Бомбовий приціл пристрій який використовують на військових літаках для точного скидання бомб. Бомбові приціли є основною ознакою бойових літаків починаючи з Першої світової війни, вперше розроблені спеціально для бомбардувальників та, при подальшому розвитку авіації, на винищувачах-бомбардувальниках та сучасних тактичних літаках, які взяли на себе основний тягар бомбардувань.
Бомбовий приціл повинен обрахувати траєкторію падіння бомби після скидання з літака. На падаючу бомбу діє дві основні сили — гравітація та опір повітря, які роблять траєкторію бомби у повітрі приблизно параболічною. Також необхідно враховувати додаткові фактори, такі як щільність повітря та вітер, але це відноситься лише до бомб які знаходяться у повітрі значну частину хвилини. Ці ефекти можна зменшити при бомбардуванні з малих висот або при збільшенні швидкості бомби. Таке вдалося досягти у пікіруючих бомбардувальниках. Проте, бомбардування з малих висот також збільшує небезпеку ураження літака вогнем з землі, тому перевага надавалася точному бомбардуванню з великих висот. Це призвело до серії конструкцій складних бомбових прицілів призначених для бомбардувань з великих висот.
З часів першого використання під час Першої світової війни, приціли пройшли через кілька основних змін. Перші системи мали відкриті приціли які були заздалегідь встановлені на прогнозований кут падіння. Перші приціли представляли собою кілька цвяхів забитих у необхідний лонжерон, лінії намальовані на літаку або візуальні центрування деяких частин конструкції. Пізніше вони були замінені ранніми кустарними розробками систем, зазвичай це були відкриті приціли де можна виставляти швидкість і висоту літака. Ці ранні системи були замінені на векторні приціли, які дозволяли вимірювати і коригувати вітер. Векторні приціли були ефективними на висотах до 3000 м і на швидкостях до 300 км/год. Починаючи з 1930-х для «вирішення» рівнянь руху почали використовувати механічні лічильні пристрої які працювали разом з тахометричними прицілами, найвідомішим бува приціль Нордена. Пізніше під час Другої світової війни, тахометричні приціли часто поєднували з радарними системами для точного бомбардування через хмари або вночі. Завдяки повоєнним дослідження було з'ясовано, що точність бомбардування за допомогою оптичних і радарних прицілів майже однакова, тому оптичні приціли почали знімати і заміняти на спеціальні радарні приціли. Нарешті, починаючи з 1960-х, було представлено комп'ютеризовані приціли, які об'єднали бомбові приціли з навігацією на далекі відстані та картографією.
Сучасні літаки не мають прицілів, замість цього вони мають висококомп'ютеризовані системи які поєднують бомбардування, наведення, ракетний вогонь і навігацію у одному прозорому дисплеї. Ці системи можуть обраховувати траєкторію бомби у реальному часі при маневруванні літака, а також мають здатність враховувати погоду, відносну висоту, відносну швидкість цілі яка рухається, а також кут підняття або пікірування. Це дає можливість виконувати різні види бомбардувань, таких як раніше, так і сучасних тактичних бомбардувань.
Концепція прицілу
Сили які впливають на бомбу Супротив на бомбу щільності повітря та кута атаки пропорційне відносній швидкості повітря у квадраті. Якщо ми позначимо вертикальну складову швидкості як , а горизонтальну - як тоді швидкість буде становити а вертикальна та горизонтальна складові впливу:
де C коефіцієнт впливу, A це площа поперечного перерізу, а ρ це щільність повітря. Таким чином, ми бачимо, що горизонтальна швидкість збільшує вертикальний супротив, а вертикальна швидкість збільшує горизонтальний супротив. Ми ігноруємо ці ефекти в наступному.
Для початку розглянемо тільки вертикальний рух бомби. У цьому напрямку, на бомбу діють дві основні сили, гравітація та опір, перша є постійною, а друга варіюється з квадратом швидкості. Для літака, який летить прямо і рівно, початкова вертикальна швидкість бомби буде дорівнювати нулю, це значить, що вона також буде мати нульовий вертикальне опір. Гравітація буде прискорювати бомбу при падінні, а при збільшенні швидкості буде збільшуватися опір. В якийсь момент (по мірі збільшення швидкості і щільності повітря) сила опору стане рівною силі тяжіння, а бомба досягне граничної швидкості. Оскільки повітряний опір змінюється з щільністю повітря, а, отже, з висотою, кінцева швидкість буде зменшуватися по мірі падіння бомби. Як правило, бомба сповільнюється, коли вона досягає більш низьких висот, де повітря щільніше, але взаємозв'язок складний.See diagrams, Torrey p. 70
Тепер розглянемо горизонтальне рух. Коли бомба покидає літак вона рухається вперед зі швидкістю літака. Цьому руху протидіє опір повітря, який уповільнює рух вперед. Коли рух вперед сповільнюється, сила опору падає, і це уповільнення зменшується. Швидкість руху вперед ніколи не падає до нуля. Якщо б опір не впливав би на бомбу, її шлях був би чисто балістичним і це вплинуло б на точку легкого обрахування, вакуумну відстань. На практиці, опір значить, що точка падіння менше відстані вакууму і це реальна відстань між точками скидання і падіння яку просто називають відстань. Різниця між вакуумною відстанню та реальною відстанню має назву слід, тому що бомба залишає слід за літаком при падінні. Слід та відстань є різним для кожної бомби через власну аеродинаміку, а тому вони зазвичай визначаються на бомбовому полігоні.
Основною проблемою повного поділу руху на вертикальні і горизонтальні компоненти є гранична швидкість. Бомби розроблені таким чином, щоб падати носом вперед у відносний вітер, зазвичай мають стабілізатори у хвості. Опір залежить від куту атаки бомби у будь-який момент. Якщо скинути бомбу на малій висоті та швидкості, вона не досягне граничної швидкості, а швидкість буде визначатися в основному тим, як довго буде падати бомба.
Нарешті, розглянемо вплив вітру. Вітер створює додатковий опір бомбі і тому необхідно враховувати його швидкість. Це, як правило, лише частка швидкості бомбардувальника або граничної швидкості, тому при скидання бомби з великої висоти ця невелика частка впливає на бомбу протягом тривалого часу. Різниця між точкою падіння та точкою де бомба повинна впасти, якщо немає вітру, відома як дрейф або перехресний слід.
Проблема прицілювання У балістичних термінах, зазвичай розрахунок наведення боєприпасів мають назву рішення. Проблема прицілювання це розрахунок місця у просторі де бомби повинні скидатися так, щоб влучити у ціль, при урахуванні усіх ефектів які вже були перераховані.
За відсутності вітру проблема бомбардування досить проста. Точка удару складається з трьох факторів, висоти літака, його швидкості та граничної швидкості бомби. У багатьох перших прицілах, перші два показники вводили окремо на передній і задній панелях прицілу, з однієї висоту, а з іншої швидкість. Граничну швидкість, яка збільшується час падіння, можна пояснити ростом ефективної висоти на величину яка базується на основі вимірів балістики бомби.
Коли враховується вітрова залежність, розрахунки стають складнішими. Через те, що вітер дме у різні боки, бомбовий приціл перераховує вітрову залежність конвертуючи її у частини, які діють вздовж траєкторії польоту і через неї. На практиці, зазвичай було простіше, щоб літак летів таким чином, щоб обнулити будь-який бічний рух перед скиданням і тим самим усуваючи цей фактор. Це, як правило, виконується за допомогою звичайних методів польоту, відомих під назвою «рискання» або «бічне ковзання».
Бомбові приціл це пристрої які спрямовані у особливому напрямі або наведені. Хоча наведене вище рішення повертає точку в просторі, за допомогою простої тригонометрії можна перетворити цю точку у кут відносно землі. Після цього бомбовий приціл встановлює потрібний кут. Бомби скидаються після того як ціль проходить мітки. Відстань між літаком і ціллю є напрямом, тому цей кут називають кут напряму, або кутом падіння, кутом наведення, кутом бомбардування та схожими термінами. На практиці деякі або всі ці обчислення виконуються з використанням кутів, а не точок в просторі, пропускаючи остаточне перетворення.
Точність Точність скидання залежить як від природних проблем таких як різні атмосферні ефекти або неякісні бомби, як і більш практичні проблеми такі як площина та рівень польоту літака або точність його систем наведення. Ці неточності згодом складаються, тому збільшення висоти польоту бомби, тим самим збільшуючи час падіння, що значно впливає на кінцеву точність сбросу.
Корисно розглянути приклад того, як скидаються бомби на звичайному завданні. У цьому випадку ми розглянемо бомбу AN-M65 500 фунтів, яку використовували у ВПС США та Великої Британії під час Другої світової війни, з аналогами у арсеналах більшості країн. Балістичні дані бомби можна знайти у «Terminal Ballistic Data, Volume 1: Bombing». Проти піхоти на відкритій місцевості, убивчій радіус 500 фунтової бомби становить 107 м, але набагато менший при падінні серед будівель, приблизно 27 м.John Correll, «Daylight Precision Bombing», Air Force Magazine, October 2008, pg. 61
M65 буде скинута з літака Boeing B-17 який летить зі швидкістю 322 км/год на висоті 6096 м при швидкості вітру 42 км/год. За таких умов, M65 повинна пролетіти приблизно 1981 м вперед перед ударом, зі слідом приблизно у 305 м від вакуумної відстані, а швидкість удару буде складати 351 м/с при куті зустрічі у 77 градусів від горизонталі. Швидкість вітру 42 км/год за цей час повинна перемістити бомбу на 91 м. Час падіння буде складати приблизно 37 секунд.
Якщо врахувати, що помилка у кожному основному вимірюванні буде складати 5 %, то можна оцінити ці ефекти на точність на основі методології та таблиць у посібнику. 5 % помилка на висоті у 6000 метрів буде складати 300 метрів, тому літак може бути на будь-якій висоті від 5700 до 6400 метрів. Відповідно до цієї таблиці, це призведе до помилки у діапазону від 3 до 4,5 метрів. Помилка у 5 % у повітряній швидкості, 16 км/год, призведе до помилки від 4,5 до 6 метрів. З точки зору часу падіння помилки приблизно у одну десяту секунди можна вважати найкращими. У цьому випадку помилка — це просто швидкість польоту літака за цей час або приблизно 9 метрів. Усі вони знаходяться в убивчому радіусі бомби.
Вітер впливає на бомбу двома шляхами, натискаючи прямо на бомбу поки вона падає, як зміна швидкості літака перед скиданням. У разі прямого впливу на бомбу, виміряна 5 % помилка, 2 км/год, буде викликати 5 % помилку у зносі, що становитиме 5,3 м. Проте, помилка у 2 км/год буде також додана до швидкості літака. За час падіння 37 секунд це призведе до помилки у 20 метрів, яка є на зовнішній межі продуктивності бомби.
Вимірювання швидкості вітру є більш серйозною проблемою. Перші навігаційні системи зазвичай вимірювали цей показник за допомогою процедури обчислення, яка порівнювала виміряний рух над землею з вирахуваним рухом за допомогою інструментів літака. Документ Федерального управління цивільної авіації США FAR Частина 63 пропонує точність за цими розрахунками від 5 до 10 %, за документами ВПС США AFM 51-40 це складає 10 %,«Precision Dead Reckoning Procedure» а за ВМС США H.O. 216 у 20 миль або більше.«Visual Flight Planning and Procedure» Ускладнення цієї неточності полягає в тому, що воно створюється з використанням покажчика швидкості повітряного приладу, а швидкість повітряного потоку в цьому прикладі приблизно в 10 разів перевищує швидкість вітру, його 5 % помилка може призвести до великих неточностей в розрахунках швидкості вітру. Усунення цієї помилки можливе шляхом прямого вимірюванням швидкості руху (замість її розрахунку) було великим кроком вперед у тахометричних бомбових прицілах 1930-х і 1940-х років.