune, a fost capturat aproape intact de germani, iar dupa o saptamana , inca un exemplar. Nemtii au dezvoltat un sistem detectie, Naxos radar detector si apoi Flensburg. Ulterior, un JU 88 cu astfel de sistem a aterizat in Anglia si aliatii au descoperit sistemul, luand contramasuri. Cursa tehnologica era ametitoare. H2S a fost dezvoltat in varianta H2X, ce functiona in banda x de 10 Ghz, fata de 3 Ghz.

H2S


A fost folosit prima data pe un B 24 pe care s-a montat antena in locul turelei ventrale rotunde , int raidul de pe 5 aprilie 1944 la Ploiesti
Varianta AN/APQ-13  a fost folosita pe B 29 dupa razboi.
Intru-cat sistemele de navigatie OBOE  sau  radarele nu permiteau si calculul traiectoriei bombelor, au fost folosite in combinatie cu vechile vizoare optice


B 29

Treptat, sistemele de ochire au evoluat odata cu aparitia avioanelor multirol, digitalizarea, bombele inteligente ghidate laser sau cu camera TV.

Raman in continuare un subiect controversat, un amestec de tehnica si propaganda, o istorie inca disputata a marilor conflicte mondiale.








marți, 27 martie 2018

Sisteme de ochire in aviatie (I)

Aparate de ochire pentru mitraliere si tunuri - GUNSIGHTS


 Inca de la aparitia primelor avioane de vanatoare, una din problemele tehnice majore, a constituit-o folosirea eficienta a armamentului de bord in luptele aeriene.
Obiectivul de baza este pozitionarea avionului intr-o pozitie tactic avantajoasa, pentru a ataca tinta cu sanse cat mai mari de a o distruge. Astfel de pozitii sunt intr-o continua schimbare in spatiu tridimensional, functie de manevrele atacatorului si ale tintei. Pentru a ajuta pilotul sa se pozitioneze si sa deschida focul la momentul optim, s-au dezvoltat aparate de ochire pentru mitralierele si tunurile  de bord.

La inceputul WWI, primele avioane foloseau un reticul fixat in cerc, care impreuna cu o catare ajutau pilotul sa stabileasca linia de tragere. Unul din marele dezavantaje este faptul ca pilotul trebuie sa isi mentina directia privirii pe aliniamentul reticulului si a catarii, lucru foarte dificil in timpul manevrelor de lupta. A fost utilizat impreuna cu mitraliere care trageau prin planul elicei, in general la viteze si distante mici fata de tinta.



Prima solutie pentru rezolvarea inconvenientelor, a fost introducerea unei lunete.
Pilotul manevra avionul si privind prin luneta, declansa focul in momentul suprapunerii tintei pe reticulul lunetei. 

Telescopic Sight

Deoarece nici aceasta solutie nu aducea o mare imbunatatire, a fost adoptat aparatul de ochire cu reflexie, al carui patent a fost depus inca din 1900 de irlandezul Howard Grubber , folosit initial si la arme terestre si navale.

Aparatul de ochire cu reflexie

Imagine similară


Aparatul este de tip optic, permitand pilotului sa priveasca printr-o placa de sticla partial reflectoare si sa vada imaginea iluminata a unui reticul, suprapusa peste campul vizual.
Se realizeaza formarea imaginii reticulului pe o placa transparenta, prin care pilotul poate privi in exterior. Nu mai este necesara alinierea privirii cu reticulul, pilotul foloseste ambii ochi pentru tintire si isi poate misca liber capul.
Imaginea reticulului (R) , iluminat de o sursa de lumina interioara, este formata prin lentila convergenta pe o sticla inclinata la 45 grade (B) si proiectata ca o imagine virtuala (V), la infinit fata de ochiul pilotului . Numele de reflexie provine de la formarea imaginii reflectate a reticulului pe placa transparenta.

Principiu de functionare


Este primul model de Head up display ( pilotul tine capul sus), care afiseaza doar imaginea reticulului. Cele moderne afiseaza mult mai multe informatii.
Ochirea propriu-zisa se face tot pe baza de reticul , de data aceasta virtual.

Primele avioane dotate cu astfel de aparate, au fost Albatros D  si triplanul folosit de Von Richthofen , Fokker Dr 1. in primavara lui 1918.
Incepand cu anii '30 , a fost folosit de aviatia franceza, dupa care de majoritatea fortelor aeriene.
Simultan cu cresterea vitezei avioanelor,  a crescut si puterea de foc , in general prin montarea mai multor mitraliere in aripa.
In aceste noi conditii de lupta, pozitionare optima ( la ora 6) in spatele tintei, cu un unghi mic si la mica distanta este din ce in ce mai dificila.
Pentru a mari sansele pilotului de a ochi eficace, au inceput sa se introduca diversi algoritmi de calcul cu ajutorul aparatului de ochire.
Una din problemele ce trebuie rezolvate este calcularea distantei la care se afla tinta.
Metoda pentru determinarea acesteia, este cea folosita in topometrie , cu denumirea de stadimetrie
Daca se cunosc dimensiunile unui obiect, pe baza unghiului la care se vede acesta, este determinata distanta la care se afla.
In cazul aparatului de ochire, pilotul trebuie sa introduca manual anvergura avionului tinta, incercand sa sa il incadreze in reticul pentru a stabili distanta fata de acesta.
In practica s-a constatat deschiderea focului la distante mult mai mari decat cea optima.
Aceasta este armonizata prin asigurarea convergentei intre mitraliere si punctul de ochire al vizorului la o distanta prestabilita tinand cont si de calibrul munitiei. 
In WWII, distanta optima era intre 100 si 300 m.
Un caz aparte il constituie tunurile pozitionate central - F 109 Emil , care trageau direct in tinta.
Datorita vitezelor mari ale avioanelor, este necesara corectia unghiului de tragere, ochirea fiind facuta in fata tintei, anticipand astfel pozitia acesteia in momentul de impact.
Una  din sarcinile importante ale pilotului , consta in stabilirea unghiului de corectie, dependent de unghiul fata de tinta (angle off) si de viteza tintei.
Angle off este unghiul format intre directia de zbor a tintei si directia de ochire
Pentru antrenamentul pilotilor, se foloseau tabele cu imagini ale avioanelor inamice la diverse unghiuri.

Stabilire distanta fata de tinta



Imagine similară


Imagini pentru "angle off" gunnery



In tutorialul de mai jos sunt prezentate principiile de functionare ala acestui tip de aaprat cu reflexie.

Aparatul de ochire Mk II Spitfire 


De remarcat ca avionnul IAR 80, era dotat cu un aparat de ochire fabricat sub licenta de IOR,  tip Goerz M2 9Austria), care la randul sau era sub licenta Barr&Stroud GM2 (UK) , cunoscut ca Reflector sight MKII. Acesta a fost folosit pe Hurricane, Spitfire si majoritatea avioanelor americane.

Aparat ochire IAR 80 


Aparatul de ochire giroscopic

Incepand  cu 1943,  a fost introdusa o noua imbunatatire a aparatelor de ochire , respectiv giroscopul. Acestea au functia de a calcula automat unghiul de corectie in functie de viteza de giratie a propriului avion, masurata cu ajutorul unui giroscop. 
Aparatele de acest gen folosesc un reticul fix, de obicei un punct care indica directia de tragere , un punct mobil care indica directia de tragere corectata si un inel mobil in care trebuie sa se incadreze anvergura avionului tintit.
Au fost folosite de englezi , americani si nemti doar spre sfarsitul razboiului.
Nu erau foarte fiabile si aveau multe deficiente. inclusiv o intarziere de circa jumatate secunda in aliniere.

Functionare


Aparatul de ochire K 14 (Mustang)






Aparatele de ochire de acest tip au fost folosite pe majoritatea avioanelor de vanatoare cu elice si pe avioanele cu reactie de prima generatie (F-86, MIG 15)
Odata cu dezvoltarea sistemelor radar, s-a trecut la noile generatii de HUD.

Aparate de inregistrare a tragerii (Guncameras)

Pe parcursul WWII s-au folosit la majoritatea avioanelor aparate de inregistrare cu film de 16 mm si lentila de 35 mm.
Erau montate de obicei in aripa si se actionau automat la deschiderea focului de catre pilot, dupa care se opreau automat la un interval de timp presetat.
Inainte de zbor, se regla timpul de expunere in functie de conditii.
O parte din aceste filmari prezinta momente dramatice de lupta aeriana sau atacuri la sol.

Gun camera pe Spitfire



Filmari americane 


Luftwaffe



Japonezi


Abilitate de a folosi cu eficienta maxima aparatul de ochire, a facut de multe ori diferenta intre asi si pilotii normali, invingatori sau victime.