Sisteme de ochire in aviatie (III)

Head-up display

  Cum nu avem un cuvant echivalent in limba romana , se foloseste varianta din engleza.

Asa cum ne sugereaza si traducerea, un Head-up display (HUD), este orice display (alt neologism) care afiseaza un set de date, fara a necesita ca utilizatorul sa isi schimbe directia de privire uzuala.

Originea termenului provine de la faptul ca pilotii avioanelor pot vedea informatiile mentinand privirea "catre fata", deci cu capul sus, nefiind necesara privirea "catre jos", a diverselor instrumente de zbor.

Sistemul inlatura dezavantajul "refocusarii" privirii pilotului de la instrumente catre directia de zbor, eliminand acest timp "mort", care in lupta poate deveni decisiv.

Ca si alte inovatii din aviatia militara, treptat ( destul de tarziu), a devenit uzual si pentru aeronavele civile si mai nou pentru automobile. Imi vine in minte sistemul ABS, care acum este in dotarea standard  pe autovehicule, in timp ce in aviatie avea zeci de ani in exploatare ( 1950 -primul  anti-skid - inclusiv montat pe IAR 93).

Probabil in cativa ani, toate automobilele moderne vor avea in dotare un head-up display. 

Originea sistemelor actuale , este in aparatul de ochire cu reflexie, aparut in anii '30, care afisa doar datele necesare pentru sistemul de armament.

Treptat, odata cu dezvoltarea electronicii, a fost posibila afisarea de date suplimentare.

Sistemul este format dintr-un proiector, (ce poate fi un tub catodic, ecran LED, sau LCD ), o placa transparenta inclinata pe care se formeaza imaginea ( beam splitter) generata de proiector cu ajutorul unei lentile convexe si un computer de generare video (acesta preia informatiile de la sistemele avionului, generand simbologia afisata).

Primul head-up display modern, a fost montat in 1958 pe avionul Blackburn Buccanneer de un precursor al BAE Systems.

Evolutia Head-up display-uri BAE

 In 1960, pilotul de testare francez Gilbert Klopfstein , a realizat standardizarea simbolurilor afisate pe HUD, facilitand acomodarea pilotilor pe tipuri diferite de avioane. Sistemul sau a fost adoptat pe majoritatea avioanelor si elicopterelor militare occidentale.

Sistemul Gilbert Klopfstein

Simbologie

Un HUD afiseaza foarte multe informatii necesare zborului si luptei aeriene .

Imaginea de mai jos prezinta configuratia acestora pentru F 16 MLU in modul NAV.

F 16 MLU 

Principalele tipuri de date :

1. Date zbor : viteza , altitudine, linia orizontului, indicator de viraj si glisada, indicator suprasarcina

2. Date de navigatie : informatii pentru aterizare

3. Vector de navigatie : directia de zbor

4. Indicator unghi de atac

5. Indicator tinta : marcheaza tinta aeriana sau cea de la sol

6. Distanta pana la tinta

7. Raza de actiune a armamentului

8. Viteza  apropiere de tinta

9. Colimator : indica unde tinteste tunul

10. Disponibilitate armament 

HUD-ul de pe F 16 MLU , este setat folosind comenzile aflate pe panoul frontal 9ICP) si cele de pe panoul lateral dreapta.

HUD F 16 - demo Lockheed Martin

Pe data de 7 iunie 1981, 8 avioane F 16 israeliene, inarmate cu cate doua bombe neghidate Mark 84  de  925 kg, au bombardat reactorul nuclear irakian  de la  Osiraq , in cadrul operatiunii Opera.

Atacul de la Osiraq vazut din HUD-ul unui F 16

Putem intelege mai bine ce face un pilot, daca urmarim cateva filmulete preluate din HUD-uri 

MIG 21 Lancer Le Bourget 1997

MIG 21 LANCER zbor in formatie

Zbor IAR 99 pe Otopeni 

Su 30 MK2

AH-1 Cobra

Acum HUD-ul se foloseste si in aviatia civila. 

Aterizare Boeing 737NG

In afara de faptul ca se poate invata operarea unui HUD pe orice simulator de avion,  sistemul a ajuns disponibil pe masini, motociclete sau chiar pentru schiori.

Cu numai 50 $ se poate monta unul incredibil de simplu si eficient.

Probabil ca in viitor vom asista la un transfer mai rapid al tehnologiilor din domeniul militar in cel civil.

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.  

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.

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/U2, Arado 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 Halifax.  Programul 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.