Оружие авиации

СТРЕЛЬБА В ВОЗДУХЕ

До сих пор нас интересовал главным образом один вопрос, как произвести выстрел из оружия. Познакомимся теперь, как достигается попадание снарядов в воздушную или наземную цель при стрельбе с самолетов.

Чем стрельба в воздухе отличается от наземной стрельбы? Во-первых, самолет, с которого ведется огонь, и, как правило, цель (например, тоже самолет) перемещаются в воздухе один относительно другого с большими скоростями; во-вторых, воздушная стрельба производится при самых различных положениях самолета по отношению к цели и, наконец, в-третьих, при ведении этой стрельбы нужно учитывать колебания самолета. Все это предъявляет особые требования как к специальному оборудованию, предназначенному для ведения воздушной стрельбы, так и к людям, ведущим эту стрельбу.

Как и на любое тело, движущееся в воздухе, на снаряд действуют две силы: сила притяжения земли (сила тяжести) и сила сопротивления воздуха. Сила тяжести равна весу снаряда; она стремится заставить снаряд во время его полета опускаться вниз по вертикали. Сила сопротивления воздуха замедляет скорость полета снаряда. Совместное действие этих двух сил приводит к тому, что снаряд, вылетевший из канала ствола оружия, не летит бесконечно, а падает на землю, описав в пространстве кривую, называемую траекторией (рис. 17).

Различают ряд элементов траектории снаряда. Основные из них следующие. Прямая, соединяющая начало траектории или точку вылета О с целью Ц, называется линией цели. Расстояние между точкой вылета и целью — дальность стрельбы. Прямая ОА, являющаяся продолжением оси канала ствола оружия в момент выстрела, называется линией бросания. Расстояние от линии бросания до траектории, измеренное по вертикали, носит название понижения снаряда. Угол между линией цели и горизонтом оружия называется углом места цели, а угол между линией цели и линией бросания — углом прицеливания. Кроме перечисленных геометрических элементов траектории, в теории воздушной стрельбы различают еще величины, характеризующие движение снаряда по траектории. К этим величинам относятся время полета снаряда, его средняя скорость на траектории и скорость у цели.

Линия бросания ОА, понижение снаряда АЦ и линия цели ОЦ образуют треугольник ОАЦ, называющийся баллистическим. Он имеет важное значение для ведения воздушной стрельбы. Если известны элементы этого треугольника — размеры его сторон и углы, то можно, построив треугольник, подобный баллистическому, правильно навести ствол оружия на цель с учетом влияния сопротивления воздуха и действия силы тяжести на летящий снаряд.

Как уже говорилось, при стрельбе в воздухе нужно учитывать, что воздушные цели движутся с большой скоростью. Эта особенность не позволяет вести прицельный огонь прямо по цели и заставляет выносить точку прицеливания (точку, в которую должно быть направлено оружие в момент выстрела) вперед по движению цели. Такое упреждение цели необходимо потому, что за время полета снаряда до цели последняя успеет пройти некоторое расстояние.

Возьмем, например, случай, когда нужно стрелять с самолета-истребителя по бомбардировщику. Скорость современного бомбардировщика достигает 900 км/час, т. е. 250 м/сек. Если дальность равна 400 м, а снаряд пролетает это расстояние за 0,5 секунды, то за время полета снаряда самолет переместится от точки, в которой он находился в момент выстрела, на расстояние 250×0,5 = 125 м. Поэтому для точного попадания необходимо расположить оружие так, чтобы траектория снаряда прошла через некоторую точку на пути движения цели, в которой цель окажется через промежуток времени, равный времени полета снаряда до нее. Эта точка называется точкой встречи или упрежденной точкой. Воображаемый угол между линией, соединяющей точку вылета снаряда с начальным (в момент выстрела) положением цели, и линией, соединяющей ту же точку с конечным (в момент встречи со снарядом) положением цели, называется углом упреждения (рис. 18).

Зная движение цели и характеристики своего оружия, вычислить положение упрежденной точки несложно, если на это имеется некоторое время. Но в воздушном бою, когда цель, а также стрелок на своем самолете перемещаются с большими скоростями, на подобный расчет остаются считанные доли секунды. Ученые и инженеры в течение длительного времени стремились создать прицельное устройство, которое мгновенно определяло бы углы упреждения и сводило действия стрелка к чисто механическому управлению прицелом, освобождая его по возможности от определения исходных данных для прицеливания и совершенно освобождая от необходимости производить какие бы то ни было расчеты. Эта задача была решена путем создания ряда образцов полуавтоматических и автоматических прицелов, получивших широкое распространение в военно-воздушных силах как в нашей стране, так и за рубежом.

Начиная с первых прицельных приспособлений, появившихся в период первой мировой войны, и кончая авиационными прицелами, с которыми авиация всех стран вступила во вторую мировую войну, основная задача воздушной стрельбы — определение упрежденной точки — решалась исходя из того, что скорость движения цели исчислялась по отношению к воздуху, который считался неподвижным. Вычисленная таким способом скорость называлась абсолютной. Стрелок определял угол упреждения на глаз, пользуясь специальным кольцом сетки, как масштабом. Ясно, что подобные прицелы не могут отвечать требованиям современного воздушного боя. Возникла необходимость создать прицел-автомат, способный быстро решать основную задачу воздушной стрельбы.

Но создать прицел-автомат, вычисляющий угол упреждения, исходя из абсолютной скорости цели, не удалось. Такие прицелы были созданы на основе иных принципов и только после того, как были теоретически разработаны вопросы стрельбы, учитывающие, что скорость цели измеряется не по отношению к воздуху, а по отношению к стрелку, который считается неподвижным. При этом принцип решения основной задачи воздушной стрельбы остается прежним: чтобы найти упрежденную точку, нужно знать угол упреждения. Однако само понятие угла упреждения в этом случае несколько видоизменяется.

Скорость, с которой цель перемещается относительно стрелка, называется относительной скоростью цели. Чтобы уяснить это понятие, разберем следующий пример. Представим себя в качестве пассажира, сидящего в вагоне поезда, движущегося с определенной скоростью. Мы можем рассматривать движение поезда и свое движение двояко: считая Землю и окружающие нас предметы неподвижными или себя неподвижными, а Землю и окружающие предметы движущимися со скоростью поезда нам навстречу. В первом случае скорость поезда и, следовательно, наша скорость будет абсолютной скоростью. Во втором случае скорость окружающих предметов относительно пассажира будет относительной скоростью, равной по величине скорости движения поезда, но направленной в обратную сторону.

Переходя к условиям воздушной стрельбы, можно сказать, что относительной скоростью самолета-цели будет скорость, с которой он движется относительно самолета, который производит стрельбу и который мы считаем неподвижным. Но так как наш самолет все же движется, то истинное значение относительной скорости будет равно ее абсолютной скорости минус скорость нашего самолета, если цель движется параллельно нам и в ту же сторону, и плюс эта скорость, если цель движется параллельно, но в противоположную сторону.

А как быть в том случае, если самолет движется не параллельно курсу стреляющего самолета? Правило остается прежним, однако вычисление относительной скорости будет сложнее. Следует отметить, что указанным выше способом относительную скорость определяют лишь при теоретических рассуждениях. Находить таким способом относительную скорость цели, а также угол упреждения неудобно при стрельбе в воздухе, поэтому на практике пользуются иными, более удобными методами.

При стрельбе с учетом относительной скорости движения упрежденная точка находится также путем построения упредительного треугольника, при этом стрелок считает, что он все время находится в точке О (рис. 19) и видит, как воздушная цель движется с какой-то относительной скоростью по стороне АоАу. Встреча цели со снарядом происходит в кажущейся относительной точке встречи Ау. Прицеливаясь, стрелок, чтобы попасть в цель, должен отклонить ствол оружия от начальной линии цели ОАо на угол, равный относительному углу упреждения АоОАу, в сторону относительного движения цели. Линия цели за время полета снаряда переместится на угол упреждения.

Чтобы узнать время полета снаряда, нужно определить дальность до относительной точки встречи Ау и разделить ее на среднюю скорость полета снаряда. Такая скорость для каждого типа оружия, установленного на самолете, может быть определена в зависимости от условий стрельбы.

Для вычисления угла упреждения нужно время полета снаряда умножить на угол поворота линии цели в единицу времени, например в секунду.

Но как узнать угол поворота линии цели в единицу времени? Для этого надо некоторое время удерживать цель в центре сетки прицела, тогда линия визирования, совпадающая с линией цели, будет поворачиваться с той же скоростью, что и линия цели. Угол, на который повернется прицел, следящий за целью, будет характеризовать не только поворот линии визирования и ее угловую скорость, но и угловое перемещение цели относительно стрелка, следящего за ней в прицел. Поэтому угол, на который поворачивается линия визирования на цель в единицу времени, называют угловой скоростью линии цели.

Измерив угловую скорость линии визирования, мы определим тем самым угловую скорость линии цели, а вместе с тем и один из элементов, необходимых для построения угла упреждения.

Угловая скорость цели относительно стрелка зависит от дальности до нее, скорости самолета, с которого ведется стрельба, от скорости полета цели и направления стрельбы. С увеличением дальности при прочих равных условиях относительная угловая скорость цели уменьшается.

Итак, для того чтобы построить угол упреждения, нужно иметь механизм, который мог бы определять угловую скорость цели, и механизм, вычисляющий время полета снаряда до цели в зависимости от условий стрельбы. Третий механизм должен перемножать полученные величины, определяя таким образом в каждом отдельном случае необходимый угол упреждения. Последняя задача не вызывает трудностей: в настоящее время имеются механизмы, которые могут очень быстро выполнять любые математические действия, в том числе и умножение. Первые же два действия выполняются особыми устройствами, входящими в состав полуавтоматического авиационного прицела.

Принцип действия системы, измеряющей угловую скорость цели, состоит в следующем. Представим себе, что стрелок, совместив центр сетки прицела с целью, будет удерживать прицел все время в таком положении. Это значит, что центр сетки прицела и весь прицел будут поворачиваться с определенной угловой скоростью, равной угловой скорости цели. Если при этом связать с прицелом какое-либо устройство, способное измерять угловую скорость (например, тахометр), то задача будет решена.

Однако такое решение задачи возможно лишь в том случае, если стрелковая установка подвижна и поворачивается относительно самолета, на котором она находится.

Если же прицел и оружие неподвижны, а на самолетах-истребителях они устанавливаются только неподвижно, то слежение за целью может производиться лишь путем непрерывного разворота самолета. При этом для измерения угловой скорости поворота самолета, которая будет равна угловой скорости цели, нужно иметь какое-нибудь тело, неподвижное относительно самолета. Таким телом может служить только гироскоп.

Гироскопом называется быстро вращающееся симметричное тело — массивный круглый диск, ось которого может поворачиваться в пространстве (рис. 20). Ось, на которой вращается диск, называется главной осью гироскопа. Гироскоп обладает замечательными свойствами. Если он приведен во вращение, то его главная ось, во-первых, стремится сохранить неизменным свое первоначальное положение в пространстве и, во-вторых, под действием внешней силы она перемещается в плоскости, перпендикулярной к плоскости, в которой лежит действующая сила. Подобное перемещение главной оси гироскопа под действием внешней силы называют прецессией, а скорость углового перемещения главной оси — угловой скоростью прецессии. Оба эти свойства гироскопа используются в стрелковом авиационном прицеле.

Как же строится с помощью гироскопа необходимый угол упреждения? Предположим, что с осью гироскопа связан визир. Пусть летчик, заметив цель, будет совмещать с ней линию визирования, для этого ему придется действовать рулями и разворачивать самолет. Так как летчик следит за целью через визир, связанный с неподвижной в пространстве осью гироскопа, а слежение осуществляет разворотом самолета, ось самолета будет отклонена от оси гироскопа на какой-то угол и будет двигаться впереди цели в направлении ее полета.

Если летчик сумеет в течение некоторого времени удержать цель на линии визирования, то угловая скорость цели и угловая скорость оси гироскопа сравняются. Чтобы это положение сохранялось, летчик должен выдерживать определенную угловую скорость разворота самолета. Какую? Понятно, что эта скорость должна быть равна угловой скорости движения визирной линии, а значит, и угловой скорости цели.

При изменении угловой скорости цели летчик должен изменить угловую скорость разворота оси самолета. В случае уменьшения угловой скорости цели угол между осью самолета и осью гироскопа, с которой связан визир, уменьшится, а в случае увеличения угловой скорости цели увеличится. Это значит, что при точном слежении за целью ось гироскопа будет составлять с осью самолета угол, пропорциональный угловой скорости цели и, следовательно, углу упреждения, а так как оружие на истребителе неподвижно, то его стволы будут направлены в упрежденную точку. Таким образом, основная задача воздушной стрельбы оказывается в принципе решенной.

Но почему «в принципе»? Это объясняется тем, что построенный таким образом угол упреждения будет равен необходимому углу упреждения лишь для какой-то одной, вполне определенной дальности. Для всех других дальностей его нужно увеличить или уменьшить в соответствии с временем полета снаряда на эту дальность. Для этого необходимо иметь устройство, которое увеличивало или уменьшало бы угол между продольной осью самолета и осью гироскопа в зависимости от дальности стрельбы. При наличии такого устройства летчик, удерживая визирный луч на цели, мог бы непрерывно вести огонь, независимо от изменения дальности между своим самолетом и целью. Однако, применяя гироскоп для создания прицела-автомата, нет нужды создавать отдельное устройство для введения поправок на дальность.

Мы уже говорили о свойстве гироскопа прецессировать под действием внешней силы, т. е. отклоняться в направлении, перпендикулярном к действию этой силы. Используя это свойство, можно сразу построить относительный угол упреждения, соответствующий определенному расстоянию до цели. Для этого необходимо, чтобы гироскоп прецессировал вслед за осью самолета, на котором он установлен, с угловой скоростью, равной угловой скорости разворота самолета, но так, чтобы ось гироскопа отставала от оси самолета на угол, равный относительному углу упреждения. В современных автоматических прицелах эта задача решается с помощью электромагнитной системы, создающей внешнюю силу, которая заставляет гироскоп прецессировать так, как это требуется.

Принципиальное устройство гироскопа, который применяют в автоматическом прицеле истребителя, приведено на рис. 21. На одном конце главной оси гироскопа имеется небольшое зеркало, на другом — легкая алюминиевая чашечка. Вся эта система укреплена на карданном подвесе и вращается через зубчатую передачу электромоторчиком с большим числом оборотов. Вращение алюминиевой чашечки гироскопа происходит в магнитном поле, создаваемом четырехполюсным электромагнитом. Возникающие в чашечке вихревые токи взаимодействуют с магнитными потоками каждого из четырех электромагнитов, в результате чего возникают силы, которые в определенных условиях отклоняют чашечку гироскопа от первоначального положения.

Прицел на самолете-истребителе устанавливается так, что ось электромагнита совпадает с осью самолета, поэтому во время прямолинейного полета расстояния от оси чашечки до точек на ее поверхности, находящихся в данный момент в зазоре полюсов электромагнита, равны. Электрический ток, протекающий по катушкам электромагнита, создает магнитный поток, одинаковый на всех четырех полюсах электромагнита. Вследствие этого все четыре тормозные силы равны по величине. Но так как они попарно противоположны одна другой, то действия на чашечку не оказывают. Правда, мотору, вращающему гироскоп, все-таки приходится преодолевать их тормозящее действие, поскольку эти силы приложены не в одной точке.

Если летчик, начавший слежение за целью, развернет самолет на некоторый угол, между осью самолета и главной осью гироскопа, сохраняющего при вращении положение своей главной оси в пространстве неизменным, возникнет некоторый угол. Без магнитной системы этот угол при вращении гироскопа сохранялся бы неизменным довольно долго. Но вследствие действия тормозной системы чашечка гироскопа при развороте самолета окажется смещенной по отношению к полюсам электромагнита, повернувшимся вместе с самолетом. Расстояния от оси чашечки до точек, проходящих над полюсами, изменятся. Тормозные силы будут различны по величине. Равнодействующая сила, получающаяся от сложения четырех тормозных сил, явится той внешней силой, которая вызовет прецессию гироскопа, направленную к оси самолета, и чем быстрее станет разворачиваться самолет, тем больше будет величина внешней силы и тем скорее ось гироскопа будет стремиться совместиться с осью самолета.

Как же использовать всю эту систему для измерения угловой скорости цели? На оси гироскопа, как уже говорилось, кроме чашечки, имеется небольшое зеркало. Оно отражает подсвеченное лампочкой изображение прицельной сетки, нанесенное на стеклянную пластинку. Через систему линз и зеркал изображение сетки попадает на отражатель — прозрачное стекло, помещенное на верхней крышке прицела (рис. 22). Таким образом, летчик, глядя в отражатель, видит одновременно и цель, и отраженное изображение сетки.

Вполне понятно, что во время слежения за целью изображение сетки не будет находиться на одном месте: отраженное зеркалом, которое меняет свой наклон при отклонении оси гироскопа, оно будет перемещаться в поле зрения летчика в соответствии с прецессией гироскопа.

Представим себе, что летчик разворачивает свой самолет таким образом, чтобы центр сетки лег на цель. В первый момент разворота сетка вместе с гироскопом отстанет от оси самолета, затем под действием возникшей внешней силы гироскоп начнет прецессировать и перемещаться в сторону оси самолета. Смещение чашечки относительно оси самолета будет уменьшаться, уменьшится и величина внешней силы, а значит, и угловая скорость движения оси гироскопа. Сетка как бы начнет догонять цель. Летчик может так подобрать угловую скорость разворота самолета, что сетка окажется наложенной на цель и, оставаясь в этом положении, будет перемещаться затем вместе с целью. Это будет означать, что угловые скорости гироскопа и оси самолета сравнялись и угловая скорость прецессии гироскопа стала равной угловой скорости цели.

Таким образом, при подобном устройстве прицела, если ведется точное слежение за целью, каждой угловой скорости разворота самолета будет соответствовать определенный угол между осью самолета и осью гироскопа.

До сих пор мы исходили из того, что магнитное поле, в котором вращается чашечка гироскопа, постоянно. Но ведь его можно менять, регулируя силу тока в обмотках электромагнитов. В этом случае будет изменяться и величина внешней силы, вызывающей прецессию гироскопа. Подбирая величину силы магнитного поля, можно добиться того, что каждой угловой скорости разворота истребителя, т. е. угловой скорости цели, будет соответствовать определенный угол между осью самолета и осью гироскопа, равный углу упреждения при определенной дальности стрельбы. Практически изменение силы тока в катушках электромагнитов производится с помощью реостата.

Итак, мы знаем теперь, как решается самая трудная часть задачи определения угла упреждения. Теперь познакомимся с учетом времени полета снаряда до цели. Получать каждый раз эту величину сложно, да и нет необходимости. Гораздо проще измерять дальность до цели и уже по ней судить о времени полета снаряда до цели. Поэтому вторым основным устройством современного прицела, автоматически строящего угол упреждения, является дальномерное устройство.

При создании дальномерных устройств часто используется так называемый базовый способ измерения дальности, основанный на том, что один и тот же предмет на разных расстояниях виден наблюдателю под разными углами зрения.

Измерив угол зрения и зная размер предмета, можно узнать дальность до него. Цели, по которым ведет огонь авиация, имеют вполне определенные и обычно известные заранее размеры (размах крыла бомбардировщика того или иного типа, длина его фюзеляжа и т. д.). Поэтому размер цели, иначе базу, летчик с небольшой погрешностью может вводить в прицел, после чего остается только измерить угловые размеры цели. Как это делается?

Представим себе, что в поле зрения стрелка находятся два стержня. Стрелок может сдвигать и раздвигать стержни, обрамляя цель с двух сторон (рис. 23). Ясно, что чем дальше от прицела будет находиться цель, тем меньше будет расстояние между стержнями, и чем ближе она будет, тем больше будет это расстояние. Таким образом, каждому определенному расстоянию между стержнями будет соответствовать определенный угол, при котором видна цель, а при известном размере цели — дальность до нее. Стержни можно связать с движками реостата электромагнитов. Тогда при движении стержней дальность будет вводиться в прицел.

Однако не всегда цель находится в поле зрения в горизонтальном положении. Чтобы можно было измерять дальность при любых положениях цели, нужно было бы иметь в поле зрения несколько пар стержней, но в таком случае они мешали бы стрелку видеть цель. Поэтому в прицелах применяются иные оптические системы, действующие по тому же принципу. Вместо стержней стрелок видит в поле зрения лишь ряд расположенных по воображаемой окружности светящихся ромбиков, которыми и охватывается, обрамляется цель.

Изображения ромбиков создаются с помощью специального устройства, состоящего из двух пластин, установленных в фокусе объектива прицела. Одна из этих пластин имеет радиальные прорези и связана с механизмом установки размеров цели, а другая — криволинейные прорези и связана с рукояткой дальности. Если наложить одну пластину на другую и осветить их, то с другой, не освещенной, стороны будут просвечивать ромбики, получающиеся в результате пересечения радиальных и криволинейных прорезей. С помощью оптической системы изображения ромбиков проектируются на отражатель прицела.

Если поворачивать пластины одну относительно другой, ромбики будут перемещаться по радиусу к центру сетки или от него. Так как пластина с радиальными прорезями связана со шкалой размеров цели, то при повороте пластины в прицел вводится определенный размер цели. Угол поворота пластины с криволинейными прорезями зависит от дальности до цели. Вращая рукоятку дальности, стрелок одновременно поворачивает и эту пластину до тех пор, пока не охватит ромбиками цель; угол поворота этой пластины будет соответствовать дальности до цели.

В прицеле рукоятка дальности, кроме пластины с фигурными прорезями, связана и с реостатом дальности, включенным в цепь электромагнита гироскопа (рис. 24).

Таким образом, в зависимости от дальности до цели или от времени полета снаряда до цели изменяется ток, протекающий в катушке электромагнита. От этого внешняя сила, действующая на чашечку, изменяется и ось гироскопа прецессирует с иной скоростью. В результате между линией визирования и осью самолета будет построен нужный угол — угол упреждения.

Таковы принципы работы автоматического прицела для стрельбы из неподвижных установок на самолетах-истребителях. Эти установки полностью освобождают летчика от каких-либо вычислений, но зато требуют от него высокого мастерства наведения прицела на цель. Нужно обладать большим искусством пилотирования, чтобы, разворачивая самолет, удерживать на цели подвижную визирную линию прицела. Чтобы стать мастером воздушного боя, летчик должен уделять много времени выработке навыков в прицеливании как в воздухе, так и на специальных тренажерах.

Принципы работы автоматического прицела для стрельбы из подвижных авиационных артиллерийских установок мало отличаются от описанного выше принципа работы автоматического прицела самолета-истребителя. Прицелы подвижных установок также основаны на учете относительной скорости цели. Чтобы такой прицел строил необходимый угол упреждения, стрелок, так же как при неподвижных установках, должен непрерывно следить за целью, т. е. удерживать ее на перекрестии прицела.

Однако прицелы-автоматы подвижных дистанционных установок имеют и существенные отличия.

В дистанционных установках применяются следящий привод и специальная аппаратура, вычисляющая дополнительные поправки к углам наводки оружия.

Одна из таких поправок необходима для того, чтобы учесть смещение прицела относительно оружия. Это смещение, или параллакс, может происходить как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. Другими словами, прицел размещается выше или ниже оружия, а также на некотором удалении от него по оси самолета. Другая поправка вносится для того, чтобы учесть отставание снаряда, т. е. кажущееся отклонение его траектории к хвосту самолета вследствие того, что стрелок, считающий себя при измерении скоростей неподвижным, фактически перемещается со своим самолетом, а скорость снаряда под действием силы сопротивления воздуха непрерывно уменьшается. Необходимо внести также и поправку на понижение траектории снаряда при стрельбе. Сложность учета всех этих моментов состоит в том, что поправки необходимо вносить в двух плоскостях: вертикальной и горизонтальной.

В настоящее время задача ввода необходимых поправок к углам наводки оружия при стрельбе из дистанционных установок уже решена. С этой целью используется ряд механизмов: баллистический — для ввода поправок на отставание и понижение снаряда; параллаксный — для ввода поправки на установку оружия и прицела и др. Конструктивно все эти механизмы объединены в вычислительный блок, или вычислитель, входящий в комплект оборудования дистанционной установки.

Вычислитель непосредственно связан как с прицелом, так и со следящим приводом турели и является промежуточным, связующим звеном между ними.

При слежении за целью от прицела в вычислитель непрерывно вводятся дальность до цели, ее координаты в пространстве относительно самолета и угловая скорость цели в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Поправки на отставание и понижение снаряда, зависящие от его баллистических данных и воздушной скорости самолета, определяются вычислителем по значению одной из характеристик снаряда — баллистического коэффициента и данных высоты полета, скорости, температуры воздуха, вводимых в вычислитель специальными измерителями. Используя все эти величины, вычислитель и высчитывает необходимые поправки.

Как же изменить положение стволов оружия в соответствии с этими поправками? Это можно сделать с помощью уже известных нам сельсинов. В схеме вычислителя имеются так называемые дифференциальные сельсины, включенные в цепь между сельсин-датчиками прицела и сельсин-приемниками турели. Путем поворота роторов дифференциальных сельсинов вычислитель вводит суммарные поправки. Поворот роторов изменяет ток в цепи следящего привода, а значит, и продолжительность работы привода электродвигателя турели. В результате оружие перемещается в соответствии с поправками на больший или меньший угол. При слежении за целью весь процесс происходит непрерывно.

Следует отметить, что даже такой схематичный разбор устройства и работы механизмов дистанционной наводки оружия показывает, насколько сложны подобные системы. Однако, несмотря на это, дистанционные установки нашли широкое применение в современной авиации и, несомненно, будут развиваться и в дальнейшем.

До сих пор мы разбирали случаи прицеливания, когда стрелок отчетливо видит цель, но такое обстоятельство в воздушном бою может и отсутствовать, так как современная авиация действует днем и ночью, в тумане, в облаках и т. д. Как же в таких случаях поражать цель?

С развитием авиации возникла задача создания аппаратуры, которая позволяла бы производить прицеливание и в тех случаях, когда цель не видна, например ночью или при неблагоприятных метеорологических условиях. Эта задача была решена на основе использования принципов радиолокации.

Самолетные радиолокационные прицелы имеют более сложное устройство, чем обычные автоматические прицелы. Действительно, при создании визуальных средств прицеливания конструкторам не нужно было снабжать самолет средством для поиска цели, так как летчик сам искал цель, осматривая окружающее его пространство, или получал данные об ее первоначальном местоположении по радио с земли. Теперь же летчика нужно снабдить не только устройством, вырабатывающим необходимый угол упреждения при стрельбе, но и средством первоначального поиска цели, скрытой облаками, туманом или темнотой. Наземные радиолокационные станции лишь выводят самолеты к цели, но сблизить истребители с самолетами противника на дальность действительного огня наземные радиолокационные средства не могут.

Таким образом, самолетная радиолокационная прицельная станция должна обеспечивать не только прицеливание, т. е. выработку угла упреждения, но и поиск цели так, чтобы летчик мог самостоятельно вывести к ней свой самолет. Комплект необходимого для этого оборудования, например у американской системы А-4, состоит из передатчика, приемника, антенны, индикаторного устройства, вычислительного блока и других вспомогательных устройств.

Передатчик самолетной станции А-4, как и передатчик любой радиолокационной станции, служит для генерирования (возбуждения) электромагнитных колебаний высокой частоты. Колебания эти возбуждаются не непрерывно, а короткими сигналами — импульсами. Импульсы быстро (до нескольких тысяч в секунду) следуют один за другим в антенну. Антенна станции выполняет две функции — излучает и принимает импульсы. При этом она непрерывно движется в пространстве, вращаемая электродвигателем, и радиолуч таким образом описывает то расходящуюся, то сходящуюся спираль, как бы прощупывая последовательно все участки обозреваемой им зоны.

Если радиолуч встречает на своем пути какой-либо предмет, например самолет противника, то часть электромагнитной энергии импульса от этого самолета отражается и возвращается обратно к антенне станции, преобразуется, усиливается в приемном устройстве и подается на индикатор, расположенный в кабине самолета.

Основной элемент индикатора — электронно-лучевая трубка. Пучок электронов, создаваемый в ней специальным отклоняющим устройством, непрерывно движется, точно соответствуя движению радиолуча в пространстве. Поэтому конец электронного луча описывает на экране трубки такую же спираль, какую описывает радиолуч в вертикальной плоскости перед самолетом (рис. 25). Если же в индикатор попадают отраженные импульсы, они повышают величину тока электронного луча. На экране появляется ярко светящаяся точка, а так как отраженный сигнал проходит расстояние от цели до самолета за очень малое время, светящаяся точка появляется на экране индикатора практически в тот же момент, когда радиолуч встречается с преградой. Таким образом, обнаруживается не только наличие цели, но и ее положение в пространстве относительно самолета.

Для того чтобы летчик мог определить координаты обнаруженной цели, на экране индикатора нанесены две линии: горизонтальная и вертикальная, проходящие через центр экрана. Если отметка цели появится как раз на перекрестии этих линий, значит, цель находится точно впереди самолета, если левее и выше перекрестия — значит, левее и выше самолета и т. д. Руководствуясь этим, летчик направляет самолет на цель и идет на сближение с ней. При этом он должен так управлять самолетом, чтобы отметка цели все время находилась на перекрестии экрана индикатора.

Ясно, что для перехвата цели летчику важно знать не только направление, в котором она находится, но и ее удаление, чтобы можно было выбрать нужную скорость полета. О дальности до цели можно судить по времени прохождения импульсов от антенны до цели и обратно к антенне радиолокационной станции. Для измерения таких малых величин времени в комплекте станции имеются специальные электронные схемы, которые вырабатывают напряжение, соответствующее в определенном масштабе дальности до цели. Под воздействием этого напряжения электронный луч отклоняется на экране индикатора по горизонтали в обе стороны от отметки цели, у нее как бы вырастают «крылья». Точка превращается в линию. Чем ближе воздушная цель к истребителю, тем длиннее будут «крылья». Подобная система обозначения дальности очень удобна. Она сходна с восприятием цели при визуальном наблюдении: в обоих случаях, чем ближе цель, тем больше ее размеры.

Осуществляя перехват, летчик действует следующим образом. Увидев на экране индикатора цель, он управляет самолетом так, чтобы отметка цели переместилась в центр перекрестия (если она появилась не в центре), а «крылья» непрерывно увеличивались. При этом самолет будет лететь точно по направлению к цели, сближаясь с ней. Как только «крылья» достигнут штрихов, отмеченных на экране индикатора, что означает выход самолета на дальность действительного огня, можно начинать стрельбу. Но до этого еще нужно произвести точное прицеливание.

Точное прицеливание осуществляется с помощью имеющегося в комплекте станции специального радиолокационного устройства и других устройств, обеспечивающих наведение самолета на цель. Таким образом, с выхода на дальность действительного огня вся станция начинает работать в режиме прицеливания.

В режиме прицеливания антенна станции работает по-иному: она движется не по спирали, а описывает конус. При этом электрическая ось антенны, в направлении которой излучается максимальная электрическая мощность, то удаляется от цели, то приближается к ней, поэтому отраженные от цели импульсы различны по величине. Если же цель находится на оси конуса, или, как говорят, в «равносигнальной зоне», величина отраженных от нее сигналов одинакова (рис. 26). Такой способ позволяет установить точные угловые координаты цели относительно самолета.

Когда самолетная станция работает в режиме прицеливания, принимаемые ею отраженные от цели импульсы воздействуют на электронное устройство, связанное с электромотором, вращающим антенну. Если поступают импульсы, неравные по величине, это устройство поворачивает антенну таким образом, чтобы цель оказалась в «равносигнальной зоне», т. е. поворот антенны происходит до тех пор, пока величина приходящих к антенне импульсов не станет одинаковой. В момент прихода цели в равносигнальную зону на экране индикатора появляется яркая точка.

Следует отметить, что на самолете-истребителе, оснащенном радиолокационной станцией перехвата и прицеливания, имеется и обычный автоматический прицел для визуального прицеливания, которым летчик пользуется в условиях визуальной видимости цели. Может ли пользоваться им стрелок, когда прицеливается с помощью радиолокационных средств? Безусловно, может, так как известно, что радиолокатор дает лишь координаты цели. Специальный блок в радиолокационной станции вводит к этим координатам еще ряд поправок на высоту, ракурс цели и др. Но для попадания в цель необходимо найти и учесть угол упреждения, который, как мы уже говорили, может определить автоматический прицел с гироскопом; только в этом случае летчик видит в отражателе прицела не цель, а светящуюся точку с «крыльями», отраженную с экрана индикатора на отражатель и соответствующую положению цели в обозреваемой зоне. Теперь, как и раньше, летчик добивается такого положения, чтобы отметка на цели не сходила с центра перекрестия. Дальность до цели в этом случае также вводится в прицел обрамлением «крыльев» искусственной цели ромбиками. В процессе слежения прицел вырабатывает необходимый угол упреждения, и летчик может открывать огонь.

Возникает вопрос: а как быть, если летчик, ведущий стрельбу с помощью радиолокационного прицела, начнет прицеливаться не по самолету противника, а по своему самолету, находящемуся поблизости? Действительно, отметки на экране радиолокатора одинаковы от всех самолетов, поэтому самолеты, оснащенные радиолокационными станциями перехвата и прицеливания, снабжаются еще и специальной радиоаппаратурой опознавания, или, как ее еще называют, системой «свой–чужой», которая перед боем настраивается на определенную волну. На этой волне все свои самолеты непрерывно излучают кодированный сигнал. Если во время прицеливания впереди окажется свой самолет, аппаратура системы «свой–чужой», реагирующая только на этот сигнал, подаст в шлемофоны летчика тревожный сигнал, и он тотчас же прекратит атаку.

В настоящее время в зарубежных странах ведутся работы по дальнейшему совершенствованию аппаратуры для стрельбы в сложных метеорологических условиях. Конструкторы стремятся как можно больше автоматизировать системы наводки оружия, например переключение из режимов поиска в режим прицеливания у многих образцов теперь производится автоматически. Проводится также работа по созданию специальных автопилотов для самолетов-истребителей, которые могут по сигналам радиолокационной станции перехвата и прицеливания без вмешательства летчика осуществлять управление самолетами при сближении с целью и при выходе из атаки. Можно предполагать, что в результате дальнейшего развития науки и техники будут созданы полностью автоматизированные системы, самостоятельно осуществляющие операции по наведению самолета, атаке и уничтожению цели.

До сих пор мы говорили о прицеливании и ведении огня из авиационного оружия, исходя из предположения, что если стрелок хорошо выполнил прицеливание, траектория снаряда должна обязательно пройти через цель, и что если в цель попал один снаряд, то в нее попадут и все последующие выпущенные из оружия снаряды.

На практике дело обстоит далеко не так. Если из одной и той же авиационной пушки один и тот же стрелок сделает несколько выстрелов, точно прицеливаясь в одну и ту же точку, то даже если он будет вести огонь снарядами одного типа, каждый снаряд опишет свою траекторию, отличную от других, и конечные точки траекторий не совместятся, а будут разбросаны по некоторой площади вокруг точки, в которую прицеливался стрелок.

Явление разброса траекторий снарядов, выпущенных в одинаковых условиях из одного и того же оружия, называется рассеиванием выстрелов. Если стрельба ведется на земле из неподвижно закрепленного оружия, причинами, вызывающими рассеивание выстрелов, кроме ошибок стрелка в прицеливании, будут: неоднородность пороховых зарядов в патронах; различный вес снарядов; изменения атмосферных условий, происходящие в промежутки между выстрелами; вибрация ствола оружия; отдача и др. Учесть заранее все эти причины и ввести соответствующие поправки при стрельбе невозможно, поэтому их называют случайными причинами.

При воздушной стрельбе число случайных причин, вызывающих рассеивание выстрелов, возрастает: здесь играют роль вибрации самолета и стрелковых установок, колебания самолета в полете и др. Все это в общей сложности приводит к значительному разбросу снарядов, резко снижающему эффективность стрельбы, если заранее, еще до стрельбы, не учитывать случайные причины, влияющие на рассеивание.

Но разве можно учесть заранее рассеивание? Оказывается, можно. При большом количестве выстрелов можно обнаружить закономерность их расположения на площади рассеивания, получившую название закона рассеивания.

Закон рассеивания заключается в том, что, во-первых, площадь рассеивания всегда ограничена некоторыми пределами и имеет форму круга или эллипса, во-вторых, точки попадания снарядов располагаются относительно некоторой средней точки попадания симметрично. Это означает, что каждому отклонению от средней точки попадания в одну сторону можно отыскать такое же примерно по величине отклонение в противоположную сторону. И, наконец, в-третьих, точки попадания располагаются неравномерно. Чем ближе к средней точке попадания, тем они расположены гуще, и наоборот.

Две взаимно-перпендикулярные линии — оси эллипса, проведенные через центр рассеивания, носят название осей рассеивания. Рядом с осями рассеивания можно выделить полосы, в каждую из которых войдет 25 процентов попаданий. Две полосы, прилегающие к осям эллипса, содержат лучшую половину попаданий, так как попадания в них расположены наиболее густо. Ширина такой полосы носит название вероятного отклонения. Размеры эллипса рассеивания зависят от качества оружия, от подготовки стрелка, дальности до цели, метеорологических условий и других причин. Чем лучше подготовлен стрелок, лучше знает свое оружие и следит за его состоянием, чем лучше стрелок или летчик натренирован в ведении огня и лучше содержатся при хранении боеприпасы, тем меньше получаются вероятные отклонения при стрельбе, а следовательно, большее число выпущенных оружием снарядов попадает в цель. Можно даже сказать, что главное средство уменьшить величину рассеивания — это хорошая подготовка стрелка.

В заключение раздела, в котором рассматривается стрельба из артиллерийского оружия самолетов, познакомимся с регулировочной операцией, носящей название пристрелки оружия. При пристрелке добиваются правильного взаимного положения оси прицела и осей каналов стволов оружия.

При транспортировке самолета по железной дороге, при замене оружия или прицела на самолете или просто при длительной эксплуатации машины оружие и прицел могут сместиться, и при стрельбе ось прицела не будет пересекаться с траекторией снаряда; другими словами, даже при полной исправности прицела и оружия попаданий в цель не будет. Периодическая пристрелка оружия позволяет избежать этого.

Пристрелка оружия производится в наземном тире, расположенном обычно неподалеку от аэродрома. Она состоит из ряда операций, первыми из которых являются расчет и изготовление пристрелочной мишени.

В воздушном бою стрельба ведется на различных дальностях. Чтобы пристрелять оружие, берут некоторую среднюю дальность, например 400 м, и добиваются на ней пересечения средней траектории с осью прицела (рис. 27). Для этого на расстоянии 400 м от самолета устанавливается фанерный щит с мишенью. Если навести визирную линию прицела на центр мишени и, последовательно изменяя установку оружия на самолете, добиться точного попадания снарядов в мишень, задача пристрелки оружия будет выполнена.

Однако такой способ пристрелки представляет неудобство, потому что не всегда поблизости от аэродрома можно подыскать площадку для тира достаточных размеров. Поэтому пристрелку обычно производят на сокращенной дальности — 50 м, а для того, чтобы сохранить условия стрельбы на 400 м, огонь ведут по специальной пристрелочной мишени. На такой мишени точка, в которую наводится визирная линия прицела, и точка, в которую должен попасть снаряд точно пристрелянного оружия, уже не совпадают. Они представляют собой точки, которые получились бы от пересечения визирной линии и траектории снаряда на щите, установленном на дальности 50 м, если бы мы вели стрельбу из уже пристрелянного оружия на расстояние 400 м (см. рис. 27). Положение точки наводки прицела и средних точек попадания каждого из стволов установленного на самолете оружия на таких мишенях определяют по формулам, которые имеются в руководствах по пристрелке.

Изготовив мишень, приступают к регулировке положения прицела и оружия. Для этого предварительно поднимают самолет на козелки для того, чтобы придать ему такое положение, какое он занимает в горизонтальном полете. Пользуясь отвесом, пристрелочную мишень устанавливают строго вертикально на расстоянии 50 м от дульного среза оружия. При этом центральная точка прицела должна точно совпадать с точкой наводки прицела на щите. Затем добиваются точного наведения стволов оружия в соответствующие точки наводки на пристрелочной мишени. Эта операция производится с помощью специального оптического инструмента — трубки холодной пристрелки.

Трубка холодной пристрелки представляет собой оптическое перископическое устройство. Она состоит из объектива, трехгранной призмы и окуляра, помещенных в металлическом корпусе, и стержня с пружинкой, который вставляется в канал ствола. В поле зрения трубки имеется угломерная сетка с градусными делениями, при помощи которой можно судить о величине отклонения оружия от точки его наводки.

Регулировку положения оружия производят два специалиста. Один из них наблюдает в окуляр трубки холодной пристрелки за совпадением центра сетки с соответствующей точкой на мишени, а другой с помощью ключей изменяет положение оружия на лафете или турели самолетной установки.

Пристрелка заканчивается проверочной стрельбой, которая ведется по пристрелочной мишени бронебойными снарядами. Из каждого ствола делают по четыре выстрела, после чего определяют среднюю точку попадания. Если она не выходит из круга радиусом 5 см, описанного вокруг средней точки попадания на мишени, пристрелка считается законченной.

Пристрелка оружия — это лишь одна из подготовительных операций, необходимых для того, чтобы обеспечить высокую эффективность огня авиационного артиллерийского оружия в воздушном бою. Надежность действия автоматики, прицельных приспособлений, агрегатов питания, надежность наводки пушек и других механизмов вооружения зависит от того, насколько тщательно осуществляется повседневный уход за ними, насколько своевременно производится их ремонт и регулировка.

Советские авиационные специалисты неустанно совершенствуют свои знания и содержат артиллерийское вооружение самолетов в отличном состоянии и в полной боевой готовности, повышая тем самым боевую готовность частей и подразделений наших Военно-воздушных сил.