Torpedó Data Computer - Torpedo Data Computer

US Navy Mk III Torpedo Data Computer, a szabványos US Navy torpedó tűzvezérlő számítógép a II. A második világháború végén (1943) a TDC Mk III -t felváltotta a TDC Mk IV, amely az Mk III továbbfejlesztett és nagyobb változata volt.

A Torpedo Data Computer ( TDC ) egy korai elektromechanikus analóg számítógéppel használható torpedó tűzvezető szóló amerikai tengeralattjárók alatt a második világháború . Nagy -Britannia , Németország és Japán is kifejlesztett automatizált torpedótűz -vezérlő berendezéseket, de egyik sem volt olyan fejlett, mint az amerikai haditengerészet TDC -je, mivel képes volt automatikusan követni a célpontot, nem pedig azonnali tüzelési megoldást. Ez az egyedülálló képessége a TDC a mércét tengeralattjáró torpedót tűzvezető a második világháború idején.

Cseréje a korábban szokásos kézi logarléc típusú készülékek (az úgynevezett „bendzsó” és „van / volt”), a TDC célja az volt, hogy a tűzvezető megoldások tengeralattjáró torpedót égetés ellen hajók futó (felszíni hadihajók más számítógépet használt).

A TDC meglehetősen terjedelmes kiegészítője volt a sub conning tower -nek, és két további személyzetre volt szüksége: az egyik a karbantartás szakértője, a másik a tényleges kezelő. E hátrányok ellenére a TDC használata fontos tényező volt az amerikai tengeralattjárók sikeres kereskedelmi portyázási programjában, amelyet a második világháború csendes -óceáni hadjárata során hajtottak végre . A csendes -óceáni amerikai tengeralattjáró -kampány beszámolói gyakran hivatkoznak a TDC használatára. Egyes tisztek magasan képzettek lettek a használatában, és a haditengerészet kiképzőiskolát hozott létre.

Két korszerűsített, második világháborús korszakbeli amerikai haditengerészeti flotta tengeralattjáró ( USS  Tusk és Cutlass ) TDC-vel továbbra is szolgál a tajvani haditengerészetnél, és az US Nautical Museum személyzete segíti őket felszerelésük karbantartásában. A múzeumban van egy teljesen felújított és működő TDC a USS  Pampanito -tól , San Franciscóban .

Háttér

Történelem

A torpedó célzásának problémája katonai mérnököket foglalkoztat, mióta Robert Whitehead kifejlesztette a modern torpedót az 1860 -as években. Ezek a korai torpedók előre beállított mélységben futottak egyenes pályán (következésképpen gyakran „egyenes futóknak” nevezik őket). Ez volt a legkorszerűbb torpedóvezetés a második világháború utolsó szakaszában, a torpedó kifejlesztéséig . A második világháború alatt a tengeralattjáró torpedók túlnyomó többsége egyenesen futott, és ezeket a második világháború után még sok évig használták. Valójában két második világháborús korszak egyenesen futó torpedója-amelyeket a brit HMS  Conqueror nukleáris hajtású tengeralattjáró lőtt ki- 1982-ben elsüllyesztette az ARA tábornokot .

Az első világháború idején a torpedó célkitűzésének kiszámítása kézi folyamat volt, ahol a tűzvezérlő párt különböző diaszabályok segítették (az Egyesült Államok példái a Mark VIII szögmegoldó (alakja miatt köznyelven "bandzsó")) , és a "Van/Volt" kör alakú csúszka ( Nasmith Director ), annak megjósolására, hogy hol lesz a cél, a jelenlegi és jelenlegi hely vagy a mechanikus számológép/látnivalók alapján. Ezek gyakran "sajnálatos módon pontatlanok" voltak, ami segít megmagyarázni, hogy miért javasolták a torpedó -kenéseket.

A második világháború idején Németország, Japán és az Egyesült Államok mindegyike analóg számítógépeket fejlesztett ki a szükséges torpedó -tanfolyam kiszámításának automatizálására.

1932 -ben a Bureau of Ordnance (BuOrd) kezdeményezte a TDC fejlesztését az Arma Corporation és a Ford Instruments társaságában . Ez csúcsosodott ki a „nagyon bonyolult” Mark 1 1938 Ezt utólag a régebbi hajók, kezdve Dolphin és egészen a legújabb Salmon s .

Az első tengeralattjáró, amelyet a TDC használatára terveztek, a Tambor volt , amelyet 1940 -ben indítottak el a jelzőtoronnyal rendelkező Mark III -val . (Ez különbözött a korábbi ruháktól.) A második világháború legjobb torpedótűz -vezérlő rendszerének bizonyult .

1943 -ban a Torpedo Data Computer Mark IV -et a Mark 18 torpedó támogatására fejlesztették ki .

Mind az Mk III, mind az Mk IV TDC -t az Arma Corporation (ma amerikai Bosch Arma) fejlesztette ki.

Az egyenesen futó torpedó célzásának problémája

2. ábra: Az általános torpedó tűzvédelmi probléma illusztrációja

Az egyenesen futó torpedó giroszkóp alapú vezérlőrendszerrel rendelkezik, amely biztosítja, hogy a torpedó egyenes irányban futjon. A torpedó a tengeralattjárótól eltérő pályán futhat úgy, hogy beállítja a giroszögnek nevezett paramétert, amely a torpedó irányát a tengeralattjáró menetéhez viszonyítja (lásd 2. ábra). A TDC elsődleges szerepe a giroszkóp beállítása, amely szükséges ahhoz, hogy a torpedó célba érjen.

A giroszkóp meghatározásához egy komplex trigonometriai egyenlet valós idejű megoldására volt szükség ( az egyszerűsített példát lásd az 1. egyenletben ). A TDC folyamatos megoldást nyújtott erre az egyenletre a tengeralattjáró navigációs érzékelőinek és a TDC célkövetőjének adatfrissítései segítségével. A TDC képes volt az összes torpedó -giroszkóp szögbeállítás automatikus frissítésére egyidejűleg egy tűzvédelmi megoldással, ami javította a pontosságot azoknál a rendszereknél, amelyek megkövetelték a torpedó irányának manuális frissítését.

A TDC lehetővé teszi a tengeralattjáró számára, hogy a torpedót a tengeralattjárótól eltérő pályán indítsa el, ami taktikailag fontos. Ellenkező esetben a tengeralattjárót a vetített elfogási pontra kell irányítani a torpedó elindításához. A torpedó elindítása érdekében az egész hajó hegyének megkövetelése időigényes lenne, pontos tengeralattjáró -irányítást igényelne, és szükségtelenül bonyolítaná a torpedó -égetés folyamatát. A célkövetéssel ellátott TDC lehetővé teszi a tengeralattjáró számára, hogy a torpedóhoz szükséges célpont -elfogási iránytól függetlenül manőverezzen.

Amint a 2. ábrán látható, általában a torpedó valójában nem mozog egyenes úton közvetlenül az indítás után, és nem gyorsul fel teljes sebességre, amit torpedó -ballisztikus jellemzőknek neveznek. A ballisztikus jellemzőket három paraméter írja le: elérés, fordulási sugár és korrigált torpedósebesség. Ezenkívül a célcsapszög eltér a periszkóp és a torpedó nézőpontjától, amelyet torpedócső parallaxisnak neveznek. Ezek a tényezők jelentős bonyodalmat jelentenek a giroszkóp számításánál, és a TDC -nek kompenzálnia kell hatásaikat.

Az egyenesen futó torpedókat rendszerint szalvóban (azaz többszöri indítással rövid időn belül) vagy szórással (azaz többszöri indítással, enyhe szögeltolással) indították el, hogy növeljék a célpont eltalálásának valószínűségét, tekintettel a szögek, célpont mérésében meglévő pontatlanságokra. tartomány, célsebesség, torpedó nyomszög és torpedósebesség.

Salvókat és kenőanyagokat is indítottak, hogy többször is kemény célpontokat támadjanak, hogy biztosítsák azok megsemmisítését. A TDC támogatta a torpedó -salvók tüzelését azáltal, hogy rövid idő eltolást engedélyezett az égetések és a torpedóterjedések között, kis torzításokat adva minden torpedó giroszkópjához. Mielőtt a süllyedő a dél-koreai „s ROKS Cheonan által Észak-Korea 2010-ben, az utolsó hadihajó elsüllyedt tengeralattjáró torpedó támadás, a ARA General Belgrano 1982-ben ütött két torpedó egy három torpedó terjedését.

Egy pillantás a TDC -be, bemutatva a helyzetmegőrző motorokat.

A torpedó giroszkópjának pontos kiszámításához egy általános elkötelezettségi forgatókönyvben pontosan meg kell ismerni a célirányt, a sebességet, a tartományt és a csapágyat. A második világháború alatt a célpálya, a távolság és a csapágybecsléseket gyakran periszkóp megfigyelések segítségével kellett előállítani, amelyek erősen szubjektívek és hibákra hajlamosak voltak. A TDC -t arra használták, hogy pontosítsák a célpont irányának, tartományának és irányításának becsléseit egy folyamat során

  • megfigyelések alapján megbecsülni a célpont irányát, sebességét és hatótávolságát.
  • a TDC segítségével előre megjósolni a célpont helyzetét a célpont irányának, sebességének és hatótávolságának becslései alapján.
  • az előrejelzett pozíció összehasonlítása a tényleges pozícióval, és a becsült paraméterek korrigálása az előrejelzések és a megfigyelés közötti megállapodás eléréséhez szükséges módon. Az előrejelzés és a megfigyelés közötti megegyezés azt jelenti, hogy a célirány, a sebesség és a távolság becslése pontos.

A célpont pályájának becslését általában a megfigyelési feladatok közül a legnehezebbnek tartották. Az eredmény pontossága nagymértékben függött a kapitány tapasztalatától. A harc során a cél tényleges irányát általában nem határozták meg, hanem a kapitányok egy kapcsolódó mennyiséget határoztak meg, az úgynevezett " szög az íjon ". Az íj szöge a célpálya és a tengeralattjáró látószöge által kialakított szög. Néhány kapitány, például Richard O'Kane , gyakorolta az íj szögének meghatározását az IJN hajómodelleinek megtekintésével, amelyeket egy kalibrált, lusta Susan -ra szereltek egy fordított távcsövön keresztül.

A célpozíció -adatok és az idő előállításához a TDC -nek meg kellett oldania a cél mozgási egyenleteit a tengeralattjáróhoz képest. A mozgási egyenletek differenciálegyenletek, és a TDC mechanikus integrátorokat használt a megoldás előállításához.

A TDC -t más tűzvédelmi berendezések közelében kellett elhelyezni, hogy minimálisra csökkentsék az elektromechanikus összekapcsolás mennyiségét. Mivel a nyomás alatti hajótestben a tengeralattjáró -hely korlátozott volt, a TDC -nek a lehető legkisebbnek kellett lennie. A második világháborús tengeralattjárókra a TDC -t és más tűzvezérlő berendezéseket a konverziós toronyba szerelték fel , ami nagyon kicsi volt. A csomagolási probléma súlyos volt, és néhány korai torpedó -tűzvédelmi berendezés teljesítményét akadályozta, hogy kicsivé kell tenni. Volt egy sor fogantyú, tárcsa és kapcsoló az adatok beviteléhez és megjelenítéséhez. A tűzvédelmi megoldás létrehozásához bemenetre volt szükség

A TDC elvégezte a torpedó célmegfogási pályájának kiszámításához szükséges trigonometriai számításokat. Elektromechanikus interfésszel is rendelkezett a torpedókhoz, lehetővé téve a pályák automatikus beállítását, miközben a torpedók még a csövükben voltak, készen arra, hogy tüzeljenek.

A TDC célkövető képességét használta fel a tűzvezető fél a tűzvédelmi megoldás folyamatos frissítésére, még akkor is, amikor a tengeralattjáró manőverezett. A TDC célkövető képessége lehetővé tette a tengeralattjáró számára, hogy pontosan lőjön torpedókat akkor is, ha a célpontot ideiglenesen elfedi a füst vagy a köd.

TDC funkció leírása

Mivel a TDC ténylegesen két külön funkciót látott el, célpozíció -becsléseket és torpedó -égetési szögek kiszámítását, a TDC valójában kétféle analóg számítógépből állt:

  • Szögmegoldó: Ez a számítógép kiszámítja a szükséges giroszkópot. A TDC -nek külön szögmegoldói voltak az elülső és a hátsó torpedócsövekhez.
  • Pozíciómegőrző: Ez a számítógép folyamatosan frissített becslést generál a célpozícióról a korábbi célpozíció -mérések alapján.

Szögmegoldó

A szögmegoldóban megvalósított egyenletek megtalálhatók a Torpedo Data Computer kézikönyvében. A Tengeralattjáró Torpedó Tűzvédelmi Kézikönyv általános értelemben tárgyalja a számításokat, és a vita nagymértékben rövidített formáját itt mutatjuk be.

Az általános torpedó -tűzvédelmi problémát a 2. ábra szemlélteti. A probléma kezelhetőbbé válik, ha feltételezzük:

  • A periszkóp azon a vonalon van, amelyet a torpedó képez az útján
  • A célpont rögzített pályán és sebességgel mozog
  • A torpedó rögzített pályán és sebességgel mozog
3. ábra: A torpedó tűzvezérlő háromszög

Amint a 2. ábrán látható, ezek a feltevések általában nem igazak a torpedó -ballisztikus jellemzők és a torpedócső -parallaxis miatt. A torpedó -giroszkóp -szög számításának részletezése a ballisztika és a parallaxis tekintetében bonyolult, és meghaladja e cikk kereteit. A giroszkóp -szög meghatározásáról szóló legtöbb megbeszélés a 3. ábra egyszerűbb megközelítését alkalmazza, amelyet torpedó tűzvédelmi háromszögnek neveznek. A 3. ábra pontos modellt nyújt a giroszkóp szögének kiszámításához, amikor a giroszkóp szög kicsi, általában kevesebb, mint 30 °.

A parallaxis és a ballisztika hatása minimális a kis giroszkópok indításakor, mivel az általuk okozott pálya eltérések általában elég kicsik ahhoz, hogy figyelmen kívül hagyhatók legyenek. A második világháború idején az amerikai tengeralattjárók előnyben részesítették torpedóik kis giroszögben történő szögét, mert a TDC tűzvédelmi megoldásai a legpontosabbak voltak kis szögeknél.

A giroszkóp beállításának kiszámításának problémája egy trigonometriai probléma, amely leegyszerűsödik, ha először figyelembe vesszük az eltérítési szög számítását, amely figyelmen kívül hagyja a torpedó -ballisztikát és a parallaxist. Kis giroszkópokhoz, θ Giroszkóp ≈ θ Csapágy - θ Elhajlás . A közvetlen alkalmazását szinusztétel 3. ábra termel egyenlet 1 .

 

 

 

 

( 1 )

ahol

v A cél a cél sebessége.
v A Torpedó a torpedó sebessége.
θ Az íj a célhajó íjának szöge a periszkóp látóvonalához képest.
Az elhajlás a torpedó pályájának szöge a periszkóp látóvonalához képest.

A tartomány nem játszik szerepet az 1. egyenletben , ami igaz mindaddig, amíg a három feltételezés teljesül. Valójában az 1. egyenlet ugyanaz az egyenlet, amelyet az első és a második világháború alatt felszíni hajókon használt kormányozható torpedócsövek mechanikai irányzata old meg . Az irányítható torpedócsövekből származó torpedóindítások jól megfelelnek a három feltételezett feltételezésnek. A tengeralattjáróról történő pontos torpedóindításhoz azonban paralax és torpedó ballisztikus korrekció szükséges, ha a giroszkóp nagy szögei vannak. Ezek a korrekciók megkövetelik a tartomány pontos ismeretét. Ha a céltartomány nem volt ismert, nem ajánlott torpedó -indításokat, amelyek nagy giroszkópot igényelnek.

Az 1. egyenletet gyakran módosítják úgy, hogy a pálya szögét az eltérítési szöggel helyettesítsék (a pályaszöget a 2. ábra határozza meg, θ Sáv = θ íj + θ eltérítés ). Ezt a módosítást a 2. egyenlet szemlélteti .

 

 

 

 

( 2 )

ahol θ A pálya a célhajó és a torpedó pályája közötti szög.

4. ábra: Elhajlási szög a vágányszög és a célsebesség függvényében ( θ Gyro = 0 ° ).

Számos publikáció szerint az optimális torpedó -pályaszög 110 ° egy Mk 14 (46 csomós fegyver) esetén. A 4. ábrán egy grafikon, amely az eltérítési szög sávok függvényében, szöget, amikor a giroszkóp szög 0 ° ( azaz ., Θ Deflection = θ Bearing ). Az optimális vágányszög az adott célsebességhez tartozó pályaszög -hibákkal szembeni minimális eltérítési szög érzékenységének pontja. Ez a minimum a 4. ábra görbéinek nulla lejtésű pontjainál fordul elő (ezeket a pontokat kis háromszögek jelölik).

A görbék a 2. egyenlet megoldásait mutatják az eltérítési szögre a célsebesség és a pályaszög függvényében. A 4. ábra megerősíti, hogy a 16 csomós (30 km/h) célponthoz 110 ° az optimális pályaszög, ami egy közös hajósebesség lenne.

Pozíciómegtartó

A szögmegoldóhoz hasonlóan a szögmegoldóban megvalósított egyenletek megtalálhatók a Torpedo Data Computer kézikönyvében. Hasonló funkciókat hajtottak végre a felszíni hajó alapú tűzvédelmi rendszerek távtartóiban. A pozíciófenntartó elvek általános tárgyalását lásd: Rangekeeper .

Jegyzetek és hivatkozások

Külső linkek