/
Текст
АКАДЕМИЯ НАУК СОЮЗА ССР
и
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ОПТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
ОПТИКА
В ВОЕННОМ ДЕЛЕ
СБОРНИК СТАТЕЙ
ПОД РЕДАКЦИЕЙ
академика С. И. ВАВИЛОВА
и проф. М. В. САВОСТЬЯНОВОЙ
ИЗДАНИЕ ТРЕТЬЕ,
ЗАНОВО ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
Том II
ИЗДАТЕЛЬСТВО АКАДЕМИИ НАУК СССР
Москва 1948 Ленинград
Составители — сотрудники Государственного Оптического
института:
К. С. Андронников, В. В. Балаков, А. Н. Бужинский, А. Н. Бу-
раго, Л. А. Вентман, А. А. Вишневский. Д. С. Волосов, проф.
Л. Н. Тассовский, проф. А. А. Гершун, М. А. Ельяшевич,
К. С. Евстропьев, проф. М. М. Гуревич, А. И. Колядин, Б. М.
Корякин, А. Л. Курицкий, К. А. Папиянц, проф. В. К. Про-
кофьев, Е. К. Пуцейко, М. А. Резунов, Н. Э. Ритынь, проф.
М. В. Савостьянова, А. Н. Севченко, Н. И. Сеннов, А. И. Сто-
жаров, проф. Г. П. Фаерман, П. П. Феофилов, проф. Е. К
Царевский, Д. П. Чехматаев, Е. Ф Юдин и проф. Военно-
морской академии В. В. Каврайский.
Раздел VI
ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Глава 16
ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
§ 1. Телескопические системы. § 2. Оптическая схема зрительной трубы. § 3. Обо-
рачивающие системы. § 4. Ограничение пучков. § 5. Увеличение телескопической
системы. § б. Поле зрения. § 7. Устройство окуляров. § 8. Зрительные трубы
переменного увеличения. § 9. Видимая яркость изображения. Светосила.
§ 10. Разрешающая сила. § 11. Качество изображения. § 12. Испытание разрешающей
силы и оценка качества изображения.
§ 1. Телескопические системы*
Современные оптические приборы, употребляемые в военном деле, — би-
нокли, прицельные зрительные трубы, дальномеры, перископы — весьма разно-
образны по величине и форме, в зависимости от назначения и условий наблюде-
ния в боевой обстановке.
Однако они обладают некоторыми общими свойствами: зрительные трубы
военных приборов, как наблюдательные, так и прицельные, служат для рассма-
тривания удаленных от наблюдателя предметов и притом в увели-
ченном виде; такие системы называются телескопическими.
В данной главе будут рассмотрены некоторые общие свойства телеско-
пических систем, их отдельных частей и наиболее характерных конструкций.
Лучи, выходящие из удаленных точек предмета, практически можно счи-
тать параллельными; в дальнейшем будем предполагать, что пучки, входящие
в телескопическую систему, строго параллельны, т. е. что соответствующие точки
предмета находятся в бесконечности.
После телескопической трубы устанавливается глаз наблюдателя, который
работает без напряжения и утомления в том случае, если в него проходят парал-
лельные пучки лучей; отсюда вытекает требование, чтобы из телескопической
системы выходили параллельные пучки лучей. Так как телескопические системы
рассчитываются таким образом, чтобы вошедшие пучки параллельных лучей
вышли также параллельными, то они не имеют фокусов; такие системы назы-
ваются иногда афокальными. В этом заключается главное отличие теле-
скопических систем от микроскопов, фотообъективов и различных проекционных
систем.
Одним из важнейших требований, предъявляемых к наблюдательным и при-
цельным зрительным трубам, является то, чтобы они обладали увеличе-
нием. Видимая величина предметов определяется углом зрения, т. е.
углом между визирными линиями, проведенными из зрачка глаза в крайние
точки наблюдаемого предмета. Чем дальше находятся наблюдаемые предметы,
тем меньше видимая угловая величина предметов. В зрительных трубах угло-
вая величина изображаемых предметов получается больше, чем при рассматрива-
♦ Об основных понятиях геометрической оптики см. том 1, гл 2.
нии тех же предметов невооруженным глазом. Так как расстояния до наблю-
даемых предметов мы оцениваем по их видимой угловой величине (хотя и не
всегда отдаем себе в этом отчет), то при наблюдении через оптический прибор,
увеличивающий угол зрения, нам кажется, что удаленные предметы как бы
приближены.
§ 2. Оптическая схема зрительной трубы
Простейшую зрительную трубу — трубу Кеплера — можно получить из
двух положительных, т. е. собирательных линз, установленных на оптиче-
ской оси так, что падающий
на первую линзу параллель-
ный пучок выходит из второй
линзы также параллельным
пучком.
Первая линза, обращенная
к предмету, называется объ-
ективе м, вторая, обращен-
ная к глазу,— окуляром.
На рис. 1а представлена
схема трубы Кеплера — про-
стейшей телескопической си-
стемы. Труба Кеплера дает
действительные, но переверну-
тые изображения предметов,
Рис. 1б поэтому ее применяют для
астрономических наблюдений,
где безразлично, какое будет изображение — прямое или перевернутое; по этой
причине трубу Кеплера называют также астрономической трубой.
Параллельный пучок лучей, идущий от бесконечно удаленной точки на оси,
проходит через объектив и собирается в его заднем фокусе F1, совпадающем
с передним фокусом Г2 окуляра. Так как лучи проходят через передний фокус
окуляра, то по выходе из него они идут параллельным пучком.
На рисунке 16 представлен ход
лучей в пучке для точки
вне оси. Пучок лучей для точек
бесконечно удаленного предмета,
не показанного на рисунке, падает
на объектив параллельным, но на-
клонным пучком. Этот пучок соби-
рается в точке Р', лежащей в общей
фокальной плоскости Е объектива
и окуляра. Лучи, вышедшие из
точки Р' и прошедшие через окуляр,
выходят параллельным, но наклон-
ным пучком. Между точкой фокуса
Fi и точкой Р' располагаются все
промежуточные точки изображения р 2б
бесконечно удаленного предмета. и '
Точка Р' является крайней точкой видимого поля зрения. Отрезок F'tP' — y'
является изображением бесконечно удаленного предмета.
Другим простейшим типом зрительной трубы является труба Гали-
лея. Оптическая система схематически изображена на рис. 2а. Объективом
зрительной трубы является положительная линза, а окуляром — отрица-
тельная, или рассеивающая, линза. Задний фокус объектива F{ и передний
фокус окуляра F2 совпадают в одной общей точке.
Луч, идущий от бесконечно удаленной точки на оси, падает на объектив
на высоте hv По выходе из объектива этот луч направляется в точку заднего
фокуса F’i, но на своем пути встречает отрицательную окулярную линзу, кото-
рая после преломления в ней луча направляет его параллельно оптической оси
на положительной высоте й2. Параллельно оси луч выходит вследствие совпаде-
ния точек фокусов объектива и окуляра.
На рисунке 26 представлен ход лучей в пучке для точки вне
оси для галилеевой системы.
В отличие от астрономической трубы, зрительная труба галилеева типа имеет
мнимое изображение относительно отрицательной окулярной линзы, вследствие
чего сходящийся за объективом пучок после прохождения отрицательной линзы
превращается в параллельный, наклонный пучок того же знака, что
и параллельный пучок, падающий на объектив.*
Рассмотрим более подробно ход лучей в системах Кеплера и Галилея.
В зрительной трубе кеплерова типа изображение бесконечно удаленной точки
на оси получается в заднем фокусе объектива F'i (рис. 1а); все другие точки бес-
конечно удаленного предмета, находящиеся вне оси в плоскости предмета, изо-
бражаются в фокальной плоскости точками, лежащими вне оси. Исходящий из
точки конца предмета пучок лучей, вследствие большого удаления пред-
мета, можно считать параллельным, падающим под наклоном —ах; сред-
ний луч наклонного параллельного пучка называется главным лучом и
в данном случае, проходя через главные точки объектива, идет без преломле-
ния, другие — крайние составляющие наклонного пучка — проходят через
объектив преломляясь и пересекаются с главным лучом в общей точке Р', лежа-
щей в фокальной плоскости объектива. Если предмет перевернут, то его
изображение, даваемое объективом, будет прямым, и, наоборот, если рас-
сматриваются прямые изображения, то объектив дает перевернутое, или
обращенное, изображение. В справедливости сказанного нетрудно убе-
диться, наблюдая изображение бесконечно удаленных предметов на мато-
вом стекле в фотоаппарате; фотографический объектив дает обращенное
изображение. Вся наблюдаемая картина как бы повернута вокруг оптиче-
ской оси на 180°. То же самое имеет место и в объективе зрительной
трубы Кеплера. Окулярная положительная линза служит для рассматривания
изображения, полученного объективом; в данном случае окулярная линза
является простой лупой, позволяющей рассматривать изображение в увеличен-
ном виде. Так как лупа дает прямое изображение рассматриваемых предме-
тов, то и окуляр, действующий как лупа, не обратит изображения, образо-
ванного объективом, т. е. сохранит его обращенным.
В результате при наблюдении через астрономическую, или кеплерову, трубу
мы видим наблюдаемые предметы обращенными; это значит, что предметы, рас-
положенные слева, наблюдаются в изображении справа, и точки предмета, рас-
положенные на местности выше оси, наблюдаются ниже оси. Одновременно сле-
дует отметить, что луч параллельного пучка от бесконечно удаленной точки
на оси, падающий на объектив при положительной высоте hlt
выходит после окуляра параллельно оптической оси на отрицательной
высоте—h3. Если в параллельных наклонных пучках от бесконечно уда-
ленной точки вне оси угол падения пучков отрицателен, то по выходе
из окуляра этот угол становится положительным, как это видно на
рис. 1а, и, наоборот, — при положительных углах перед объективом вышедшие
из системы пучки имеют отрицательный наклон.* Следовательно, о б р а щ е н-
но м у изо бра жению соответствует перемена знаков
углов а и высот h; система имеет отрицательное
видимое увеличение.
В зрительной трубе галилеева типа, как это видно из схем хода лучей в пуч-
ках для точки на оси и для точек вне оси (рис. 2а и 26), знаки углов и высот до
системы и после прохождения через систему не меняются, а следовательно, наблю-
даемая картина не обращается, т. е. не повернута относительно действительных
О «правиле знаков» см. т. I, гл. 2, § 4.
предметов. Наблюдаемое изображение прямое, система имеет поло-
жительное видимое увеличение.
Зрительная труба с обращенным изображением предметов неудобна для
наблюдения земных объектов, но применяется в геодезии и в астрономии при
наблюдении вех и других геодезических знаков, или звездного неба и светил.
Здесь изображение может быть обращенным и не вызывает особых неудобств
при наблюдении. В плоскости действительного изображения трубы Кеплера
может быть поставлена сетка, крестовина и любого вида шкалы, которые будут
рассматриваться вместе с изображением удаленных предметов; в этом случае
трубой можно пользоваться как измерительным прибором или прицельным
приспособлением. В случае же применения трубы Кеплера в геодезических
приборах для отсчетов по рейке с делениями, рейка ставится обращенной,
перевернутой — тогда ее изображение наблюдается прямым.
В отличие от трубы Кеплера, труба Галилея не имеет плоскости действитель-
ного изображения, так как оно мнимое, поэтому трубой этого типа можно поль-
зоваться как наблюдательной зрительной трубой, что ограничивает ее приме-
нение для военных целей; но зато труба Галилея, будучи очень простой, дает
прямое изображение предметов, — в этом ее главное преимущество перед тру-
бой Кеплера. Для получения прямого изображения в трубе Кеплера необхо-
димо ее усложнить добавлением так называемой оборачивающей системы.
Зрительные трубы простейшего типа с положительным окуляром — труба
Кеплера, и с отрицательным окуляром — труба Галилея, были крайне несовер-
шенны; изображения, даваемые ими, обладали всеми недостатками, свойственными
простым линзам. Из недостатков изображения, получаемых вследствие приме-
нения простых линз, следует отметить следующие: 1) сферическую аберрацию,
дающую общую нерезкость изображения, 2) хроматическую аберрацию (хрома-
тизм, или окрашенность изображения) и 3) аберрации наклонных пучков — кому,
кривизну поля, астигматизм, дисторсию и хроматизм увеличения. (Подробнее
см. т. I, гл. 2, § 8.)
В современных зрительных трубах применяют двойные склеенные объективы;
склейка производится пихтовым бальзамом, канадским бальзамом, а в последнее
время на наших заводах — заменителем их, так называемым бальзамином (син-
тетической смолой). (См. т. I, гл. ЗА, § 10.)
Склеенные объективы исправлены на хроматическую аберрацию; их часто
называют ахроматическими объективами. Кроме того, они обла-
дают меньшими потерями света.
Окуляры обычно обладают большим полем зрения, поэтому конструкция их
сложнее — они состоят из нескольких линз; подробнее об окулярах будет сказано
ниже (§ 7).
§ 3. Оборачивающие системы
Дальнейшим улучшением зрительной трубы было введение так называемой
оборачивающей системы. Такая система зрительных труб сложнее
галилеевой системы, но зато она дает прямое изображение и одновременно воз-
можность установки крестовин, сеток и шкал, необходимых для использова-
ния трубы в качестве прицельного или измерительного прибора.
Назначение оборачивающей системы: повернуть на 180° вокруг оптической
оси изображение, даваемое объективом. В результате двойного обращения, давае-
мого объективом и затем оборачивающей системой, изображение поворачивается
на 360° и располагается в пространстве так же, как мы видим предметы невоору-
женным глазом, т. е. в прямом виде. Нетрудно сообразить, что при четном
числе обращений будут получаться прямые изображения, при н е-
четном — обращенные, т. е. перевернутые. Дополнительные
обращения изображения выполняются различными способами.
Весьма распространены линзовые оборачивающие системы,
состоящие из одной, чаще двух линз, вводимых между объективом и окуляром.
8
На рис. 3 изображена схема зрительной трубы с линзовой оборачивающей
системой, расположенной между объективом и окуляром; объектив, обо-
рачивающая система и окуляр изображены в виде простых линз. В системе
показан ход двух лучей. Первый луч (на рисунке помечен пунктиром) идет
от основания бесконечно удаленного предмета, не показанного на рисунке;
можно считать, что этот луч идет параллельно оси на положительной
высоте + проходит последовательно через точки фокусов (Г^.) и (F'0K.}
и выходит на положительной высоте Л'. Второй луч (на рисунке помечен
сплошной линией), также выходящий из конца бесконечно удаленного пред-
мета, не показанного на рисунке, падает на объектив под наклоном о1У.
проходит через концы последовательных изображений в системе — у и уг
и выходит из окуляра под углом о', имеющим тот же знак с осью, что и
падающий луч. Обращенное действительное изображение — у служит пред-
метом для оборачивающей системы и изображается ею в прямом виде в фокаль-
ной плоскости окуляра. Знаки высот падения крайнего луча h1 и Л', идущего
параллельно оси (а = 0), одинаковы, так же как и углы наклонных лучей о*
и а', следовательно, наблюдатель будет видеть прямое изображение
предмета, и увеличение системы — положительно. Обо-
рачивающая система и окуляр, рассматриваемые в обратном ходе лучей, пред-
ставляют систему с отрицательным фокусным расстоянием и по своему действию
равносильны отрицательной линзе в галилеевой системе; передний фокус группы
линз оборачивающей системы и окуляра совмещен с задним фокусом объектива.
Рассматриваемая таким образом система зрительной трубы равноценна в отноше-
нии оборачивания системе Галилея, имеющей прямое изображение. Земная зритель-
ная труба с линзовой оборачивающей системой значительно длиннее системы Гали-
лея и длиннее астрономической трубы Кеплера на величину F'o6,FoK,—расстояния
между фокальными плоскостями объектива и окуляра, т. е. на длину оборачи-
вающей системы. Если линза оборачивающей системы расположена симметрично
относительно—у и у', то увеличение самой оборачивающей системы или
линейное увеличение (масштаб изображения), равно минус еди-
нице; знак минус означает, что происходит оборачивание изображения. Если
линза оборачивающей системы ближе к фокальной плоскости объектива, то уве-
личение оборачивающей системы больше минус единицы; если же линза ближе
к фокальной плоскости окуляра, то увеличение оборачивающей системы меньше
минус единицы, но больше нуля. В действительности оборачивающие системы,
для лучшего исправления аберраций делаются сложнее, из двух ахроматических
линз (объективов).
Зрительные трубы с линзовыми оборачивающими системами, дающие пря-
мое изображение, получили большое распространение.
На рис. 4, в изображена схема оптики зрительной трубы, имеющей следующие*
характеристики:
Увеличение...........................1,5х
Поле зрения..........................30°
Диаметр выходного зрачка.............6,8 ми
„ диафрагмы поля зрения..........30 „
Удаление выходного зрачка......около 30 »
9*
Общая длина оптической системы зрительной трубы от первой поверхности
объектива до последней поверхности окуляра 512 мм. Диаметр линз: объек-
тива 21 мм, коллектива 30 мм, линз оборачивающей системы 34 мм и окуляра
35 мм. На рис. 4,а дана схема хода лучей в этой трубе в пучках для точки на оси
(осевые пучки), а на рис. 4,6—дляточки вне оси (наклонные пучки). В наклон-
ных пучках через систему проходит 45% от диаметра сечения осевого пучка, т. е.
от диаметра входного зрачка, следовательно, для края поля зрения виньетирова-
ние равно 55%; на рис. 4,6 заштрихованы наклонные пучки, проходящие через
систему для наибольшего наклона. Схемы рис. 4, а и б построены по совме-
щенным главным плоскостям НН', так как промежутки между главными плоско-
стями никакой роли в геометрическом расчете габаритных схем не играют — это
как бы мертвые пространства. Реальная система, изображенная на рис. 4, в, рас-
считанная по габаритным схемам рис. 4, а и б, естественно длиннее на величину
AL, равную сумме расстояний между главными плоскостями отдельных опти-
ческих деталей, удлинения хода луча, вносимого плоскопараллельной пластин-
кой (сеткой), положением передней главной плоскости в объективе и задней глав-
ной плоскости в окуляре.
Рис. 4. 7 — объектив, 2 — коллектив, 3 и 4 — линзы оборачивающей системы, 5 — плоско-
параллельная пластинка со шкалой (сеткой), 6 — окуляр, Н1Н/, Н2Н2 и т. д. — совмещен-
ные главные плоскости линз, Е и Е'— фокальные плоскости объектива и окуляра
Эта разница в длинах системы по габаритному расчету и реальной системы
для данного примера составляет более 32,6 мм, т. е. около 6,4% от общей длины
оптической системы.
Линзовая оборачивающая система дает увеличение длины прибора; в неко-
торых случаях, например в перископах (см. гл. 18), где это необходимо, лин-
зовая оборачивающая система широко применяется. Недостаток ее — некото-
рое увеличение аберраций в пучках для точки вне оси, а именно кривизны изобра-
жения и астигматизма.
В военных приборах среднего увеличения (6—8х), где одновременно с пря-
мым изображением необходимо сократить длину прибора, как, например, в бинок-
лях, стали применять призменные оборачивающие системы.
Рассмотрим некоторые из этих систем.
Оборачивающая система Порро I рода состоит из двух
прямоугольных призм с острыми углами 45°. Призмы устанавливаются так, что
ребра прямых углов взаимно перпендикулярны, а грани гипотенузы обращены
друг к другу. '
На рис. 5, а показан ход лучей в призмах. Вертикальное направление обо-
значено стрелкой / и горизонтальное—стрелкой II. После двух отражений
в первой призме вертикальная стрелка I стала острием вниз, т. е. повернулась
на 180° вокруг оптической оси, горизонтальная стрелка // сохранила свое
10
направление. Вторая призма поворачивает на 180° вторую стрелку (II), со-
храняя направление первой стрелки, уже повернутой первой призмой.
В результате четырех отражений действительное изображение претерпевает’
полное обращение, т. е. оказывается повернутым вокруг оптической оси на 180°.
Пучки лучей, вышедшие из призм, смещены вниз и влево, но параллельны
своему первоначальному направлению; ось окуляра поэтому также смещена
вниз и влево, но параллельна оптической оси объектива.
Оборачивающая система Порро I рода применяется в самом распространен-
ном военном оптическом приборе — бинокле.
Система Порро 11 рода состоит из трех прямоугольных призм, — двух малых
и одной большой. Ход луча в призмах показан на рис. 5, б. Если все три призмы
склеены в одну сложную призму, то вошедшие пучки лучей выходят смещенными
только вбок. Отделением призмы 1 или 3 можно сместить в вертикальной плоско-
сти ось объектива или окуляра, чем пользуются в некоторых конструкциях визи-
ров. В системе Порро 11 рода пучки лучей, как видно из рис. 5, б, дают по выходе
из призм действительное обращенное изображение, т.е. повернутое вокруг опти-
ческой оси на 180°.
Большое распространение имеют так называемые крышеобразные
призмы, характерной особенностью которых является наличие «крыши»,
образуемой двумя гранями под углом 90°. На рис. 6а представлена крыше-
образная призма прямого зрения. Луч, прошедший через
призму, сохраняет свое прежнее направление, вследствие чего призма и полу-
чила название призмы прямого зрения. На грань 1 пучок лучей, идущий парал-
лельно оптической оси, падает под углом 45°. Призма дает полное обращение
изображения, как это видно из рис. 6а по расположению стрелок I и II. 1 и 4 —
входная и выходная грани призмы, 2 и 3 — грани крыши.
Крышеобразная призма прямого зрения развертывается в наклонную плоско-
параллельную пластинку, которая в сходящихся пучках дает астигматизм на
оси, вследствие этого призму применяют только в параллельных пучках, т. е.
перед объективами зрительных труб. Вследствие большой длины призмы и не-
возможности использования ее в сходящихся пучках лучей, призма прямого
зрения редко применяется в зрительных трубах военных приборов. Плоскость,
проходящая через ребро крыши Ог О/ и оптическую ось 00', называется плос-
костью главного сечения.
п
Та же крышеобразная призма может быть использована для отклонения опти*
ческой оси и пучков лучей на 90° от своего первоначального направления в пло-
скости главного сечения, если ось падающих пучков направлена перпендикулярно
к первой грани, т. е. по направлению нормали Н. В этом случае призма
также дает обращенное изображение, но, как и прямоугольная призма, опти-
чески развертывается в плоскопараллельную пластинку с гранями, перпендику-
лярными к оптической оси, вследствие чего применение ее возможно как в парал-
лельных, так и в сходящихся пучках.
В таком виде крышеобразная призма получила
очень широкое применение в различных монокуля- | л
рах, панорамических прицелах и разнообразных зри-
тельных трубах.
На рис. 66 показан ход лучей в крышеобраз-
ной призме с углом отклонения 90°;
геометрически призма представляет четырехгранник
(тетраэдр). На рисунке показано положение крышеоб-
Рис. 66
Н
Рис. 6а
разной призмы в монокуляре между объективом 7 и стеклянной пластинкой с
крестовиной. Стрелками I и II схематически показано обращение изображения
после объектива и после призмы. По выходе из объектива 7 лучи падают на
грань отражаются далее от граней крыши б и в и выходят через грань г,
направляясь далее к пластинке с крестовиной 3 и окуляру; грани а, б, в, г огра-
ничивают четырехгранник (тетраэдр).
В прицельных трубках для пулеметов и мелко-
калиберных орудий, стреляющих прямой наводкой,
применяются призмы, изображенные в разрезе на
рис. 7а и 76.
Рис. 7б
В призме, изображен-
ной на рис. 7а, лучи,
прошедшие через первую
грань, последовательно
отражаются на гранях
2, 3, гранях крыши 4 и
выходят через грань 5
параллельно первона-
чальному направлению.
Верхняя часть призмы
представляет часть равноугольной (60°) призмы, д, б, а', б' — грани крыши.
На рис. 76 представлен разрез призмы Шмидта с крышей, даю-
щей обращенное изображение. Лучи выходят из призмы, отклоненные на 45° от
первоначального направления; а, б, а', б'—грани крыши. Призма обладает
большой длиной хода лучей в стекле, что представляет удобство для сокращения
длины приборов.
В дальномерах и других специальных военных приборах применяются более
сложные призмы, имеющие целью не только давать обращенное изображение, но
изменять направление оптической оси, а в некоторых случаях разделять поля
зрения. Оборачивание изображения выполняется иногда несколькими призмами,
размещенными по конструктивным соображениям в различных местах прибора
как, например, в панораме и стереотрубе»
12
§ 4. Ограничение пучков
В телескопических системах, как во всякой оптической системе (см. т. I,
гл. 2, § 7), мы имеем дело с ограниченными пучками лучей. Эти ограничения про-
исходят вследствие наличия препятствий в виде оправ линз и призм и различ-
ных преград с круглыми отверстиями, так называемых диафрагм. Можно
считать, что оправы линз и призм также являются в этом смысле диафрагмами.
Диаметры их отверстий имеют существенное значение в телескопических систе-
мах; в правильно сконструированном приборе они ставятся на основании рас-
чета. Здесь применимы все формулы геометрической оптики, если за предмет
принять материальную диафрагму; материальная диафрагма и ее изображе-
ние лежат в сопряженных плоскостях и к ним применимы формулы для сопряжен-
ных плоскостей линзы (т. I, гл. 2, §5), а именно формулы линейного увеличе-
ния р'=у = —L =—у и формула Ньютона хх' ---—(/')2; вследствие этого
всегда можно вычислить величину и положение изображения любой диафрагмы,
находящейся внутри прибора. Эта часть работы выполняется в предварительной
части расчета телескопической системы, в так называемом «габаритном расчете»
(см. т. I, гл. 2, § 9), когда определяются все геометрические размеры и намечается
геометрический ход лучей будущего прибора. Рассмотрим подробнее некоторые
случаи ограничения лу-
чей.
Пусть из бесконечно
удаленной точки, нахо-
дящейся на оптической
оси (рис. 8а), идет па-
раллельный пучок лучей
в телескопическую систе-
му. Если перед объекта- Рис- 83 Рис- 86
вом нет материальной
диафрагмы или призм в оправах, то первое препятствие, которое встречает
пучок, — оправа объектива АБ. В зрительную трубу войдут только те лучи,
которые прошли между краями оправы. Остальные пучки лучей а и б в зритель-
ную трубу не попадут. Если пучок, сходящийся за объективом, не встречает на
своем дальнейшем пути какой-либо новой диафрагмы, которая может задер-
жать еще часть лучей, то оправа объектива является той диафрагмой, кото-
рая ограничивает пучок и определяет количество света, прошедшее через
прибор.
Диафрагма, или отверстие, ограничивающее пучок, называется дей-
ствующей диафрагмой, или действующим отверстием,
данной оптической системы. Во многих телескопических системах действую-
щей диафрагмой служит оправа объектива. Но возможны исключения, когда
действующая диафрагма располагается или впереди, или позади объек-
тива.
При расположении диафрагмы за объективом количество света, попадающего
в прибор, будет определяться не только диаметром диафрагмы, но и ее местом
на оптической оси. На рис. 86 диафрагма В, помещенная близко около фокуса F',
пропустит весь пучок, прошедший через объектив; эта же диафрагма, передви-
нутая в положение В’ около объектива, задержит значительную часть
пучка.
Если на оптической оси расположены несколько диафрагм одна за другой, то
нельзя по их размерам судить о том, которая из них является действующей диа-
фрагмой системы. Для этого необходимо построить в обратном ходе лучей изобра-
жения всех диафрагм через части оптической системы, им предшествующие, по
правилам построения изображений. Изображение оправы объектива будет совпа-
дать с самой оправой. Диафрагмы, расположенные между объективом и его зад-
13
диа.фраглч1
Рис. 9
ним главным фокусом, дадут в обратном ходе лучей увеличенные мнимые изобра-
жения, находящиеся дальше вправо от объектива.
Диафрагма, расположенная в главной фокальной плоскости объектива, дает
весьма большое изображение в бесконечности слева от объектива. Эта диафрагма
называется диафрагмой поля зрения (на рис. 86 D— диафрагма
поля зрения). Так как изображение этой диафрагмы совмещено с плоскостью бес-
конечно удаленного предмета, то она резко
ограничивает поле зрения прибора, отсюда и
ее название.
Наконец, оправы окуляра, находящиеся
близко за главным фокусом, изобразятся в
сильно увеличенном виде слева от объектива.
Отверстие, или диафрагма, через которую
пучки лучей входят в оптическую систему,
называется зрачком входа, или вход-
ным зрачком. Зрачком входа является
то из всех изображений диафрагм в про-
странстве предметов, которое имеет наи-
меньший диаметр; соответствующая ей мате-
риальная диафрагма внутри прибора есть
действующая диафрагма, или
отверстие. Изображение действующей диафрагмы
через последующую часть оптической системы называется выходным
зрачком, поэтому выходной зрачок является изображением входного
зрачка посредством всей оптической системы.
Луч, проходящий через центр входного зрачка и конец предмета, называется
главным лучом.
Рассмотрим теперь следующий случай (рис. 9). Между предметом АВ и зрач-
ком входа расположена промежуточная диафрагма, называемая люком
(окном) входа (входным люком).
Рассматривая точки предмета, все более и более удаленные от оси, увидим,
что часть лучей будет постепенно срезаться и при некотором удалении от оси
весь пучок лучей будет
срезан диафрагмой и ни
один луч не пройдет че-
рез зрачок входа.
Ограничение проис-
ходит не резко и выра-
жается в постепенном
уменьшении количества
света, поступающего в
систему через входной
зрачок. Такое постепен-
ное ослабление света но-
сит название в и н ь е-
т ирования. В фото-
графических"' объективах
действующее
оно очень вредно и сказывается на снимках тем, что края их получают
меньше света, чем середина. В телескопических системах виньетирование
допускается с целью уменьшения диаметров труб при возможно большом
поле зрения. Это виньетирование достигается соответствующим выбором диа-
метров оправ внутри системы при предварительном, или габаритном, расчете
системы.
Как видно из рис. 9, избавиться от виньетирования можно путем совмещения
входного люка с самим предметом. В зрительных трубах это достигается
путем устройства еще одной диафрагмы, изображение которой совпадает с пред-
метом, что дает резко ограниченное изображение. Эта диафрагма, как указывалось
14
выше, и есть диафрагма поля зрения; сна является выходным люком,
или окном.
При расчете телескопических систем заранее задаются величиной виньетиро-
вания, или затенения; в большинстве телескопических систем для края видимого
поля зрения оно имеет существенное значение, особенно в таких системах, как
морские перископы.
На рис. 10 представлен ход лучей в зрачке входа телескопической системы,
когда он находится впереди объектива и ограничивается с одной стороны опра-
вой объектива а и с другой стороны краем защитного стекла б; последнее огра-
ничение может происходить и внутри системы, например оправой второй линзы
оборачивающей системы. Из рис. 10 видно, что диаметр сечения наклонного пучка
2т составляет часть диаметра входного зрачка £>зр. вх., т. е. можно написать
2т = /С • Z)3p. вх.,
где т— ширина пучка по одну сторону от главного луча, К — коэффициент
виньетирования или затенения 0<% К <2 1.
Коэффициент К выражает затухание яркости изображения по мере наблю-
дения предметов, все более близких к краю поля зрения. Как указывалось выще,
он имеет существенное значение в телескопических системах.
Если К = 1, то в системе для наибольшего наклона падающих лучей, т. е.
для края видимого поля зрения, проходит столько же света, сколько и в пучке
для точки на оси, никакого виньетирования (затенения) или ослабления яркости
нет. Наоборот, если К — 0, или близко к нулю, то это означает почти полное
отсутствие пропускания света для края поля зре-
ния или почти полное (100%) виньетирование, т. е. яркость изображения для
края поля падает до нуля, что имеет место в морских перископах.
Обычно значение коэффициента К выражается в процентах; для большинства
телескопических систем значение К около 0,5, т. е. 50%.
На рис. 11 показан ход главного луча и положение выходного зрачка трубы
Кеплера, если входной зрачок совпадает с оправой объектива.
Выходной зрачок расположен в плоскости, проходящей через точку пересе-
чения главного луча с оптической осью после окуляра, и представляет действи-
тельное уменьшенное изображение оправы объектива через окуляр. Выходной
зрачок прибора совмещается со зрачком глаза. Если диаметр зрачка глаза меньше,
чем диаметр выходного зрачка прибора, что происходит при наблюдении в яркие
солнечные дни, когда зрачок глаза рефлекторно уменьшается, пучки лучей
света, выходящие из прибора, ограничиваются зрачком глаза. В этих случаях
входным зрачком прибора является изображение зрачка глаза через окуляр и
объектив в обратном ходе лучей.
В случае трубы Галилея выходящие из прибора пучки ограничиваются зрач-
ком , глаза, находящимся за окулярной линзой. Входным зрачком
трубы Галилея является мнимое увеличенное изо-
бражение зрачка глаза через окуляр и объектив.
15
§ 5. Увеличение телескопической системы
Угол зрения, под которым виден предмет, если его рассматривать с опреде-
ленного расстояния, тем больше, чем больше линейные размеры предмета, однако
зависимость между линейными размерами предмета и углом зрения не выра-
жается законом прямой пропорциональности. Отношение высот двух верти-
кальных предметов, через основание которых проходит горизонтальная линия
визирования (рис. 12), равно не отношению углов зрения —, а отношению тан-
генсов этих углов, т. е.
= (5,1)
У1 tgff, 4 ’
Такое же соотношение между линейными
размерами и углами имеет место для любой
плоскости, проходящей перпендикулярно к ли-
нии визирования. Поэтому естественно считать за
меру увеличения телескопической системы отно-
шение taa-
Г = ^_. (5,2)
tgs ’
где Г — называется видимым увеличением телескопической системы;
а — угловое расстояние какой-нибудь точки предмета от линии визирова-
ния. Угол а отсчитывается по главному лучу (§ 4) от оптической оси —
линии визирования (рис. 11 и 14);
о' — угловое расстояние при наблюдении вооруженным глазом через при-
бор. Угол а' отсчитывается по главному лучу, проходящему через выход-
ной зрачок после окуляра (рис. 11 и 14).
Определим видимое увеличение телескопической системы в сопряженных
плоскостях входного и выходного зрачков; для увеличения применимы те же
формулы, которые имеют
место для увеличения
в сопряженных плоско-
стях линзы, в частности,
формула для линейного
увеличения, и соотноше-
ние между увеличениями
линейным и угловым.
(См. т. I, гл. 2, § 5.)
Расстояния от наблюдае-
мого предмета до зрачка глаза и до входного зрачка
вследствие значительности этих расстояний, можно считать равными, так как
разница в расстояниях по сравнению с самими этими расстояниями мала. Кроме
того, всякая зрительная труба окружена воздухом, вследствие чего показатели
преломления до системы и после системы равны, т. е. п = п' — I. Тогда из общего
п • F • Л
выражения для видимого увеличения Г=
так как к = £, к' — п = п', получаем выражение
Р о
где р'о — линейное увеличение в зрачках телескопической системы.
С другой стороны, можно показать, что линейное увеличение 0' телескопи-
ческой системы равно линейному увеличению в зрачках Р'о.
На рис. 13 представлен предмет (У), через конец которого и край входного зрачка
проходит луч, параллельный оптической оси. Если предмет передвинуть из поло-
зд Входа
4 -*&< 1
зз. So/то да
т 1
’ jpJtotxofajp i ~
। зо.О ход а. —t ____
____________L 1 Т
т
Рис. 13
4'
з;
зрительной трубы,'
(5,3)
♦ Здесь к и к' — расстояния от предмета до зрачка глаза при наблюдении без оптической
системы и с ней; —6 и — g'—расстояния от входного зрачка трубы до предмета и от выход-
ного зрачка до изображения. См., например, «Оптотехника», изд. Военно-возд. акад. РККА
им. проф. Н. Е. Жуковского, 1931, стр. 46.
16
жения А в положение Аь то изображение переместится из положения А' в А\,
однако вершины предмета и изображения останутся на той же высоте. Следова-
тельно, линейное увеличение зрительной трубы постоянно и не зависит от поло-
жения предмета, поэтому его можно приравнять увеличению в зрачках
Линейное увеличение системы равно линейному
увеличению в зрачках и есть величина постоян-
ная.
Системы, обладающие такими свойствами, называются телескопиче-
скими.
Так как зрительная труба находится в воздухе, то
= = (5.5)
где -f — угловое увеличение в сопряженных точках.
Из выражения (5,5) следует, что
= р (5,5а)
Из сопоставления выражений (5,2); (5,3); (5,4); (5,5а) следует, что видимое
увеличение системы есть величина постоянная, равная
л tg а' 1 1 £*зр. вх. _
1 = — = -7-г- = Y = vt = -------= постоянной величине,
tge ' ft) Цф. вых.
Зр б ходи
(5,6)
Зр.вй/эсода.
гл. луч
Рис. 14
Определим видимое
увеличение телескопиче-
ской системы в зависи-
мости от фокусных рас-
стояний объектива и оку-
ляра для трубы Кеп-
лера.
На рис. 14изображен
случай трубы Кеплера,
когда входной зрачок совпадает с объективом. F{ и F2 — совмещенные точки
фокусов объектива и окуляра, f\ — заднее фокусное расстояние объектива,
(—/2) — переднее фокусное расстояние окуляра. Как известно (см. т. I, гл. 2,
§ 5), линейное увеличение в сопряженных плоскостях линзы выражается фор-
мулой f
?' = —7’ (V)
где х — расстояние объекта от переднего фокуса линзы;
/ — переднее фокусное расстояние.
В данном случае (рис. 14), линзой является окуляр, поэтому / = /2, а
Х. = — fi, т. е. заднему фокусному расстоянию объектива с обратным знаком,
так как направление отрезка х отсчитывается от точки F2 влево. Подставив эти
значения в равенства (5, 7) и (5,4), получим линейное увеличение в зрачках
зрительной трубы в виде соотношения
= (5,8)
или, заменив /2 через — /г (по формуле Гельмгольца),
= (5,9)
2 Оптика в военном деле—215.
17
Линейное увеличение в зрачках равно отношению
задних фокусных расстояний окуляра и объектива
с обратным знаком.
Из сравнения (5,9) и (5,4) следует
Так как величины /1 и f'2 для трубы Кеплера положительные, от знак минус
показывает, что выходной зрачок есть обратное изобра-
жение входного; это видно также из рис. 1а, где йг и й2 разных знаков.
Формула (5,9) будет иметь место и в том случае, когда входной зрачок не
совпадает с плоскостью объектива. Можно доказать, что линейное увеличение
телескопической системы остается постоянным для любой пары сопсряженных
плоскостей и всегда выражается равенством (5,9).
Из. общего выражения (5,6) и (5,9) следует еще, что
Г=-^.-. (5,11)
•'2
Видимое увеличение телескопической системы
равно отношению заднего фокусного расстояния
объектива к заднему фокусному расстоянию оку-
ляра с обратным знаком.
Увеличение зрительной трубы тем больше, чем больше фокусное расстояние
объектива и чем меньше фокусное расстояние окуляра. Так как фокусные рас-
стояния объектива и окуляра — величины постоянные, то они остаются постоян-
ными для любой пары сопряженных плоскостей.
В случае зрительной трубы с отрицательным окуляром (труба Галилея)
получается та же формула (5,11). Так как при этом — /2—заднее фокусное
расстояние окулярной линзы — отрицательно, то видимое увеличение Г оказы-
вается положительным, что соответствует прямому изображению через трубу
Галилея; это видно также из рис. 2а, где и Л2 одного знака.
Призменные оборачивающие системы не влияют на численное значение уве-
личения, а только меняют его знак. Если телескопическая система рассматри-
вается с призмами, развернутыми в плоскопараллельные пластинки, то знак
увеличения не меняется.
Как указывалось выше, для того чтобы получить зрительную трубу с пря-
мым изображением и положительным увеличением, между объективом и оку-
ляром вводят линзовую оборачивающую систему с линейным увеличением jT.
В этом случае видимое увеличение системы равно произведению увеличений
Г = -~у-б---?оо. с., (5,12)
/ ок.
где З'об> с> — линейное увеличение оборачивающей системы.
Можно показать, что в случае параллельного хода лучей между линзами
оборачивающей системы
р\ ______/5
; оо. с. — /2 /
где /з — заднее фокусное расстояние второй линзы оборачивающей системы;
/2 — заднее фокусное расстояние первой линзы оборачивающей системы.
Из (5,12) и (5,13) получаем
р = .21. (5,14)
/ок. /2
Как видно из выражения (5,14), знак у формулы положительный, значение
всех величин положительно, поэтому видимое увеличение также положительно,
чему соответствует прямое изображение (рис. 3).
Если фокусные расстояния линз оборачивающей системы равны, т. е. /'3 —
= /2', то увеличение всей системы равно отношению фокусного расстояния объек-
тива к фокусному расстоянию окуляра с положительным знаком. Оборачиваю-
щую систему с окуляром можно рассматривать как одну сложную систему отри-
цательного окуляра. Соотношением (5,6) в различных формах можно пользо-
ваться для того, чтобы найти увеличение телескопической системы опытным
путем, не зная фокусных расстояний объектива и окуляра. Для этого перед объек-
тивом ставится диафрагма известных размеров или шкала с делениями и изме-
ряется величина изображения диафрагмы или шкалы за окуляром. Увеличе-
ние Г будет равно отношению величины объекта к величине изображения.
§ 6. Поле зрения
Во входной зрачок зрительной трубы попадают пучки параллельных лучей
под сравнительно большими углами к оптической оси, но далеко не все наклонные
пучки, прошедшие через входной зрачок и объектив, пройдут дальше через опти-
ческую систему. Допустим, что между объективом и окуляром (рис. 16 и И) нет
никаких дополнительных преград. Вполне понятно, что наклонные пучки лучи!
под наибольшими углами с оптической осью после преломления через объектив
могут полностью пройти мимо окуляра. Изображения точек объекта, даваемые
такими пучками, не будут видны при наблюдении в окуляр. От менее наклон-
ных пучков будет задерживаться часть лучей, т. е. будет иметь место боль-
шое виньетирование (§ 4), или малое пропускание.
С дальнейшим уменьшением наклона пучков виньетирование станет меньше,
соответственно пропускание—больше. Наконец, для некоторого угла о, образуе-
мого наклонными пучками с оптической осью, виньетирование будет равно нулю,
а соответственное пропускание достигнет наибольшей величины, т. е. будет рав-
но пропусканию осевых пучков, как это показано на рис. 1а и 11.
Наибольший угол наклона пучков, которые полностью или частично с опре-
деленным процентом виньетирования проходят через оптическую систему, опре-
деляет поле зрения, т. е. величину той части пространства, которая одно-
временно изображается через данный прибор. При отсутствии дополнительных
преград между объективом и окуляром поле зрения не имеет резких границ,
яркость изображения, уменьшаясь к краям поля зрения, постепенно доходит
до нуля. Значительно затененный край поля зрения не имеет практической цен-
ности. В телескопических системах обычно эту часть поля зрения устраняют
вовсе. Для этого в фокальной плоскости объектива помещают специальную д и а-
фрагму поля зрения с круглым отверстием (см. выше, § 4).
На рис. 15 представлена схема астрономической зрительной трубы с^о к у-
ляром Рамсдепа и диафрагмой поля зрения. Величина
поля зрения определяется диаметром этой диафрагмы 2у' и фокусным расстоя-
нием объектива Д'; наибольший угол наклона главного луча со сто-
роны объектива находится из равенства
tg° = -/-. (6,1)
/об.
Угол всего поля зрения составляет 2а, иногда поле зрения обозначают 2^.
Можно показать, что и при вынесенном перед объективом входном зрачке
для поля зрения имеет место то же выражение (6,1).
Проведем (рис. 16) вспомогательный луч,
проходящий через заднюю главную точку В'
объектива под тем же наклоном а, что и глав-
ный луч; этот луч пройдет через линзу без
преломления, так как угловое увеличение в
главных точках у = 1, поэтому угол этого
луча с осью за объективом будет также а.
С другой стороны, вспомогательный луч можно
рассматривать как часть широкого парал-
лельного пучка, идущего от бесконечно удаленной точки предмета, расположен-
ной вне оси, следовательно, этот пучок соберется в одной точке, лежащей
в фокальной плоскости вне оси; эта точка — конец предмета у'.
Следовательно, и вспомогательный луч пройдет через конец предмета, так как
юн является одним из составляющих параллельного пучка лучей, образующего
с осью угол а. Это весьма важное построение позволяет находить положение
изображения точек бесконечно удаленного предмета в фокальной плоскости
объектива или окуляра, если рассматривать последний в обратном ходе
лучей.
Из треугольника B’F'A получаем то же выражение (6,1) для определения
угла поля зрения
а
Рис. 17
Для того чтобы в зрительных трубах с линзовой оборачивающей системой
не происходило дополнительного ограничения и срезания поля зрения, в фокаль-
ной плоскости объектива обычно ставится простая плосковыпуклая линза
с определенной оптической силой — коллектив. Осевые пучки лучей прохо-
дят через главные точки коллектива, следовательно, они проходят без прелом-
ления. Напротив, на главные и наклонные пучки коллектив оказывает прелом-
ляющее действие, заставляя их направляться в оборачивающую систему под
такими углами, чтобы не срезалось поле зрения, не увеличилось бы виньети-
рование и выходной зрачок после всей системы получился бы на нужном рас-
20
стоянии от окуляра, если окуляр сам не содержит коллективной линзы, как,
например, окуляр Рамсдена; иногда плоская поверхность коллектива исполь-
зуется одновременно для нанесения шкалы или сетки, но в этом случае плоская
поверхность коллектива должна совпадать с фокальной плоскостью объектива.
На рис. 17, б представлена зрительная труба с линзовой оборачивающей систе-
мой и коллективом в фокальной плоскости объектива; на схеме (рис. 17,а) показан
ход главного луча, наклонных пучков и крайнего осевого луча.
Как видно из этой схемы, если бы не было коллектива, пучки наклон-
ных лучей вместе с главным лучом прошли бы мимо линз оборачивающей
системы; ход пучка наклонных лучей без коллектива показан на схеме пункти-
ром. Следовательно, без коллектива зрительная труба обладала бы меньшим
полем зрения. Нетрудно видеть из той же схемы, что на ход осевых пучков лучей
устранение коллектива не повлияет.
Действительное, или истинное, поле зрения может
быть задано или в угловой мере (в градусах) и обозначается через 2 а или 2р,
или в линейных единицах, отнесенных к определенной дистанции, обычно
к 1000 м.
Так, например, поле зрения б-кратного бинокля (8°) соответствует ши-
рине поля в 140 м на расстоянии 1000 м. Это нетрудно проверить, так как
2tgT = 0’140 = -S.
Обратный пересчет линейного поля в угловое также не представляет затруд-
нений.
Угол поля зрения со стороны окуляра называется видимым, или к а-
жущимся, полем зрения.
Этот угол 2 а' зависит от диаметра диафрагмы поля и от фокусного расстоя-
ния окуляра /qK-, причем здесь имеет место такое же соотношение, как и для
объектива, а именно
/ок.
Из соотношения (5,6) может быть также найден угол
tgа'= Г. tga = (6,3)
/ об.
Для приближенных подсчетов можно тангенсы углов заменить самими углами.
Например, для бинокля 6-кратного увеличения с действительным полем 8°
получаем
О- = Ц^ = 24О, или 2 а'=48°.
Величина поля зрения со стороны изображения определяется конструкцией
окуляра, главным образом степенью его исправления в отношении качества
изображения. При больших углах наклона крайние пучки, проходящие окуляр,
дают на краю поля изображение, сильно искаженное вследствие аберраций на-
клонных пучков. Поэтому при заданном увеличении Г нельзя одновременно зада-
вать произвольно большое действительное поле зрения. Для различных окуля-
ров одного и того же типа действительное поле зрения тем меньше, чем больше
увеличение зрительной трубы, как это следует из соотношения
tgo=V’ (6,4)
Поле зрения трубы Галилея отличается тем, что не имеет резкой границы.
Угловая величина поля зависит от положения зрачка глаза относительно оку-
ляра и может быть определена только для заданных условий наблюдения. Поле
21
зрения трубы Галилея всегда значительно меньше поля зрения телескопических
систем с положительным окуляром.
§ 7. Устройство окуляров
Наиболее сложной деталью зрительной трубы является окуляр, за исклю-
чением окуляра трубы Галилея, состоящего из простой отрицательной линзы.
Все положительные окуляры, как правило, представляют собою более или менее
сложные системы, состоящие, по меньшей мере, из двух линз.
В простых зрительных трубах употребляется изображенный на рис. 15 окуляр
Рамсдена, состоящий из двух линз. Общее фокусное расстояние окуляра
приблизительно равно расстоянию между ~
Л/’ А/
зр. ftbiTodo
fiburtta
н.2 ч]
Рис.
и
Рис. 186
18а
/у'
линзами. Точка переднего фокуса
расположена близко около первой
линзы (коллектива), точка заднего
фокуса окуляра расположена
около второй линзы (глазной). По-
этому выходной зрачок также рас-
полагается очень близко около по-
следней линзы окуляра. Поле зре-
ния окуляра, при котором еще по-
лучается удовлетворительное изо-
бражение на краю поля, сравни-
тельно небольшое—около 15—20°.
Дальнейшим развитием окуляра
Рамсдена явился окуляр Кель-
нера, получивший значительное
распространение. Глазная линза
изготовляется из двух линз. По-
ложение главных плоскостей /7/7'
всего окуляра, коллективной и
глазной линз представлено на
рис. 18а. Выходной зрачок полу-
чается более удаленным, чем в оку-
ляре Рамсдена. Окуляр Кельнера
дает удовлетворительное изображе-
ние при помощи пучков лучей,
угол наклона которых с оптической
с .ыо достигает 24—25°, следовательно, поле зрения окуляра составляет 48—50°.
Окуляр применяется в б-кратном бинокле. Диафрагма поля зрения находится,
как и у всех положительных окуляров, в передней фокальной плоскости. В этой
же плоскости обычно располагается сетка или шкала с делениями.
Довольно широкое применение получил окуляр простой конструкции, изобра-
женный на рис. 186. Он применяется в винтовочных и снайперских прицелах,
а также используется в качестве коллиматора в авиационных прицелах с коль-
цевой сеткой. Поле зрения этого окуляра от 24 до 45°, относительное отверстие
от 1 : 4 до 1 : 2, что соответствует диаметрам выходных зрачков от б до 12 мм,
при фокусном расстоянии 24 мм. Удаление выходного зрачка равно фокусному
расстоянию и доходит в некоторых прицелах до полуторафокусного (1,5 /') рас-
стояния. Положение главных плоскостей всего окуляра НН’, коллективной
склеенной и простой глазной линз показано на рис. 186; главные плоскости
двойной склеенной линзы HjHi вынесены дальше других плоскостей в сторону
выходного зрачка. Окуляр имеет также значительное расстояние от диафрагмы
поля зрения до первой поверхности, что представляет значительное удобство
в конструктивном отношении.
Симметричный окуляр (рис. 19) состоит из двух одинаковых склеен-
ных линз, обращенных кронами внутрь. Удаление выходного зрачка от послед-
ней поверхности окуляра составляет около 0,8 фокусного'расстояния. Большое,
удаление выходного зрачка требуется для прицельных трубок, во избежание
повреждения глаза при отдаче, и наблюдения в противогазе, когда нельзя поме-
стить глаз близко к окуляру. Поле зрения симметричного окуляра достигает
40—45°. Он применяется в пулеметных и танковых пушечных прицелах.
Хорошее исправление сферической и хроматической аберраций делает его
особенно подходящим в тех случаях, когда в фокусе окуляра стоит сетка или
шкала. Симметричный окуляр применяется при фокусных расстояниях от 8
до 60 мм.
Для всякого окуляра важно знать увеличение в з р а ч к а х, т. е.,
иными словами, положение входного и выходного зрачков, так как от этого зави-
сят значения аберраций наклонных пучков. На рис. 19 показано положение
входного и выходного зрачков окуляра и ход главного луча.
Угловое увеличение в зрачках равно
tg о’ h • s s
tg a s' • Il s'
(7,1)
где s и s' — положения входного и выходного зрачков относительно главных
плоскостей окуляра. Чем с более длиннофокусным объективом применяется оку-
ляр, тем дальше расположен входной зрачок относительно окуляра, тем, сле-
довательно, больше s, т. е. больше увеличение в зрачках.
Для бесконечно удаленного положения входного зрачка окуляра главный
луч проходит параллельно оптической оси через край диафрагмы поля зрения,
следовательно, после окуляра он пройдет через точку заднего фокуса, или около-
нее, вследствие наличия аберраций в зрачках. Такой ход главного луча назы-
вается телецентрически м. Когда в диафрагме поля зрения устанавли-
ваются двигающиеся сетки или шкалы, расположенные на некотором расстоя-
нии друг от друга так, что фокальная плоскость не совмещена ни с одной из шкал,
а находится между ними, то появляется параллакс, который можно умень-:
шить применением окуляра с телецентрическим ходом главного луча. В этом слу-
чае главный луч проходит параллельно оси и, следовательно, пересекает шкалы’
на одинаковой высоте, вследствие чего параллакс уменьшается.
Большое поле зрения имеют окуляры Эрфле, состоящие из пяти,
линз. Увеличение числа линз в окуляре позволяет лучше исправить аберрации
наклонных пучков и тем самым повысить поле зрения. На рис. 20а представлен
окуляр Эрфле с удаленным выходным зрачком, удаление зрачка в этом типе оку-
ляра равно фокусному расстоянию. Поле зрения достигает 50°.
Другой окуляр Эрфле является как бы усложненным окуляром Кельнера,
в котором глазная линза состоит из двух двойных склеенных линз. Конструк-
ция этого окуляра и положение главных плоскостей изображены на рис 206.
Удаление выходного зрачка от последней поверхности окуляра небольшое и
составляет около 10 мм при фокусном расстоянии 25 мм. Поле достигает 68 V
Почти таким же полем зрения обладает окуляр Эрфле, у которого симметрич-
ная ординарная линза расположена между двойными склеенными линзами. Поле
зрения этого типа окуляра достигает 70°. Конструкция этого окуляра и положе-
23
ние главных плоскостей отдельных линз и всего окуляра НН представлены на
рис. 20в. Удаление выходного зрачка различно для различных увеличений в зрач-
ках, но чаще всего лежит в пределах 17—20 мм при фокусном расстоянии оку-
ляра 25 мм.
В окулярах с большим полем зрения аберрация дисторсии для края
поля зрения часто бывает более 10%. Этот недостаток изображения, свойствен-
., ный некоторым широкоугольным
системам, приводит к тому, что
в окулярах кажущееся,
или видимое, поле зре-
ния в выходном зрачке 2 а'
несколько больше поля зре-
ния, определяемого из простых
геометрических построений 2а0'.
Как видно из рис. 20в,
tg°o’ = -A (7,2)
/ок.
Рис 20а
Рис. 20б.
Рис. 20в
Угол главного луча с оптической
осью в выходном зрачке а' больше
угла а0' иногда на Г и больше. В
этом заключается явление дистор-
сии в широкоугольных окуля-
рах.
Вредным явлением в телеско-
пических системах и широко-
угольных окулярах является
аберрация взрачках,
выражающаяся в том, что лучи
главных и наклонных пучков,
образующих большие углы с
оптической осью, пересекают ее
ближе к окуляру, а для мень-
ших наклонов пучки пересечений
с осью располагаются дальше.
Вследствие аберрации в зрачках
не все лучи большого окулярного поля могут пройти сразу через входной зра-
чок глаза, расположенный в выходном зрачке прибора, и не все поле может быть
обозреваемо без соответствующего смещения глаза, как это видно из рис. 21;
As' — зона аберрации в выходном зрачке.
Всякая хорошо рассчитанная и изготовленная телескопическая система должна
давать по выходе из окуляра параллельные осевые и наклонные пучки. Но идеаль-
ных систем не бывает; вследствие наличия остаточных аберраций, не поддающихся
исправлению, отступлений при изготовлении оптических деталей (допусков)
и недостатков сборки из окуляра выходят пучки, близкие к параллельным, но
не строго параллельные.
Некоторые из простейших окуляров, например трехлинзовый окуляр
(рис. 186), обладающий большим относительным отверстием, и симметричный
24
окуляр, применяются в качестве объективов в зрительных трубах с малым уве-
личением (I—1,5х), но с большим полем зрения.
§ 8. Зрительные трубы переменного увеличения
Перемена увеличения в зрительных трубах осуществляется различными спо-
собами, из которых применяются следующие: 1) смена окуляров, 2) перемещение
линз вдоль оптической оси в оборачивающей системе, 3) смена линз оборачиваю-
щей системы с различными фокусными расстояниями при условии сохранения
параллельного хода лучей между первой и второй линзой оборачивающей системы,.
4) изменение фокусного расстояния объектива посредством добавочных линз,
5) включение добавочной телескопической системы, чаще всего галилеевой
системы, перед объективом, 6) включение галилеевой системы в параллельном
ходе лучей между линзами оборачивающей системы, 7) система призм, в ко-
торой призма или зеркало пере-
ключается из системы одного объ-
ектива в систему другого объектива
с другим фокусным расстоянием,
8) система призм, в которой приз-
ма или зеркало переключает пучкт
лучей поочередно на два окуляра
с разными фокусными расстоя-
ниями.
Для удобной и быстрой смены
Рис. 22
окуляров некоторые зрительные
трубы снабжены револьверным приспособлением, в котором закреплено несколько
окуляров, замена одного окуляра другим достигается поворотом револьвера.
Другой способ изменения увеличения — перемещение линз вдоль оптиче-
ской оси — основан на том положении, что при заданном расстоянии между
фокальными плоскостями объектива и окуляра существует два положения линз
оборачивающей системы, при которых изображения не выходят из фокальной
плоскости окуляра.
Если обозначить отношение увеличений, или кратность, через К, тогда линей-
ное увеличение в соответствующих положениях I и II равно
pi = — YK и рп =
1
(8.1>
К
Так, например, если кратность К = 2, то значения увеличений Pj = —0,707,
₽'п =-1,414.
Чаще всего система переменного увеличения осуществляется из двух линз
для лучшего исправления системы, т. е. уменьшения ее аберраций. На рис. 22
изображена такая система.
Можно подобрать ряд таких взаимно соответствующих положений линз 1 и 2,
чтобы изображение не выходило из фокальной плоскости окуляра; в этом слу-
чае каждая из линз 1 и 2 будет двигаться по своему закону.
Такие трубы называются панкратическими, они позволяют не-
прерывно изменять увеличение, не прерывая наблюдения.
На рис. 23 показано устройство такой системы в разрезе.
Добавочной телескопической системой, включаемой для перемены увеличе-
ния, служит галилеева трубка, включаемая в параллельный ход лучей перед
объективами или между линзами оборачивающей системы. Галилеева трубка по-
зволяет изменять увеличения пропорционально 4- Y К и Н—т= > где — крат-
V К
ность, или отношение увеличений. Общее увеличение будет равно произведению
увеличений Г = 1\ • Г2, где 1\ — увеличение зрительной трубы без добавочной
системы, Г2 — увеличение добавочной системы.
Простой способ перемены увеличения в оборачивающей системе, имеющей
параллельный ход, путем замены линз с одним фокусным расстоянием линзами
25
< другим фокусным расстоянием, при постоянном положении фокальной плоско-
сти, не требует пояснений.
Во всех случаях перемены увеличения одновременно меняются действитель-
we поле зрения и диаметр выходного зрачка.
С уменьшением увеличения действительное поле зрения и диаметр выходного
зрачка становятся
при большом увеличении имеют место малое
поле зрения и малый выходной зра-
чок.
Окулярное поле зрения, а следовательно,
и диаметр диафрагмы поля зрения обычно
сохраняют свою величину; диаметр входно-
го зрачка постоянен, меняется диаметр вы-
ходного зрачка. Удобство панкратических
зрительных труб как раз в том, что, смотря
по надобности, можно наблюдать большое
поле зрения при малом увеличении, или
же уменьшить действительное поле зрения
за счет большого увеличения.
болыпе;
S
§ 9. Видимая яркость изображения.
Светосила
Интенсивность зрительного впечатления
зависит от количества света, попадающего на
каждый отдельный элемент сетчатой оболочки
глаза. В сумерках мы плохо различаем дета-
ли предметов, улавливая лишь общие кон-
туры. Предметы плохо различимы также и
через оптические приборы, если последние
пропускают слишком мало света в глаз. Све-
товые раздражения сетчатой оболочки оце-
ниваются нами как видимая, или
субъективная, яркость изо-
бражения.
Видимая яркость обычно не связана
непосредственно с действительной яркостью
в фотометрическом смысле, т. е. с интен-
сивностью светового потока в определенном
направлении. При наблюдении невооружен-
ным глазом точечного объекта
весь световой поток, прошедший через
зрачок глаза, попадет на отдельный свето-
чувствительный элемент сетчатой оболочки.
В этом случае видимая яркость пропорцио-
нальна величине светового потока Fo, попа-
дающего в глаз.
Обозначим силу света источника через Л
расстояние до него через г; диаметр зрачка
тлаза через £>0. Величина светового потока будет
Fo = b-J-^2. (9,1)
есть площадь зрачка глаза.
Если наблюдение ведется при помощи трубы с нормальным увели-
чением (диаметр выходного зрачка равен диаметру зрачка глаза), то в глаз
проходит весь световой поток, прошедший через входной зрачок, за исключением
той его части, которая теряется в самом приборе вследствие поглощения в стекле
и отражения от поверхностей линз. Обозначив через q коэффициент
прозрачности прибора, находим, что световой поток, прошедший
через прибор и попадающий в глаз, будет равен
- Л 2
4 (9.2)
где £>j — диаметр входного зрачка. Так как при нормальном увеличении
Р1 = Г.ро, (9,3)
то отношение световых потоков и видимых яркостей будет равно
F, D 2
-=^ = <7-Г2. (9,4)
Г О 4^0
При увеличении, большем нормального, в глаз попрежнему попадает весь
световой поток, прошедший через прибор. При увеличении, меньшем нормаль-
ного, выходным зрачком является зрачок глаза, а входным — изображение
зрачка глаза через окуляр и объектив (в обратном ходе лучей). Отношение диа-
метров входного и выходного зрачков при этом не изменяется. Таким образом
равенство (9,4) остается в силе для всех случаев наблюдения точечных объек-
тов через телескопическую систему; видимая яркость точечных
объектов пропорциональна квадрату увеличения
прибора.
Иной результат получается при наблюдении широких светящихся освещен-
ных предметов. Изображение таких предметов на сетчатке захватывает несколько
светочувствительных элементов. В этом случае видимая, или субъективная,
яркость определяется освещенностью на сетчатке и, следова-
тельно, зависит также от размеров изображения на сетчатке глаза.
При наблюдении невооруженным глазом световой поток распределяется на
некоторой площади сетчатки с0. Освещенность Ео на сетчатке и видимая яркость
пропорциональны -°-. При наблюдении того же объекта в зрительную трубу
со
световой поток, определяемый равенством (9,1), распределяется на площади
сетчатки определяемой из равенства
q-Co-1'2. (9,5)
Освещенность на сетчатке Ег и видимая яркость теперь пропорциональны
р
Отношение видимых яркостей при наблюдении через прибор и для невоору-
женного глаза будет
или, в силу равенств (9,4) и (9,5),
На основании (5,6) можно написать соотношение
^=D2, (9,8)
где D2 — диаметр выходного зрачка; равенство (9,7) может быть представлено
в виде
£„ 4 D*
(9,9)
27
При нормальном увеличении, когда D2 = Do, отношение видимых яркостей
равно q, т. е. коэффициенту пропускания прибора. При увеличениях, меньших
нормального, это соотношение не изменяется: фактически выходным зрачком
является зрачок глаза, а входным — его изображение в плоскости объектива.
Отношение видимых яркостей в обоих случаях определяется лишь коэффи-
циентом пропускания прибора, который меньше единицы. Если же
выходной зрачок прибора меньше, чем зрачок глаза (Ь2 < £>0), то види-
мая яркость пропорциональна квадрату диаметра вы-
ходного зрачка.
В случае трубы Галилея или других систем, у которых края поля зрения
затеняются какими-либо диафрагмами, все указанное здесь остается верным
лишь для центральной части поля зрения. По мере приближения к краям поля
видимая яркость убывает вследствие затенения (виньетирования).
В то время как точечные объекты при наблюдении в прибор кажутся ярче,
общий фон поля зрения кажется темнее, чем при наблюдении невооруженным
глазом. Для наблюдения звездного неба выгодно пользоваться зрительными
трубами с увеличением, которое значительно больше нормального.
Звезды при этом видны в виде ярких точек на весьма темном фоне. (В большие
телескопы звезды видны даже при дневном солнечном свете.)
Через приборы военного назначения всегда приходится наблюдать изобра-
жения широких, неточечных объектов; увеличение больше нормального
здесь невыгодно, так как уменьшает видимую яркость предметов, находящихся
в поле зрения.
Отношение q • называется светосилой телескопической системы.
Условно светосила обозначается числом, равным
квадрату диаметра выходного зрачка £>22- Если говорят,
что светосила данного прибора равна 25, то это значит, что диаметр выходного
зрачка равен 5 мм.
Как известно, диаметр зрачка глаза не есть величина постоянная при всех
условиях наблюдения. При сильном свете зрачок глаза уменьшается, а ночью
и в сумерки, наоборот, расширяется. У светосильных телескопических систем,
предназначенных для ночных наблюдений, выходной зрачок прибора делают
больше, чем нормальные размеры зрачка глаза. Кроме того, большой выходной
зрачок выгоден, когда прибор во время наблюдений подвергается тряске или
толчкам; поле зрения остается освещенным не только при совмещении глаза
с центром выходного зрачка, но при некотором отклонении последнего.
Видимая яркость предметов, наблюдаемых через зрительную трубу, зависит
от коэффициента пропускания прибора q. Для приборов со сложной оптической
системой, состоящей из большого количества деталей, q значительно меньше 1
и иногда принимает значения 0,12—0,2. Основные причины потерь
света в оптическом приборе: отражение от поверхностей стекла и поглощение
в стекле. Все это относится к осевым пучкам, в наклонных присоединяется еще
затенение, или виньетирование.
От каждой поверхности стекла, граничащей с воздухом, отражается не меньше
4% падающего на эту поверхность света (формула для точного расчета коэффи-
циента отражения приведена в т. I, гл. 1, § 6).
При значительном числе поверхностей потери на отражение составляют глав-
ную долю всех потерь света в приборе. Так, например, в трубке призмен-
ного бинокля, где имеется 12 отражающих поверхностей, теряется на отражение
около 45% света. Если учесть также потери от поглощения света в стекле, то
получим для бинокля q — 0,45, т. е. пропускание меньше половины.
В панорамной прицельной трубе число отражающих поверхностей 16, ход
луча в стекле 13 см. Если принять коэффициент поглощения стекла равным
0,01 на 1 см толщины, а коэффициент отражения г=0,05 для каждой поверх-
ности, то получим следующее приближенное значение для коэффициента прозрач-
ности: q — 0,9516 • 0,9913 = 0,4 или около 40%. В некоторых приборах (морские
28
перископы) число поверхностей превышает 40. Потери света в подобных прибо-
рах всегда чрезвычайно велики и доходят до 80—88%. В последнее время при-
меняются способы химической и физической обработки поверхностей оптических
деталей, позволяющие уменьшить главные потери в приборе на отражение
(см. т. I, гл. ЗА, § 8).
Существуют, однако, условия, когда при выборе телескопической системы
для наблюдения приходится жертвовать прозрачностью прибора для того, чтобы
возможно больше выиграть в увеличении. Это — условия суме-
речных и ночных наблюдений, к которььм часто приходится
прибегать при современной тактике боевых действий.
Можно характеризовать эффективность телескопической системы,* в случае
наблюдения точечных источников, величиной N, определяемой формулой
(9,10)
где Е — пороговое, т. е. едва различимое на фоне определенной яркости значе-
ние блеска (освещенности, создаваемой в точке наблюдения при нормальном
падении света); Ет— то же при наблюдении через телескопическую систему.
Пороговый блеск Е зависит от яркости фона В.
Для наблюдателя, смотрящего в телескопическую систему, происходит изме-
нение блеска источника и яркости фона. Эти изменения зависят от следующих
характеристик телескопической системы;
q —коэффициента пропускания,
Г — увеличения,
D2 — диаметра выходного зрачка системы,
Do — диаметра зрачка глаза.
Введем еще величину к, характеризующую отношение диаметров зрачков
выхода прибора D2 и зрачка глаза Do, определяя ее следующим образом:
Для увеличения Г нормального и меньше нормального (О2 Do) к = I.
Для увеличения Г больше нормального (О2 Do) к =
(Нормальное увеличение соответствует случаю О2 = О0).
Из условия, что на пороге различения видимость всех объектов одинакова,
можно вывести* следующие соотношения для значения N в трех случаях уровней
яркости фона:
а) для яркостей 10~4 апостильба и меньше
1 = к* q • I'2-, (9,10а)
0) для малых яркостей от 10-4 до 102 апостильба (до 3,18 миллистильба)
(сумеречные и ночные условия наблюдений)
N^-k-Vq- Г2; (9,106)
в) для больших яркостей, выше 102 апостильба (3,18 миллистильба):
N = Г2. (9,10в)
В качестве примера сравним выгодность применения в сумеречных и ночных
условиях наблюдения для различения точечных источников, например для
наблюдения самолета, обнаруженного лучом прожектора, трех биноклей 4 х 50,
6 х30 и 8x30, для случая б) — по формуле (9,106); здесь D9 = l мм, al),
соответственно 7, 5 и 4 мм; q равно соответственно 0,85, 0,45, и 0,415.
♦ А. А. Г е р ш у н, Об оценке оптических приборов по видимости точечных источников,
Доклады Академии Наук СССР, т. XXXIII, № 9, стр. 494—496, 1941.
29
Для бинокля Галилея 4 х 50
N = 4 У 0,83 • 42 = 1.4,8,
для призменного бинокля 6 X 30
JV = А . /0Д5 • 62 = 17,2,
для призменного бинокля 8 х 30
N = А-/бЛТ5'-82 = 23,5.*
Таким образом, несмотря на то, что наиболее светосильной и прозрачной си-
стемой является бинокль Галилея 4 х 50, выгоднее, в указанных условиях
наблюдения, применение бинокля 8 х 30.
Еще более эффективно было бы применение для этих целей стереотруб 10 X 50
и 10 х 45.
§ 10. Разрешающая сила
Разрешающей силой принято называть способность оптического
прибора раздельно изображать очень мелкие и очень близко друг от друга рас-
положенные детали объекта. Различные приборы при одинаковом увеличении
могут обладать неодинаковой разрешающей силой. Конструктор-вычислитель,
выбирая разрешающую силу, исходит главным образом из назначения прибора.
При этом он считается с выбранным увеличением, стараясь сделать так, чтобы
нужное увеличение было обеспечено подходящей (рациональной) разрешаю-
щей силой.
То обстоятельство, что прибор с хорошо исправленными аберрациями обла-
дает все же ограниченной разрешающей силой, нельзя объяснить с точки зре-
ния геометрической оптики. Подробное изучение явлений, происходящих в фо-
кальной плоскости объектива прибора, показывает, что хотя лучи, исходящие
из светящейся точки на объекте, и собираются хорошим объективом достаточно
точно в одно место, но распределение световой энергии в этом месте не соответ-
ствует ни точке, ни даже пятну. Изображение светящейся точки всегда имеет вид
сложной картины, состоящей из светлого центрального кружка, окружение! о
чередующимися темными и светлыми концентрическими кольцами.
Такой характер изображения светящейся точки связан с явлениями д и ф-
фракции света и подробно объясняется диффракционной теорией изобра-
жения (см. т. 1,гл. 1,§ 7).Теория диффракции не только объясняет самый факт
появления колец вокруг центрального кружка, но и дает возможность вычис-
лить их размеры и интенсивность.
При обычных условиях наблюдения, например при наблюдении звезд в би-
нокль, — кольца не видны вовсе из-за малости размеров и незначительной интен-
сивности. Диаметр объектива в бинокле достаточно велик, чтобы диаметры пер-
вых колец получились очень малыми, а увеличение окуляра достаточно мало,
чтобы не дать глазу возможности рассмотреть эти кольца.
Теоретически число колец в изображении светящейся точки — бесконечно.
Однако распределение энергии по кольцам таково, что около 95% всей энергии
приходится на центральный максимум и первые три кольца: все остальные кольца
реально существуют, но содержат всего только около‘5% всей энергии изобра-
жения и поэтому обычно не наблюдаются.
* Как показали исследования, выполненные Н. Ауслендер и А. Гершуном за последние
годы в ГОИ, экспериментально определенные значения коэффициента N получаются мень-
шими, чем теоретически вычисленные. Это, повидимому, объясняется следующим образом.
Невооруженный глаз обнаруживает светящуюся точку на пороге восприятия боковым зре-
нием. Наблюдение через оптическую систему либо ведется менее чувствительным централь-
ным зрением, либо, если глаз поворачивается, то его зрачок смещается относительно зрачка
выхода оптической системы и виньетирование вызывает дополнительные потери света.
30
За предел разрешающей силы оптической системы принимаю^
до некоторой степени условно и произвольно, такое расстояние между светя-
щимися точками, когда центр светлого кружка в диффракционной картине одной
точки приходится против первого темного кольца соседнего изображения.
В главе о физической оптике (т. I, гл. 1, § 7), было выведено выражение для угло-
вого расстояния <? между точками в этом случае
__ 138'^
? " D 1
где D — диаметр выходного зрачка оптической системы в миллиметрах.
Предпринимая вычисление наименьшего разрешаемого угла, мы исходили
из условия, что в качестве наблюдаемого объекта перед прибором имеется абсо-
лютно контрастная картина, состоящая из двух близко друг к другу располо-
женных светящихся точек на черном фоне. Однако приведенные рассуждения
имеют смысл и в случае крупных самосветящихся или освещенных посторонним
светом объектов. Такие объекты мы всегда можем представить себе состоящими
из большого числа светящихся точек, для каждой из которых все вышесказан-
ное остается справедливым. Для крупных объектов резкость их очертаний, так же
как и возможность замечать мелкие детали на них, зависит от разрешающей
силы прибора. Правда, сильно контрастные объекты в практике земных наблю-
дений встречаются сравнительно редко, а для малых контрастных объектов вели-
138"
чина 7 должна быть несколько большей, чем . Кроме того, практическая раз-
решающая сила приборов меньше теоретической, так как расчет и изготовление
прибора производятся недостаточно совершенно.
Несмотря на некоторую условность, теоретическая разрешающая сила
является одной из важнейших характеристик оптических приборов.
Следует отметить, что у первоклассных телескопических приборов, и в осо-
бенности у астрономических труб, практическая разрешающая сила весьма
близка к теоретической.
Для астрономических наблюдений строят телескопы с весьма большим диа-
метром объективов с целью получения большой разрешающей силы; диаметр
наибольшего из существующих телескопов равен 2,5 м; ведутся работы по кон-
струированию телескопа диаметром 5 м. Такой телескоп теоретически должен
разрешать угловые расстояния двух близких звезд около 0,03".
Военные оптические приборы нельзя делать слишком большими и громозд-
кими. Обычно наименьшее разрешаемое расстояние у приборов для земного на-
блюдения составляет несколько секунд (от 2 до 10м).
§11 . Качество изображения
Другой важной характеристикой телескопического прибора является каче-
ство изображения. Прибор с наилучшим качеством изображения дол-
жен удовлетворять следующим условиям. Изображение абсолютно контрастного
черно-белого объекта, даваемое таким прибором, должно быть, во-первых, гео-
метрически подобно объекту. Во-вторых, оно должно сохранять общую контраст-
ность объекта. В-третьих, угловые размеры нерезкости (размытия) границ и дета-
лей изображения должны быть соразмерны с теоретической величиной наимень-
шего разрешаемого угла. И, наконец, в-четвертых, изображение бесцветного
объекта не должно быть окрашенным ни в целом, ни в деталях.
Реальные оптические приборы редко удовлетворяют всем этим требованиям.
Это объясняется несовершенством их расчета и изготовления.
Как было указано выше, в конце § 2, при расчете прибора вычислители в силу
мно1их причин вынуждены ограничиваться более или менее несовершенным
исправлением систем. Это означает, что еще при проектировании прибора ему
присвоены некоторые остаточные аберрации, которые, даже при точном выпол-
нении прибора в производстве, должны несколько снизить теоретическую раз-
31
решающую силу и ухудшить качество изображения. Влияние различных абер-
раций на качество изображения — различно. Сферическая аберрация порождает
ореолы вокруг светлых мест изображения; хроматические аберрации дают окра-
шенность границ деталей изображения в радужные цвета; кома вносит несим-
метричную нерезкость; астигматизм влечет за собою неравномерное разрешение
w-разному ориентированных деталей объекта; кривизна поля не дает возмож-
ности фокусировать одинаково резко по всему полю изображения, а дисторсия
ведет к искажению формы в изображении объекта.
Помимо дефектов, которые вносятся регулярными аберрациями, качество
изображения страдает также и от неточностей в изготовлении прибора. Ошибок
•.этих может быть очень много.
В оптическом стекле могут оказаться свили, неоднородности, натяжения
«(см. т. 1, гл. ЗБ). Показатель преломления стекла и его дисперсия могут полу-
читься во время варки не совсем такими, как это задано расчетом.
При изготовлении оптических деталей могут произойти ошибки, относящиеся
к их форме; радиусы кривизны поверхностей линз, их диаметры и толщины, углы
призм и их линейные размеры выполняются лишь с известной точностью. Нако-
нец, качество обработки оптических поверхностей и их взаимная центрировка
также могут быть недостаточно совершенны.
Ошибки изготовления усугубляют вредное влияние расчетных остаточных
«аберраций на качество изображения и вносят новые дефекты в него: общий фон
рассеянного света, двоение изображения, общую размытость очертаний и неко-
торые другие нерегулярные последствия.
Дефекты изображения, происходящие от остаточных аберраций и от неточ-
ности изготовления в некоторой мере влияют на разрешающую силу прибора,
хотя в общем нужно считать, что качество изображения не связано непосред-
ственно с разрешающей силой.
В значительно большей степени эти дефекты вредны сами по себе в тех слу-
чаях, когда дефект (будь то размытая граница или цветная кайма) наблюдается
глазом в окуляр под углом, большим, чем 60".
§12 . Испытание разрешающей силы и оценка качества изображения
Для испытания разрешающей силы и качества изображения телескопической
системы пользуются специальной таблицей, составленной из 16 квадратов со
J5
111И.Ш
7
IIIII
1111 % Q1
у 7
№
штрихами различного направления
(рис. 24). В каждом квадрате расстояние
между серединами штрихов одинаково;
для рядом расположенных квадратов оно
постепенно увеличивается. Для количе-
ственной оценки разрешающей силы
таблицу помещают в передней фокальной
плоскости специального длиннофокус-
ного объектива, или коллиматора;
если расстояние между серединами двух
соседних штрихов в каком-нибудь квад-
рате равно а, то угловое расстояние ср,
под которым видны эти штрихи из центра
объектива, составляет -у-, где / — фокус-
ное расстояние коллиматора, или, в угло-
вых секундах:
а • 206 000м
’ =-----?;
Фокусное расстояние коллиматора и размер таблицы удобно взять такими,
«чтобы <р было равно тому числу секунд, которое показано рядом с данным квад-
32
ратом. (Испытание может вестись также и без коллиматора. Для этого необхо-
димо таблицу удалить на такое расстояние, чтобы можно было установить окуляр
испытуемого прибора на резкость изображения.)
При рассматривании таблицы через испытуемый прибор штрихи в некоторых
квадратах, более тесно расположенные, будут сливаться; принято говорить, что
такие штрихи не разрешаются данным прибором. Более крупные будут видны
раздельно. Замечая самые мелкие штрихи, которые разрешаются испытуемым
прибором, мы тем самым определяем его разрешающую силу. Обычно картина,
рассматриваемая непосредственно через окуляр испытуемого прибора, слишком
мелка: штрихи не различаются глазом, хотя объектив прибора их разрешает.
Для правильности оценки разрешающей силы прибора необходимо, чтобы глаз
видел наименьшую угловую величину, разрешаемую объективом, под углом, не
меньшим, чем 60". Так, объектив бинокля 6 х 30 должен разрешать = 4,6".
За окуляром соответствующий угол будет 4,6 х 6 = 27,6". Для того чтобы
видеть раздельно все, что разрешается обьективом бинокля, необходимо доба-
вочное увеличение. Поэтому при испытании разрешающей силы за
испытуемым прибором ставят еще небольшую зрительную трубу с увеличением
от 4 до 10. Прибор считается весьма хорошим по разрешающей силе, если наи-
меньшее разрешаемое прибором угловое расстояние близко к теоретическому,
138" 60"
т. е. , и удовлетворительным, когда оно превышает —, где у — увеличение
прибора.
Сказанное относится к центру поля зрения. К краям поля зрения разрешаю-
щая сила уменьшается, вследствие аберраций наклонных пучков.
Одновременно с количественной оценкой разрешающей силы, на той же кол-
лиматорной установке, по изображению той же таблицы судят о качестве изобра-
жения, которое оценивают отдельно от разрешающей силы. Точных признаков
и указаний для такой оценки не существует. Иногда качество изображения оце-
нивают баллами — от 5 до 1. Оценка сопровождается отдельными замечаниями
описательного характера. Изображение считается безупречным, если при не
слишком большом добавочном увеличении светлые штрихи таблицы выступают
резко на совершенно темном фоне.
Вообще оценка качества изображения требует значительного навыка.
3 Оптика в военном деле—215,
Раздел VII
ПРИБОРЫ НАБЛЮДЕНИЯ
Значительная часть военных оптических приборов предназначена для
наблюдения, визирования и прицеливания.
Под визированием подразумевается наведение оси прибора на инте-
ресующий предмет.
Процесс прицеливания по существу ничем не отличается от визи-
рования, так как в этом случае производится совмещение прицельной марки
оптической части прицела с изображением цели или вспомогательной точки в слу-
чае непрямой наводки при стрельбе с закрытых позиций.
Некоторые сложные приборы позволяют производить, наряду с наблюде-
нием, также целый ряд измерений. Так, например, перископ подводной лодки
дает возможность определить цель и ее параметры, т. е. местоположение корабля
противника, его тип, его курсовой угол и скорость, расстояние до него, а также
осуществить прицеливание для стрельбы торпедой.
Даже более простые приборы иногда выполняют несколько функций. Обыч-
ный полевой бинокль с сеткой в поле зрения может служить не только как при-
бор для наблюдения, но и как угломерный, а при известных размерах цели позво-
ляет определять и дистанции. Та же сетка в поле зрения бинокля позволяет кор-
ректировать артиллерийский огонь.
Стереотрубой очень часто пользуются как просто наблюдательным прибо-
ром; та же стереотруба, поставленная на лимб, дает возможность измерять
углы на местности как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. По-
этому разбивка оптических приборов на вполне определенные группы по роду
выполняемых ими задач весьма затруднительна. В дальнейшем изложении рас-
пределение произведено по самым общим признакам по основному назначению
рассматриваемого прибора.
В нижеследующих разделах (VII, VIII, IX, X, XI) изложены принципы дей-
ствия, характеристики и, частично, конструкции наиболее простых оптических
приборов, относящихся к наблюдательным, визирным и прицельным. Более слож-
ным приборам отведены специальные главы.
В основном два вида условий военной обстановки заставляют прибегать
к приборам для наблюдения как к искусственному «вооружению»
органов зрения человека: стремление наблюдателя, во-первых, видеть как можно
больше и дальше, и не только увидеть, но и распознать объект наблюдения и.
во-вторых, рассмотреть противника и его сооружения, оставаясь незамеченным
им. Эти два обстоятельства и определили характер наблюдательных при-
боров.
Это—приборы с увеличением, позволяющие видеть с больших расстояний (зри-
тельные трубы), и приборы для наблюдения из-за укрытий (перископы). Четког о
разграничения здесь, однако, провести нельзя, так как имеются приборы для
наблюдения из укрытых мест, одновременно обладающие увеличением и вместе
с тем снабженные устройством для отсчета углов положения цели.
34
Глава 17
ЗРИТЕЛЬНЫЕ ТРУБЫ, БИНОКЛИ, СТЕРЕОТРУБЫ
§ 1. Зрительные трубы и их классификация. § 2. Призменный бинокль.
§ 3. Стереотрубы. § 4. Ночные зрительные трубы.
§ 1. Зрительные трубы и их классификация
Основным назначением зрительных труб, применяемых в военной обстановке,
является наблюдение за полем боя и обнаруживание целей. Если зрительная
труба или бинокль снабжены специальными сетками, то с их помощью произ-
водится корректировка артиллерийского огня путем измерения углов в поле
зрения прибора. Для удобства наблюдений и распознагания целей, конструк-
ция всех зрительных труб, применяемых в боевых условиях, обеспечивает
прямое изображение рассматриваемых пред-
метов.
Зрительные трубы разделяются на* м о-
н окулярные и бинокулярные,
т. е. предназначаемые для наблюдения одним
или сразу двумя глазами; бинокулярное на-
блюдение уменьшает утомляемость глаз и дает
некоторую стереоскопичность, облегчающую
рассматривание местности по глубине. В та-
ких случаях говорят, что прибор обладает
пластичностью.
Различают пластичность п о л н у ю (сте-
реоскопичность) и удельную, или отно-
сительную. Последняя есть отношение рас-
стояния между центрами объективов к рас-
стоянию между центрами окуляров. Полной
пластичностью называют произведение удель-
ной пластичности на увеличение. Для полу-
чения неискаженной перспективы наблюдае-
мой местности необходимо, чтобы удельная
пластичность в данном приборе была равна
Рис. 25. Бинокулярная зрительная
труба Цейсса со сизннымиокулярами
его увеличению.
К военным бинокулярным зрительным трубам относятся бинокли призмен-
ные (§ 2) и типа трубы Галилея, большие и малые стереотрубы (§ 3).
Одним из основных параметров, характеризующих Телескопическую систему,
является увеличение; важна также величина поля з р е н и я (см.
гл. 16, § 5 и 6). Как указывалось выше, величина ноля зрения обратно про-
порциональна увеличению прибора. Приборы, предназначенные для наблюдения
в боевой обстановке имеют среднее увеличение в пределах 6—10 \ Стремле-
ние использовать в благоприятных условиях большее увеличение, имея в то
же время возможность вести наблюдение и при средних увеличениях, привело
к созданию конструкций зрительных труб с переменным увеличением. Последнее
может быть достигнуто, между прочим, перемещением линз- оборачивающей
системы (панкратические трубы) и сменой окуляров (подробно о различных
способах смены увеличения см. 1л. 16, § 8).
Панкратическая зрительная труба немецкой фирмы Цейсса допускает изменение
увеличения, которое может быть осуществлено в пределах 4—20х. Ее оптиче-
ские характеристики следующие: фокусное расстояние объектива 230 мм, дна-
метр свободного отверстия 48 мм, диаметр выходного зрачка при указанных
пределах увеличения от 11,5 до 2,4 мм, угловое поле зрения; соответственно
12,5—2°,5. Общая длина трубы 520 мм, а ее вес 1,9 кг. Пользоваться этой
трубой можно как с рук, так и путем применения легкого штатива.
На рис. 25 показана бинокулярная зрительная труба Цейсса со сменными
окулярами. Она имеет следующие оптические характеристики:; фокусное рас-
35
стояние объектива 500 мм, диаметр его свободного отверстия 80 мм. Применяя
одну из трех пар различных окуляров, укрепленных на револьверной головке
барабана призменной части тубуса, можно получить следующие увеличения:
12х, 20х и 40х. Соответственно диаметры выходных зрачков равны 6,7,4;
и 2 мм, светосила 45, 16 и 4. Поле зрения трубы при использовании указанных
окуляров составляет 3,5, 2,1 и 1°. Вследствие относительно большого веса,
который достигает 8,2 кг, а также небольших полей зрения, наблюдение с рук
с помощью подобного рода трубы является затруднительным. Поэтому обычно
они снабжаются легкими и в то же время устойчивыми штативами.
Для оборачивания изображения в
этих трубах применена система призм
Порро второго рода (см. выше, гл. 16,
Рнс. 26. Панорамическая система: Р± —отра-
жатель, Р2 — призма Дове. Зрительная труба:
— объектив, Р3 — крышеобразная призма,
L2L3 — окуляр, В — пластинка с перекрестием,
G — предмет, Gt — его изображение
§ 3).
Для бинокулярного наблюдения
установка окуляров соответственно
расстоянию между глазами наблюда-
теля достигается поворотом обеих
эксцентрично выступающих частей ту-
буса с заключенной внутри них обо-
рачивающей системой призм. По при-
веденному рисунку можно видеть, что
геометрические центры их не совпа-
дают с осями тубусов обеих труб
с укрепленными в них объективами.
Поворот совершается в разные сто-
роны на один и тот же угол.
Если прозрачность воздуха позво-
ляет наблюдать на достаточно боль-
шие расстояния, что нередко случается
на морскохМ берегу, то могут быть
применимы зрительные трубы с еще
большими увеличениями. В таких
случаях обычно применяются моноку-
лярные трубы, установленные на устойчивых штативах. У подобной зрительной
трубы типа «Азадул» немецкой фирмы Цейсса изменение увеличения
достигается, как и в предыдущем случае, сменой трех окуляров на револь-
верном барабане. Увеличения соответственно достигают 33\ 52х и 72х. Обора-
чивание изображения осуществляется также посредством призм Порро. Для
фокусировки на различные дальности предусмотрена кремальера.
Оптические характеристики этой трубы следующие: фокусное расстояние
объектива 1300 мм, диаметр его свободного отверстия 110 мм. Диаметры вы-
ходных зрачков при применении указанных трех окуляров равны 3,3, 2,1 и
1,5 мм, а угловое поле зрения трубы соответственно составляет 1,3, 0,8 и 0°,6.
Пример этого прибора ясно показывает, что такого рода зрительные трубы
обладают весьма небольшими полями зрения, что затрудняет быстрое отыскива-
ние целей.
На основании опыта прошлых войн обычным полем зрения для артилле-
рийского прибора наблюдения для дальностей 2—3 км и больше принято счи-
тать поле зрения, равное 6—8°.
Наименьшим полем зрения для военных наблюдательных приборов принято
считать угол 3—4°.
Поэтому зрительные трубы большого увеличения часто снабжаются вспомо-
гательными трубами-искателями с увеличением 4—6х и полем зре-
ния 8—10°. Труба-искатель укрепляется к тубусу основной трубы так, что
визирные оси обеих систем взаимно параллельны.
Уместно заметить, что зрительные трубы с большими увеличениями —
30—40х т выше — применяются также и как приборы для обмена сигналами.
36
Своеобразную группу по своему конструктивному оформлению составляют
так называемые «ночные» зрительные трубы, которые обеспечивают наблюде-
ния и поиски цели в условиях слабых освещенностей (см. далее, § 4).
Описание зрительных труб, позволяющих вести наблюдем ия из-за укрытий
(так называемые перископические зрительные трубы), вы-
делено в отдельную главу (гл. 18).
Составной частью ряда военных оптических приборов (перископы, прицелы —
см. ниже, гл. 18, §4; гл. 19, § 17; гл. 25, § 5 и 6) является так называемая
панорамическая система, позволяющая наблюдать все про-
странство вокруг наблюдателя при неизменном положении окуляра. Это дости-
гается тем, что верхняя часть прибора (головка панорамы), содержащая прямо-
угольную призму Pi (рис. 26), называемую отражателем, может вра-
щаться на 360° вокруг вертикальной оси. Для того чтобы изображение предмета
при этом все время оставалось прямым, вслед за призмой Р1 до объектива зри-
тельной трубы (или между линзами оборачивающей системы, в параллельном
пучке) ставится трапецеидальная призма Р2 (призма Дове) (см. т. I, гл. 2, § 3),
называемая выпрямляющей. Если призма Р2 будет вращаться в том же
направлении, что и призма Рг, но с половинной угловой скоростью, то она будет
компенсировать поворот изображения, который получился бы при повороте
одной призмы Рг Это совместное вращение осуществляется так называемым
дифференциалом (см. ниже, гл. 25, рис. 212), который состоит из трех
конических шестерен: двух больших, одна из которых неподвижна, а другая сое-
динена с вращающейся головкой прибора, и малой (так называемый сателлит),
находящейся между ними. Сателлит неподвижно скреплен с призмой Дове. При
вращении одной из' шестерен сателлит катится по второй, причем ось его совер-
шает круговое перемещение вокруг оси прибора со скоростью, в два раза меньшей
скорости вращения большой шестерни и головки прибора; с такою же скоростью,
следовательно, вращается и призма Дове.
Некоторые видоизменения в оптике панорам рассматриваются ниже (нал] н-
мер гл. 25, § 5).
§ 2. Призменный бинокль
Наиболее распространенным биноклем в военном деле является приз-
менный бинокль 6-кратного увеличения. Основным его назначением, как
уже указывалось, является наблюдение за полем боя, а также измерение
углов по сетке бинокля. Призменный бинокль — универсальный прибор,
необходимый для каждого рода войск: пехоты, артиллерии и др.
Как наблюдательный прибор бинокль требуется каждому командиру, снай-
перу и разведчику.
Все эти обстоятельства требуют от оптической системы бинокля возможности
рассматривать изображения предметов на фоне отчетливо видимой сетки. Под-
ходящей для этого оптической системой, как отмечалось в предыдущей главе,
является система зрительной трубы Кеплера.
Выбор оборачивающей системы для этого бинокля определяется условиями
его эксплоатации. Он должен быть легким и не иметь большой длины. Здесь по-
этому совершенно непригодна оборачивающая линзовая система (как в прицель-
ных трубках или перископах), так как она приводит к удлинению всей системы.
Выходом из затруднения является применение призменной оборачивающей си-
стемы Порро первого рода (см. гл. 16, § 3), которая ставится между объекти-
вом и его фокальной плоскостью. Призмы устанавливаются в корпусе бинокля
на специальных мостиках таким образом, что ребра их прямых углов взаимно
перпендикулярны, а гипотенузные грани обращены друг к другу (рис. 27а).
Такая система дает полное оборачивание изображения и направляет лучи парал-
лельно тому же направлению, в каком они шли от объектива.
37
Объектив призменного бинокля ахроматический, склеенный из двух линз.
Справа объектива является входным зрачком бинокля; свободное отверстие объек-
тива вместе с увеличением характеризует тип бинокля; например, наиболее рас-
пространенный бинокль 6 х 30 имеет увеличение 6х и диаметр объектива 30 мм;
выходной зрачок такого бинокля равен —^Ум = 5 мм. Бинокль 8 х40 при том
же выходном зрачке имеет большее увеличение и больший диаметр объектива.
Б фокальной плоскости объектива правой трубки бинокля находится изме-
рительная сетка, вытравленная на стеклянной пластинке. Общий вид сетки
вместе с изображением виден на рис. 276. Расстояния между делениями сетки
равны: в горизонтальном направлении между большими штрихами 0-10,
между большим и соседним маленьким штрихами 0-05, в вертикальном на-
правлении между двумя соседними также 0-05; угловая мера здесь обычная
артиллерийская,* в тысячных дистанции.
За сеткой находится сложный окуляр Кельнера (см. гл. 16, § 7), состоя-
щий из простой собирательной линзы (коллектив) и склеенной ахроматической
глазной линзы. Окуляр такого типа дает поле зрения до 50°, что соответствует
50°
истинному полю зрения 6-кратного бинокля -у-=8°,3. В 6-кратном бинокле
Рис. 27а
объектив обычно имеет фокусное расстояние 120 мм, окуляр — 20 мм.
На окуляр навинчена глазная раковина, в плоскости среза которой нахо-
дится выходной зрачок всей системы бинокля. Поднося бинокль вплотную
к глазам, мы совмещаем плоскость выходного зрачка бинокля со зрач-
ком нашего глаза; это совмещение является необходимым условием для наблю-
дения в бинокль и использования всего его поля зрения и светосилы. Для воз-
можности фокусировки окуляра на сетку (для близоруких или дальнозорких
наблюдателей) окуляр сделан передвижным на винтовой нарезке; пере-
движение осуществляется вращением окуляра вокруг его оси. Передвижение это
контролируется по специальной диоптрийной шкале на наружной оправе оку-
ляра. Установка окуляра на нуль шкалы соответствует наблюдению нормаль-
ными глазами, при этом наблюдатель отчетливо будет видеть сетку и изображе-
ние предмета одновременно. Наблюдатель, имеющий дефекты глаз,—близору-
кость (—) или дальнозоркость (4~),—должен для наблюдения без очков ставить
окуляры на деление, соответствующее диоптриям его очков; например, если он
носит очки, которые имеют для правого глаза —3 диоптрии, для левого —4 диоп-
трии, он должен повернуть правый окуляр до —3 деления, левый до —4 деле-
ния; тогда при наблюдении без очков он увидит одновременно отчетливо и сетку,
и изображение пре; мета. Если очки полностью исправляют зрение и наблюдатель
* См. ниже, гл. 2i § 1, стр, 121.
пользуется биноклем в очках, окуляры должны быть поставлены на нуль. Воз-
можность установки окуляров по глазам дается обычно в пределахzt 8 диоптрий.
При недостаточно хорошей установке окуляров по глазам наблюдатель должен
будет аккомодировать глаза, чтобы получить отчетливое изображение; может
случиться, что в некоторых случаях усилий аккомодации будет недостаточно и
отчетливого изображения не будет.
При неправильной установке по глазам часто оба глаза бывают различно
аккомодированы, что при продолжительном наблюдении будет создавать быструю
утомляемость глаз.
Обе трубки бинокля соединяются на одной шарнирной оси (рис. 27а), которая
обеспечивает параллельность оптических осей этих трубок и позволяет раздви-
гать окуляры вместе с трубками по глазному расстоянию. Нормальным считается
расстояние между зрачками глаз, направленных на далекую точку, равное 65 мм;
однако это расстояние у различных людей подвержено значительным коле-
баниям.
Шарнирное соединение необходимо для совмещения центров выходных
зрачков бинокля с центрами зрачков глаз, чтобы использовать все количество
света, идущее через выходные зрачки бинокля.
Расстояние между центрами выходных зрачков может быть установлено по
шкале, находящейся на обращенном к наблюдателю конце шарнирной оси.
В биноклях, выпускавшихся за последние годы, шарниры устроены так, что
специальная поджимная гайка дает возможность регулировать усилие, необхо-
димое для раздвижения обеих половинок бинокля. К этим биноклям прилагается
необходимый для подвинчивания гайки ключ. Снаружи гайка закрывается защит-
ной шайбой.
Пластичность бинокля. Бинокль, являясь бинокулярным прибором,
увеличивает пределы нашегостереоскопического зрения. В главе о глазе (т. 1, гл. 7)
мы видели, что способность различения глубины пространства при остроте сте-
реоскопического зрения 8 = 10" определяет радиус стереоскопического зрения
/?, равный -4- — 1,35 км, где b — расстояние между центрами зрачков глаз.
Для бинокля этот радиус повышается по двум причинам: 1) база бинокля В (рас-
стояние между центрами объективов) больше базы глаз в -у раз; 2) глаз, воору-
женный оптическим прибором углового увеличения у, может различать углы
в у раз меньшие, чем это доступно невооруженному глазу, т. е. острота стереоско-
о
пического зрения повышается до величины — сек.
В целом радиус стереоскопического зрения увеличивается в i раз и будет
равен
(2,1)
о д' о
Величина у ? = П и называется, как отмечалось выше (§ 1), полной пла-
стикой бинокулярного прибора.
Для 6-кратного бинокля имеем: В = 2Ь, у = 6, откуда П = 12.
Если перейдем к оценке точности стереоскопического зрения, то опять-таки
для каждой данной дистанции точность восприятия глубины пространства по
сравнению с невооруженным глазом возрастает в П раз. В самом деле, мы имеем
формулу дистанции
D = —,
е ’
где е — параллактический угол (см. ниже, гл. 23, § 5).
Абсолютная точность оценки дистанции равна
___________________ dD = -в ’
* См. гл. 24, § 1, ф. (1,3).
39
б
wo так как для вооруженного глаза острота зрения есть —, то для него имеем
точность восприятия 7
. n _ D4 _ £>26 b _ D4 1
аи~ Вт ~ Ь ' В -т~ ь “ п»
(2,2)
т. е. ошибки различения по глубине для вооруженного глаза по сравнению с не-
вооруженным уменьшаются в П раз. Это обстоятельство позволяет при наблю-
дении в бинокль различать глубину пространства на таких расстояниях, которые
для невооруженного глаза уже недоступны. Совершенно ясно, что с увеличе-
нием полной пластики П увеличиваются и возможности стереоскопического
восприятия пространства.
Свойство бинокля увеличивать возможность восприятия глубины легко про-
верить на опыте, если рассматривать в бинокль деревья удаленного на несколько
километров леса. Невооруженным глазом все группы деревьев будут казаться
на одном расстоянии, между тем при рассматривании в бинокль резко будут
выступать промежутки между
в
Рис. 28
отдельными группами, осо-
бенно если смотреть по листве
деревьев.
Светосила бинокля,
как и всякой телескопической
системы, определяется общей
прозрачностью оптической си-
стемы и квадратом диаметра
выходного зрачка. Для приз-
менного бинокля первый
фактор имеет большое значе-
ние, так как много света (50—
60%) теряется на отражение
от преломляющих поверхно-
стей, число которых доходит
до 10—12, а также на погло-
щение в толще стекла призм
(см. т. I, гл. 8, § 3). Для создания светосильного бинокля можно итти
по пути призменного бинокля с большим выходным зрачком; при этом
необходимо иметь в виду, что нет смысла делать бинокль с выходным
зрачком больше максимальных размеров зрачка глаза, т. е. 8 мм, так как
в таком случае зрачок глаза будет диафрагмировать свет и являться фактическим
выходным зрачком бинокля. Другая возможность — применение бинокля
с меньшим количеством стекол; таким является галилеевский бинокль, кото-
рый может иметь всего 4—6 преломляющих поверхностей и около 2 см тол-
щины стекла. Это сильно повышает прозрачность системы по сравнению с приз-
менным биноклем, но тогда бинокль становится непригодным для измерений.
Поле зрения. Современная техника боя предъявляет к биноклям, кроме
требования большой светосилы, еще одно очень важное требование — достаточно
большое поле зрения. В этом направлении мы имеем, вследствие наличия оку-
ляра, некоторый технический предел, дальше которого при современном состоя-
нии техники построения оптических приборов итти нельзя. Окуляр является
самостоятельной оптической системой и дает изображение достаточно хорошего
качества лишь в пределах своего вполне определенного поля зрения.
Угловое поле зрения всего оптического прибора меньше поля зрения окуляра
этого прибора в у раз, если у есть угловое увеличение. Бинокль 6-кратного уве-
личения с окуляром Кельнера не может дать поле зрения свыше =8с20’.
(50\°
-gj — 6° 15',
40
Увеличение поля зрения связано с созданием нового типа окуляра. Лишь после
того как появился сложный окуляр Эрфле (см. гл. 16, § 7) с полем зрения
70°, стало возможным построение биноклей 8-кратного увеличения с большим
полем зрения, равным = 8°45'.
Какое значение для бинокля имеет большое поле зрения, видно из рис. 28,
где изображен один и тот же участок при наблюдении его различными способами.
Рис. 28, а соответствует картине, которая видна при наблюдении невооружен-
ным глазом: большое поле зрения и плохое различение деталей. Рис. 28, б: на центр
участка наведен галилеевский бинокль 6-кратного увеличения; мы имеем хоро-
шее различение деталей при весьма ограниченном поле зрения. Наконец, рис. 28,#
относится к случаю наблюдения через призменный бинокль также
6-кратного увеличения; здесь имеем хорошее различение деталей при значитель-
ном поле зрения. Совершенно очевидно отсюда, как важно иметь значительное
увеличение при сохранении больших размеров поля зрения. Эти иллюстрации
показывают далее, что галилеевский бинокль вообще имеет очень скромные раз-
меры поля зрения по сравнению с призменным.
Неудобство наблюдения через бинокль при надетом противогазе заклю-
чается в том, что стекла противогаза не позволяют прижать обыкновенный би-
нокль к глазам и совместить выходной зрачок прибора со зрачком глаза. Окуляр
Эрфле имеет несколько отодвинутый от оправы выходной зрачок; удаление выход-
ного зрачка от последней поверхности глазной линзы окуляра в таких случаях
берется не менее 23 мм. В бинокль с таким окуляром можно смотреть, находясь
в противогазе. Имеется, кроме того, специальный противогазовый окуляр с мень-
шим полем зрения, но с достаточно удаленным выходным зрачком. Для наблю-
дения в бинокль с подобными окулярами без противогаза на трубках окуляра
имеются дополнительные трубки, которые выдвигаются и дают возможность,
прикладывая удлиненные оправы непосредственно к глазам, совмещать выход-
ной зрачок бинокля со зрачком глаза.
Различные страны выпускают в настоящее время большое количество разно-
образных типов биноклей. Табл. 1 дает сводку основных оптических данных и
вес наиболее характерных из этих типов.
Таблица 1
Увеличение Свободное отверстие объектива в мм Поле зрения в градусах Диаметр выходного зрачка в мм J Пластичность • Вес в г
i ' удельная полная
6х 30 8,5 5 2,0 12,0 <540
8х 30 8,5 3,75 2,0 16,0 600
8х 40 8,75 5 2,1 16,8 1040
7х 50 7,3 7,1 2,1 14,9 1100
10х 50 5 5 1,1 11,0 1185
12х 40 4,2 3,3 2,1 25 1000
16х 40 3,2 2,5 2,1 34 950
18х 50 2,8 2,8 1,2 22 1090
Наиболее распространенными в настоящее время являются первые три типа*
биноклей.
Применение светофильтров, как известно, облегчает наблюдение в трудных
для видимости условиях. Обычно к современным биноклям прилагаются желто-
зеленые стекла. Последние заключены в специальные оправы, которые наде-
ваются на обе окулярные раковины прибора.
§ 3. Стереотрубы
Стереотруба является бинокулярным оптическим прибором с переменной
пластичностью, которая может достигать достаточно больших значений, при-
мерно 120; это, в сущности, и определяет название прибора — стереоскопическая
41
труба. Артиллерийская стереотруба по своему конструктивному оформлению
относится к универсальны^ приборам: 10х увеличение позволяет производить
тщательное изучение поля боя; наличие сетки (подобно сетке бинокля), в свою
очередь, дает возможность корректировать стрельбу и измерять углы в преде-
лах поля зрения. Наконец, измерение горизонтальных и вертикальных углов
на местности вне пределов поля зрения оптической части прибора обеспечивается
подставкой стереотрубы, на которой находятся горизонтальный лимб с деле-
ниями и специальный механизм для отсчета вертикальных углов. Стереотруба
обладает еще одним весьма важным для приборов наблюдения свойством — пери-
скопичностью (см. гл. 18).
Общий внешний вид стереотрубы представлен на рис. 29а. Она состоит из двух,
по существу, одинаковых, зрительных труб 7“ и 7б, соединенных на шарнире.
Последний позволяет раздвигать обе трубы так, что они располагаются горизон-
тально и входные отверстия
их объективов оказываются
fl С
Рис. 296
Рис. 29а. Стереотруба
) на одном уровне с окулярами.
1. При этом расстояние между
окулярами остается неизмен-
ным. В таком разведенном
положении прибор обладает
наибольшей пластичностью, а
всякое промежуточное поло-
жение труб дает соответствен-
но меньшую пластику. При
сведенном положении пла-
стичность стереотрубы при-
близительно соответствует
пластичности обыкновенного
призменного бинокля.
При разведенном положе-
нии обеих половинок стерео-
трубой можно, например, с
успехом наблюдать из-за де-
ревьев как своеобразным, го-
ризонтально расположенным
перископом. При сведенных
положениях зрительных труб
юна превращается в бинокулярный перископ, позволяющий вести наблюдения
из-за укрытия, например поверх бруствера окопов и т. д.
Обе зрительные трубы прибора устроены одинаково, за исключением того, что
левая труба не имеет сетки. Для фокусировки окуляры снабжены диоптрийными
шкалами и передвижением для установки на резкость по глазам наблюдателя.
Оптическая система стереотрубы схематично изображена на рис. 296, где
показан разрез правой половины прибора (т. е. труба с сеткой). Она состоит из
толовной отражательной призмы Р, ахроматического склеенного объектива О,
‘башмачной призмы В, клиновидной призмы К, сетки С и, наконец, сложного
окуляра Q. Штрихи на сетке выполнены аналогично штрихам сетки бинокля,
по которым можно производить визирование на предметы местности, а также
измерение этих предметов и определение положения их в тысячных. Через пер-
вую грань башмачной призмы, которая ставится перпендикулярно оптической
•оси объектива, лучи света входят в призму, отражаются от верхней половины
большой боковой грани и попадают на крышеобразную часть призмы. После
отражения от крыши они выходят из нижней половины боковой грани; стоящий
дальше клин направляет лучи по оптической оси. Призма вместе с клином экви-
валентна плоскопараллельной пластинке.
Два отражения от плоских граней (в головной призме и в башмачной) не вно-
сят изменений в последовательность хода лучей; крышеобразная часть дает пол-
42
ное оборачивание изображения на 180°, что вместе с объективом дает на сетке
прямое изображение.
Стереотруба насаживается на ось угломерного круга, который, в свою оче-
редь, укреплен на треноге. В таком виде стереотруба, как отмечалось выше,
является измерительным угломерным прибором. Стереотруба может иметь мед-
ленное вращение при помощи барабана, связанного червяком с осью стерео-
трубы, и быстрое, если специальным рычажком отвести сцепление червяка с ше-
стеренками. Горизонтальность угломерного круга достигается при помощи
круглого уровня на верхней поверхности круга. Кроме того, стереотруба может
вращаться вокруг горизонтальной оси для возможности наблюдения под неко-
торыми углами возвышения, которые могут быть отсчитаны по специальной
шкале и второму барабану с делениями.
Угломерное приспособление стереотрубы дает возможность решать, напри-
мер, задачи наводки орудия на цель, переноса огня с одной цели на другую
и, наконец, засекать цели по угловым расстояниям от основных исходных на-
правлений. Кроме того, стереотруба как угломерный прибор, подобно теодо-
литу, применяется также для различного рода работ по артиллерийской топо-
графической подготовке местности, в части дополнения, например, топогра-
фических карт или огневых планше-
тов отдельными подробностями мест- вжаЦ
ности, имеющими значение при артил-
лерийском обстреле и т. д.
Существует много различных типов Рис. 30
и конструкций стереотруб, которые,
однако, по своей идее и устройству одинаковы. В качестве примера при-
водим данные весьма распространенного типа большой артилле-
рийской стереотрубы. Ее увеличение 10\ поле зрения 5°, светосила 25;
удельная пластичность (при' расстоянии между окулярами 65 мм) для сведен-
ных труб равна 3, а при разведенных трубах 10,8. Перископичность 300 мм.
Диаметр входного зрачка 50 мм, выходного 5 мм. Горизонтальные углы
измеряются в пределах полного кругового обзора, т. е. на 360°, вертикаль-
ные углы измеряются в пределах ±3-00 делений угломера. Точность отсчета
горизонтальных углов равна 0-01, вертикальных 0-02,5. Вес стереотрубы
в положении для наблюдения составляет 11,5 кг, полный вес в походной
укладке равен 17,4 кг.
Угломерный круг (лимб) стереотрубы разделен на 60 делений, барабан на
100 делений. Один полный оборот барабана с червяком соответствует повороту
стереотрубы на одно наименьшее деление горизонтального лимба. Следовательно,
цена деления барабана равна одной тысячной и круг этим самым как бы разде-
лен на 6000 частей. Цена деления сетки равна 0-05.
Стереотрубой можно пользоваться как дальномером с постоянным углом,
равным 0-05, что соответствует указанному наименьшему делению сетки. Прин-
цип такого рода дальномера заключается в следующем:* пусть имеем некоторый
постоянный угол а, вершина которого лежит в точке Д; построим при нем прямо-
угольный треугольник АВС. Пользуясь зависимостью его элементов, можем
определить искомую дистанцию D = АС, решая треугольник по углу а и ка-
тету d. Практически этот вопрос решается посредством стереотрубы и рейки.
Рейка (рис. 30) представляет собой деревянную планку длиною около 3,5 м, на
которой яркой краской наносятся большие и малые деления (шашки), соответ-
ствующие величине базы, в зависимости от измеряемого расстояния. Установлено
из практики, что измерение расстояний с помощью рейки дает достаточную точ-
ность только до 500 м.
Выберем, например, за единицу расстояния дистанцию в 40 м; тогда большое
деление рейки должно быть видно с этого расстояния под углом 0-05, т. е. при
♦ Более подобно см. в гл. 23 и гл. 20, § 2.
рассматривании в стереотрубу большое деление должно закрывать как раз про-
межуток 0-05 сетки стереотрубы. Легко подсчитать, что величина такого деле-
ния равняется
юоо см • 5 = 20 см.
Каждое малое деление, равное 5 см, будет соответствовать удалению рейки
на 10 м.
Для измерения некоторого расстояния поступают следующим образом: в одну
точку измеряемого расстояния ставят стереотрубу, а рейку высылают в другую
точку. Рейку нужно держать строго перпендикулярно к линии визирования,
горизонтально или вертикально.
Перекрестье сетки трубы наводят на край рейки и смотрят, сколько делений
(шашек) рейки укладывается между рисками одного деления стереотрубы, рав-
ного 0-05.
Предположим, что уложилось 3 больших и 3 малых деления; зная цену
делений рейки, находим, что искомое расстояние равно 3 х 40 -f- 3 х 10. т. е.
150 м.
Для измерения дистанции до цели посредством стереотрубы широкое приме-
нение имеет принцип короткой базы, который основан на засечке целей стерео-
трубами с двух концов небольшой базы b длиною 60—80 м и решении получен-
ного треугольника. Длина базы выбирается с таким расчетом, чтобы результаты
измерения имели достаточную точность и измерение могло производиться с одного
наблюдательного пункта: она должна быть не меньше 2,5% измеряемой дистан-
ции. Вычисления, необходимые для решения треугольника, производятся при
помощи таблиц логарифмов, логарифмической линейки или специальной номо-
граммы, дающей графическое решение.
Высокие стереоскопические свойства стереотрубы можно иллюстрировать сле-
дующим примером. Допустим, что стереотруба с развернутой базой употребляется
для наблюдения разрывов; цель находится на расстоянии 4 км от стереотрубы.
Определим, на каком расстоянии от цели разрыв будет восприниматься стерео-
скопически как недолетный, хотя он и не будет захватывать цель своим облаком
дыма. Для этого воспользуемся формулой точности оценки дистанции при
наблюдении в бинокулярный прибор (2,2)
Ь -7 ’
где В=0,75 м; у = 10; 8 = 2о^оо» поэтому
яп_ 40002.10 )ПЛ
аи 0,75 • 10 • 206000 W М>
Таким образом на расстоянии 4 км от цели наблюдатель может различить
разрыв, не долетевший на 100 м, как недолетный; все более близкие к цели раз-
рывы не будут различаться по дальности, так как лежат в пределах остроты зре-
ния. Очевидно, наблюдатель будет оценивать разрывы как перелетные, если они
будут дальше цели на 100 и больше метров.
Специально для подобных целей выпущены горизонтально-базные стерео-
трубы с базой 60 см, 3 м и 5 м и переменными окулярами для различных увели-
чений. Стереоскопический эффект таких труб очень высок, и поэтому такие трубы
могут получить большое распространение, особенно в зенитной артиллерии, где
можно производить оценку недолетных и перелетных разрывов, пользуясь исклю-
чительно стереоскопическим эффектом; захватывающие разрывы (разрывы на
линии цели) встречаются чрезвычайно редко.
Шестидесятисантиметровая горизонтально-базная труба Цейсса, предназна-
ченная для морской и крепостной артиллерии, имеет увеличение 10х, поле зрения
44
4° или 0-70, выходной зрачок 4 мм; вес трубы 6 кг, вес штатива 8 кг.
Очевидно, что трубы с большими базами имеют соответственно и больший вес.
Рис. 31 воспроизводит некоторое видоизменение стереотрубы — применение
ее для двух наблюдателей. В верхней части стереотрубы имеется шарнир, кото-
рый позволяет разводить окуляры стереотрубы один от другого на такое расстоя-
ние, чтобы одновременно могли производить наблюдение два наблюдателя. В таком
положении стереотруба теряет свои стереоскопические свойства и превращается
в простую угломерную трубу — перископ для двух наблюдателей. Увеличение
подобных труб обычно бывает от 10 до 20 х. Перископичность их достигает 500 мм.
В качестве примера прибора упрощенного типа, от-
личающегося весьма небольшими габаритами и всеом,
на рис. 32 представлен образец
стереотрубы японской фирмы
Nikko. Она снабжена легким
Рис. 31. Стереотруба для
двух наблюдателей
Рис. 32. Японская стерео-
труба
штативом, на котором непо-
средственно укрепляется шар-
нирный механизм прибора.
Стереотруба легко может быть
снята со своего штатива и в
этом случае ею пользуются
как биноклем, т. е. удерживая
в руках, причем в разведен-
ном состоянии ее пластичность
намного превышает пластич-
ность обычных призменных
биноклей. Эта стереотруба не
имеет лимбов для измерения
углов и в основном она
используется в качестве на-
блюдательного прибора. Вме-
сте с тем, подобно разобран-
ным раньше стереотрубам и
биноклям, онатакже снабжена
сеткой с делениями, что позво-
ляет производить ею измерения
углов в поле зрения прибора.
Основные технические характеристики этой стереотрубы следующие: уве-
личение 8х, поле зрения б°, диаметр выходного зрачка 3,2 мм, его удаление от
последней поверхности глазной линзы окуляра 12 мм. Перископичность соста-
вляет 240 мм. Диоптрийные шкалы на окулярах разделены от 0 на +2 и
—4 диоптр. Общая высота стереотрубы, установленной на своем штативе, от
основания ножек до верхнего края трубы в их сведенном положении равна 530 мм.
Расстояние между центрами входных окон при небольшом разведении труб дости-
гает 540 мм. При этом расстояние между центрами окуляров равно 70 мм. Шкала
для установки окуляров по расстоянию между зрачками наблюдателя разделена
от 58 до 71 мм. Общий вес стереотрубы вместе со штативом составляет 1,27 кг,
а ее вес без штатива равен 0,94 кг.
§ 4. Ночные зрительные трубы
Среди приборов для наблюдения можно выделить в особую группу так назы-
ваемые «ночные» зрительные трубы, предназначенные для работы в условиях
слабой освещенности. Оптические системы таких труб делаются из возможно
малого числа деталей для уменьшения потерь света на отражение и поглощение.
С этой же целью поверхности оптических деталей дополнительно обрабаты-
ваются — «просветляются» химическим или физическим способом. Кроме того,
система проектируется с возможно большей геометрической светосилой и с таким
45
Рис. 33. Указатель направления для
прожектора
выходным зрачком, диаметр которого превышал бы наибольший диаметр зрачка
глаза наблюдателя, работающего в условиях темновой адаптации. Обычно, если
по условиям работы возможно достаточно точное совмещение зрачка глаза с вы-
ходным зрачком прибора, диаметр выходного зрачка системы берется равным
максимальному размеру зрачка глаза — 8 мм.
В условиях работы ночью возможность вести наблюдение одновременно двумя
глазами при помощи бинокулярных приборов дает большое преимущество перед
наблюдением одним глазом, так как общая чувствительность бинокулярного
зрения в условиях, близких ктемновому порогу, примерно вдвое больше, чем при
наблюдении одним глазом. Кроме тог(, для сумеречных и ночных наблюдений
важно иметь приборы с большим увеличением (см. т. I, гл. 8, § 3).
Наиболее совершенным прибором этой группы является представленная на
рис. 33 прожекторная труба, или, точнее, указатель направления для прожек-
тора. Это—визирный и наблюдательный прибор, предназначенный для совме-
стной работы с прожектором и служащий для
отыскания, наблюдения и сопровождения воз-
душных целей (фирма Буш).
Прибор является бинокулярной зритель-
ной трубой, установленной на треноге; про-
межуточные детали крепления имеют лимбы
для отсчета вертикальных и горизонтальных
углов поворота прибора в пределах 360° по
горизонту и + 90—12° — по вертикали. Оку-
ляры прибора наклонены кверху под углом 45°
для того, чтобы создать благоприятные усло-
вия для наблюдения при углах места цели,
близких к зениту. Установка окуляров по
расстоянию между глазами наблюдателя про-
изводится прямолинейным перемещением ле-
вой части прибора относительно правой.
В фокальной плоскости окуляра правой
части трубы имеется перекрестие для точного
визирования на цель; штрихи перекрестия
освещаются общепринятым способом электри-
ческой лампочкой. Световой поток от лампочки изменяется с помощью регули-
рующего устройства для подбора соответствующей яркости свечения штрихов
крестовины. Окуляры устроены так, что наблюдение возможно как без противо-
газа, так и с ним. Диоптрийная установка окуляров—в пределах ±4 диоптрии.
Оптическая характеристика прибора следующая: увеличение 10х; угол поля
зрения — при наблюдении без противогаза — 7°30' и с противогазом — около
4° 30’; диаметр выходного зрачка 8 мм. Такой большой угол поля зрения при
данном увеличении получен благодаря применению асферической (параболиче-
ской) поверхности в одной из линз окуляра, однако, так как он все же мал для
быстрой наводки прибора на цель, видимую простым глазом, — прибору при-
дан визир для грубой наводки, в виде рамки, видимый на фотографии.
Прибор устанавливается в горизонтальной плоскости по сферическому уровню,
закрепленному на приборе.
Глава 18
ПЕРИСКОПИЧЕСКИЕ ЗРИТЕЛЬНЫЕ ТРУБЫ
§ 1. Перископ-разведчик. § 2. Окопный перископ. § 3. Полевые перископы. § 4. При-
боры для наблюдения из танков и бронемашин: триплекс, зеркальный перископ,
стробоскопические приборы, телескопические приборы, панорамические приборы,
купол Герца.
Перископичностью* называется свойство оптического прибора,
обеспечивающее возможность рассматривать предметы из-за укрытий. При по-
* От греческих слов itspi — вокруг и охояги» — наблюдаю.
46
мест является
Рис. 34. Пери-
скоп-разведчик
мощи различных систем линз, призм и зеркал любая прямая зрительная труба*
может быть превращена в перископическую. Эти дополнительные детали, не
меняя оптических данных трубы, во-первых, позволяют удалить, иногда весьма
значительно, входное отверстие перископа от окуляра и, во-вторых, дважды
изламывают входящий пучок света под углом 90°.
Обычно перископичность артиллерийских приборов наблюдения колеблется
в пределах 300—500 мм (малые перископы, стереотрубы, перископические бус-
соли и т. п.), достигая у некоторых военных приборов («тяжелые перископы»)
величины 1,5—5 м. Ниже описываются конструкции некоторых таких приборов.
Перископы подводных лодок обладают некоторыми специальными особенностями^
поэтому им посвящена отдельная глава.
§ 1. Перископ-разведчик
Наиболее характерным прибором для наблюдения из укрытых
так называемый перископ-разведчик.
Прибор конструктивно оформлен в виде острого шпиля,
концом которого разведчик может проделать необходимое отвер-
стие в плетне или в соломенной крыше сарая и, выставив затем
головку перископа на требуемую высоту, производить наблюде-
ния. Чтобы в момент проделывания отверстия не была испор-
чена поверхность стекла головной призмы, входное окно при-
бора закрывается на это время кожухом, вращающимся вокруг
оси трубы перископа, причем кольцо с накаткой для вращения
кожуха расположено внизу около окуляра. Проделав отверстие
прибором с закрытым входным окном, можно, не вынимая его,
поворотом кольца это окно открыть.
Наружный вид прибора показан на рис. 34. Здесь видны его
острая головка 7, окуляр 4, кольцо для закрывания и
открывания входного окна 3 и рукоятка, чтобы удерживать
прибор, 2. Оптическая система его проста — это обычная теле-
скопическая система с двумя прямоугольными призмами и лин-
зовой оборачивающей системой. Перископичность его невелика—
350—400 мм — ровно столько, сколько необходимо для того,
чтобы при вертикальном положении прибора, скрыв голову за
укрытием, выставить над последним головку перископа. Увели-
чение для этих перископов берется отЗдо 4х и поле зрения, соот-
ветственно, 15—11°. Диаметр выходного зрачка 4—5 мм. Перископ, снабженный
угломерной сеткой в поле зрения, позволяет производить необходимые для артил-
лерийского обстрела измерения, а также корректировать стрельбу артиллерии.
Оправа окуляра позволяет устанавливать его по глазу. Наглазник сделай
переставным для возможности наблюдения в противогазе.
§ 2. Окопный перископ
В условиях позиционной войны возникла необходимость в приборах,
позволяющих вести непрерывное наблюдение за противником в безопасных
для наблюдающего условиях. В связи с этим появились зеркальные окоп-
ные перископы, иногда весьма примитивного устройства из подручных мате-
риалов.
Простейший перископ составляют два зеркала, расположенные одно под
другим параллельно друг другу, под углом 45° к горизонту. Естественно, что
такой прибор с двумя плоскими зеркалами не дает увеличенного изображения
предметов.
Пользоваться биноклем, приставляя его к выходному окну прибора, можно
лишь в том случае, когда зеркала довольно хорошего качества.
47*
Зеркальные перископы дают очень малое поле Зреййя, уменьшающееся с уве-
личением расстояния между зеркалами, т. е. с увеличением перископичности.
Ясно поэтому, что они далеко не совершенны.
Перископы с телескопическими системами дороги и сложны, но, конечно,
много удобнее, так как дают большие углы поля зрения и обладают увеличением.
Такие перископы, снабженные сеткой в поле зрения и установленные на гори-
зонтальном лимбе, позволяют производить отсчеты с достаточно высокой точ-
ностью.
Рис. 35. Окопный перископ с телескопической системой
Примером такого перископа может служить прибор, изображенный на рис. 35.
Прибор устанавливается на специальном штативе, но может укрепляться и на
штыре 7, ввертываемом в де-
ревянную доску внутренней
обшивки окопа.
При перископичности 1,5 м
(расстояние от середины вход-
ного окна до оси окуляра)
диаметр трубы перископа ра-
вен 55 мм. Оптические данные
его следующие: увеличение
б' ; угол поля зрения 8°, 5;
диаметр выходного зрачка
5 мм; светосила 25. Окуляр
имеет диоптрийную подвижку
для установки на резкость
изображения и резиновый на-
глазник для фиксации поло-
жения глаза наблюдателя и
защиты от бокового света.
Фиксация глаза необходима
для более или менее точного
совпадения зрачка глаза на-
блюдателя с выходным зрач-
ком прибора. В фокальной
плоскости окуляра располо-
жена сетка или крестовина
(формы их могут быть самыми
разнообразными), а слева от
окуляра имеется окно 2 для
подсвечивания штрихов сетки
карманным фонариком, что
необходимо для работы с при-
бором в сумерки, когда объ-
екты наблюдения еще видны,
а темная сетка на темном же
фоне уже не видна. Освещенная фонариком сетка имеет светящиеся штрихи,
резко видимые на фоне слабо освещенной местности. На салазках окна может
быть установлен специальный патрон с электрической лампочкой.
Визирная линия прибора может быть перемещаема в вертикальной плоскости
на z± 30°. Это производится качанием отражательного зеркала, находящегося
в верхней головке перископа; качание производится вращением кольца с деления-
ми 5. В горизонтальной плоскости визирная линия может перемещаться в пре-
делах до 360° вращением всего перископа вокруг оси его на отсчетном лимбе, не
показанном на фотографии. При этом наблюдатель должен ходить вокруг штатива
вслед за окуляром, так что наблюдение по всему горизонту возможно только при
укреплении прибора на штативе, но не на штыре. Для предохранения от ослеп-
ляющего действия яркого света имеется светофильтр, заключенный в окулярной
головке и включаемый или выключаемый при помощи рукоятки 4
48
Оптическая система прибора — обычная для всех перископов (см. ниже,
гл. 19), с несколькими оборачивающими системами линз. Детали оптики, кроме
верхнего отражательного зеркала, помещены значительно ниже верхней головки
с той целью, чтобы сделать головку легко отделяющейся от трубы. Это нужно
для того, чтобы в случае попадания пули или осколка снаряда в эту головку
остальная и самая главная часть перископа осталась нетронутой и после
замены головки новою перископ был снова годен к работе.
Для защиты от дождя, а также от солнечного света, который, с одной стороны,
может дать блики, попадающие в глаз наблюдателю, а с другой,—блики вне трубы,
демаскирующие пункт наблюдения, прибор снабжен блендой 5, которая в не-
рабочем положении складывается и плотно прилегает к трубе, закрывая входное
окно.
В окопном перископе
другого типа изменение
направления визирования
в вертикальной плоскости
производится также кача-
нием верхнего отражаю-
щего зеркала, но уже не
вращением кольца, а пово-
ротом правой рукоятки, с
которой соединен нижний
конец тросика, верхний ко-
нец которого скреплен с
зеркалом. В обратном на-
правлении трос натяги-
вается пружиной. Пери-
скоп может быть снабжен
а
¥
Рис. 36. Способ работы
с окопным перископом
специальной фотокамерой для фотографирования из закрытых позиций.
В остальном перископ принципиально имеет то же устройство, что и описанный
выше. Его оптические данные: увеличение 10х, угол поля зрения 5°, диаметр
выходного зрачка 4 мм, светосила 16. Длина перископа может меняться от 1 до
1,7 м.
На рис. 36, а показан способ работы с окопным перископом при установке
в каземате на штативе, а на рис. 36,6 — на штыре.
В перископах для работы из-за высоких прикрытий увеличение берется так же
до 10к и поле зрения до 3°. Труба перископа обычно составляется из нескольких
частей, достаточно точно и прочно соединяемых друг с другом.
Перископы описанных выше типов с некоторыми видоизменениями неприн-
ципиального характера применяются иногда в ДОТах и ДЗОТах.
§ 3. Полевые перископы
В случаях надобности более глубокого разведывания и в прочих, подобных
этим случаях требуется раздвинуть шире горизонт наблюдения.
Перископы для указанных задач приспосабливаются для перевозки и пере-
носки и, таким образом, становятся полевыми. Не останавливаясь на описании
полевых перископов сравнительно малой (до 2—3 м) перископичности, имею-
щих то же устройство, что и окопные, рассмотрим приборы с еще большей длиной.
К таковым, в первую очередь, относятся мачтовые перископы.
Оптическая система их состоит из тех же элементов, что и все телескопиче-
ские системы, с добавлением оборачивающей системы. Механически система
разделена на две части — верхнюю, заключающую в себе отражатель, объектив
и часть оборачивающей системы, и нижнюю, несущую в себе окуляр, зеркало
или призму и другую часть оборачивающей системы. Между линзами оборачи-
вающей системы лучи параллельны. Обе части раздвигаются на длину мачты.
Максимальная перископичность таких приборов достигает 26 м. Для перевозки
4 Оптика в BOiHiiOM деле—215.
49
их требуются специальные повозки, служащие основанием прибора в собран-
ном виде (см. рис. 37, на котором показана установка перископа для наиболь-
шей высоты наблюдения).
Для того чтобы подобная «мачта» сохраняла свою устойчивость при ветре,
необходима целая система растяжек в виде проволочных тросов. Весь перископ
вместе с мачтой может вращаться вокруг вертикальной оси, что дает возмож-
ность осматривать горизонт. Качанием верхнего отражателя изменяется напра-
вление наблюдения по вертикали.
Прибор имеет переменное увеличение, осуществляемое включением перед
объективом дополнительной телескопической системы галилеевского типа (см.
гл. 16, § 8).
На рис. 38 представлен полевой бинокулярный перископ, позволяющий вести
наблюдение двумя глазами одновременно. Этот прибор, носящий название
Рис. 37
Рис. 38
гипоскопа, состоит из двух одинаковых систем, соединенных в один при-
бор. Верхние части, в которых заключены объективные призмы, могут раздви-
гаться одна относительно другой, благодаря чему возможно стереоскопическое
наблюдение. Сближением объективных призм достигается увеличение периско-
пичности прибора, а раздвижением — увеличение пластичности его, достигаю-
щей при расстоянии между центрами призм в 3,3 м и 15х увеличении — 750.
Этот прибор также очень громоздок и требует специальной повозки; уста-
новка его отнимает довольно много времени.
§ 4. Приборы для наблюдения из танков и бронемашин
' Первоначально наблюдение из танков и бронемашин производилось через
узкие щели в броневых листах, расположенные горизонтально и вер-
тикально. Видимость сквозь такие щели очень плохая, и, кроме того, при попа-
дании пули не только непосредственно в щель, но даже и рядом с ней, свинец,
заключающийся в оболочке пули и плавящийся при ударе ее о броню, свободно
проникает сквозь щели и наносит тяжелые ранения водителю машины.
50
Если в неподвижных укрепленных точках приборы для наблюдения играют
существенную роль, то в танках и бронемашинах, обладающих способностью
передвигаться с большой скоростью, эти приборы приобретают еще большее зна-
чение, так как они служат не только для наблюдения, но одновременно и для
управления машиной, обеспечивая ей маневренность, проходимость, связь
с соседними машинами и т. д.
Явилась настоятельная потребность закрыть щели в броне материалом, про-
пускающим свет и не пропускающим брызги свинца и осколки пуль, т. е. стек-
лом. Для того чтобы хрупкое стекло сделать непробиваемым пулей, его делают
не сплошным, а составным из нескольких слоев, склеиваемых друг с другом.
Обычно стекло состоит из трех слоев, почему оно и получило название «т р и-
п л е к с», причем между отдельными слоями находятся тонкие прослойки из
пластических масс.
Такое комбинированное стекло выдерживает удары нескольких пуль даже
на небольших расстояниях, но после первого же попадания оно теряет свою про-
зрачность, так как его поврежденные передние слои, а также расклеившиеся вслед-
ствие сотрясения при ударе более глубокие слои, преломляют и отражают свето-
вые лучи. Это заставляет иметь в машине довольно большой запас таких стекол.
Обычная толщина стекла достигает 90 мм. Учитывая, что даже в очень хоро-
шем, однородном куске стекла потери света вследствие поглощения составляют
около 2% на 1 см стекла, а в склеенном — еще больше и что, кроме того, около
4% света теряется на каждой преломляющей поверхности вследствие отраже-
ния, — можно считать, что сквозь такое стекло проходит в лучшем случае около
60% падающего на него света. Такое его количество, вполне достаточное в усло-
виях хорошей дневной освещенности, оказывается уже недостаточным при суме-
речном освещении, в дыму и тумане.
Несмотря на целый ряд недостатков, пуленепробиваемое стекло продолжает
оставаться в качестве смотровых приборов танков, лишь несколько видоизме-
няясь или приобретая добавочные защитные устройства. Наблюдение сквозь
щель, закрытую непробиваемым стеклом, значительно удобнее, чем наблюдение
при помощи какого-либо оптического прибора с телескопической системой, так
как в последнем случае глаз наблюдателя (или оба глаза в случае бинокуляр-
ного прибора) должен быть обязательно связан с выходным зрачком прибора,
что очень затруднительно при тряске танка. В то же время через триплекс можно
видеть из любой точки в пределах угла обзора, обеспечиваемого прибором, и
с любого расстояния.
В немецких танках непробиваемое стекло защищено раздвижными броневыми
заслонками, расположенными перед стеклом. В походном положении эти за-
слонки раздвигаются, обеспечивая большие углы обзора, а в боевом — могут
быть сдвинуты настолько, чтобы обеспечить лишь небольшую, узкую щель, сквозь
которую все же видно необходимое пространство. Щель можно закрыть совсем,
благодаря чему замена разбитого стекла новым может производиться в безопас-
ных условиях. Смотровое стекло водителя этой машины имеет несколько боль-
шую, чем обычно, ширину, обеспечивая значительный угол обзора по горизонту.
Подобные же стекла, менее широкие, установлены в командирской башенке.
Пять штук их расположены по окружности, благодаря чему все они вместе обес-
печивают круговой обзор с перекрытием отдельных секторов на довольно близ-
ком расстоянии. Каждое из этих стекол также защищено броневыми заслонками,
приводимыми в движение отдельными ручками, расположенными внутри машины.
Все описанные выше смотровые устройства, которые можно назвать прибо-
рами прямого наблюдения, обладают еще одним существенным недостатком,
кроме приведенных выше: при попадании пули или осколка снаряда в прибор
удар приходится прямо против глаз наблюдающего. При этом от задней стороны
стекла могут оторваться кусочки стекла (случай редкий, но возможный), кото-
рые полетят в том же направлении, т. е. в лицо и глаза. Кроме того, в случае
быстрого, последовательного попадания нескольких пуль в стекло последнее
не сможет выдерживать их ударов.
5»
В этом отношении более надежными являются приборы типа перископов.
Простейшим перископом является зеркальный перископ, состоя-
щий из Двух плоских зеркал, расположенных одно над другим примерно под
углом 45 к горизонту, подобный окопным перископам, но с значительно
меньшей перископичностью. В случае применения в танке зеркального перископа
против щели в броне устанавливается
лишь верхнее зеркало, пространство за
которым может быть защищено броней.
Рис. 39
В качестве примера зеркального перископа можно привести описанный в па-
тенте Герца прибор для наблюдения через крышу танка (рис. 39). Устройство
его ясно из рисунка. Заполнение воздушного пространства между зеркалами
стеклом, т. е. другими словами, замена двух зеркал призмой с посеребренными
отражающими поверхностями, значительно улучшает прибор, так как в связи
с этим увеличивается угол обзора, отпадают необходимость выверки зеркал и
возможность расстройства их.
На рис. 40 приводится схематически устройство смотрового прибора фирмы
Виккерса. Призма 7, заключенная менее чем наполовину в оправу 2, встав-
ляется снизу в гнездо брони 3 и закрепляется в ней. По прямому направле-
нию окно за призмой защищено
постоянной броневой заслон-
кой 4, гарантирующей безо-
пасность от прямых попада-
ний. При соответствующей
конструкции замена разбитой
призмы целою может осу-
ществляться довольно быстро.
Призма сделана настолько
широкой, что позволяет
вести наблюдение двумя
Рис 41 глазами одновременно. 42
Имеется возможность обо-
рудования подобными приз-
мами башенок для кругового обзора танка. Известен шведский патент, в ко-
тором описывается такое устройство. На рис. 41 приводится схематический
чертеж установки одной призмы в разрезе, а на рис. 42 — схема расположения
призм в башенке — план. Устройство прибора ясно из этих чертежей.
Известный польский смотровой прибор, схематически показанный на рис. 43,о,
состоит из двух основных призм с довольно значительным воздушным проме-
жутком между ними и третьей — дополнительной. Последняя придана прибору
для возможности смотреть назад. На рис. 43,6 показано положение прибора для
52
наблюдения назад. На рисунке видно, что для этого необходимо повернуть при-
бор на 180° вокруг вертикальной оси и сдвинуть вниз дополнительную призму,
после чего, не меняя положения головы, можно вести наблюдение за местностью,
расположенной сзади машины.
Остановимся несколько на некоторых смотровых танковых устройствах, много
раз предлагавшихся, но отвергнутых практикой. К разряду последних относятся
так называемые стробоскопические приборы. Они основаны на
способности человеческого глаза сохранять зрительное впечатление объекта неко-
торое время (примерно в течение 0,1 сек.) после исчезновения самого объекта.
Если в броне танка перед глазами наблюдателя расположить одну неподвиж-
ную щель и перед или за ней быстро вращающийся диск с отверстиями, то наблю-
датель будет видеть непрерывно предметы, расположенные перед щелью. В то
же время пуля или осколок снаряда, встречая на своем пути тело, обладающее
большой угловой скоростью, изменяет направление своего движения и летит
в сторону от наблюдаю-
щего.
Еще не так давно на
японских танках встре-
чались подобные стробо-
скопические смотровые
устройства для води-
теля.
Недостатками такого
рода приборов, из-за ко-
торых они и не получили
распространения, явля-
ютсяследующие: ^При-
бор пропускает очень
мало света. В глаза на-
блюдателя света попа-
дает меньше настолько,
насколько суммарная а б
площадь всех отверстий 3
на участке щели меньше ис*
площади всей щели. 2) Устройство требует наличия источника энергии для вра-
щения в виде или электромотора (для которого, в свою очередь, требуется источ-
ник питания) или привода от вала машины. 3) Пуля или осколок снаряда может
сделать выбоину в диске, которая заклинит диск. Заклинивание может произвести
и сама пуля или часть ее, застряв где-либо между неподвижными и подвижными
частями, так как мощность мотора недостаточна для «перемалывания» таких ос-
колков. От удара может также прогнуться ось вращения диска. 4) Приборы та-
кого рода сложны, громоздки, дороги и ненадежны.
Особую группу танковых приборов для наблюдения составляют оптические
приборы с телескопическими системами, т. е. со сферической опти-
кой. Танковые смотровые приборы с телескопическими оптическими системами
можно разделить, в свою очередь, на приборы для водителей танков и для осталь-
ных членов экипажа.
Необходимым условием хорошего вождения машины является зрительное
восприятие обстановки и местности, в точности отвечающее привычке. Поэтому
приборы для водителей берутся с увеличением, не превышающим 1—1,2х, но
при возможно большем поле зрения; минимальным считается угол 30°. В то же
время приборы, которыми пользуются для наблюдения, например, командиры
танков, делаются обычно с большим увеличением — до 2,5х, так как командиру
необходимо смотреть вдаль, распознавать удаленные объекты. Приборы с еще
большими увеличениями в танках почти не применяются, так как наблюдение
при помощи их на ходу машины невозможно вследствие вибрации и тряски.
Одним из следующих требований, предъявляемых к танковым приборам,
53
Рис. 44
является, в частности, требование наименьшей вероятности поражения входного
•окна прибора, которое, в силу необходимости, остается незащищенным. Это заста-
вляет применять оптические системы с небольшими диаметрами входного зрачка;
в некоторых случаях бывает необходимо этот зрачок вынести вперед по отно-
шению к объективу, чтобы уменьшить диаметр отверстия в броне.
Однако для оптических систем такого рода нельзя уменьшать входной зра-
чок ниже определенного размера. Глаз наблюдателя может использовать все
поле зрения, обеспечиваемое прибором, только в том случае, когда зрачок глаза
достаточно точно совпадает с выходным зрачком прибора. На ходу машины такое
совмещение вследствие тряски почти невозможно (даже при помощи налобников
или наглазников). Поэтому выходной зрачок прибора должен допускать неко-
торые смещения зрачка глаза, т. е. диаметр его должен быть больше диаметра
зрачка глаза—не менее 8—10 мм; такой же величины должен быть и входной зра-
. r\ D входи, зр..
чок (в силу зависимости D вых. зр. =------------
' } 1 увеличение '
Для танковых приборов наблюдения особенно важно, чтобы наблюдатель мог
смотреть обоими глазами. В простых смотровых устройствах — триплекс, зер-
кальных и призменных—эта возможность
обеспечивается за счет соответствующего уве-
личения ширины стекла или зеркала (следо-
вательно и щели) до 90—100 мм. В случае
же применения телескопических систем при-
ходится для каждого глаза делать отдельные
зрительные трубы и соединять их в один би-
нокулярный прибор.
Обычно подобные наблюдательные приборы
делаются перископическими. В случае если
объективная часть выступает из отверстия в
передней, обычно наклонной стенке, пери-
скопичность делается небольшой, лишь для
возможности поместить броневую заслонку
позади отверстий в броне. Если же головка
перископа выставляется кверху через крышу
корпуса или башни, — его перископичность,
так же как и зеркальных перископов, не мо-
жет быть менее 230—250 мм.
Наиболее совершенным образцом смо-
тровых приборов для водителей танков
является бинокулярный прибор фирмы Аскания (рис. 44), состоящий из двух
совершенно самостоятельных коленчатых монокуляров, вставленных в каретку
у броневой передней стенки танка. Монокуляры закреплены особой планкой,
являющейся одновременно броневой заслонкой, которая, в случае прямого попа-
дания пули во входное отверстие брони, не пропустит ее внутрь машины. Имеется
механизм для раздвижения окуляров на расстояние между глазами наблюдателя.
Оптические данные прибора следующие: увеличение 1,1х, угол поля зрения 48°,
диаметр выходного зрачка 7 мм. Удаление зрачка выхода от окуляра 17мм; в ка-
честве призм применены пентапризмы.
Оригинальный по идее прибор для наблюдения вперед
и назад описывается в патенте фирмы Герц. Для наблюдения вперед слу-
жит прямая бинокулярная система, состоящая из двух монокуляров, составлен-
ных, в свою очередь, из объектива, линз оборачивающей системы, окуляра и
четырех призм каждый. Окулярные призмы могут быть одновременно повер-
нуты на угол 90°, одной преломляющей поверхностью кверху, и тогда в окуляры
(и дальше в глаза) попадает свет от задних окошек, через двойной же перископ,
причем оптические оси его пересекаются; вследствие этого наблюдатель, не пово-
рачивая головы назад, может видеть местность так, как увидел бы ее без при-
бора, повернув голову.
54
Однако для водителя этот прибор не может быть использован, так как над
головой его несколько сзади расположена башня танка, закрывающая задний
сектор обзора.
В качестве примера приборов для наблюдения, устанавливаемых в башне
танка, можно привести прибор, схематически изображенный на рис. 45. Его
оптические данные таковы: увеличение Iх; угол поля
зрения 45°; диаметр выходного зрачка 10 мм. Закре-
пление прибора в крыше осуществлено при помощи
шаровой установки, позволяющей значительно уве-
личить угол обзора путем качания его в вертикаль-
ной плоскости и вращения
по горизонту относительно
центра шара.
Но осмотр по горизонту
связан с некоторыми не-
удобствами, заключающи-
мися в том, что прибор при
этом вращается вокруг соб-
ственной оси, следователь-
Рис. 45 но, голова наблюдающего Рис. 46
должна перемещаться по
какой-то дуге, описываемой из центра, который является проекцией оси прибора
на горизонтальную плоскость. Радиусом этой дуги является расстояние от оси
прибора до выходного зрачка, и чем больше это расстояние, тем неудобнее смо-
треть в стороны и совсем невозможно — назад.
С этой точки зрения значительно удобнее конструкция, представленная на
рис. 46. Здесь прибор закреплен в крае слегка выпуклого диска, опирающегося
на шарики, расположенные по
окружности. Голова наблюдаю
щего помещается под диском,
причем центр диска находится
как раз над головой. Благодаря
такому устройству прибор при
вращении диска перемещается
по дуге, а голова наблюдателя
остается на месте и, для -того
чтобы смотреть в прибор, он вы-
нужден лишь самым обычным
образом поворачивать голову в
стороны или назад, как он делал
бы это и без прибора.
Еще большие удобства для
возможности кругового обзора
из башни танка дают панорами-
ческие приборы, представителем
которых является коман-
дирская танковая па-
норама (о панорамических
системах см. выше, гл. 17, § 1).
На рис. 47 представлена ко-
мандирская танковая панорама Рис. 47. Командирская танковая панорама
фирмы Цейсса (командирской она
называется потому, что предназначена для командира танка и служит ему в ка-
честве прибора для наблюдения, целеуказания и для корректирования артилле-
рийского и пулеметного огня танка). Оптические данные панорамы следующие:
увеличение 2,5х, угол поля зрения 28°, диаметр выходного зрачка 7 мм, пе-
рископичность 400 мм.
Ь5
Для возможности целеуказания командирская панорама имеет шкалу гори-
зонтальных углов, нулевое деление которой согласовано с аналогичной шкалой
на прицеле наводчика. Для корректирования огня танка в поле зрения пано-
рамы имеется сетка с штрихами, расстояния между которыми рассчитаны в ты-
сячных дистанции. Кроме этих задач, решаемых прибором, командир может
приближенно определять расстояния до цели, зная размеры ее.
Командирская панорама должна быть обязательно согласована с прицельной
панорамой или с прибором, ее заменяющим. Иначе целеуказание и корректиро-
вание огня будет невозможно. Согласование заключается в том, чтобы визирная
линия командирской панорамы была параллельной прицельной линии панорамы
наводчика как по вертикали, так и по горизонту в тот момент, когда их шкалы
совпадают с нулевыми делениями. Это согласование производится весьма тща-
тельно, специально разработанными приемами.
Для того чтобы установка в нулевых положениях была вполне точной,
с одной стороны, а с другой — чтобы была возможность устанавливать
шкалы в нулевые положения, не глядя на них, наощупь, в приборах име-
ются специальные защелки, выполняющие это назначение. Прибор снабжен
мягким налобником, который может пере-
ставляться для наблюдения правым или левым
глазом.
Прибор не лишен некоторых'недостатков, ска-
зывающихся при эксплоатации его. Одним из
них является следующий: при круговом обзоре
по горизонту, когда наблюдатель в каждый дан-
ный момент видит пространство, ограниченное
28°, он иногда не в состоянии дать себе точный
отчет, какой именно участок из окружающего
его пространства он видит. Так как в то же
время вращается и башня танка, вместе с коман-
диром и его панорамой, то почувствовать сразу,
где располагается данный наблюдаемый участок
относительно направления движения танка, а
также относительно положения башни танка (или
орудия) — затруднительно.
К группе приборов со сферической оптикой, но в то же время не с телескопи-
ческой оптической системой, относятся приборы, построенные по принципу фото-
камер. Сюда относится известное устройство для кругового обзора из башни
панка, называемое куполом Герца, схематически изображенное на рис. 48.
* Купол состоит из нескольких расположенных по окружности отдельных при-
боров, представляющих собою не что иное, как перископические фотокамеры,
дающие, однако, в отличие от простых камер, прямое изображение, соответствую-
щее положению предметов на местности.
Это достигается оборачивающей системой, состоящей из призмы и зеркала.
Для того чтобы перевернуть изображение, данное объективом и перевернутое
в двух плоскостях, требуется расположить призмы и зеркала таким образом,
чтобы они дали нечетное число отражений как в одной, так и в другой плоскостях.
На рис. 48 показан в разрезе один из отдельных приборов. 1 — верхняя отра-
жающая призма, называемая пентапризмой с «крышей», отражающая пучки све-
товых лучей два раза в вертикальной плоскости и один раз, благодаря «крыше»
в горизонтальной; 2 — объектив, состоящий из нескольких линз; 3—нижнее
зеркало, отражающее еще один, третий, раз лучи в вертикальной плоскости и на-
правляющее их на матовую пластинку 4.
Такой прибор удобен тем, что гарантирует почти полную безопасность наблю-
дателю и позволяет вести наблюдение под разными углами к матовой пластинке,
так как никакого зрачка выхода не имеет. Кроме того, при попадании пули во
входное окно разрушается только верхняя призма, которая легко может быть
заменена новой.
56
Но, наряду с этими достоинствами, купол Герца и его отдельные приборы
обладают и серьезными недостатками. К числу их относятся:
1. Непостоянство увеличения прибора. В данном случае увеличение зависит
от расстояния между глазами и матовой пластинкой, причем эта зависимость
точно такая же, как при рассматривании любой обычной картинки с разных
расстояний.
Кроме того, имеется некоторое искажение глубины пространства, свойствен-
ное фотокамерам.
2. Малая освещенность изображения. Сама матовая пластинка пропускает
лишь небольшую часть падающего на нее света. Остальные оптические детали
также поглощают и рассеивают некоторый процент световой энергии. В резуль-
тате при ярком солнечном освещении предметы на местности видны хорошо, в
пасмурную погоду — хуже, а вечером или во время туманов не видны совсем.
3. Малый угол поля отдельного прибора. Этот недостаток можно было бы
исправить, применяя более широкоугольный объектив при условии, что отно-
сительное отверстие его не уменьшится. Но широкоугольные объективы обычно
имеют меньшее относительное отверстие, следовательно, освещенность изобра-
жения будет еще меньше.
Применение же приборов в виде блока, составляющего купол Герца, неудобно,
так как купол представляет собой чрезвычайно громоздкую и тяжелую конструк-
цию, мало пригодную для установки в машине. Поэтому в современных танках
купол Герца не применяется.
Глава 19
ПЕРИСКОПЫ ПОДВОДНЫХ лодок
§ 1. Перископное устройство. § 2. Принципиальная схема оптической системы!
перископа. § 3. Длина перископа. § 4. Перемена увеличения. § 5. О некоторых
оптических деталях перископа. § 6. Потери света в перископе. § 7. Приспособления
для указания направления визирной линии. § 8. Приспособления для оценки рас-
стояний и курсовых углов. § 9. Неподвижная линия. § 10. Приспособление для
определения угла упреждения. § 11. Фотоустройство перископов. § 12. Уплотнение
перископа. Аппарат для осушки. § 13. Окулярная головка. § 14. Современные-
перископы. § 15. Перископ-дальномер. § 16. Стоящий перископ. § 17. Другие-
разновидности перископа: перископ с матовым стеклом, бинокулярный перископ,,
омнископ, перископ с кольцеобразным изображением горизонта, панорамный перископ...
§ 1. Перископное устройство
Перископ подводной лодки представляет собою установленную вертикально*
в средней части лодки длинную, подвижную зрительную трубу, которую можна
частично выдвигать из лодки, поднимая ее тонкий верхний конец над поверх-
ностью воды; наблюдение за морем или воздухом ведется изнутри лодки через/
окуляр, расположенный, вместе с целым рядом измерительных и вспомогатель-
ных приспособлений, на нижнем конце трубы — на окулярной головке.
По миновании надобности или для увеличения скрытности лодки, перископ опус-
кается внутрь, так что его верхний конец прячется в тумбе, укрепленной на кор-
пусе лодки. Перископное устройство (рис. 49) должно, следовательно, включать
в себя собственно перископ 5, подъемный механизм 1 и сальники 2, которые
не позволяют воде проникнуть внутрь лодки даже при погружении последней на
значительную глубину, где давление воды очень велико.
В боевой обстановке при подходе к противнику лодка должна как можно
меньше себя демаскировать. Поэтому верхний конец перископа приподнимают
над поверхностью воды лишь на короткие промежутки времени, измеряемые
небольшим числом секунд. Быстрый подъем и спуск столь громоздкого и тяжелого
прибора осуществляется механизмами, которые приводятся в движение электро-
мотором (7 на рис. 49) или же силой сжатого воздуха, достаточный запас кото-
рого имеется на каждой лодке для продувки балластных цистерн при всплытии
и для стрельбы торпедами.
5?
Обзор всего горизонта достигается путехМ вращения перископа в сальниках
вокруг вертикальной оси. Для этого, как правило, специальные механические
устройства не применяются: поворачивает пери-
1 скоп собственным усилием сам наблюдатель
к (иногда вместе с помощником), берясь обеими
руками за откидные рукоятки, имеющиеся на
окулярной головке перископа.
। Чтобы перископ послушно передвигался в
II сальниках, его металлическая наружная труба
* должна, конечно, хорошо противостоять корро-
। зии и сохранять полировку своей наружной
i поверхности в продолжение всего времени службы
I прибора. Поэтому в качестве материала для труб
применяются нержавеющая никелевая сталь и
специальные сорта бронзы. Механическая проч-
ность и герметичность трубы перископа являются
необходимыми условиями, так как при погру-
жении лодки на большую глубину внутрь пе-
рископа, а тем более через н^го в лодку, не
должна проникать вода. Кроме того, труба
должна быть достаточно жесткой, чтобы без
вреда для наблюдений через перископ выдер-
живать также встречное давление воды, которое
получается при поднятом перископе во время
быстрого движения лодки в погруженном состоя-
нии.
Когда подводная лодка идет под водой при
поднятом перископе, то ее демаскируют находя-
щийся над поверхностью моря верхний конец пе-
рископа и бурун, возникающий от трубы пери-
скопа. И то и другое становится менее заметным
при уменьшении диаметра верхней части трубы.
Поэтому почти у всех современных перископов
верхний конец имеет диаметр, значительно мень-
ший поперечника основной части трубы. Напри-
мер, у командирского перископа диаметр верх-
ней части трубы составляет около 30 мм при
диа2метре основной цилиндрической трубы 150—
180 мм. Внешним очертаниям трубы придается
плавная форма, чтобы уменьшить сопротивление
воды при подводном ходе.
Основным оружием подводной лодки является
торпеда (самодвижущаяся мина). Для ведения
стрельбы торпедами недостаточно лишь видеть
Рис. 49
противника: командир лодки должен еще добыть
сведения об удалении, скорости, курсовом угле
атакуемого судна и другие данные. Кроме того, торпеду нужно направить по
такому пути, чтобы она попала в быстро движущуюся цель. Все эти наблюдатель-
ные, измерительные и прицельные операции выполняются при помощи перископа,
который поэтому является довольно сложным, комплексным прибором и со-
держит в себе, кроме оптики, служащей для наблюдения цели, еще ряд вспо-
могательных устройств и приспособлений.
§ 2. Принципиальная схема оптической системы перископа
Основная оптическая система перископа подводной лодки, служащая для
наблюдения за морем и воздухом, должна удовлетворять ряду требований, кото-
53
рые вытекают из назначения этого прибора. Вначале мы отметим лишь следую-
щие элементарные условия:
1. Все оптические детали системы необходимо разместить внутри трубы,
диаметр которой должен быть в несколько десятков раз меньше ее длины, дости-
гающей 15 м.
2. Через перископ необходимо видеть возможно большую часть горизонта
одновременно. Поэтому поле зрения перископической системы стремятся сде-
лать максимальным.
У современных перископов поле зрения в пространстве предметов составляет,
как правило, 40°, что, однако, не является верхним достижимым пределом для
оптики наших дней.
3. Предметы, видимые через перископ, должны казаться наблюдателю имею-
щими те же линейные размеры, какие он им приписывает при рассматривании
их с того же расстояния невооруженным глазом. Это не-
обходимо для того, чтобы, наблюдая через перископ, командир G
лодки мог правильно оценивать всю обстановку и определять
на-глаз расстояние до цели, курс и скорость корабля против- /
ника. Практика применения труб малого увеличения показы- г
вает, что при рассматривании местности через оптическую
трубу с угловым увеличением, равным 1, все предметы кажутся "ч
наблюдателю несколько уменьшенными. Поэтому теперь пери-
скопу придают угловое увеличение, большее 1, как правило,
1,5х; в старых образцах перископов применялось увеличе-
ние в 1,2х и 1,3х.
4. После обнаружения цели и приведения ее изображения
в центральную часть поля зрения часто бывает необходимо
произвести детальный ее осмотр, для чего перископ должен
иметь второе увеличение, примерно той же величины, какую
имеют общеупотребительные наблюдательные приборы — би-
нокли, т. е. около 6х.
Первым трем требованиям удовлетворяет оптическая си-
стема, составленная из оптики двух астрономических труб,
обращенных одна к другой своими объективами.
На рис. 50 Lj обозначает объектив и Lo — окупяр
первой астрономической трубы, L2 и L3 — соответственно
объектив и окуляр второй трубы. Из рассмотрения хода
лучей рис. 50 видно, что линзы и L2 представляют со-
бой линзовую оборачивающую систему (см. выше, гл. 16,
§ 3). Линзы Cj и С2 — коллективы (см. выше, гл. 16, § 6),
позволяющие значительно уменьшать размеры оптических, а
следовательно, и механических деталей перископа.
Излом входящего в перископ пучка достигается двумя пря-
моугольными призмами Pi и Р2; первая, как и вся головка Рис. 50
перископа, должна иметь наименьшие размеры, и поэтому ее
ставят в наиболее узком месте светового пучка. Ее можно поворачивать вокруг
горизонтальной оси, параллельной отражающей поверхности.
Две призмы Pj и Р2, взятые отдельно, дают, как известно, прямое изображе-
ние объекта. Объектив Lo создает обратное изображение, которое оборачиваю-
щей системой LjL2 снова превращается в прямое. Окуляр, работающий
как лупа, не дает оборачивания. В конечном итоге ориентация видимого
через перископ изображения одинакова с ориентацией рассматриваемого объекта.
Пусть первая астрономическая труба (рис. 50) имеет угловое увеличение
At; в обратном ходе лучей, будучи повернута своим окуляром Lo к предмету,
она будет обладать увеличением ~, т. е. наблюдающему через нее глазу объект
будет казаться уменьшенным в А, раз. Пусть вторая труба L2L3 имеет угловое
увеличение А2, она будет увеличивать изображение, даваемое верхней трубой,
59
в Д2 раз. Следовательно, общее угловое увеличение А перископа будет
равно
л = (2,0
Если обе астрономические трубы одинаковы, то увеличение перископа будет
равняться единице; истинное поле зрения перископа в этом случае может быть
сделано равным полю зрения окуляра.
§ 3. Длина перископа
В промежутке между двумя оборачивающими линзами и L2 каждый пучок,
изображающий одну точку объекта, состоит из параллельных лучей; это обстоя-
тельство позволяет изменять длину перископа, раздвигая или сближая две поло-
вины Pt — и L2 — L3, что сводится к изменению воздушного промежутка
? i между оборачивающими линзами при сохра-
—нении всех остальных размеров системы.
Однако такой простейший, прием увеличения
—- длины перископа ограничен известными пре-
э делами: из рис. 50 видно, что при неизмен-
I ном диаметре линз оборачивающей системы
вместе с увеличением расстояния между ними
уменьшается поперечное сечение наклонных
пучков, в результате чего быстро падает яр-
кость создаваемого этими пучками изображе-
ния (на краях поля зрения).* *
Увеличить длину перископа можно и дру-
гим способом, а именно, применением несколь-
ких оборачивающих систем. Выпрямление
обратного изображения, получающегося в
случае четного числа оборачивающих систем,
может быть произведено призменной системой,
заменяющей простую окулярную призму пе-
рископа. Однако применение большого числа
линз невыгодно по ряду обстоятельств: 1) уве-
личиваются потери на отражение и поглоще-
ние, 2) вторичные отражения создают светлый
фон, уменьшающий контрастность наблюдае-
мого изображения, 3) недостатки отдельных
оптических узлов, накладываясь друг на
друга, заметно ухудшают качество изобра-
жения.
Рис. 51
По всем этим причинам в морских пери-
скопах не бывает больше трех линзовых обо-
рачивающих систем.
На рис. 51 представлены главнейшие части
оптики такого перископа: 4—объектив периско-
па, 5 — подвижная линза, изменяющая увели-
чение перископа (см. следующий параграф),
6 — первая оборачивающая система, 7 — кол-
лективные линзы, 8 — вторая оборачивающая
* Подробное рассмотрение этого вопроса, а также
формулы, связывающие между собой оптические по-
стоянные и габаритные размеры перископической си-
стемы, читатель может найти в книге А. Глейхена
[1] (стр. 140—164).
60
система, 9 и 10 — линзы третьей оборачивающей системы, 11 — нижняя призма,
12 — коллектив окуляра, 14— сложная глазная линза окуляра. Расстояния
между отдельными линзами вдоль оптической оси на этих рисунках уме ньшены
по сравнению с прочими размерами деталей, чтобы вся схема поместилась на
одной странице. Назначение остальных оптических деталей этой системы будет
пояснено в дальнейшем.
L'o
Рис. 52
§ 4. Перемена увеличения
В перископических зрительных трубах часто применяется переменное уве-
личение, осуществляемое разными способами.
1. Так, в перископах германского образца применяется способ переме-
щения одной линзы вдоль оптической оси (см. рис. 51, линза 5).
2. На рис. 52 показана схема
оптики верхней головки пери-
* скопа, в котором перемена уве-
личения основана на принципе
смены линз. Верхняя отра-
жающая призма склеена из двух
прямоугольных призм 1 и 2, ги-
потенузные плоскости которых
посеребрены. В положении опти-
ческого кубика 1 + 2, изобра-
женном на рис. 52, а, линзы L'o и
L"o не работают; объект распо-
ложен слева, и лучи проходят
лишь через призму 1 и объектив
Lo, с которым перископ имеет
малое увеличение.
Если призмы вместе с лин-
зами повернуть на 180° вокруг
горизонтальной оси, располо-
женной в гипотенузной пло-
скости призм (рис. 52, б), то в ход лучей будут включены призма 2 и линзы L'9
и L"o. Положительная линза Lo' вместе с отрицательной линзой L"oобразует
телеобъектив с фокусным расстоянием, в несколько раз большим, нежели фокус-
ное расстояние объектива Lo. Поэтому во втором положении кубика увеличение
перископа будет больше, чем в первом. Оба объектива Lo и L'o + L"o рассчитаны
и смонтированы так, что фокальные
их плоскости лежат в одном месте, а
именно в плоскости изображения Fx.
При помощи такой системы можно
следовательно, придать перископу
два различных увеличения.
3. Применяемый в английских
приборах способ перемены увеличе-
ния основан на следующем принципе.
Если перед объективом перископа по-
ставить оптическую систему галилеев-
ской трубы, объектив которой обращен
к предмету, то увеличение перископа
Рис* 53 станет равным А • А', где А—увеличе-
ние собственно оптической системы перископа и А' —увеличение добавочной гали-
леевской трубы. Если добавочную оптическую систему направить к предмету оку-
_ А
ляром, то общее увеличение перископа будет, очевидно, равно
61
Рис. 55
X?.
z"-z/
1-о
^4
Рис. 54
Следовательно, после переключения системы увеличение перископа изменяется
в А • А' : А=(Д')2 раз.
На рис. 53 показана схема оптики системы перемены увеличения, основан-
ной на этом принципе. L — объектив перископа, F — фокус объектива L, L' —
объектив и L" — окуляр добавочной системы. При расположении оптических
частей, показанном на рисунке, перископ имеет увеличение А • А. Если повер-
нуть систему L' 4- L" на угол 90° вокруг оси, проходящей через некоторую
точку Z так, чтобы входящие в перископ пучки свободно проходили между лин-
зами L' и L" (пути лучей обозначены пунктиром), то увеличение перископа ста-
нет равным А. Можно еще раз повернуть систему L' L" на угол 90° в том же
направлении, установив ее окуляром L" к объекту, и тогда получится общее
увеличение перископа
На рис. 54 приводим схему оптики
другого перископа английского образ-
ца с переменным увеличением. А—за-
щитная плоскопараллельная стеклян-
ная пластинка, L''—окуляр добавочной
галилеевской системы, L' — ее объек-
тив, L4hL3— коллективная и глазная
линзы окуляра. Обозначения осталь-
ных оптических частей такие же, как
на рис. 50. При том положении си-
стемы перемены увеличения L' -f- L",
которое изображено на рис. 54, пе-
рископ имеет малое увеличение 1,5х
при поле зрения 40°. Для получения
второго увеличения линзы L " и L'
убираются из хода лучей в сторону, в
положение L'\ и L\. Так как добавоч-
ная система имеет увеличение 4х,то
второе увеличение ' перископа буде г
равно 1,5X4 = 6х; поле зрения со-
ответственно уменьшается в 4 раза —
до 10°.
Тот же принцип включения доба-
вочной галилеевской системы 4 -f- 5
или б -J- 7 перед объективом Lo при-
меняется в итальянских перископах
(рис. 55). Перемена увеличения про-
изводится путем поворота на 90° опти-
составленного из четырех линз 4—7, вокруг оси, перпендикуляр-
ной к плоскости рисунка и проходящей через точку пересечения оптических
осей двух галилеевских систем 4 -j-5 и б ф7.
Механические части приспособлений для перемены увеличения устраиваются
так, что переключение увеличения может быть выполнено почти моментально —
путем поворота рукоятки, расположенной на окулярной головке. Через посред-
ство тонких стальных тросиков, проложенных внутри трубы перископа, вра-
щение оси рукоятки передается находящемуся в верхней головке механизму,
который и осуществляет необходимое перемещение оптических деталей — про-
дольное смещение подвижной линзы или поворот «кубика».
ческого «кубика»,
§ 5. О некоторых оптических деталях перископа
Объектив перископа представляет собой ахроматическую линзу, склеенную
из двух или трех (рис. 51) простых линз. Встречаются также более сложные объек-
62
тивы, состоящие из двух ахроматических линз. Ахроматическими являются
также объектив L' (рис. 54) добавочной системы, оборачивающие линзы Lt
и L2 и глазная линза окуляра L3. Коллективные линзы Сх, С2 и L4, как правило,
бывают простые. Линза С19 помещающаяся в верхней плоскости изображения,
иногда делается плосковыпуклой, а на ее плоской поверхности наносится дально-
мерная шкала («сетка»), позволяющая приближенно измерять небольшие углы
в пространстве предметов (см. § 9). Наружная защитная плоскопараллельная
пластинка А должна выдерживать большое водяное давление и не должна терять
своей прозрачности под действием воздуха и морской воды.
Объективную призму Рг можно поворачивать вокруг горизонтальной оси
посредством вращения рукоятки, находящейся на окулярной головке перископа;
как и в механизме перемены увеличения, движение рукоятки передается призме
Рг с помощью тонких тросиков, проложенных внутри трубы перископа. У обык-
новенного перископа визирную линию поворотом призмы можно направлять
под углом к горизонту до 10° вниз и до 20° вверх.
В перископах часто применяется окуляр типа Кельнера (см. гл. 16, § 7).
Встречаются и более сложные конструкции окуляров. В передней фокальной
плоскости окуляра может быть помещена нить, шкала или иная марка.
Диоптрийная установка окуляра перископа может быть осуществлена раз-
личными способами. Укажем следующие три чаще всего встречающихся способа
установки окуляра по глазу наблюдателя.
1. Окуляр имеет обычную для зрительных труб диоптрийную установку —
оправа глазной линзы при вращении ее передвигается по винтовой резьбе,
вследствие чего глазная линза перемещается вдоль оси окуляра. Для отсчета
положения окуляра на оправе его наносится диоптрийная шкала. Так устроен
окуляр в итальянских и германских перископах более позднего выпуска.
2. Все оптические части окуляра неподвижны. Такое устройство позволяет
получить надежную изоляцию внутренней полости перископа от внешнего воз-
духа. Обыкновенно подобный окуляр бывает установлен на—0,5 диоптрии,
так как эта установка окуляра подходит для глаз большинства людей. Наблю-
датель, глаз которого не "может быть аккомодирован на предмет, находящийся
перед ним на расстоянии 2 м, должен присоединить к окуляру диоптрийную линзу
подходящей силы (очковое стекло в оправе); при такой конструкции, которая
встречалась в старых германских перископах, набор диоптрийных линз является
необходимой принадлежностью перископа.
3. Глазная линза окуляра перископа неподвижна. Фокусировка оптической
системы по глазу наблюдателя производится путем передвижения вдоль оси
перископа одной из внутренних деталей, например нижнего коллектива С2
(рис. 54), который расположен в сходящемся пучке и поэтому изменяет сходи-
мость пучков при продольном смещении. Чтобы произвести установку системы по
своему глазу, наблюдатель должен вращать маховичок, расположенный на оку-
лярной головке'перископа. Такое устройство встречается в английских пери-
скопах.
Перископы снабжаются также светофильтрами, которые вводятся в ход лу-
чей, как правило, между линзами окуляра. Применяются светофильтры двух
(серый и желтый или красный) или трех (серый, оранжевый, синий) различных
цветов. Нейтральный серый (дымчатый) и синий фильтры служат для ослабления
яркого солнечного света и солнечных бликов от поверхности воды, а красный
и желтый — для увеличения контраста между объектом и фоном, что. имеет осо-
бенно большое значение при наблюдении в туманную погоду: голубые лучи,
испускаемые фоном, поглощаются этими фильтрами, и, вследствие увеличения
контрастности, изображение получается более отчетливым.
Оптические части перископа должны быть надежно закреплены в своих опра-
вах и при неизбежных толчках и тряске, которые испытывает перископ во время
своей службы, сохранять свое положение в трубе неизменным. Заметное сме-
щение одной или нескольких деталей может вызвать серьезное расстройство
оптической системы и вывести весь прибор из строя.
§ 6. Потери света в перископе
Как видно из изложенного, некоторые перископические системы состоят из
большого количества линз, призм и других оптических деталей. В каждой де-
-тали часть упавшего на нее света бесполезно теряется вследствие отражения
на ее преломляющих поверхностях, а также по причине поглощения и рассеяния
света массой стекла. Поэтому для перископов величина потерь света имеет
первостепенное значение. Чтобы оценить ее, произведем очень грубый прибли-
женный подсчет применительно к двум системам, оптические схемы которых
представлены на рис. 54 и 51.
Можно считать, что при прохождении света через стекло вследствие погло-
щения и рассеяния теряется около 1% светового потока на пути в 1 см. При
каждом отражении на границе между стеклом и воздухом теряется в кроновых
стеклах 4% и в флинтовых стеклах 5,5%. Поэтому мы не сделаем большой ошибки,
если примем, что каждая отдельная оптическая деталь (простая или склеенная),
граничащая с обеих сторон с воздухом, отражает в среднем 4 + 5,5 — 9,5% света.
Оптическая система, изображенная на рис. 54, состоит из 11 отдельных
оптических частей (линза L4 склеена с призмой Р2). Положим, что в среднем
толщина отдельной оптической части равна 3 см; следовательно, потери света
в стекле этой детали составят 3%. Вместе с 9,5% света, ушедшего в отраженные
пучки, это даст общую сумму потерь в каждой оптической детали 12,5%, т. е.
0,125. Полезная часть светового потока через отдельную оптическую деталь
составит 0,875 от упавшего светового потока. Через весь же перископ пройдет
лишь 0,875х1 = 0,23 светового потока, упавшего на его входное отверстие, т. е.
из окуляра выйдет лишь около 23% света. Следовательно, даже в сравнительно
простой перископической системе теряется более 3/4 света.
Более сложная оптическая система (рис. 51) состоит из 20 оптических частей,
находящихся в воздухе (все двойные и тройные линзы считаем склеенными). Так
как здесь имеется много мелких деталей, то считаем толщину каждой детали
,в среднем равной 10 мм и тогда получаем потери света в одной детали 9,5 + 1,0 —
10,5%, т. е. пропускание света = 0,895. Через всю систему пройдет 0,89520 —
= 0,109, т. е. в глаз наблюдателя попадет лишь около— от входящего в перископ
светового потока.
Если поверхности оптических деталей не вполне хорошо отполированы,
покрыты пылью или на них тонким слоем осела влага («отпотевание»), то эти
фгкторы повлекут добавочное рассеяние света, что еще более увеличит потери.
Отсюда ясно важное значение содержания оптических поверхностей прибора
в чистоте, особенно наружных, которые могут не только загрязняться, но и по-
лучать царапины при неправильном уходе, а это также ухудшает пропускание
света системой. О просушке воздуха, заключенного внутри перископа, см. § 12
этой главы.
Описанный выше (т. I, гл. ЗА, §8) способ уменьшения коэффициента отра-
жения у оптических деталей («просветление оптики») имеет большое значение,
в частности и для перископов.
§ 7. Приспособления для указания направления визирной линии
Командиру подводной лодки бывает необходимо знать, какой угол составляет
линия визирования на данный предмет с диаметральной плоскостью лодки (так
называемый азимутальный угол). Для этой цели на потолке лодки
неподвижно укрепляется лимб, называемый азимутальным кругом,
охватывающий перископ. Нулевое деление градусной шкалы лимба направ-
лено к носу лодки. Отсчеты по шкале могут быть сделаны с помощью вертикаль-
ного штриха, нанесенного на внешней поверхности цилиндрической трубы пери-
скопа параллельно оси трубы. Лимб освещается электрическими лампочками.
При таком способе измерения углов наблюдатель для каждого отсчета дол-
жен прерывать наблюдение за противником. Кроме того, лимб и наблюдаемый
64
предмет, вообще говоря, почти всегда имеют неодинаковую освещенность. Для
того чтобы отсчитывать азимутальный угол непосредственно в поле зрения
окуляра, не отрываясь от наблюдения и не заставляя глаз привыкать к другим
условиям освещения, служат вспомогательные приспособления различного устрой-
ства, вмонтированные в окулярную головку перископа. Дадим два примера.
1. В верхней части поля зрения окуляра диафрагмой отделяется небольшое
оконце (см., например, рис. 59а и 596). Спецальное, довольно сложное оптическое
приспособление проектирует в оконце изображение небольшого участка азиму-
тальной шкалы, которая нанесена на вы-
. шеупомянутом лимбе, неподвижно укре-
пленном на потолке лодки. В отверстии
диафрагмы виден одновременно темный
индекс, передвигающийся вдоль изобра-
жения шкалы при вращении перископа
и служащий для отсчета азимутальных
углов. Проекционное приспособление
имеет подвижные оптические детали, пе-
ремещая которые, можно изменять фоку-
сировку оптической системы приспосо-
бления и получать резкое изображение
азимутальной шкалы при любом расстоя-
нии между окулярной головкой пери-
скопа и потолком подводной лодки. Для
фокусировки приспособления нужно вра-
щать специальный маховичок, находя-
щийся на окулярной головке перископа.
При повороте перископа для обзора раз-
личных частей горизонта изображение
шкалы передвигается в поле зрения, и
против индекса устанавливается деление,
соответствующее величине угла между
линией визирования перископа и диа-
метральной плоскостью подводной лодки.
Азимутальная шкала в поле зрения
представляется в увеличенном виде, что
повышает точность отсчета.
Для того чтобы определить азиму-
тальный угол, достаточно поворотом пе-
рископа привести изображение цели на
вертикальный штрих сетки, сфокусиро-
вать приспособление (если это не сде-
лано ранее) и непосредственно в поле
Рис. 56
зрения прочитать отсчет по шкале.
На рис. 56, показывающем устройство части механизмов окулярной головки
перископа германской системы, видно оптическое приспособление 16—22, дей-
ствующее описанным способом. Шкала находящегося над окулярной головкой
азимутального круга (не показанного на рисунке) изображается оптической
системой 16—22 в плоскости изображения перед окуляром перископа. Индекс,
служащий для отсчета по азимутальной шкале, укреплен на металлической
пластинке 25. Вращением маховичка 26 осуществляется передвижение подвиж-
ной линзы 19 между неподвижными линзами 18 и 20; этим достигается фоку-
сировка приспособления на азимутальный круг при различных положениях
перископа по высоте.
Приблизительно так же устроено и приспособление для чтения отсчетов по
азимутальному кругу в итальянских перископах.
2. В одной из плоскостей изображения перископа помещены две почти сопри-
касающиеся тонкие круглые стеклянные плоскопараллельные пластинки, покры-
5 Оптика в военном деле—215.
65
вающие все поле зрения. На одной из пластинок, укрепленной неподвижно,
нанесена градусная шкала, деления которой находятся у краев поля зрения.
На второй пластинке имеется штрих, служащий индексом. Эта пластинка может
поворачиваться около оси перископа; оправа ее посредством механической пере-
дачи связана с кольцом, на котором вращается перископ; устройство передачи
таково, что при повороте перископа на некоторый угол пластинка автоматически
поворачивается на тот же угол вокруг оптической оси перископа. При этом ин-
декс движется по градусной шкале и указывает угол поворота перископа. Таким
образом наблюдатель, смотря в перископ, видит одновременно интересующий
его объект, градусную шкалу и индекс; приведя изображение объекта на верти-*
кальный штрих сетки перископа, наблюдатель может по градусной шкале про-
читать азимутальный угол. При таком устройстве отсчета наружная азимуталь-
ная шкала служит лишь для поверки отсчетов по шкале, видимой в поле зрения.
Как на недостаток этой конструкции, нужно указать на необходимость вве-
дения в ход лучей двух стекол, что всегда нежелательно, так как вызывает уве-
личение потерь света в системе. Кроме того, для работы в темное время суток
нужно иметь искусственную подсветку азимутальной шкалы л индекса.
§ 8. Приспособления для оценки расстояний и курсовых углов
Для определения расстояний до интересующих подводную лодку объектов
перископы снабжаются специальными приспособлениями, позволяющими опре-
делять удаление цели.
За исключением немногочисленных при-
боров, о которых говорится в § 15, опре-
деление дистанции с помощью перископа
основано на принципе дальномера с внеш-
ней базой. Будем полагать, что высота
предмета h мала по сравнению с расстоя-
нием D до наблюдателя (точнее, до входного
отверстия). Если известен малый угол а,
под которым видна высота предмета,* то
искомое расстояние получим по формуле
Рис. 57
р=4- (м
Следовательно, чтобы оценить расстоя-
ние до цели, нужно лишь измерить угол а.
Для грубой оценки дистанции всякий
перископ имеет угломерную сетку, которая
наносится на плоской стороне коллектив-
ной линзы или на плоскопараллельной пла-
стинке и помещается внутри оптической си-
стемы в одной из плоскостей реального
изображения. Форма и размеры штрихов
и делений сетки бывают различные, но
всегда имеется вертикальный штрих, пере-
текающий поле зрения по диаметру, а также две шкалы — вертикальная и гори-
зонтальная. Первая из них позволяет измерять углы а в вертикальной плоскости.
Составленная заранее по формуле (8,1) таблица служит для быстрого перевода
углова в дистанции D при разных высотах цели. Точность этого способа не-
высока, особенно при качке.
Несколько большую точность измерения угла а могут обеспечить приспособ-
ления, действие которых основано на принципе двоения изображения; принято
называть их м икрометрами.
* Размеры цели оцениваются наблюдателем на-глаз или, после определения класса ко-
рабля, берутся из справочника.
66
Двоение изображения в микрометре фирмы Герца (рис. 57) основано на дей-
ствии оптического клина с переменным углом; подобные приспособления употреб-
ляются в дальномерах под названием двухклинового компенсатора (см. гл. 23, § 6).
В микрометре Герца подобная комбинация клиньев находится между линзами
окуляра, причем через нее проходят пучки лучей, относящиеся только к одной
половине поля зрения. Клинья можно вращать с помощью валика, который виден
справа на рис. 57. При нулевом положении клиньев они образуют плоскопарал-
лельную пластинку, что почти не оказывает влияния на видимое через окуляр
изображение; заметен лишь край клина в виде размытой черты. При вра-
щении валика оба клина поворачиваются и вызывают наклон лучей
в вертикальном направлении, вследствие чего часть изображения, лежащая под
клиньями, представляется сдвинутой вверх или вниз на некоторый угол, про-
порциональный углу отклонения компенсатора.
Микрометр снабжен диском с нанесенными на нем кривыми, по которым
можно непосредственно отсчитывать дистанции против штрихов горизонтальной
шкалы, соответствующих известным высотам цели. При вращении измерительного
валика диск также поворачивается около своего центра, причем угол поворота
диска пропорционален измеряемому углу а. Каждая кривая, нанесенная на диске,
соответствует определенной дистанции. Над диском укреплена неподвижная
горизонтальная шкала высот цели. Для измерения дистанции до рассматривае-
мого судна нужно вращать измерительный валик
микрометра и развести две видимые половины изобра- b d
жения цели так, чтобы ватерлиния одной половины
изображения коснулась верхнего края трубы другой ‘
части изображения (см. нижнюю часть рис. 57). После ~
этого штрих шкалы, соответствующий данной высоте А
судна, укажет кривую на диске, означающую расстоя-
ние до цели. а с
Этот микрометр более удобен для измерения ди- Рис. 58
станции, чем угломерная сетка, так как при качке
корабля обе половинки изображения движутся по полю зрения вместе,
а угол, на который они разведены, при этом не изменяется. Однако
такой прибор имеет и ряд недостатков: линия раздела двух половин изобра-
жения — нерезкая, делать отсчет по кривым линиям затруднительно, продол-
жительность измерения значительна, а точность — низка.
Перископы английского образца снабжены микрометрами, дающими, в отли-
чие от микрометра Герца, два полных изображения рассматриваемого предмета.
Принцип работы этого приспособления (см. схематический рис. 58) также сво-
дится к действию двух клиньев ab и cd, но здесь клиньям придана форма круговых
колец и помещаются они на пути параллельного пучка. Лучи от любой точки А
изображения разделяются на две части. Центральная часть пучка, проходящая
внутри кольцеобразных клиньев, выходит из микрометра неотклоненной. Другая
часть (заштрихованная на рис. 58) проходит через клинья ab и cd и под дей-
ствием их отклоняется вверх или вниз. После прохождения последующей оптики
перископа, каждая из этих частей пучка дает отдельное изображение точки А.
Поскольку только что сказанное можно повторить относительно каждой точки
поля зрения, то в результате получаются два одинаковых изображения, сдвину-
тых одно относительно другого по вертикали на угол, пропорциональный углу
отклонения пары клиньев. При вращении последних изображения сходятся
или расходятся. Таким образом можно осуществлять разведение двух изобра-
жений рассматриваемого предмета по вертикали и, пользуясь этим, определять
угол, под которым видна известная высота цели.
Вид поля зрения перископа при определении дистанции таким микрометром
представлен на рис. 59а.
Для стрельбы торпедами по кораблю противника необходимо знать еще его
курсовой угол, т. е. угол между диаметральной плоскостью атакуемого корабля
и линией визирования на него из подводной лодки. Если в точке А (рис. 60)
67
находится лодка, а ВС = I — длина корабля противника, то Z АС В = <р
называется курсовым углом корабля ВС. Дистанцию АВ попрежнему
будем обозначать через D и будем считать длину корабля I малой по сравнению
с расстоянием D. Пусть ВМ J. АС. Тогда
. ВМ £>sin8 /О
sin ® = —— = —J—- (8,2)
и, вследствие малости угла р,
sin? = B. (8,3)
Рис. 59а
Рис. 5£б
Для измерения угла р, всегда расположенного приблизительно в горизон-
тальной плоскости, пользуются тем же микрометром, который при определении
дистанции служит для измерения вертикального угла а. Однако теперь разведе-
ние двух изображений цели нужно производить не по высоте, а по горизонталь-
ному направлению, для чего микрометр поворачивают, как целое, на угол 90°
вокруг оптической оси. Измерительным валиком микрометра нужно развести
два изображения так, чтобы нос наблюдаемого корабля в одном изображении
коснулся кормы его во втором изображении (рис. 596).
Оптические части микрометра, вызывающие двоение изображения, монти-
руются на перископе таким способом, что их по желанию наблюдателя можно
поворачивать на прямой угол вокруг оптической оси перископа. После
измерения расстояния достаточно лишь повер-
нуть микрометр на угол 90°, чтобы можно
было приступить к измерению курсового
угла.
Микрометры предназначаются, как пра-
вило, для употребления при большом увели-
чении перископа, потому что, вследствие
больших размеров изображения цели, в этом
случае получается бблыпая точность измере-
ния.
Рис. 60
Зная угол р, под которым видна цель, по формуле (8,3) вычисляют курсовой
угол ®; можно для этого воспользоваться также заранее составленными табли-
цами или номограммами. Для ускорения и упрощения процесса получения вели-
чины удаления цели и ее курсового угла прибегают к механическому способу
решения соответствующего измерительного треугольника АВС. Микрометр
усложняют, снабжая его несколькими подвижными шкалами, нанесенными на
круглых кольцах. Часть из них передвигается автоматически при вращении
измерительного маховичка, т. е. в зависимости от получаемой величины разве-
дения двух наблюдаемых изображений. Другие шкалы можно передвигать от
68
руки; они служат для введения в прибор известного размера цели — высоты
или длины ее. После совмещения концов двух изображений и установки соответ-
ствующей шкалы, наблюдатель непосредственно производит отсчет измеренной
величины по шкале удаления цели или курсового угла.
Каждый современный германский перископ наряду с обыкновенным окуля-
ром, предназначенным для наблюдения за объектом, снабжается вторым, изме-
рительным окуляром, внутрь которого встроен микрометр. Раздвоение изобра-
жения выполняется в нем своеобразным линзовым устройством. Между коллек-
тивной и глазной линзами измерительного окуляра помещена пара линз (рис. 61)—
положительная линза 1 + 2 и отрицательная 5 4-4; каждая из них, в свою
очередь, состоит из двух половин (как бы
разрезана вдоль диаметра), причем полу-
линзы 7 и 4 имеют удлиненную форму. По-
лулинзы 2 и 3 в оправе окуляра укреплены
неподвижно, вторые же две полулинзы —
7 и 4 — сидят в подвижной оправе, что по-
зволяет сдвигать их вдоль линии разреза
одновременно и в одном направлении. Не-
трудно сообразить, что полулинзы 7 и 4,
как имеющие фокусные расстояния проти-
воположного знака, оказывают взаимно
обратное действие на проходящие через
них лучи, т. е. если, например, обе полу-
линзы смещаются вниз, то положительная
линза 7 будет вызывать перемещение види-
мого в правой части поля зрения изобра-
жения вверх (выходящие из приспособления
лучи будут отклонены книзу), а отрица- Рис. 61
тельная полулинза 4 сдвинет изображение,
видимое в левой половине поля зрения, вниз. Передвижение подвижных полулинз
производится вращением измерительного маховичка; одновременно поворачи-
ваются кольца со шкалами. Наблюдатель, глядя в измерительный окуляр, видит
поле зрения, разделенное неясной вертикальной чертой на две половины; при вра-
щении маховичка изображения в обеих половинах поля перемещаются в противо-
положные стороны, что позволяет разводить две части изображения цели на не-
обходимое расстояние по высоте. Для измерения курсового угла окуляр можно
поворачивать и устанавливать линию раздела двух изображений горизонтально.
Устройство механической части окуляра — довольно сложное, и мы его не опи-
сываем.
Недостатком всех дальномеров-микрометров является трудность точного
совмещения концов двух изображений цели в том случае, когда изображение
вследствие качки перемещается по полю зрения перпендикулярно к линии раз-
дела. Другие недостатки указаны ниже в § 16.
§ 9. Неподвижная линия
Чтобы точно направить торпеду в движущийся корабль, необходимо знать
также скорость последнего. Для измерения скорости цели перископы снабжаются
специальными приспособлениями.
Принцип определения скорости надводного корабля, за которым ведется
наблюдение через перископ, заключается в следующем. Предположим сначала,
что вблизи корабля, движущегося равномерно и прямолинейно, имеется какая-
нибудь неподвижная точка, которая может служить меткой для засечки момента
прохождения мимо нее различных точек корабля. Если известна длина послед-
него (или какой-либо другой горизонтальный размер цели) и если мы определим
промежуток времени /, в течение которого корабль пройдет мимо неподвижной
69
точки на всю длину корпуса — от носа до кормы, то скорость цели о находится
делением ее длины на измеренный промежуток времени:
(9,1)
На поверхности моря, как правило, не бывает заметных неподвижных пред-
метов, которые могли бы служить необходимой нам меткой. За неподвижную
метку нельзя принять и штрих сетки перископа, потому что курс подводной
лодки никогда не бывает строго прямолинейным, а также вследствие почти всегда
имеющейся качки. Однако существует возможность искусственно создать в про-
странстве предметов неподвижную метку; для этого достаточно в поле зрения
перископа поместить п сдвижную марку, которая при повороте подводной лод-
ки вокруг вертикальной оси передвигалась бы по полю зрения перископа в гори-
зонтальном направлении совершенно так же, как должно перемещаться в поле
зрения изображение неподвижного предмета. Так как измерять приходится только
горизонтальные скорости, то для нашей цели важны лишь перемещения изо-
бражения в горизонтальной плоскости, а движение его вверх и вниз не имеет
существенного значения.
Поэтому в качестве метки,
служащей для измерения
скорости, удобно взять
марку в форме вертикаль-
ной нити. Такую марку,
заменяющую неподвижный
предмет, называют н е-
подвижной в про-
странстве линией,
или, короче, неподвижной
_ о линией.
Неподвижная линия за-
Рис. 62 дает лишь направление
вертикальной плоскости
в пространстве. Если подводная лодка движется, то эта плоскость перемещается
вместе с лодкой параллельно самой себе. Поэтому вышеуказанная формула (9,1)
дает точное значение скорости цели лишь при неподвижной лодке, а также —
в случае движения лодки вдоль линии визирования на цель. В прочих случаях
к правой части формулы (9,1) нужно прибавлять член, выражающий поправку
на смещение лодки за время t измерения скорости цели.
Пусть (рис. 62) АВ — цель длиною /, идущая по направлению АС со скоростью v;
D — подводная лодка, передвигающаяся так же прямолинейно и равномерно
по направлению DC со скоростью п; DB — направление в пространстве, зада-
ваемое неподвижной линией в начальный момент измерения скорости цели: на-
блюдатель видит через окуляр перископа, что неподвижная линия соприкасается
с изображением форштевня корабля противника. По прошествии промежутка
времени /, в момент, когда неподвижная линия совпадает с кормой в изображении
корабля, лодка будет находиться в точке О', цель перейдет в положение А'£Г,
и неподвижная линия будет задавать направление О'Д', параллельное DB.
Цель за время t пройдет путь ВВ', и, следовательно, ее скорость будет равна
в в* ___ В А' -ь I
t t
(9,2)
Курсовой угол цели DBC обозначаем через ср; угол между диаметральной
плоскостью DC лодки и направлением DB визирования на цель, который
называется своим курсовым углом, или курсовым углом
лодки на цель, обозначаем через 6. DD’ есть путь лодки за время t
DD' == at.
70
Опустив из А' и D' перпендикуляры на BD, из треугольников FD D и ВА'Е
вследствие равенства отрезков А'Е = DT, находим
D'F = DD' sin ф = ut sin Ф,
-prjTf А'Е D’F , sin 6
BA — —— — — -— цt —--.
sin® sin® sin®
После подстановки этого значения ВА' в
выражение (9,2) для скорости цели v, по-
лучаем окончательно
1 .
v = r-|-u
sin ф
sin ®
Второе слагаемое в правой части обра-
щается в нуль при и — 0 и при ф — 0°
или ф = 180°, и в этих случаях последняя
формула переходит в (9,1).
Чтобы быстро и без вычислений полу-
чать окончательный результат измерения
скорости цели и, пользуются таблицами и
номограммами, вычисленными по последней
Рис. 63
входящих в нее величин.
формуле для различных значений
Практическое осуществление в поле зрения перископа марки, обладающей
вышеуказанным свойством неподвижной линии, основано на применении гиро-
скопа — прибора, некоторые подвижные части которого сохраняют свое поло-
жение
в пространстве неизменным при поворотах и наклонах основания прибора.
Известны конструкции пе-
рископов, в которых ма-
лый гироскоп, управляю-
щий движением неподвиж-
ной линии по полю зре-
ния, смонтирован непосред-
ственно на окулярной го-
ловке и является, таким
образом, постоянной со-
ставной частью перископа.
Чаще же всего для прида-
ния неподвижной линии
необходимых перемещений
Рис. 64
jf используют гирокомпас, ко-
торый имеется на каждой
подводной лодке, так как
является основным прибо-
ром в кораблевождении.
На рис. 63представлена
окулярная головка одного
из английских перископов.
Находящаяся в нижней ее
части коробочка содержит внутри себя гироскоп; самая нижняя рукоятка служит
для включения его. Схема внутреннего устройства окулярной головки этого
перископа показана на рис. 64,я.
Освещаемая непоказанной на рисунке лампочкой щель В, изображение кото-
рой является неподвижной линией, стабилизируется гироскопом А. С помощью
отражательной призмы Р, линзы С и прозрачной плоскопараллельной пластинки
D, наклоненной под углом 45° к оптической оси окуляра L3, изображение щели
7 1
Опустив из А’ и D' перпендикуляры на BD, из треугольников FD'D и ВА'Е
вследствие равенства отрезков А'Е — D’F, находим
D'F = DD' sin — ut sin Ф,
Тгтр A'E D'F . sin 6
BA = ------— = lit -—.
Sin Ф Sin Ф Sin Ф
После подстановки этого значения ВА1 в
выражение (9,2) для скорости цели v, по-
лучаем окончательно
1
v~7
sin Ь
sin ф
Второе слагаемое в правой части обра-
щается в нуль при и — 0 и при ф = 0°
или Ф = 180°, и в этих случаях последняя
формула переходит в (9,1).
Чтобы быстро и без вычислений полу-
чать окончательный результат измерения
скорости цели -и, пользуются таблицами и
номограммами, вычисленными по последней
Рис. 63
формуле для различных значений
входящих в нее величин.
Практическое осуществление в поле зрения перископа марки, обладающей
вышеуказанным свойством неподвижной линии, основано на применении гиро-
скопа — прибора, некоторые подвижные части которого сохраняют свое поло
жение в пространстве неизменным при поворотах и наклонах основания прибора
Известны конструкции пе-
рископов, в которых ма-
лый гироскоп, управляю-
щий движением неподвиж-
ной линии по полю зре-
ния, смонтирован непосред-
ственно на окулярной го-
ловке и является, таким
образом, постоянной со-
ставной частью перископа.
Чаще же всего для прида-
ния неподвижной линии
необходимых перемещений
используют гирокомпас, ко-
торый имеется на каждой
подводной лодке, так как
является основным прибо-
ром в кораблевождении.
На рис. 63 представлена
окулярная головка одного
из английских перископов.
Находящаяся в нижней ее
Рис. 64
части коробочка содержит внутри себя гироскоп; самая нижняя рукоятка служит
для включения его. Схема внутреннего устройства окулярной головки этого
перископа показана на рис. 64,а.
Освещаемая непоказанной на рисунке лампочкой щель В, изображение кото-
рой является неподвижной линией, стабилизируется гироскопом А С помощью
отражательной призмы Р, линзы С и прозрачной плоскопараллельной пластинки
D, наклоненной под углом 45° к оптической оси окуляра L3, изображение щели
В проектируется в фокальную плоскость F2 окуляра L3 перископа. Одновременно
в плоскости F2 находится изображение наблюдаемого судна, образуемое основной
оптической системой перископа, на рисунке не показанной (Р2 — нижняя отра-
жательная призма этой системы). Перечисленные оптические- части неподвиж-
ной линии и внешняя оправа гироскопа укреплены на окулярной головке пери-
скопа. Пластинку D, по желанию наблюдателя, можно откидывать в сторону,
выводя тем самым неподвижную линию из поля зрения в случае отсутствия в
ней надобности. Увеличение линзы С можно подобрать так, чтобы смещение
изображения щели в плоскости F2 при повороте перископа было равно смещению
изображения неподвижного объекта, рассматриваемого в перископ. Поясним
это, воспользовавшись рис. 64,6 и 64,в, которые показывают вид сверху схемы
рис. 64,а до и после поворота перископа. Пусть щель В изображается линзой С
в точке О плоскости F2 (рис. 64,6) и пусть в той же точке находится изображение
некоторого неподвижного объекта. Повернем перископ на небольшой угол ф
вокруг вертикальной оси. Все оптические части займут новое положение в про-
странстве, положение же метки В, под действием гироскопа останется неизмен-
ным, как то и изображено на схеме рис. 64,в. Допустим, что изображение непо-
движного объекта, рассматриваемого в перископ, переместится в точку О'; вслед-
ствие малости угла ф можно считать, что отрезок 00' пропорционален углу ф,
т. е. __
ОО' =
где т — некоторый коэффициент пропорциональности. Точно так же и попереч-
ное удаление ВВ' метки В от оси перископа XX можно считать пропорциональ-
ным углу <р __
ВВ* = пф.
Для того чтобы линза С после поворота перископа создала изображение
щели В как раз в точке О', необходимо соблюдение равенства
ОО' = ^‘ВВ', или В = = — ,
г г ВВ' п
где р — поперечное увеличение линзы С в сопряженных плоскостях В и F2. Сле-
довательно, если линза С обладает увеличением р, определяемым последним
равенством, то при малых углах поворота перископа изображение метки В в пло-
скости F2 будет передвигаться точно так же, как должно двигаться изображение
неподвижного объекта; таким образом это изображение метки В является непо-
движной линией.
Подобное устройство позволяет поворачивать перископ вокруг вертикаль-
ной оси даже во время измерения скорости противника, чего нельзя делать при
других системах устройства неподвижной линии. Измерение скорости противника
производится в следующем порядке. В окуляр перископа наблюдатель видит
одновременно изображение корабля — цели и неподвижную линию, имеющую
вид вертикального светлого штриха. Включив гироскоп и подведя неподвижную
линию к форштевню в изображении корабля, наблюдатель измеряет по секундо-
меру время прохождения мимо неподвижной линии изображения корабля от
форштевня до ахтерштевня.
В германских и итальянских перископах управление движением неподвиж-
ной линии по полю зрения в зависимости от поворотов подводной лодки осуще-
ствляется по иному способу — с помощью так называемого репитерного мотор-
чика (шаг-мотора), работающего от гирокомпасной установки лодки. Здесь мы
кратко наметим лишь принципиальную сторону вопроса, не вдаваясь в сложные
технические подробности.
Каждый гирокомпас имеет электрический передатчик импульсов, который
посылает в сеть один импульс электрического тока при повороте лодки на опре-
72
деленный малый угол (например через 10', 5' или 2',5). Пользуясь этими
импульсами, можно заставить якорь синхронного (репитерного) электромотор-
чика, установленного в любом другом месте лодки, поворачиваться на угол,
пропорциональный углу поворота лодки. Подобный репитерный моторчик мон-
тируется в окулярной головке перископа; посредством зубчатой передачи по-
вороты его якоря передаются рамке, на которой в вертикальном направлении
натянута тонкая металлическая нить, расположенная в фокальной плоскости
окуляра перископа и служащая неподвижной линией. Рамка с нитью укреплена
на планке, которая под действием репитерного моторчика может поворачиваться
вокруг вертикальной оси так, что при этом нить перемещается в поле зрения по
горизонтальному направлению.
При повороте подводной лодки в горизонтальной плоскости происходит
следующее: датчик гирокомпаса посылает электрические импульсы регуляр-
но через каждые 10', 5' или 2',5 угла поворота лодки; под действием отдельного
импульса тока якорь репитерного моторчика поворачивается каждый раз на
один и тот же угол и перемещает нить неподвижной линии по полю зрения
перископа на небольшое расстояние.
Зубчатая передача, связывающая якорь репитерного моторчика с нитью не-
подвижной линии, рассчитывается (в соответствии с данными применяемого
передатчика импульсов и оптическими данными перископа) таким образом,
чтобы при повороте лодки нить неподвижной линии постоянно задавала неиз-
менное направление в пространстве предметов.
Репитерный мотор применяется также и в некоторых перископах англий-
ской системы, но в них в качестве неподвижной линии служит не нить, а осве-
щаемая малой лампочкой узкая прозрачная щель в непрозрачном экране; изобра-
жение щели проектируется в поле зрения перископа специальной оптической
системой.
Следует заметить, что во время измерения скорости цели с помощью непо-
движной линии, действующей от гирокомпасной установки, перископ должен
оставаться неподвижным по отношению к лодке (т. е. его нельзя вращать вокру!
вертикальной оси), что является недостатком этой системы по сравнению с выше-
описанным устройством, работающим от самостоятельного гироскопа. Процесс
же измерения скорости противника при обеих системах устройства механизма
неподвижной линии — одинаков.
Механизм неподвижной линии, как общее правило, бывает рассчитан для
работы при большом увеличении перископа.
Время прохождения цели через неподвижную линию измеряется 10—30 секун-
дами. Считается, что для обеспечения необходимой точности измерения скорости
противника плоскость, задаваемая в пространстве предметов неподвижной линией,
должна в продолжение указанного промежутка времени сохранять свое направ-
ление неизменным с точностью до 0,5—1,0 угловой минуты.
§ 10. Приспособление для определения угла упреждения
Учение о стрельбе самодвижущимися минами или торпедами в настоящее
время составляет довольно обширную и важную часть военно-морского дела.
Ниже даны только самые элементарные понятия, относящиеся к решению про-
стейшего случая основной задачи о встрече торпеды с подвижной целью.
Скорость движения в воде торпеды, выстреленной из торпедного аппарата,
имеет тот же порядок величины, что и скорость хода современного надводного
военного корабля, являющегося мишенью; она значительно ниже, напри-
мер, скорости полета артиллерийского снаряда. Чтобы торпеда попала в цель,
необходимо направить ее несколько вперед — под определенным углом к линии
визирования на цель в момент выстрела. Этот угол носит название угла упре-
ждения; его величина зависит от скорости и направления движения цели и
от скорости торпеды.
73
Пусть атакуемый корабль А (рис» 65) идет по направлению АС с постоян-
ной скоростью v; в точке £* находится подводная лодка, ЕС—ее курс. Пола-
гаем, что по прошествии некоторого времени, в момент выстрела, лодка
будет находиться в точке D, цель — в точке Я, а в точке С, где пересе-
каются пути торпеды и цели, пусть произойдет их встреча. Угол & = ^BDC
является углом упреждения. Обозначаем через V скорость торпеды и
через t — время, прошедшее от момента выстрела до момента встречи
торпеды с целью. За этот промежуток времени торпеда пройдет отрезок
пути DC — V-t. и атакуемый корабль пройдет расстояние BC = vt. Взяв
отношение этих двух сторон торпедного треугольника BCD,
получаем
DC V
ВС ~ v ' (10,1)
Скорость торпеды V можно считать известной величиной. Скорость цели v
измеряется с помощью неподвижной линии или определяется на-глаз. Угол у =
— £BCD торпедного треугольника можно найти из измеренных ранее (до вы-
стрела, когда цель находилась в точке А, а лодка — в Е) значений двух углов:
если при помощи дальномерного приспособления перископа был измерен курсо-
вой угол цели с? (рис. 65) и одновременно с этим в
поле зрения перископа был сделан отсчет вели-
чины своего курсового угла на цель $ (§ 7), то из
треугольника АСЕ получаем:
т = 180° — с? — (10,2)
Итак, в торпедном треугольнике BCD нам из-
вестны: 1) отношение двух его сторон DC и ВС—
j формула (10,1) и 2) величина угла у между этими
сторонами; следовательно, пользуясь обычными
приемами тригонометрии, можно найти вели-
чины остальных углов треугольника и, в част-
ности, угла упреждения S. Однако в условиях
боя способ вычисления, в виду его длительности,
непригоден. Для получения угла упреждения
из измеренных исходных данных применяются
номограммы или специально составленные для
этой цели таблицы. Кроме того, разработаны
ханизмы, предназначенные для механического ре-
шения торпедного треугольника с целью определения угла упреждения.
В английском перископе подобное приспособление для определения угла
упреждения, называемое также приспособлением для наводки,
смонтировано внутри окулярной головки и составляет неотъемлемую ее часть.
Перископ имеет два окуляра: правый служит для наблюдения цели через опти-
ческую систему перископа, а левый является лупой, в которую рассматривают
шкалы приспособления для наводки, освещаемые специальной электриче-
ской лампочкой. Непрерывно наблюдая правым глазом за целью, левым глазом
74
можно следить за установками шкал и делать отсчеты по ним. Вид поля зрения
левого окуляра представлен на рис. 66. Отсчеты, даваемые шкалами, можно
изменять путем вращения маховичков, расположенных на окулярной головке;
при этом против соответствующего неподвижного индекса можно установить
желательное деление подвижной шкалы.
Для получения угла упреждения необходимо выполнить следующие установки:
заранее на шкале, находящейся на задней стороне окулярной головки, нужно
против индекса установить деление, соответствующее известной скорости дви-
жения торпеды V; затем на верхней шкале, видимой через левый окуляр, уста-
новить величину своего курсового угла ф, на правой шкале — измеренное
значение курсового угла цели <? и на левой шкале — измеренную скорость цели
V. После этих установок механизм приспособления, решив автоматически
торпедный треугольник, дает искомую величину угла упреждения 8, которую
можно непосредственно отсчитать по нижней шкале левого окуляра. Теперь,
поворачивая перископ, нужно установить
полученный угол упреждения на шкале
Рис. 67 Рис. 68
азимутальных углов, видимой в верхней части поля зрения правого (наблюдатель-
ного) окуляра, и ожидать момента, когда изображение цели придет на централь-
ный штрих сетки перископа. В этот момент и должен быть сделан выстрел.
Если после получения определенного значения угла упреждения, соответ-
ствующего данному курсу подводной лодки, последняя станет маневрировать и
пойдет иным курсом, то величина угла упреждения должна измениться. Для авто-
матического введения в величину угла упреждения поправок на изменение курса
лодки, в приспособление для наводки введен репитерный моторчик, подобный
моторчику, управляющему движением неподвижной линии. Этот мотор вклю-
чается в сеть передатчика гирокомпаса и автоматически перемещает шкалы при-
способления во время изменения курса лодки. Поэтому приспособление для
наводки в любой момент указывает правильную величину угла упреждения, соот-
ветствующую курсу лодки в данный момент, конечно, при условии, что корабль-
цель сохраняет неизменными свои скорость и курс.
В германских перископах приспособление для наводки оформлено в виде
отдельного вспомогательного прибора, который посредством кронштейна в лю-
бой момент может быть укреплен на окулярной головке так, что окуляр приспо-
собления располагается слева рядом с окуляром перископа (рис. 67).
§ 11. Фотоустройство перископов
Фотографирование изображения, которое получается в телескопической
системе, можно осуществить различными способами: с помощью приставной
75
фотокамеры, устанавливаемой за окуляром системы, или же помещая фотокассету
внутрь самой телескопической системы так, чтобы светочувствительный слой
был расположен в одной из плоскостей действительного изображения. В периско-
пах подводных лодок применяются оба эти способа. Фотоустройство дает возмож-
ность сфотографировать через оптическую систему перископа все то, что можно
видеть через нее.
В германских перископах для фотографирования применяется малая пристав-
ная фотокамера, снабженная фотообъективом с фокусным расстоянием 40 мм
при относительном отверстии 1 : 4,5
| и центральным затвором типа «Ком-
хул / пур». Камера имеет съемное матовое
CS5 К4! ---- стекло для фокусировки на резкость
। изображения, кассеты под фотопла-
I стинки размером 4,5 X 6 см, магазин
под пластинки на 12 снимков и ряд
мелких принадлежностей. Камера
крепится на окулярной головке пе-
рископа с помощью подвижного
кронштейна, который позволяет от-
кинуть ее в сторону (рис. 68) или
быстро установить ее за окуляром
перископа для выполнения фотосъем-
ки. Установка камеры на резкость
изображения производится с по-
мощью матового стекла, путем вра-
щения окуляра перископа.
Подобное же устройство имеет
фотокамера в английских периско-
пах.
Так как при фотографировании
через телескопические системы вход-
ной зрачок объектива фотокамеры,
как правило, бывает всегда больше
выходного зрачка телескопической
системы, то фактически действую-
щее относительное отверстие фото-
объектива определяется диаметром
выходного зрачка системы и фокус-
ным расстоянием объектива камеры.
Например, если последнее равно
40 мм, то при диаметре выходного
зрачка перископа 4 мм объектив
будет работать относительн ым отвер-
стием 1 : 10. Физическая светосила
такой сложной фотографической си-
стемы (перископ + фотообъектив) пропорциональна квадрату работающего отно-
сительного отверстия и величине светопропускания системы. Поскольку потери
света в перископе велики (см. § 6), то физическая светосила такой сложной
фотосистемы должна быть низкой, что заставляет применять наиболее светочув-
ствительные пластинки, чтобы время экспозиции не было чрезмерно большим
и можно было осуществлять моментальную съемку.
Если фотографирование выполняется при увеличении перископа 6х, то при
вышеуказанном фокусном расстоянии объектива камеры масштаб изображения на
снимке будет такой же, как при съемке в обычных условиях фотокамерой с объек-
тивом, фокусное расстояние которого равно 40 X б = 240 мм.
Совсем иную конструкцию имеет фотоустройство в итальянских перископах.
На рис. 69 показана схема оптики нижней части перископа: 7, 2, 3 — линзы
76
последней оборачивающей системы, 4 — окулярная призма, 5, 6 — окуляр
для наблюдений, 77—21 — дальномерный окуляр с подвижными полулинзами,
7—15 — оптика системы для внутреннего отсчета азимутов. Оба окуляра смон-
тированы на пластине, которая укреплена на корпусе окулярной головки при
помощи шарнира, позволяющего откидывать окуляры в сторону, после чего
на место окулярной пластины можно вставить раму (также висящую на шарнире),
которая несет шторный фотозатвор и фотокассету. Действительное изображение,
получающееся за призмой 4, необходимо совместить со светочувствительной
плоскостью фотопластинки; это достигается путем включения в ход лучей отри-
цательной линзы 16 (положение ее, показанное пунктиром). При наблюдении
через окуляр перископа линзу 16 необходимо вывести из хода лучей, — она
откидывается в сторону, в положение, показанное сплошными линиями.
§ 12. Уплотнение перископа. Аппарат для осушки
Особенно большое значение имеет хорошая изоляция внутренних частей пери-
скопа от внешней среды — воды или воздуха На больших глубинах, при силь-
Рис<70
перископ негодным или малопри-
времени воздух внутри перископа
ном водяном давлении, перископ не должен
пропускать внутрь себя воду, и наче он бу-
дет негоден к дальнейшему употреблению.
Для. проверки того, насколько хорошо
уплотнен перископ, он подвергается испы-
таниям на внутреннее воздушное и высо-
кое внешнее водяное давление.
При сборке перископа на его внутренних
стенках может остаться влага; внутрь трубы
могут проникнуть также водяные пары из
атмосферы подводной лодки — путем мед-
ленной диффузии, которая, как известно,
происходит всегда, несмотря на самое тща-
тельное уплотнение. Если воздух внутри
перископа обладает большой влажностью,
то при внезапном охлаждении, что является
обычным явлением в условиях службы пе-
рископа, водяные пары осаждаются на ме-
ханических деталях и стеклах пери-
скопа. Такое «отпотевание» оптики делает
годным к употреблению. Поэтому время от
необходимо просушивать.
Чтобы иметь возможность производить осушку перископа изнутри подводной
лодки, на нижнем конце перископа устраиваются два клапана. Один из них тонкой
трубкой, смонтированной внутри перископа, сообщается с самым верхним кон-
цом трубы, другой клапан ведет во внутреннюю полость нижнего конца перископа.
Для осушки воздуха в перископе клапаны открываются и к ним присоединяются
два шланга от сушильного аппарата (рис. 70). Электрический мотор аппарата
приводит в действие воздушный насос, который через один из клапанов высасы-
вает воздух из перископа; затем этот воздух прогоняется через камеру аппа-
рата, содержащую вещество, хорошо поглощающее влагу (чаще всего через
хлористый кальций), и через фильтр, задерживающий пыль; просушенный
воздух через второй клапан нагнетается обратно в другой конец перископа.
Сухой воздух, обтекая внутренние части перископа, собирает с них влагу, снова
высасывается из перископа и просушивается. Таким образом сушильный
прибор создает внутри перископа непрерывный поток воздуха от одного
конца трубы к другому. Гигрометр, находящийся на сушильном приборе, пока-
зывает влажность высасываемого из перископа воздуха. По достижении опре-
деленной ее величины осушку прекращают и шланги сушильного аппарата от-
ключают от перископа, причем оба клапана автоматически закрываются.
77
§13. Окулярная головка
Все рукоятки и маховички управления подвижными деталями перископа
сосредоточены на его окулярной головке. На рис. 71 представлен наружный
вид окулярной головки перископов германского образца. Здесь g — откид-
ные рукоятки, служащие для поворота перископа в сальниках вокруг вер-
тикальной оси, т. е. для горизонтальной наводки; d— рукоятка верти-
кальной наводки, которая осуществляется пу-
тем наклона верхней призмы; с — рукоятка
смены увеличения 1,5х на 6х; а — окуляр для
наблюдений с диоптрийной установкой; b —
окуляр, снабженный приспособлением для
измерения дистанций и курсовых углов (слева
внизу виден измерительный маховичок). Оба
окуляра смонтированы на круглой металличе-
ской пластине, которую для включения в дей-
ствие второго окуляра можно поворачивать
на 180°; поворот окуляр-револьвера произво-
дится за поводок е. Смена светофильтров
происходит при вращении маховичка /. Пе-
редвижение неподвижной линии по полю
зрения осуществляется путем поворота по-
водка i; I — штепсель для включения репи-
Рис 7J терного моторчика перископа в электриче-
скую сеть передатчика гирокомпаса. Ла-
гер h служит для присоединения рычага,
на котором укрепляется фотокамера или приспособление для наводки. Трос,
служащий для поднятия и опускания перископа, проходит через отверстие
в скобе п и огибает ролик т; обе эти детали укреплены на кольце о, являю-
щемся внешней оболочкой большого шарикового подшипника, на котором
перископ можно поворачивать вокруг вертикальной оси. Над кольцом видна
нижняя часть q основной цилиндрической трубы перископа, имеющей диаметр
150 мм; р — опорный фланец.
§ 14. Современные перископы
Как видно из предыдущего, современный перископ — это сложный опти-
ческий инструмент, являющийся существенной частью подводной лодки. От
конструкции перископа, от состояния, в каком он находится (исправность
всех частей и механизмов), и от умения командира пользоваться его приспособ-
лениями зависит эффективность работы подводного корабля.
Современные перископы можно разделить на следующие четыре основные
типа в соответствии с их назначением: 1) командирский, 2) навигационный,
3) зенитный и 4) ночной.
Это разграничение не вполне строгое. Так, например, командирский, зенит-
ный и ночной перископы могут служить в качестве навигационного, зенитный
может также употребляться как командирский, а ночной очень часто бывает
одновременно и зенитным. Внешним отличительным признаком, пользуясь кото-
рым можно отнести перископ к тому или другому типу, являются вид и размеры
его верхней части, так называемой «бутыли».
Командирский перископ, называющийся также периско-
пом для атаки, предназначается для наблюдения за противником и
для торпедной стрельбы днем, а также для измерения всех необходимых дан-
ных о цели (удаление ее, скорость, курсовой угол и др.); этот перископ снаб-^
жается измерительными приспособлениями, которые были описаны ранее. Чтобы
верхняя головка перископа, возвышающаяся над поверхностью воды, а также
78
поднимаемый перископрм бурун были наименее заметны для противника,
поперечное сечение верхней тонкой части трубы перископа стремятся
сделать возможно более малым (рис. 72а); у командирских перископов
диаметр верхней части доведен до 30—40 мм. Так как размеры входного
зрачка ограничены малым диаметром тонкой части прибора, то и выход-
ной зрачок у командир-
ского перископа не бы-
вает очень большим,
обычно 3,5 — 4,5 мм в
диаметре. Изменять на-
правление линии визиро-
вания в вертикальной
плоскости у командир-
ского перископа воз-
можно в пределах срав-
нительно небольшого
угла вблизи горизонта,
25-30°.
Навигационный
перископ предназна-
чен для наблюдения за
поверхностью моря в штур-
манских целях при под-
водном ходе лодки в днев-
ное время. Отличается от
командирского большими
размерами тонкой части на-
ружной трубы; наименьший
Рис. 72г
диаметр ее
55—60 мм (рис. 726). Он предназна-
чается для торговых и иных лодок, как правило, не ведущих торпедной стрельбы,
чем и объясняются сравнительно большие размеры верхней головки.
Зенитный перископ отличается от командирского лишь кон-
струкцией верхней части трубы — конической части и верхней головки. Вход-
ное его отверстие закрыто
толстым защитным стеклом сферической формы
(рис. 72в) или плоскопараллельной пластин-
кой, расположенной наклонно к горизонту
(рис. 73). В качестве верхнего отражателя,
позволяющего направить визирную линию
под любым углом от 0 до 90° к горизонту,
применяется призма-куб (рис. 74), состоящая
из двух равнобедренных прямоугольных
призм, склеенных между собою гипотенуз-
ными посеребренными гранями. Как видно
из рисунка, такая призма при любых углах
наклона входящего широкого пучка лучей
отражает лучи вниз, к объективу перископа.
На рис. 75 дан разрез верхней головки зе-
нитного перископа; между сферическим стек-
лянным колпаком 1 и призмой-кубом 3 распо-
ложена еще одна тонкая линза 2, которую
называют компенсационной линзой. Стек-
рис 73 лянный колпак, ограниченный двумя концен-
трическими сферическими поверхностями,
по своему действию равносилен слабой отрицательной линзе, т. е. пре-
вращает идущие от предмета пучки параллельных лучей в расходящиеся; компен-
сационная линза снова делает эти лучи параллельными. При повороте призмы-
куба вокруг горизонтальной оси визирная линия поворачивается на удвоен-
ный угол; так как компенсационная линза всегда должна находиться на пути
79
входящего в перископ пучка лучей, то она также должна поворачиваться одно-
временно с призмой, но уже на удвоенный угол по сравнению с движением призмы-
куба. Содержащий зубчатые передачи механизм, заключенный внутри верхней
головки перископа, обеспечивает одновременный поворот этих двух подвижных
оптических деталей на соот-
ветствующие углы. На нижней
головке перископа имеется
рукоятка, управляющая на-
клонами призмы-куба; ось ру-
коятки через ряд шестерен и
тонкий трос, проложенный
вдоль стенок трубы пери-
скопа, связана с механизмом
качания призмы-куба и ком-
пенсационной линзы.
Вследствие того, что в
верхней головке зенитного пе-
рископа помещается довольно объемистая и к тому же подвижная призма-куб,
а также подвижная компенсационная линза и защитный сферический колпак,
размеры верхней части трубы неизбежно должны значительно превосходить
габариты верхней головки командирского перископа; поэтому диаметр верхней
части трубы у зенитного перископа, как правило, достигает 60 мм. Это обстоя-
тельство позволяет придать зенитному перископу довольно большой входной,
а следовательно, и выходной зрачок, почему зенитные
перископы бывают более светосильными, чем коман-
дирские, и поэтому более пригодны для применения
при плохой видимости и в темное время суток. Диа-
метр выходного зрачка в зенитных перископах дости-
гает 7 мм.
Почти на всякой подводной лодке устанавливают
два перископа — командирский и зенитный, причем
последний является резервным к командирскому на
случай неисправности последнего. Поэтому всякий
зенитный перископ также снабжается всеми приспо-
соблениями, которые необходимы для подготовки и
ведения стрельбы торпедами.
Ночной перископ; как показывает само
название, употребляется ночью и в сумерки. Он мо-
жет применяться как для навигационных целей, так
и для атаки противника. В некоторых случаях ночной
перископ, по конструкции своей верхней головки, мо-
жет быть отнесен одновременно к классу зенитных пе-
рископов (рис. 72г). Такая труба отличается от соб-
ственно зенитного (дневного) перископа большими по-
перечными размерами верхней части наружной трубы,
меньшей длиной тонкой части и меньшей общей дли-
ной всего перископа. Ночной перископ должен быть
возможно более светосильным, другими словами, диа-
метр его выходного зрачка должен быть не меньше
диаметра зрачка человеческого глаза при очень слабом
освещении — 7—8 мм. Это условие, вместе с требова-
нием иметь возможность наблюдения от горизонта до
зенита, и влечет за собой необходимость увеличения диаметра верхнего конца
перископа, который доходит до 80 мм. Несмотря на такой большой размер
трубы, этот перископ все же находит применение, так как, благодаря своей
малой длине (малому числу оптических деталей) и огромному выходному зрачку,
он обладает большей светосилой, чем дневные перископы, употребляется же он
Рис. 75
<30
исключительно лишь в темное время суток, когда почти невозможно разгля-
деть даже предметы большого размера.
Число перископов, устанавливаемых на подводной лодке, и их тип зависят
от водоизмещения и назначения лодки. Самые малые лодки несут один перископ.
Лодки среднего тоннажа снабжаются, как правило, двумя перископами, которые
расположены на небольшом расстоянии один от другого в диаметральной плоскости
подводной лодки. Кормовой перископ возвышается выше носового, так, что
через него можно смотреть поверх последнего. Один из перископов может быть
предназначен для наблюдения днем, второй — для ночных условий работы;
последний может быть одновременно зенитным. На самых крупных подводных
кораблях имеется еще третий перископ—командирский, установленный в дру-
гом месте подводной лодки, чем первые два.
В нижеследующих таблицах приводятся численные характеристики нескольких
перископов германского и английского происхождения (эти данные относятся
приблизительно к 1930 г.). Таблицы эти не являются, конечно, исчерпывающим
списком перископов, изготовлявшихся в этих государствах.
Таблица 2
Перископы германского образца
Тип перископа Диаметр шейки в мм Диаметр главной трубы в мм Опти- ческая длина* в м Увеличение Поле зренияв градусах Диаметр выходного зрачка в мм Наклон визирной линии от—до (в градусах) Вес
Командирский перископ Навигационный перископ Зенитный пери- скоп Ночной зенит- ный перископ 31 55 60 80 150 и 180 150 150 и 180 150 и 180 6—10 7 6—10 4—9 1,5х и 6х 1,5х и 6х 1,5 х и 6х 1,5х и 6х 40 И 10 40 И 10 40 и 10 40 и 10 4 4 4 7 —10 + 20 —10 + 20 0 + 90 —10+90 При длине 7 м и диаметре тру- бы 150 мм, вес около 300 кг
Таблица 3
Перископы английского образца
Тип перископа Диаметр шеики в мм Диаметр главной трубы в мм Опти- ческая длина в м Увеличение Поле зрения в градусах Диаметр выходного зрачка в мм Вес в кг (прибли- зительно)
52 150 5,6 1,5х И 6х 40 и 10 5 305
Навигационный 58 150 8,2 1,5х и 6х 40 и 10 4 395
перископ 58 150 9,1 1,5х и 6х 40 и 10 4 430
84 190 п,о 1,5х и 6х 40 и 10 4 835
35 150 5,6 1,5х 40 4,5 158
31 150 7,5 1,5х 40 4 318
Командирский 51 190 11,0 1,5х 40 4 816
перископ 52 150 6,8 1,5х и 6х 40 и 10 4 305
32 180 8,0 1,5х и 6х 40 и 10 4 и 3,5 432
38 । 150 9,1 1,5х и 6х 30 и 7,5 4 424
§ 15. Перископ-дальномер
Для измерения дистанции с помощью дальномера с внешней базой, о чем
говорилось в § 8, необходимо знать высоту цели. Так как не всегда легко распо-
знать тип судна или не всегда можно достаточно точно оценить его размеры, то
в некоторых случаях подобное дальномерное устройство может оказаться бес-
Оптической длиной перископа называют расстояние от центра входного зрачка до
центра выходного зрачка.
6 Оптика в военном деле—215.
81
полезным. К тому же точность измерения дистанции микрометром невелика.
Поэтому существуют лодочные перископы, содержащие внутри себя дальномеры
с базой в самом приборе (см. гл. 23, § 5). Такие перископы-дальномеры
позволяют с большой точностью определять расстояния до предметов, размеры
которых в этом случае не имеют значения. Известны перископы-дальномеры как
с вертикальной, так и с горизонтальной базой.
На рис.76 показан верхний конец английского вертикальнобазного перископа-
дальномера с базой 0,9 м; видны два входных окна дальномера, расположенные
на концах базы, одно—у верхнего края трубы и дру-
гое — вблизи поверхности воды, у нижнего конца
конической части трубы. На рис. 77 представлен вид
Рис. 78
Рис. 77
Рис. 76
окулярной головки этого инструмента. Измерения дистанций производятся вра-
щением правой рукоятки. Шкала расстояний видна в окне, находящемся с пра-
вой стороны головки. Дальномер принадлежит к типу «Коинциденц». На рис. 78
изображен вид его поля зрения. Основное изображение образуется пучком, про-
шедшим через верхнее концевое отверстие дальномера, а изображение, видимое
Рис. 79
внутри центрального прямоугольного окна, создается лучами, попавшими в
нижнее входное отверстие. Если инструмент желают использовать лишь для
наблюдений, как обыкновенный перископ, то
над водой выставляют одно только верхнее
отверстие.
Точность измерения дистанции тем выше,
чем больше база дальномера. Вертикальнобаз-
ные дальномеры более или менее практичны
только при сравнительно малой длине базы;
инструменты с большой базой относятся, как
правило, к классу горизонтальнобазных.
На рис. 79 изображен верхний конец гори-
зонтальнобазного перископа-дальномера типа
«Коинциденц» германского образца. База даль-
номера 1,5 м, оптическая длина перископа,
т. е. расстояние по вертикали от входных
отверстий до окуляра — 7,5 м. Увеличение
дальномера 15х, поле зрения 3°,3. Вертикальная наводка возможна в пре-
делах от — 15 до 4- 15° по отношению к горизонту и осуществляется
путем поворота внутренних оптических частей. Дальномер снабжен устрой-
ством для выверки по дальности и астигматором для измерений по све-
тящимся точкам. Имеется искатель, обладающий полем зрения в 32° при увели-
чении 1,5х; окуляр у искателя и дальномера общий. Отсчет по дистанционной
шкале производится в поле зрения окуляра.
На рис. 79 цифрами отмечено: 1 и 2— концевые отверстия дальномера, 3 —
входное отверстие искателя, 4 — окно для освещения шкал, 5 — щетки устрой-
82
етва для прочистки наружной поверхности защитных стекол; щетки приводятся
в движение с поста дальномерщика.
Один из английских горизонтальнобазных перископов-дальномеров того же
типа «Коинциденц» имеет следующие данные: вертикальная длина 6м, база 2,7 м,
увеличение 20х. Его теоретическая ошибка равна 1 м на дистанции 1000 м и 24 м
на дистанции 5000 м. Оптическая часть инструмента содержит две перископи-
ческих системы: одна — основная, измерительная, и вторая — система искателя.
Окуляр искателя расположен с задней стороны окулярной головки. Дальномер
обслуживается двумя наблюдателями: один из них с помощью искателя произ-
водит горизонтальную наводку, а другой осуществляет точную вертикальную
наводку и измерения. В распоряжении второго наблюдателя имеются два окуляра:
через правый окуляр видят изображение цели и определяют момент совмеще-
ния двух частей изображения, что необходимо для измерения дистанции; левый
же окуляр служит лишь для выполнения отсчетов по дистанционной шкале.
§ 16. Стоящий перископ
Во время боя командир лодки старается держать над поверхностью воды
только малую часть верхней тонкой трубы перископа. Для этого ему приходится
изменять величину выдвижения перископа из
тумбы лодки в зависимости от глубины, на
которой находится лодка; одновременно с этим
меняется также и высота расположения оку-
лярной головки над палубой, на которой стоит
наблюдатель. Поэтому наблюдение через пе-
рископ иногда приходится вести при очень
неудобном расположении окуляра: сгибаться,
когда перископ опущен вниз, или вытяги-
ваться, если он поднят. В литературе встре-
чаются указания на конструкции перископ-
ного устройства, свободные от этого серьез-
ного неудобства.
Перископ с подъемным стулом снабжен
сиденьем для наблюдателя, которое прини-
мает участие в движении перископа вверх и
вниз; при подъеме и спуске перископа сидя-
щий на этом стуле командир поднимается или
опускается вместе с перископом. Избавляя
наблюдателя от неудобных положений туло-
вища, это устройство страдает, однако, тем
недостатком, что при некоторых высотах
подъема перископа наблюдатель удаляется на
слишком большое расстояние от других (не-
подвижных) инструментов.
Значительно сложнее устройство пери-
скопа, окуляр которого расположен на по-
стоянной высоте над палубой. Такой прибор
известен под названием стоящего, или непо-
движного, перископа (Standsehrohr), вероятно,
в отличие от обыкновенного перископа, кото-
рый, как выше указывалось, подвешивается
на тросах и через их посредство передвигается
в вертикальном направлении. В этом приборе Рис 8о
окуляр все время остается на постоянной вы-
соте от палубы; верхнюю же часть перископа, поднимаемую над поверхностью
воды, можно перемещать вверх и вниз.
На рис. 80 показана одна из известных схем устройства перископа этого типа.
Оптическая ось системы изломана 4 раза, в отличие от обыкновенного перископа,
83
где она имеет лишь 2 излома. CD — часть перископа, не имеющая возможности
смещаться по вертикали, АВ — подвижная труба, ее можно поднимать и опу-
скать. Рг — верхняя призма, L' + L" и L/ + — линзы устройства для
перемены увеличения; линзу Lo можно считать объективом; Ь2— обора-
чивающая система, Сг и С2 — коллективные линзы, Р2 — большая прямоуголь-
ная призма, дважды отражающая лучи, Р3 — окулярная призма, L3 — окуляр.
Оптические детали С2, Р3 и L3 укреплены в неподвижной трубе. Между линзами
и L2 оборачивающей системы лучи в пучке, исходящем от любой точки объекта,
параллельны между собою. Во время движения трубы АВ в оптической системе
не должно появляться расфокусировки, т. е. плоскость изображения перед оку-
ляром не должна смещаться вдоль оптической оси; для этого расстояние между
линзами Ь2 и С2 должно оставаться неизменным, что достигается посредством
смещения линзы Ь2 в трубе АВ на величину, равную перемещению самой трубы
АВ. По отношению к неподвижной трубе CD линза Ь2 передвигается, следова-
тельно, на удвоенную величину перемещения трубы АВ. Такое устройство решает
задачу о неизменной высоте окуляра при изменении высоты входного отверстия
перископа.
В патентной литературе описаны и другие способы решения той же задачи.
§ 17. Другие разновидности перископа
Фактическое осуществление первых пригодных для использования на прак-
тике типов перископа можно отнести к концу прошлого и началу текущего столе-
тия. В течение первой четверти текущего столетия появилось большое число инте-
ресных разновидностей конструкции перископа. Некоторым из этих изобретений
придавали в свое время большое значение и предсказывали широкое применение.
Часть из них была практически осуществлена и опробована; отдельные типы
получили даже некоторое распространение. Однако практика подводных опе-
раций в мировую войну 1914—1918 гг. показала, что многие усложнения обыкно-
венного перископа приводят к ухудшению его оптических или тактических
свойств (к уменьшению поля зрения, или светосилы, увеличению размеров верх-
ней головки и т. п.), а в некоторых случаях — к усложнению работы с прибором.
Поэтому все наиболее распространенные в настоящее время разновидности со-
временного перископа относятся к категории простого перископа, который и
являлся до сих пор предметом изложения в настоящей главе.
Ниже мы все же кратко остановимся на основных особенностях устройства
наиболее интересных из предлагавшихся в разное время оригинальных конструк-
ций перископа, которые в настоящее время не имеют непосредственного практи-
ческого значения, так как оказались менее пригодными, чем простой перископ,
и потому не получили распространения в подводном флоте. Но предавать эти
предложения полному забвению было бы неправильно, так как, во-первых,
некоторые из них содержат действительно оригинальные способы решения по-
ставленной задачи, которые могут найти и находят применение в других разно-
видностях оптических приборов, и, во-вторых, как известно, изобретательская
мысль имеет обыкновение и впоследствии неоднократно возвращаться к решению
одних и тех же задач уже ранее предложенными способами; для предупреждения
подобных рецидивов в изобретениях весьма полезно располагать краткими об-
зорами уже сделанного, обсужденного, испытанного и отвергнутого.
Рассмотрение патентной литературы приводит к выводу, что устремления
изобретателей в усовершенствовании перископа были направлены, главным
образом, на решение следующих двух задач:
1. Дать перископ, позволяющий наблюдателю рассматривать изображение
цели сразу обоими глазами. К этой категории приборов принадлежат, в первую
очередь, перископ с матовым стеклом и бинокулярный перископ.
2. Создать перископ, позволяющий видеть одновременно весь горизонт, или
же осматривать горизонт по частям, но освободить наблюдателя от физически
84
тяжелой необходимости поворачивать прибор вокруг вертикальной оси. К этой
группе приборов относятся омнископы, перископы с кольцеобразным изобра-
жением горизонта и панорамные перископы.
В перископе с матовым стеклом конструкция окулярной
головки позволяет удалять окуляр (или часть его линз) с пути светового пучка
в сторону и помещать в нижнюю плоскость действительного изобра-
жения, расположенную вертикально, матовую стеклянную пластинку. На этой
матовой плоскости, как на экране, получается прямое изображение объекта,
которое можно видеть сразу обоими глазами; это изображение могут рассма-
тривать даже несколько наблюдателей одновременно. Окуляр в любое время может
быть включен вместо матовой пластинки, и тогда наблюдение ведется одним гла-
зом, как через обыкновенный перископ. Применение матового стекла имеет,
однако, серьезный недостаток; видимое на нем изображение очень слабо по интен-
сивности. Значительная часть света, упавшая на матовую поверхность стекла,
рассеивается по всем направлениям; следовательно, в зрачок глаза наблюдателя,
находящийся довольно далеко от этой поверхности (как правило, не ближе
250 мм), попадает очень незначительная доля упавшего на пластинку света.
К тому же значительная часть света поглощается в толще матового стекла. Поэтому
перископ с матовым стеклом не пригоден для употребления при пасмурной по-
годе, а тем более в сумерки или ночью. Кроме того, в изображении, спроектирован-
ном на матовую пластинку, невозможно различить мелкие детали рассматривае-
мого предмета, которые прекрасно видны через окуляр. По всем этим причинам
перископы с матовым стеклом широкого распространения не имели.
Бинокулярный перископ, т. е. перископ с двумя окуля-
рами, предназначенными для одновременного наблюдения изображения двумя
глазами, можно построить, объединяя в одной общей наружной трубе
две отдельные перископические системы. Такой прибор, однако, практически
неприемлем: диаметр его трубы и, в частности, верхней ее части, должен быть
чересчур велик. Разрешить задачу создания бинокулярного перископа возможно
также другим путем: вместо простого окуляра обыкновенного перископа приме-
нить призменную систему, делящую пучок лучей, выходящий из перископа, на
две части — по числу окуляров. Но и этот способ страдает недостатком: в каждый
глаз наблюдателя света попадает в два раза меньше, чем в случае монокулярного
прибора, даже если не учитывать увеличение потерь света на отражение и погло-
щение вследствие введения добавочной призменной системы.
Принцип омнископа состоит в том, что в одной общей трубе помещаются
несколько перископических систем; оборачивающая система может быть общей
для всех них. Одна из систем — главная, предназначенная для рассматрива-
ния основного объекта, имеет довольно большое увеличение; образуемое ею изо-
бражение занимает большую часть поля зрения окуляра. Несколько других си-
стем— второстепенные; оси их в пространстве предметов направлены в различ-
ные стороны и с таким расчетом, чтобы охватить их полями зрения по возмож-
ности весь горизонт. Второстепенные системы имеют малое увеличение^ давае-
мые ими изображения размещены в поле зрения того же единственного окуляра,
вследствие чего верхняя часть поля зрения (изображение неба) основной системы
закрыта изображениями, получающимися от второстепенных систем. Вид поля
зрения окуляра омнископа представлен на рис. 81. От практического использо-
вания омнископа пришлось отказаться по ряду причин: 1) если даже все пери-
скопические системы обладают малым увеличением, то для полного охвата всего
горизонта необходимо объединить в приборе большое число систем (6—8); 2) изо-
бражения, создаваемые вспомогательными системами, занимают большую часть
поля зрения окуляра; 3) эти вспомогательные приспособления должны иметь
слишком малое увеличение, вследствие чего и пользы от них будет очень немного;
4) диаметр трубы омнископа слишком велик.
На рис. 82 изображен вид поля зрения перископа с кольцеобраз-
ным изображением горизонта. Внешнее кольцо — это сильно
искаженное изображение пространства, расположенного вблизи горизонта,
85
а внутренний круг — несколько увеличенное изображение той части простран-
ства вблизи горизонта, на которую направлен перископ. Получить кольцеобраз-
ное изображение горизонта удается благо-
Рис. 82
Рис. 81
даря применению кольцевой отражательной линзы, которая видна наверху на
рис. 83, представляющем схему оптики верхней головки перископа. Этот тип
перископа не получил широкого применения, так как он обла-
_ . дает малым полем зрения (часть поля зрения окуляра выделена
, i; под кольцевое изображение), изображение, помещающееся
в кольце, сильно искажено по сравнению с объектом, а диа-
ezad-JaS метр верхней головки чрезмерно велик.
h / Панорамный перископ (о панорамических систе-
11 I мах см. выше, гл. 17, § 1) имеет своей задачей освободить наблю-
дателя от необходимости поворачивать весь перископ целиком
и ходить за окуляром вокруг оси перископа. Верхняя часть
внутренней трубы, несущая входной отражатель, у этого пери-
скопа сделана подвижной. Она может вращаться вокруг верти-
кальной оси, для чего нужно поворачивать рукоятку, находя-
Рис. 83 щуюся на окулярной головке перископа. Верхний защитный
колпак перископа выполнен в виде полого стеклянного шара.
Для определения направления визирной линии перископа в одной из плоско-
стей изображения помещена круглая стеклянная пластинка с градусной шка-
лой на ее краю и подвижный индекс, движущийся по круговой шкале вместе
с поворотом верхней части перископа и указывающий углы поворота послед-
ней. Панорамный перископ также не получил сколько-нибудь широкого распро-
странения, так как практика показала, что он затрудняет ориентировку, а это
может повлечь за собою грубые ошибки при стрельбе торпедами.
Раздел VIII
ПРИБОРЫ ВИЗИРОВАНИЯ
Визирные приборы служат для определения относительного положения
наблюдаемых точек.
Они устраиваются так, что в них отмечается визирная ось или линия, которая
должна быть неизменно связана с механической частью прибора. Механическая
часть этих приборов обычно позволяет измерять горизонтальные и вертикальные
углы от какого-либо известного направления. Поэтому в большинстве случаев
визирные приборы являются одновременно и угломерными.
К группе визирных приборов относятся геодезические инструменты,
артиллерийские угломеры и буссоли, аэрологические теодолиты, скоромеры-
курсомеры, секстанты и другие, содержащие в себе устройство для визиро-
вания и механизм для отсчета координат (например сферических) от какого-
либо заданного начала, которое, в свою очередь, может быть задано этим же
прибором.
Для осуществления визирной линии* в инструментах с диоптрами служат
диоптры (рис. 90), в которых узкая прорезь одного из них и волосок дру-
гого определяют визирную плоскость. В инструментах со зрительными трубами
для визирования отмечена визирная ось — воображаемая линия, соединяющая
пересечение креста нитей сетки трубы с передней главной точкой объектива.
Во всех случаях наблюдатель должен расположить по прямой линии вдоль
луча зрения наблюдаемый предмет и две точки, определяющие в приборе визир-
ную линию, например щель глазного диоптра и волосок предметного. Поскольку
эти три точки находятся на различных расстояниях от глаза и, следовательно,
рассматриваются с различным напряжением аккомодации, условия наблюдения
являются неблагоприятными и точность наведения не может быть большой.
Зрительная труба является наиболее совершенным визиром, если в плоскости
изображения, даваемого объективом, отмечена оптическая ось объектива или
какая-либо точка вблизи этой оси. Для этой цели в плоскости изображения
объектива помещают диафрагму с натянутыми взаимно перпендикулярными
нитями или плоскопараллельную пластинку с тонкими штрихами. Оптиче-
ская ось трубы и ее визирная ось, вообще говоря, могут не совпадать. Однако,
имея в виду, что центральная часть поля зрения любой зрительной трубы
обычно обладает наилучшим качеством изображения, желательно, чтобы обе эти
оси были возможно ближе друг к другу.
Если зрительная труба с крестом нитей, как уже указывалось, будет неиз-
менно связана с каким-либо угломерным устройством прибора, то можно с боль-
шой точностью располагать прибор определенным образом по отношению к раз-
личным направлениям в пространстве и при этом делать необходимые отсчеты.
При поворотах трубы вокруг ее горизонтальной оси вращения визирная ось
угломерных приборов описывает плоскость, называемую коллимацион-
ной плоскостью.
♦ Более подробно об устройствах для осуществления визирной линии говорится
вглаве 20 «Геодезические и топографические приборы, применяемые для военных надобно-
стей»; в этих приборах обычно требуется наибольшая точность визирования (наведения).
87
По существу каждый прибор для наблюдения, имеющий сетку в поле зрения
окуляра (если это его визирное устройство связано с механизмом прибора, с по-
мощью которого мы можем определить относительное положение оси в простран-
стве), есть визирный прибор. Так, например, артиллерийская стереотруба на
лимбе, наряду с выполняемыми ею функциями наблюдательного прибора, одно-
временно служит также визирным прибором.
В свою очередь, и прицелы являются своего рода визирными приборами.
Переходим к рассмотрению отдельных визирных приборов.
Глава 20
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ И ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
ДЛЯ ВОЕННЫХ НАДОБНОСТЕЙ
§ 1. Основные понятия о геодезии и топографии. § 2. Угломерные съемки и при-
боры, обеспечивающие их осуществление. § 3. Принцип устройства угломерных
приборов. Общая схема теодолита. § 4. Технический теодолит. § 5. Универсалы.
§ 6. Оптические теодолиты. § 7. Теодолит типа Вильда. § 8. Артиллерийский
теодолит § 9. Визирные марки. § 10. Дальномерная рейка с постоянным
базисом и способ определения дистанций по короткому базису и параллактическому
углу. § 11. Оптические теодолиты Цейсса. § 12. Общие понятия о графических или
мензульных съемках. § 13. Устройство мензулы и кипрегеля. § 14. Кипрегель и мен-
зула. § 15. Артиллерийская мензула и оптическая алидада. § 16. Нивелир и
сущность выполняемых с его помощью вертикальных или профильных съемок.
§ 17. Технический нивелир. § 18. Специальные внутрибазные дальномеры небольших
габаритов. Саперный дальномер.
Для успешного проведения боевых операций необходимо безошибочно ориен-
тироваться на местности и уметь определять особенности расположения своих
позиций относительно позиций противника. Указанное требование прежде
всего разрешается с помощью топографических карт и планов. Наличие заранее
подготовленных топографических карт делает известным направления дорог
и рек, границы лесов и оврагов, расположение мостов или других инженерных
сооружений, а также положение населенных пунктов. Непосредственно по
карте можно получить расстояния между отдельными точками местности. Кроме
того, подробно составленная карта указывает рельеф, т. е. неровности местности:
подъемы и скаты или высоты одних точек относительно других.
Составлению подобного картографического материала предшествуют геоде-
зические и топографические съемки, выполняемые с помощью специаль-
ных оптико-механических приборов. Топографические карты могут составляться
также и при помощи аэрофотосъемки. Однако обработка аэрофотоснимков требует
специальной геодезической подготовки местности. Такая подготовка, или, как ее
обычно называют, геодезическая основа аэрофотосъемки, в свою очередь, выпол-
няется с помощью тех же оптических приборов, применяемых в основном геото-
пографическом производстве. Описание некоторых таких приборов дается ниже.
С другой стороны, развитие современной артиллерии в смысле, например,
увеличения ее дальнобойности требует специальных дополнений и уточнений
уже имеющихся топографических карт. В противном случае при стрельбе будет
расходоваться большое количество снарядов на пристрелку. Кроме того, такая
стрельба вообще может оказаться мало эффективной. Наконец, стремление
к поражению невидимых целей или глубоких тылов противника обусловливает
введение особых методов обстрела по точному предварительному расчету.
Все это приводит к необходимости предварительной, помимо существующих
карт, топографической подготовки местности. Карты на отдельных участках
фронта дополняются подробностями, имеющими конкретное значение для выпол-
нения заданий командования.
Подготовка местности по дополнению имеющегося картографического мате-
риала, в условиях уже развившихся боевых операций, осуществляется специаль-
88
ной артиллерийской топографической разведкой. Применяемые при этом опти-
ческие приборы по существу совпадают с приборами геотопографической службы
армии, например теодолит, мензула, кипрегель и др.
Артиллерийская топографическая подготовка как часть инструментальной
разведывательной службы, в свою очередь, необходима для работы звуковой
и оптической разведки. Кроме того, она требуется при метеорологических и аэро-
логических наблюдениях. С помощью последних измеряется сила и направление
ветра, высота облаков, плотность атмосферы и т. д. Эти данные, как известно,
используются и в артиллерии и в операциях военно-воздушного флота.
§ 1. Основные понятия о геодезии и топографии
Под словом геодезия в общем смысле понимают совокупность методов и
специальных приемов по измерению Земли. Задачи геодезии могут быть подразде-
лены на научные и практические. В первом случае уточняются наши знания
о размерах и форме земного шара. В результате разрешения практических ее
задач составляются различные карты и планы, которые представляют собою
уменьшенное в определенное число раз изображение какого-либо участка мест-
ности с отдельными ее подробностями. Степень такого уменьшения называется
масштабом.
Следовательно, масштаб есть отношение какой-либо длины линии на плане,
т. е. расстояния между отдельными точками плана, к действительной длине между
этими же точками на местности. При этом на местности берутся не наклонные
расстояния, а так называемые горизонтальные проложения, иначе говоря, проек-
ции наклонных дальностей на горизонтальную плоскость.
Известно, что Земля представляет собою геоид, т. е. тело, по своей форме
близкое к шару, радиус которого равен приблизительно 6370 км. При съемках
относительно небольших участков, по площади не более 60 X 60 км, и последую-
щем изображении таковых на бумаге, можно не учитывать кривизну Земли, при-
нимая ее за плоскость. Такие изображения части земной поверхности носят на-
звание планов.
Сплошная съемка и изображение на бумаге больших площадей требуют учета
кривизны Земли. В таких случаях по какому-либо определенному закону произ-
водится условное развертывание части сферы на плоскость. Последнее носит
название построения картографической проекции. Изо-
бражение местности на подобных картографических сетках, когда учитывается
кривизна Земли, называется картой.
Для военных надобностей применяются карты, где 1 км на местности соответ-
ствует 1 см на бумаге, т. е. в масштабе 1 : 100 000, или в более крупных масшта-
бах, например, 1 : 50 000, 1 : 20 000 и т. д. При организации артиллерийской
опорной сети картографический материал удобно составлять в масштабе 1 : 10 ООО
и даже 1 : 5000.
На этих картах с помощью условных обозначений наносится рельеф местности
с указанием высот над уровнем моря. Перед их составлением, помимо общей
контурной съемки в горизонтальной плоскости, необходимо еще осуществить
высотную съемку, т. е. съемку в вертикальной плоскости.
В результате обработки высотной съемки вычерчивают линии равных высот,
называемые горизонталями.
Кроме того, на военно-топографических картах должны быть обозначены
отдельные точки, имеющие численно выраженное, например в метрах, располо-
жение друг относительно друга. Такое численное положение характерных, т. е.
выделяющихся, пунктов местности выражается с помощью координат. Послед-
ние обычно вычисляются на основании геодезических съемок в системе прямо-
угольных координат относительно какого-либо общего начала.
По координатам легко вычислить расстояния между отдельными точками.
Полученные таким образом горизонтальные дальности будут определены всегда
точнее, чем, например, с помощью любых дальномеров. При определении даль-
8$
ностей до невидимых целей, особенно если таковые расположены на больших
расстояниях, указанный способ измерения в ряде случаев может оказать неза-
менимую услугу. Кроме того, с помощью координат можно вычислить угол на
данную точку относительно заданного направления.
Последнее, в свою очередь, имеет значение при выборе прицельных пунктов
для стрельбы и общего управления огнем своей батареи во время боя.
Основной метод геодезических съемок формулируется принципом «от общего
к частному». Предварительно производятся крупные съемки, в результате кото-
рых на сотни километров создаются опорные геодезические сети. Вычисление
их пунктов осуществляется с учетом кривизны земной поверхности. Координаты
точек геодезических сетей определяются с наибольшей доступной точностью.
Затем производится съемка подробностей местности для карт более крупного мас-
штаба. Создание подобных опорных точек и является задачей геодезических
съемок в прикладном значении этого слова. В свою очередь, под топографиче-
скими съемками разумеется съемка подробностей, отдельных небольших конту-
ров, а также определение горизонталей. Очевидно, что работа, осуществляемая
геодезическими съемками, в основном выполняется методами и приборами более
точными, чем при топографических съемках. Если для создания основных гео-
дезических сетей применяются угломерные приборы высокой точности, в частно-
сти прецизионные теодолиты и универсалы, то при топографической съемке до-
пускаются графо-начертательные приборы — мензула и кипрегель. Здесь не сле-
дует бояться уменьшения точности съемки. Благодаря наличию геодезической
сети, ошибки измерения не будут влиять на общую точность карты.
§ 2. Угломерные съемки и приборы, обеспечивающие их осуществление
Съемка опорных пунктов геодезической основы осуществляется методом так
называемых триангуляций. На местности выбираются точки, удаленные друг
от друга на значительные расстояния.
Будучи соединены между собою прямыми
-------------SA. линиями (рис. 84), они должны образо-
уХХ/ / \ / \ вывать ряд треугольников, по возможно-
/ \ / \ / \ сти равносторонних.
дУ Л С помощью теодолитов или универса-
лов измеряются все углы треугольников.
Рис. 84. Схема триангуляции Кроме того, при прокладке сетей высо-
кой точности, посредством этих же угло-
мерных приборов на основе астро-геодезичзских наблюдений определяются гео-
графические координаты вершин треугольников, т. е. их широта и долгота. Одна
из сторон триангуляционного ряда, например АВ, называемая базисом, изме-
ряется непосредственно с большой точностью. Зная величину базиса и углы
треугольников, вычисляют остальные стороны и координаты всех пунктов данной
геодезической сети.
Для обеспечения необходимой точности опорных рядов сначала строят тре-
угольники с наибольшими сторонами и все измерения проводят с наивысшей
точностью. Затем внутри их развивают сеть из мелких треугольников. Эти послед-
ние называются заполняющими сетями триангуляции.
В зависимости от длины сторон треугольников и точностей измерения углов
в них, геодезические сети делятся на пять классов. К первому классу относятся
ряды треугольников, длины сторон которых являются наибольшими и соста-
вляют от 25 до 35 км. В первоклассных триангуляциях измерение горизонталь-
ных углов производится с точностью до 0",5; измерение базисов выполняется
с погрешностью до Vsooooo и меньше. Длина сторон треугольников второго класса
в среднем равна 15 км; третьего класса — 8 км. Заполняющие сети четвертого
и пятого классов имеют длины сторон треугольников 5 и 2—1,5 км. Измерение
углов в этих сетях обычно осуществляется с помощью теодолитов, которые имеют
точность отсчета углов, равную 30".
90
При выборе артиллерийской опорной сети прибегают к имеющимся триангу-
ляциям общегосударственного значения или выполненным военно-топографиче-
ской службой армии. Кроме того, приходится создавать местную опорную сеть
четвертого и пятого классов.
Положение отдельных точек местности можно определять также посредством
так называемых полигонометрических ходов. Такой ход представляет
собою изломанную линию MABCN (рис.85),
в каждой точке которой, т. е. на ее изломах,
измеряются углы. Одновременно опреде-
ляются длины линий этого хода.
На этом же рисунке в качестве примера
приведен случай измерения методом кон-
турной съемки участка леса и привязка
его к дороге. Направление дороги опреде-
лено с помощью упомянутого выше поли-
гонометрического хода АВС, который, в
свою очередь, привязан к триангуляцион-
ным знакам четвертого класса М и N. Изме-
рен ие углов обычной полигонометрической
или контурной съемки выполняется по-
средством теодолитов с одноминутной или
тридцатисекундной точностью отсчета.
Одновременно этим же инструментом
производится измерение углов возвышения
или понижения снимаемых точек, что не-
обходимо для зарисовки рельефа.
Направление данной линии на местности или по карте, ориентированное
относительно стран света, в геодезии * выражается с помощью азимутов или
румбов. Азимутом (геодезическим — магнитным) называется горизонталь-
ный угол, отсчитанный от северного конца магнитной стрелки вправо до иско-
мого направления. Точка, с которой производится измерение, лежит в вершине
этого угла; она совпадает с магнитным меридианом, относительно которого
выполняется начало отсчета азимута. Очевидно, эта точка совпадает также и
с осью вращения магнитной
стрелки прибора, посредством
которого производятся азиму-
тальные или румбические
измерения.
Вследствие склонения маг-
нитной стрелки от направле-
ния истинного меридиана,
магнитный меридиан в дан-
ной точке не всегда совпадает
с истинным, или географиче-
ским. Угол такого несовпаде-
ния в отдельных случаях до-
стигает 30' и больше. Зная
величину склонения, можно ориентировать данные измерения или карту по
истинному меридиану.
Румбом называется угол, отсчитанный от северного или южного конца
магнитной стрелки вправо или влево, т. е. на восток или запад, в пределах
О—90°. Этим румбическое исчисление отличается от азимутального, для кото-
рого, согласно предыдущему, углы отсчитываются от 0 до 360° и при этом только
Рис. 85
Рис. 86. а—азимут направления из точки А на точку
Б = 220°30'; 6—румб на то же направление = ЮЗ 40°30'
♦ Также в мореплавании и в военном деле. Однако в военном деле азимутом зачастую
называют горизонтальный угол на данную точку, отмеренный от направления на какой-
либо опорный пункт местности.
91
по ходу часовой стрелки. При румбическом выражении направления дается сло-
весная его ориентировка относительно стран света.
Различие азимутального и румбического исчислений направления на пункт
Б из данной точки А пояснено на рис. 86.
Для определения направлений линий посредством азимутов или румбов су-
ществуют приборы, известные под общим названием буссоли.* Ими широко
пользуются также, например, при
стрельбе артиллерии по невидимым
целям или в условиях отсутствия
ориентиров местности и в других
случаях.
Применяя описанные методы
определения направлений, можно
производить также съемку подроб-
ностей местности. В отличие от пре-
дыдущих, такие съемки носят на-
звание азимутальных или
румбических.
а л ь н ы х, съемок, выполняемых с
Сущность высотных, или в е р т и к
помощью угломерных приборов, заключается в измерении углов наклона линий
местности по отношению к горизонтальной плоскости. Действительно, превы-
шение точки А над точкой В (рис. 87), выражаемое на чертеже отрезком Л,
будет известно, если измерить вертикальный угол а и наклонную длину АВ,
равную /. Тогда h — I sin а, а проекция линии АВ на горизонтальную плоскость,
т. е. величина d, будет соответствовать выражению d = I cos а.
Для вычисления й и d решается прямоугольный треугольник АВС\ один из
его катетов расположен вертикально, другой горизонтально. Построение ука-
занного треугольника на местности выполняется при воспроизведении гори-
зонтального направления тп посредством прибора с уровнем. Отрезки а = ах
выражают высоту положения оси угломерного устройства прибора над по-
верхностью земли.
§ 3. Принцип устройства угломерных приборов. Общая схема теодолита
На рис. 88 показана схема измерения углов на местности. Определяется угол,
составленный направлениями SM и SN. При этом точки наводки М и N и
вершина измеряемого угла могут не лежать в одной горизонтальной плоскости.
Из пункта S проведем отвесные плоскости ZSFE и ZSPT так, чтобы они про-
ходили через точки М и 7V. Указанные плоскости пересекутся по вертикальной
прямой SZ, проходящей через точку S. Проведем через точку S еще горизон-
тальную плоскость ABCD, тогда искомым горизонтальным углом будет угол
EST, обозначенный Этот угол является линейным, измеряющим двухгранный
угол между заданными плоскостями. Одновременно, для определения высоты
положения точек М и N, из пункта S находятся вертикальные углы и а2 отно-
сительно этой же горизонтальной плоскости ABCD.
В основу устройства большинства геотопографических и военных угломерных
приборов положена сферическая система координат.
Достаточно представить, что вершины измеряемых углов лежат в центре
сферы, разрезанной плоскостями, которые ориентированы соответственно
рис. 88. Контуры этих сечений, выполненных через центр сферы, образуют
окружности; дуги последних, как известно, измеряют искомые центральные
углы.
* Сль также гл. 21, § 2.
92
Теодолит*, как угломерный прибор, включает в себя горизонтальный круг 1
(рис. 89) с делениями, предназначенный для измерения углов в горизонтальной
плоскости. Этот круг носит название горизонтального лимба.
В центре его на самостоятельной оси насажен диск 2, называемый алида-
дой. Алидада может вращаться вокруг вертикальной оси AAV При этом она
Рис. 88. Схема измерения углов на местности-
занимает на лимбе различные положения в зависимости от заданного направле-
ния на данную точку местности, определяемого наведением зрительной трубы 3.
Труба и алидада конструктивно связаны между собой. По двум диаметрально
противоположным краям алидады расположены специальные устройства, пред-
назначенные для отсчета делени]
Для отсчетов малых долей
делений лимба могут приме-
няться верньеры, шкаловые ми-
кроскопы, микроскопы с винто-
выми микрометрами и др.; их
описание будет дано ниже.
Отсчет по двум диаметрально
противоположным участкам лим-
ба делается для того, чтобы
исключить влияние на точность
измерения углов внецентрен-
ного положения оси вращения
алидады относительно разделен-
ного круга лимба.
Зрительная труба мржет по-
ворачиваться в вертикальной
плоскости вокруг горизонталь-
ной оси BBt. Последняя поса-
жена в подшипники, располо-
женные в верхней части подставок 4, жестко скрепленных с алидадой. Для изме-
рения вертикальных углов служит второй круг 5, называемый верти-
кальным кругом. Подобно горизонтальному лимбу, вертикаль-
ный круг также имеет приспособления для отсчета делений. Основанием
* От греческих слов (tea — взгляд, 656; — путь и ХСЭос — камень. Невидимому, раньше
теодолиты устанавливались на каменное основание. По другим источникам, это название в
XVI веке заимствовано из арабского языка изобретателями прибора — англичанами.
93
инструмента является подставка б, снабженная тремя подъемными винтами.
Винты предназначены для приведения плоскости лимба в горизонтальное
положение, а вертикальную ось вращения инструмента AAt — соответственно
в отвесное. Указанное действие осуществляется с помощью уровней. Для
установки теодолита над данной точкой местности применяются штативы.
Специальные центрировочные приспособления, например в виде отвесов,
позволяют расположить прибор точно в вершине измеряемого угла.
В плоскости изображений объектива трубы помещается сетка 7, которая в
наиболее простом своем виде состоит из двух взаимно перпендикулярных штрихов.
При наведении трубы на какую-либо точку местности совмещают видимый
в окуляре центр пересечения нитей сетки с этой точкой. Такое наведение носит
название визирования. Простейшим визирным устройством являются
диоптры (рис. 90), они представляют собою две рамки, расположенные на
некотором расстоянии друг от друга. На одной рамке В натянута нить — это
предметный диоптр. Он обращается к данному предмету местности. Другая
рамка А выполнена в виде узкой вертикальной щели — глазной диоптр. При
визировании наблюдают в щель и
F располагают систему так, чтобы
з нить предметного диоптра перекры-
g—— вала точку наводки С.
Однако по свойству глаза невоз-
можно одновременно резко видеть
три точки А, В и С, лежащие по
лучу зрения на различных расстоя-
ниях от наблюдателя. Более благо-
приятные условия имеем при при-
менении зрительной трубы. Здесь
изображение предмета совмещается
— с сеткой, оба они представляются
Рис. 90 лежащими в одной плоскости, от-
несенной в бесконечность, кроме
того, и предмет и нити сетки представляются через окуляр увеличенными, поэтому
нити сетки можно сделать весьма тонкими. Это позволяет выполнять с большой
точностью наводку трубы на данную точку местности.
Точность визирования с помощью простейших диоптров небольшая. В сред-
нем она составляет 2'. При пользовании зрительной трубой погрешность
15 50"
визирования, по данным ряда исследовании, лежит в пределах -р-----р*, где
Гх есть увеличение трубы. Этим, в частности, объясняется, что в современных
визирных приборах зрительные трубы совершенно вытеснили из употребления
диоптры. Последние остались только в мало ответственных инструментах или
в качестве вспомогательных деталей приборов более точных.
Визирная линия в трубе определяется линией, проходящей через точку пере-
сечения нитей сетки и переднюю главную точку объектива. Указанные выше
различия в точности визирования посредством зрительной трубы зависят от ряда
причин, как-то: от формы предмета, от качества оптики, от условий наблюде-
ния и др.
Зрительная труба теодолита соответствует схеме астрономической трубы
Кеплера (это, впрочем, относится и к большинству других геодезических прибо-
ров). Поэтому изображение рассматриваемых предметов получается переверну-
тым; на точность визирования, однако, это никакого влияния не оказывает.
Вместе с тем, по сравнению с земными зрительными трубами, где изображение
прямое, трубы геодезических приборов, при всех прочих равных условиях, имеют
некоторый выигрыш в яркости изображения, а также в отношении простоты схемы,
так как в них отсутствуют дополнительные детали оборачивающей системы.
Труба состоит из двухлинзового склеенного объектива и ахроматического
окуляра. В качестве сетки обычно служит плоскопараллельная стеклянная пла-
94
стинка с нанесенными на ней штрихами в виде креста. Однако в некоторых типах
особенно это относится к приборам выпуска прежних лет) вместо стеклянной
пластинки устанавливается диафрагма с натянутыми на ней паутинками.
Наводка зрительной трубы на резкость изображения осуществляется либо
путем выдвижения окуляра с сеткой с помощью кремальеры, либо посредством
применения специальной фокусирующей линзы, о чем будет сказано при рас-
смотрении отдельных приборов. Для установки сетки на резкость по глазу
наблюдателя окуляры имеют диоптрийное перемещение, т. е. могут независимо
от сетки передвигаться вдоль своего тубуса.
По точности измерения углов теодолиты можно разбить на три группы: тех-
нические, с точностью отсчета Л' — 30"*, точные теодолиты, где отсчет выпол-
няется до 20— 10", и прецизионные, иногда называемые универсалами, с точ-
ностью отсчета углов 5 — 1". Они применяются на триангуляциях высших клас-
сов, а также при астрономо-геодезических наблюдениях.
§ 4. Технический теодолит
Наиболее распространенным теодолитом для геотопографических съемок
и артиллерийской инструментальной разведки является технический теодолит
(рис. 91) с одноминутной точностью отсчета углов. Этот
прибор известен еще под названием тахеометра, так ~
как он обслуживает тахеометрическую, или ускоренную
контурно-высотную, съемку.
Горизонтальный лимб технического теодолита вместе
с диском алидады закрыт защитным металлическим кожу-
хом. В специальных прорезях кожуха по двум диамет-
рально противоположным концам алидады расположены
верньеры. Каждый верньер наносится на диске алидады и
представляет собою особую шкалу, которая при вращении
алидады перемещается над делениями лимба. Разность
между наименьшим делением (в угловой мере) лимба и
ценой деления шкалы верньера называется его точностью.
В теодолите описываемой конструкции точность верньера
составляет 1'. Отсчет по лимбу складывается из двух one-
раций: а) По нулевому штриху верньера, как по индексу,
ОТСЧИТЫВаЮТ ЧИСЛО Целых делений ЛИМба. При ЭТОМ необхо- Рис. 91. Технический
димо учесть цену наименьшего деления лимба. В техниче- теодолит (тахеометр)
ском теодолите лимб разделен на полуградусные деления,
Т? е. цена его деления равна 30'. Надписи на лимбе сделаны по ходу часовой стрелки
через каждые 10°. б) Затем по верньеру отыскивают деление, совпадающее с каким-
либо штрихом лимба. Отсчет по этому штриху верньера от нуля дает искомую
величину части деления лимба, которая прибавляется к ранее сделанному от-
счету. На верньере надписаны цифры, означающие число минут; эти цифры озна-
чают также произведение порядкового номера штриха верньера на его точность.
Для удобства отсчетов верньеры снабжены лупами. Лимб имеет самостоя-
тельное вращение вокруг вертикальной оси инструмента. Такая система теодо-
литов носит название повторительных, или репетиционных. Найденное
положение алидады на лимбе для предохранения от случайных поворотов
фиксируется с помощью закрепительного винта. Медленное вращение алидады
по азимуту для точной наводки трубы на данный предмет местности осуще-
ствляется посредством микрометренного винта. Аналогичную систему закрепи-
тельного и микрометренного винтов для целей точной наводки имеет также лимб.
Подобно устройству горизонтального лимба, вертикальный круг тоже имеет
защитный кожух с прорезями для двух верньеров. Цена деления вертикального
♦ Существуют конструкции теодолитов (получившие распространение за границей), *
основу разделения лимбов которых положены так называемые грады (см. ниже, гл. 21, § 1).
95
круга и точность отсчета углов по его верньерам — одинаковые с указанным
ранее для горизонтального лимба прибора. Вертикальный круг конструктивно
связан с зрительной трубой и вращается вместе с нею. При этом верньеры алидады
вертикального круга остаются неподвижными. Труба имеет закрепительный
и микрометренный винты. Последний служит для медленного ее вращения в вер-
тикальной плоскости. При отпущенном закрепительном винте труба может совер-
шать поворот на 180°, или, как говорят, она переводится через зенит. Алидада
вертикального круга посажена на втулку, одетую на горизонтальную ось вра-
щения трубы. Такая конструкция позволяет осуществить небольшие повороты
алидады вертикального лимба независимо от вращения трубы. Эти повороты
производятся посредством специального микрометренного винта. С помощью
последнего можно добиться, чтобы при горизонтальном положении визирной оси
трубы отсчет по верньерам вертикального круга был равен нулю. При этом поль-
зуются специальным цилиндрическим уровнем, связанным с алидадой этого
круга.
Технические теодолиты обычно снабжаются цилиндрическими уровнями. Цена
деления уровней, установленных на горизонтальном лимбе, составляет 1—2',
а на алидаде вертикального круга — 30 — 60". (Ценой деления уровня назы-
вается угол, на который необходимо наклонить систему, чтобы пузырек
уровня перешел на одно деление шкалы, нанесенной на поверхности его
стеклянной ампулы. Цена деления выражается в минутах или секундах
угла). Когда ось уровня занимает горизонтальное положение, то пузырек
расположен симметрично относительно нульпункта или центрального деления
шкалы. Расстояние между делениями шкалы уровня в линейной мере равно
2 мм.
Между объективом и сеткой в зрительной трубе этого теодолита установлена
дополнительная фокусирующая линза, предназначенная для наводки рассматри-
ваемых предметов на резкость изображения. При вращении кремальерного кольца
эта линза перемещается вдоль тубуса. Разрез подобной трубы можно видеть на
рис. Ю9б и 1156. Такая конструкция отличается герметичностью, и, кроме того,
габариты трубы остаются неизмененными.
Для перемещения сетки в плоскости, перпендикулярной оптической оси,
служат специальные исправительные винты. Они необходимы во время юсти-
ровки прибора, например для уничтожения коллимационной ошибки. В данной
конструкции теодолита эти винты закрыты предохранительной крышкой. Кроме
центральных штрихов, расположенных в виде креста и предназначенных для
визирования, сетка имеет еще два горизонтальных штриха. Последние служат
для измерения расстояний с помощью рейки. Они нанесены симметрично сверху
и снизу относительно основного (центрального) горизонтального штриха. Теория
применения дальномерных штрихов сеток или так называемых нитяных дально-
меров будет разобрана ниже.
Основные технические характеристики трубы следующие: увеличение 25х, поле зрения
1° 10'. Свободное отверстие объектива 39 мм. Коэффициент дальномера 100.
Теодолит описываемой конструкции имеет буссоль для измерения азимутов
или румбов визируемых направлений. Магнитная стрелка вращается на острие,
которое совпадает с вертикальной осью инструмента. Цена деления отсчетного
круга буссоли равна 1°. Линия нулей этого круга должна быть совмещена или
параллельна вертикальной плоскости, какую описывает визирная ось трубы
при ее вращении (т. е. коллимационной плоскости).
Учитывая условия эксплоатации, теодолит рассчитывают на безотказную
работу в интервале температур от —20 до +40° С.
При измерении дистанций с помощью дальномерных нитей сетки трубы тео-
долита пользуются рейкой. Последняя, как правило, должна иметь сантиметро-
вые и дециметровые деления с отметками целых метров. Рейку в вертикальном
положении устанавливают на точку местности, расстояние до которой опреде-
ляется. Трубу наводят на рейку, и в окуляр отсчитывают, сколько делений
Э6
рейки умещается между двумя крайними горизонтальными нитями сетки. Число
отсчитанных делений, выраженных в метрах с точностью до сантиметра, умно-
жают на коэффициент дальномера и получают искомую дистанцию.
Теория нитяного дальномера (типа Рейхенбаха) основана на
следующем. Пусть в точке М (рис. 92) установлен теодолит, в точке N рейка;
определяется расстояние MN = d. Некоторая часть рейки АВ через объектив
О изобразится на сетке S между её горизонтальными нитями айв. Точка F есть
передний фокус объектива, его фокусное расстояние равно отрезку /. Отрезок /'
обозначает заднее фокусное расстояние объектива. Так как объектив находится
в воздухе, то его передний и задний фокусы равны, т. е. / = f. Из построений
на чертеже, имея в виду, что лучи, проходящие через передний фокус, после объек-
тива идут параллельным пучком, можно написать ав = а'в', а искомое рас-
стояние d= l -f- к.
Из подобия тре-
угольников ABF и
a'e'F, обозначив сто-
роны АВ = р и а'е'—
= q, имеем
Рис. 92
р — 1
Т~ f ’
р
откуда, определяя не-
известную величину I,
после преобразований
и подстановок в пре-
дыдущее уравнение,
получим выражение
для дистанции d
d = — р + к;
я
отношение-^- при неизменном расстоянии между нитями будет
Обозначив его буквой С, окончательно напишем формулу
постоянно.
d = Ср + к.
Следует заметить, что эта формула справедлива для случая определения гори-
зонтальных дальностей или наклонных, когда угол а, образованный линией
визирования с горизонтальным направлением, имеет величину до 4°. При ббль-
ших углах наклона визирной линии формула (опускаем ее вывод) для опреде-
ления горизонтальной дальности при вертикальной рейке принимает вид
d— Ср cos2 а 4- A cos а.
Величина С есть множительный коэффициент дальномера. Исходя из фокуса объек-
тива и варьируя при разработке конструкции расстояние между нитями сетки
q, величину С подбирают равной какому-либо целому числу. Чаще всего этот
коэффициент равен 100. Последний член формулы к для данной трубы озна-
чает расстояние от переднего фокуса * до ее середины, вернее до вертикальной
оси вращения теодолита, проходящей через точку стоянки М. Приближенно вели-
чина к равна полутора длинам трубы и при съемках в мелком масштабе ею можно
пренебречь.
* Эта точка переднего фокуса в теории подобных дальномеров называется аналакти ческой.
7 Оптика в военном юле—215. 97
Точность измерения с помощью нитяного дальномера и вертикальной рейки
для зрительных труб с увеличением 15 — 20х составляет для труб
с увеличением 25—30х порядка^ — измеряемой дистанции, причем в по-
следнем случае при расстоянии до 100 м и благоприятных условиях наблюдения
точность может быть Указанные погрешности выбираются в зависимости
от желаемой точности проводимых съемочных работ, но измеряемые при этом
расстояния обычно берутся не свыше 300 м.
§ 5. Универсалы
По идее своего механико-оптического устройства эти приборы аналогичны
описанному выше техническому теодолиту. Однако вследствие высокий требова-
ний к точности они отличаются боль-
шими размерами; кроме того, отдель-
ные их узлы имеют своеобразную
конструкцию.
В части зрительных труб мы имеем
универсалы с прямыми центральными
и внецентренными трубами. Послед-
ние укрепляются с одного конца го-
ризонтальной оси прибора (рис. 93).
Имеют место также конструкции,
у которых зрительная труба ломаного
типа, наблюдение при визировании
выполняется сбоку. Излом визир-
ной линии на 90° осуществляется
с помощью прямоугольной призмы,
установленной приблизительно в се-
редине трубы. Лучи в окуляр после
призмы проходят через отверстие
в горизонтальной оси прибора. Вне-
центренные и ломаного типа трубы
обеспечивают удобное наблюдение
небесных светил, расположенных
близко к зениту.
Некоторые модели, помимо главной
зрительной трубы, имеют еще дополни-
тельную, или так называемую поверительную трубу. Эта последняя укреплена
на подставке инструмента и служит для контроля производимых измерений гори-
зонтальных углов. Она наводится на какой-либо постоянный хорошо видимый
предмет местности. Положение ее при визировании главной трубой должно оста-
ваться неизменным.
В качестве отсчетного устройства в универсалах обычно служат микроскоп-
микрометры,* расположенные, подобно верньерам, по двум диаметрально про-
тивоположным сторонам лимбов. Устройство микроскоп-микрометра будет
описано ниже. Диаметры лимбов различных универсалов обычно имеют зна-
чения от 160 до 270 мм. Цена деления их (для градусных единиц) составляет
*/« или у^0. Цена деления барабанов микрометра для отсчета углов в зависи-
мости от назначения данной модели универсала бывает обычно от 10 до 1".
В некоторых конструкциях универсалов, помимо основного вертикального
круга, имеется еще дополнительный вертикальный круг с относительно грубыми
• Этот термин, укоренившийся в астрономо-геодезической практике, грамматически не-
правилен, так как представляет русскую транскрипцию немецкого термина Mikroskop-Mikro-
meter, т. е. микрометр при микроскопе.
98
делениями порядка 1/2°. Последний служит для быстрого определения необхо-
димых углов наклона зрительной трубы.
Для астрономо-геодезических наблюдений универсалы снабжаются добавоч-
ными уровнями, которые при работе накладываются на горизонтальную ось
вращения трубы. Цена деления шкалы этих уровней в угловой мере составляет
от 5 до 2". Для ночных работ приборы имеют подсветку сетки нитей. Кроме того,
конструкция отсчетных микроскоп-мйкрометров предусматривает освещение лим-
бов. Для этой цели применены электрические лампочки, питаемые от небольшой
батареи.
В качестве примера укажем основные технические данные универсала Гильдебрандта
с 5"-й точностью отсчета по микроскоп-микрометрам, который используется для триангуляций-
11 и III классов.Диаметр каждого лимба равен 175мм; деления нанесены через 1/в°- Фокус-
ное расстояние объектива главной трубы 380 мм. Его свободное отверстие 40 мм. Увели-
чение трубы 33 и 44х, так как имеется два сменных окуляра. Фокусное расстояние дове-
рительной трубы 330 мм при диаметре свободного отверстия объектива 36 мм. Увеличение
этой трубы составляет 30х. Цена деления накладного уровня 5” на 2 мм шкалы. Цена деле-
ния уровня на алидаде около 10". Вес прибора достигает 12 кг.
Микроскоп-микрометр состоит из двух частей: собственно микро-
скопа и микрометра. Изображение делений лимбов рассматривается через микро-
скоп с увеличением 15—25х.
Его оптическая система со-
стоит из объектива 7 (рис. 94)
и окуляра Рамсдена 2, заклю-
ченных в тубусе 3. В качестве
индексов служат нити микро-
метра 4 при некотором среднем
их положении в поле зрения
микроскопа. Это среднее по-
ложение отмечается централь-
ным зубцом специальной гре-
бенки 5, видимой через оку-
ляр. Для отсчета малых долей
делений лимба нити вместе с
рамкой, на которой они удер-
живаются, могут перемещать-
ся по направляющим б. Это
перемещение осуществляется
с помощью микрометренного ,,
винта 7. Число целых его обо- -
ротов отмечается количеством ,
зубцов гребенки, мимо кото- р
рых проходят нити микро-
метра. Мертвый ход винта исключается работой пружин 8. Части
оборота винта фиксируются по индексу 9, относительно которого вращается
барабан 10 с делениями. Полный отсчет складывается из отсчетов целых деле-
ний лимба и числа полных оборотов микрометренного винта, умноженного на
цену деления его шага. К этому прибавляется некоторая часть поворота винта,
выраженная в угловой мере; она прочитывается непосредственно по разделен-
ному барабану. В упомянутом выше теодолите Гильдебрандта с 5”-й точностью
отсчета цена одного деления барабана соответствует 5” угла.
Некоторые модели универсалов типа Гильдебрандта, а также и других систем,
например Бамберга, в окулярах зрительных труб имеют микрометры, устройство
которых аналогично описанному. Нити таких окулярных микрометров при изме-
рении передвигаются относительно неподвижных нитей сетки и наблюдаемого
предмета. Это дает возможность, например в поверительных трубах, определять
с высокой точностью малые углы изменения направления начальной линий
визирования прибором на данный предмет местности.
99
§ 6. Оптические теодолиты
За последние годы получают все большее распространение теодолиты специ-
альных конструкций, известные под названием оптических теодоли-
тов типа Вильда или Цейсса. При их разработке была поставлена цель—свести
отсчеты по обоим кругам в один отсчетный окуляр при одновременном исключении
влияния эксцентриситета на точность измерения углов. Эта задача разрешена
достаточно удачно. В результате появились относительно сложные в своей опти-
ческой части приборы, которые, однако, обладают большой точностью, при неболь-
ших габаритах и весе. Последнее обстоятельство имеет преимущество в экспеди-
ционных условиях, а также с точки зрения военных надобностей. Кроме того,
оптические теодолиты представляют собою закрытые конструкции с хорошим
предохранением ответственных деталей от возможности появления, например,
царапин на лимбе, проникновения пыли или влаги на оптику и других повре-
ждений.
Насколько конструкция этих приборов действительно является удобной
в раооте, наглядно может показать рис. у г
левой части (рис. уэ,а) представлен
универсал, подобный описанному
выше, но упрощенного типа. Вместо
отсчетных микроскоп-микрометров
при вертикальном круге приспосо-
блены верньеры с лупами. Послед-
ние облегчают эксплоатацию, однако
при этом снижается точность измере-
ние. 95. а — универсал, б — оптический теодолит
ний. Кроме того, в изображенном универсале отсутствует поверительная
труба. На рисунке показаны детали прибора, которые в процессе работы
необходимо наблюдать (уровни, окуляры отсчетных устройств). При этом в ряде
случаев требуется обход наблюдателя вокруг прибора. Число последовательных
положений (начиная с 7) головы или глаза наблюдателя, необходимых для того
чтобы следить за отдельными деталями этого универсала, составляет 10.
Указанному универсалу противопоставляется современный оптический тео-
долит (рис. 95,6), одинаковый с первым по точности отсчета горизонтальных
углов. Отдельные детали оптического теодолита расположены таким образом,
что наблюдения их выполняются при одном положении головы наблюдателя,
достаточно только перевести глаз с одного объекта на другой. Следовательно,
наблюдения за отдельными деталями прибора и необходимые отсчеты можно
юо
производить «не сходя с места». При этом следует также учесть, что оптический
теодолит по своим габаритам и весу в среднем оказывается в два раза меньше
универсала обычной конструкции. Кроме того, если бы (обращаясь снова
к рис. 95,а) потребовалось брать отсчеты по вертикальному кругу с большой
точностью (порядка единиц секунд угла), то необходимо было бы пользоваться
другим, более сложным универсалом, у которого, вместо верньеров с лупами,
на вертикальном круге установлены микроскоп-микрометры.
В этом случае (рис. 95,а) прибавятся две новых операции: нужно будет
перевести глаз от окуляров обоих микрометров на их барабаны и снять отсчеты
по делениям барабана. У оптического теодолита отсчеты по вертикальному кругу
можно сделать, не отрываясь от того же окуляра микрометра, расположенного
вблизи окуляра зрительной трубы, который предназначен и для отсчета по
горизонтальному лимбу.
В оптических теодолитах при относительно малых их габаритах достигнута
высокая точность отсчета углов. Так, например, в некоторых моделях цена деле-
ния отсчетного барабана доводится до 0",1 и на-глаз можно еще брать сотые
доли секунды. Следует, однако, заметить, что, несмотря на портативность
и указанную точность отсчета, оптические теодолиты в полной мере еще не
нашли себе применения в триангуляциях I класса. Этот вопрос в настоящее
время находится в стадии изучения.
Основные типы отсчетных устройств этих теодолитов будут указаны ниже.
В виде отдельных принадлежностей к оптическим теодолитам предусмотрены
буссоли, дополнительные уровни, специальные оптические клинья, устанавли-
ваемые перед объективом для измерения
дистанций, насадочные призмы для на-
блюдения объектов в зените и т. д. Кроме
того, некоторые модели приборов обеспечи-
ваются комплектом, состоящим из особых
визирных целиков и дальномерной рейки
постоянной длины. Назначение и устрой-
ство последних будет рассмотрено на при-
мере артиллерийского теодолита ТА.
§ 7. Теодолит типа Вильда
На рис. 96 показан прецизионный тео-
долит Вильда (модель до 1936 г.), с точ-
ностью отсчета углов до десятых долей и
на-глаз до сотой доли секунды. Другая
модель этой же фирмы, под названием «уни-
версальный» теодолит, в разрезе показана
на рис. 97. Окулярная часть его зритель-
ной трубы на чертеже обращена кверху.
На этом приборе отсчет углов произво-
дится с точностью до секунды и на-глаз
до 0", 1. Принципиальная схема устройства
обоих теодолитов Вильда и их наружный
вид по существу одинаковы. Для поясне-
ния способа освещения делений и хода
лучей от лимбов в отсчетный микроскоп
на рис. 98 представлена схема, соответ-
Рис. 96. Прецизионный теодолит Вильда
ствующая новой модели прецизионного
теодолита выпуска после 1936 г. Оптика зрительной трубы и призмы уровней
для ясности чертежа опущены. Нумерация отдельных деталей на обеих
схемах (рис. 97 и 98) выполнена одинаковыми цифрами.
Горизонтальный 1 и вертикальный 2 лимбы изготовлены из стекла. Изобра-
жения нанесенных на них делений через специальную оптическую систему,
101
состоящую из линз и призм, сводятся в один и тот же микрометр 3 сразу с
двух диаметрально противоположных сторон каждого лимба. Отсчетный микро-
скоп 4 расположен параллельно оси визирной трубы 5, их окуляры находятся
рядом. Для освещения делений лимбов предусмотрены зеркала: 6—для гори-
зонтального лимба и 7— для вертикального. [В моделях выпуска более ранних
лет, а также в универсальном теодолите Вильда (рис. 97), вместо зеркал, ис-
пользованы призмы]. Поверхность каж-
дого лимба, на которой нанесены
деления, покрыта серебряной амаль-
гамой. Штрихи делений при рассма-
Рис. 98. Схема новой модели прецизионного
теодолита Вильда
Рис. 97. Схема универсального
теодолита Вильда
тривании их через отсчетный микроскоп представляются черными на светлом фоне
(вследствие отражения света от слоя амальгамы). Для переключения изображений
горизонтального и вертикального кругов, появляющихся в отсчетном оку-
ляре, имеется призменный переключатель 8. При вращении переключателя по
ходу часовой стрелки до упора, в окуляр микроскопа видно изображение
горизонтального круга, при враще-
нии в обратном направлении появля-
ется изображение вертикального
круга. Кроме изображений кругов,
по которым отсчитываются градусы
и минуты, в поле зрения отсчетного
окуляра появляется изображение
части барабана 9 микрометра со шка-
лой секунд вместе с отсчетным инде-
ксом (рис. 99).
Уровень 10 (рис. 97) на лимбе вертикального круга, благодаря специальной
системе призм дает удвоенную точность отсчета. На рис. 100 представлена
общая схема подобного рода уровней. Отсчет положения пузырька производится
102
Рис. 100. Схема работы
уровня
с помощью специальной системы призм Д, В и С. Первые две призмы одинаковы,
они расположены над пузырьком так, что плоскость EFKH, проходящая через
обращенные к плоскости чертежа грани этих призм, рассекает пузырек на две
равные части. Изображения двух тождественных половин противоположных
концов пузырька (заштрихованной на чертеже его части) пройдут в прямоуголь-
ную призму С. В случае горизонтального положения оси уровня наблюдателю
будет представляться картина, обозначенная на чертеже цифрой I. При наклоне
системы наблюдатель будет видеть расхождение двух половинок пузырька со-
гласно картине II. Такое расхождение выражает двойную величину уклонения
середины пузырька от нульпунктов уровня. Освеще-
ние пузырька производится проходящим светом с по-
мощью отражателя, укрепленного или над уровнем,
или снизу его.
В оптических теодолитах отражатель для освеще-
ния уровня обычно расположен снизу. Наблюдение
за пузырьком выполняется через призму 77 (рис. 97),
тождественную призме С на рис. 100.
Назначение микрометренного винта при уровне
вертикального круга аналогично назначению такого
же винта в теодолитах ранее описанной конструкции.
На подставке инструмента расположен второй рас-
пространенного типа цилиндрический уровень 12.
Система осей в оптических теодолитах — повтори-
тельная, т. е. лимб имеет самостоятельное вращение,
осуществляемое с помощью винта 13. Последний
снабжен предохранителем от случайных поворотов.
Остальные детали описываемых конструкций Вильда
соответствуют назначению аналогичных деталей
обычных теодолитов. Закрепительный и микрометренный винты обслуживают
медленное движение зрительной трубы в вертикальной плоскости. Для медлен-
ного вращения прибора по азимуту также предусмотрены микрометренный
и закрепительный винты. Наконец, для приведения вертикальной оси прибора
в отвесное положение, на подставках имеются три регулировочных винта.
В зрительных трубах этих приборов для фокусировки используются внутрен-
ние фокусирующие линзы. Производство ночных работ обеспечивается комплек-
том оборудования электрического освещения.
Сводка характеристических данных прецизионных и универсального теодо-
литов Вильда представлена в табл. 4.
Таблица 4
Название прибора
Прецизионный
теодолит
Вильда
Универсальный
теодолит
Вильда
Теодолит Цейс-
са, модель II
То же, модель III
Зрительная труба
60
40
40
40
24
30
40
24
27
27
Лимбы
диаметры
цена деления
Уровни.
Цена деления
в сек. угла на
2 мм длины
дуги шкалы
260 140 95
175 90 50
175 95 48
170 90 90
4
20
20
20
8
40
20
20
0,2
1
1
2
4
20
30
30
6
13
30
30
10,3
4,3
6,3
5,3
103
В универсальном теодолите Вильда для установки его над данной точкой
местности, т. е. в вершине измеряемого угла, применен оптический отвес или
центрир.* Визирная труба снабжена нитяным дальномером, коэффициент кото-
рого равен 100.
Сущность устройства отсчетного микрометра этих теодолитов заключается
в следующем. В поле зрения микрометра появляются разделенные горизонталь-
ной чертой изображения штрихов двух диаметрально противоположных частей
лимба (см., например, рис. 99). При вращении маховичка 74 (рис. 97) эти изобра-
жения одновременно и с одинаковой скоростью перемещаются в разные стороны.
Последнее осуществляется с помощью двух плоскопараллельных пластинок 3.
через которые независимо друг от друга проходят лучи, несущие изображение
противоположных делений лимба. Посредством специальных кронштейнов
(рис. 101) эти пластинки конструктивно связаны с отсчетным барабаном микро-
метра. Вместе с поворотом указанного маховичка вращается диск с выемкой
в виде спирали, в которой находятся рычаги кронштейнов. Это приводит к тому,
что пластинки наклоняются одновременно, но в разные стороны. По свойству
плоскопараллельной пластинки смещать направление луча света, при этом
происходит указанное выше взаимное перемещение изображений. Величина
перемещения, выраженная в угловой мере, определяется
углом поворота барабана микрометра относительно неподвиж-
ного индекса.
Процесс отсчета, например, по горизонтальному лимбу пре-
цизионного теодолита складывается из следующих операций.
Пусть после визирования на какой-либо предмет местности
видимая в окуляр микрометра картина будет соответствовать
рис. 99,а. В этом положении отсчета еще не делают. В середине
нижней половины наблюдаемой в окуляр части лимба, где
цифры изображаются неперевернутыми, имеется вертикаль-
ный штрих. Этот штрих не является индексом, он служит
в качестве ориентира. В непосредственной близости от ука-
занного ориентира приводят к совпадению деления верхнего
и нижнего изображений лимба путем вращения маховичка
отсчетного микрометра.
Так как изображения противолежащих штрихов переме-
Рис. 101 щаются одновременно в разных направлениях, то этим самым
линейная величина цены деления лимба как бы делится по-
полам. При полном обороте барабана секунд 9 (рис. 97 или рис. 98),
изображения любого штриха верхней половины перемещаются на соседний
штрих нижней половины. Поэтому, если цена деления горизонтального
лимба прецизионного теодолита равна 4' (табл. 4), то один оборот бара-
бана микрометра соответствует 2' на лимбе. Барабан секунд имеет 600 делений.
Следовательно, цена деления микрометра составляет 0",2. Видимая величина
его через микроскоп с увеличением 37х в линейной мере достигает 1 мм. Это
дает возможность отсчитывать на-глаз сотые доли секунды.
При отсчетах число градусов указывает надписанный на штрихах лимба
младший номер, который ближе всего находится около ориентира, т.е. по рис. 99,6
число 1бб°. Числу пар минут по лимбам будет соответствовать число штрихов,
находящихся между надписью отсчитанных градусов верхнего и нижнего изо-
бражений кругов, с разницей 180°. По рисунку это составит 20 делений между
цифрами 166 и 346°. Следовательно, число минут для отсчета будет равно
2' х 20 = 40'. Отсчет числа секунд производится по барабану секунд с оценкой
на-глаз долей наименьшего деления их; полученная цифра умножается на 2.
При этом следует помнить, что надписанные на барабане цифры десятков деле-
ний соответствуют целым секундам. Отсчет по рисунку дает: 39",42 X 2 = 78",84.
Обычно делают два последовательных совмещения штрихов, т. е. берут ог-
* См. рис. 106 и указания о нем в § 8 (артиллерийский теодолит).
104
счеты секунд два раза и складывают их. Общая сумма дает искомый результат»
Таким образом полный отсчет будет:
Отсчет по делениям лимба.........................166° 40'
1-й отсчет по барабану секунд.................... 39",42
2-й . . , ................... 39",44
166° 41' 18",86
На основании ряда исследований определено, что средняя ошибка в измерении
угла с помощью прецизионного теодолита Вильда составляет zt0",3 — ±0",5.
Таким же путем делаются отсчеты вертикального круга. Следует, однако,
иметь в виду, что цена его деления равна не 4', а 8'. С целью исключения инстру-
ментальных ошибок при измерении углов наклона обычно берут разность двух
отсчетов, сделанных при «круге право» и «круге лево». Этим самым сразу полу-
чают значение искомого угла. Заметим, что измерению при «круге право» соот-
ветствует такое положение теодолита, когда вертикальный круг находится
справа от наблюдателя. При «круге лево» вертикальный круг находится соот-
ветственно слева. Для производства указанного измерения, между двумя визи-
рованиями на предмет, г. е. при смене во время работы положений вертикаль-
ного круга, трубу следует перевести через зенит, а алидаду повернуть на 180°.
На универсальном теодолите Вильда отсчеты по лимбам производятся анало-
гичным способом с той разницей, что не приходится удваивать цифры, прочи-
танные по барабану секунд. На этом барабане число целых минут надписано
отдельно под цифрами секунд.
При этом необходимо помнить, что цена деления горизонтального лимба
универсального теодолита равна 20' (табл. 4). Увеличение отсчетного микроскопа
этого прибора составляет 34х.
§ 8. Артиллерийский теодолит
Этот прибор (рис. 102) относится к типу оптических теодолитов. Его гори-
зонтальный и вертикальный круги стеклянные. Отсчеты по обоим лимбам сво-
дятся одновременно в микроскоп-микрометр, расположенный не параллельно
трубе, как в теодолитах Вильда, а на противоположной вертикальному кругу
подставке трубы, на одной высоте с горизонтальной осью ее вращения. Трубка
отсчетного микроскопа, как и зрительная труба, переводится через зенит. Для
освещения лимбов имеются отражающие зеркала. При ночных наблюдениях
зеркала вместе со своими оправами снимаются и на их место вставляются па-
троны с электролампами. Диаметр лимбов теодолита равен 90 мм. Цена
их наименьшего деления составляет 20', надписи сделаны через каждый градус.
Увеличение отсчетного микроскопа около 40х.
Увеличение зрительной трубы равно 26х, поле зрения 1°10', свободный диа-
метр объектива 40 мм. Фокусировка осуществляется посредством линзы, пере-
двигающейся внутри тубуса. Эквивалентное фокусное расстояние при этом
составляет 250 мм.
Труба снабжена нитяным дальномером, коэффициент которого равен 100.
При пользовании геодезической рейкой обычного типа с делениями через каждый
сантиметр с помощью дальномерных нитей сетки может быть произведено изме-
рение расстояний между двумя точками местности. Общая теория нитяных
дальномеров изложена выше (см. описание к рис. 92).
Конструкция уровня на вертикальном круге содержит систему призм. Его
цена деления составляет 15—25". Пользование подобного рода уровнем осущест-
вляется путем совмещения изображений половинок пузырька (см. рис. 100, I).
Второй, обычной системы цилиндрический уровень, установленный при горизон-
тальном лимбе, имеет шкалу, разделенную через 2 мм, с ценой деления в угловой
мере 40—60".
Увеличение артиллерийского теодолита достигает 2х, поле зрения около 9°,
пределы фокусировки рассчитаны для расстояний от 0,5 до 1,5 м. В теодолите
105-
имеется оптический отвес, или центрир (схема отвеса показана ниже, на
рис. 106), который служит для точной установки прибора над данным пунктом
Рис. 102. Артиллерийский теодолит
местности.
Система отсчетов долей наименьшего деления
лимбов, т. е. единиц минут и секунд, производится
посредством винтового микрометра с
отсчетным барабаном. Цена деления барабана
равна 20", но значения надписей уменьшены в
два раза, т. е. вместо цены деления 20", из про-
читанных цифр следует 10". Это необходимо
учесть для вывода среднего из двух отсчетов.
Наблюдаемая в поле зрения микроскопа картина
представлена на рис. 103. Слева находится изо-
бражение дву^ диаметрально противоположных
участков горизонтального лимба, справа распо-
лагаются видимые в окуляр деления вертикаль-
ного круга, которые соответствуют данному на-
клону зрительной трубы. Отсчет на горизон-
тальном лимбе осуществляется следующим обра-
зом: по индексу а прочитывают число граду-
сов, — это младшая надпись на градусных де-
лениях верхнего изображения круга. Одновре-
менно подсчитывают количество целых интер-
валов, равных 20'. По приведенному рисунку
этот отсчет равен 32б°40'. Затем, вращая барабан
микрометра, наводят вертикальный биссектор
нитей, т. е. две параллельные линии b на левый
от индекса штрих верхнего изображения круга.
Отсчет производится по барабану, согласно ри-
сунку он равен 3'35". После этого, вращая
барабан, сбивают первое положение биссектора
и снова совмещают его с левым от индекса штрихом, но уже нижнего изображе-
ния круга. Это нижнее изображение есть другой, диаметрально противопо-
ложный относительно верхнего изображения участок лимба. Окончательный
отсчет минут и секунд, таким образом, слагается из
биссекторных нитей микрометра. Допустим, что
второй отсчет оказался равным 3'40". Для полу-
чения полного отсчета все предыдущие отсчеты
складываются, т. е. 326°40' + 3'35" + 3'40" =
— 32б°47'15".
Так как отсчет сделан по двум диаметрально
противоположным частям лимба, а надписи делений
барабана уменьшены в два раза, то полученный
результат свободен от влияния эксцентриситета.
Отсчетный барабан имеет два индекса; один из
них выкрашен черной краской, другой красной.
Они расположены на противоположных поверх-
ностях втулки барабана так, что линия, соединяю-
щая оба индекса, параллельна визирной плоскости
трубы. Следовательно, когда производится визиро-
вание^ то какой-либо индекс, например с (рис. 103),
всегда обращен к наблюдателю. Если со стороны
двух приемов наведения
Рис. ЮЗ
наблюдателя оказался черный индекс, то прочитываются цифры, надписанные на
барабане черной краской. Для красного индекса отсчет надо брать по красным
цифрам барабана.
Для отсчета по вертикальному кругу вертикальный биссектор b наводят на индекс а
и по положению горизонтального биссектора d отсчитывают, аналогично предыдущему, число
1С6
градусов и количество целых делений, содержащих в себе по 20'. Допустим, что этот
отсчет оказался равным 91°20'. Затем наводят горизонтальный биссектор на ближайший
младший штрих вертикального круга. Предположим, что отсчет по барабану составляет 6'10"*
Делают второй раз наведение биссектсра на тот же штрихи снова отсчитывают по барабану.
Пусть этот второй отсчет соответствует 6'20". Тогда полный отсчет получится как сумма:
91°20' + 6'10" 6'20" = 91°32'30". При ускоренном измерении вертикальных углов допуска-
ется первый отсчет по барабану микрометра просто удваивать. В этом случае второе наведе-
ние биссектора d не делают.
Артиллерийский теодолит состоит из двух разъемных частей. Верхняя
часть представляет собою собственно угломерный прибор. Другой частью служит
подставка с тремя подъемными винтами. Она содержит также оптический отвес,
о котором упоминалось выше. Верхняя часть может быть вынута из своей под-
ставки, для чего предварительно следует отпустить зажимной винт, располо-
женный сбоку корпуса подставки. Прибор в целом, т. е. вместе с подставкой,
весит 5,9 кг. К теодолиту прилагается складной штатив.
используемого,
Рис. 104. Визир-
ная марка («це-
лик»)
§ 9. Визирные марки
Указанная разъемная конструкция обеспечивает применение теодолита
для так называемого трехштативного метода работ,
например в точной полигонометрии или контурной съемке. Сущ-
ность этого метода заключается в том, что на трех штативах,
расположенных в соседних точках данного съемочного хода,
например в точках А, В и С (рис. 85), устанавливаются: в
центре —теодолит, в крайних точках А и С две визирные
марки. Наведение зрительной трубы осуществляется на
центры марок, каковые заменяют собою вехи. После измерения
угла, передний и средний штативы с подставками, центриро-
ванными над точками В и С местности, остаются на своих ме-
стах, но сам прибор и передняя марка меняются местами. В
подставку, где была передняя марка, устанавливается теодолит,
а в его подставку укрепляется передняя марка. Задний штатив
с маркой из пункта А переносится вперед на следующую по
ходу съемки точку N местности. В таком же порядке произво-
дится дальнейшая работа. Этот трехштативный метод измерения
углов по сравнению с обычным способом, где применяются вехи
и каждый раз теодолит центрируется заново, очевидно, является
более точным.
Визирная марка, или «целик» (рис. 104), в верхней своей
части представляет прямоугольный щит, окрашенный в белую
краску. На светлом фоне щита изображен равнобедренный тре-
угольник красного цвета, расположенный вершиной вниз. При
работе ночью в качестве целика служит светящаяся точка. Для
ее освещения предусмотрена электролампочка 2,5 в, питаемая от
небольшой батареи. Нижняя часть марки представляет собою подставку, ко-
торая, согласно предыдущему, взаимозаменяема с подставкой теодолита и также
снабжена оптическим центриром. Линия, проходящая через центр светящейся
точки и вершину равнобедренного треугольника, совпадает с осью оптического
центрира. Одновременно она параллельна оси сферического уровня, необходи-
мого для приведения всей системы в отвесное положение.
§ 10. Дальномерная рейка с постоянным базисом и способ определения дистанций
по короткому базису и параллактическому углу
При некоторых видах инструментальной разведки применяется способ опре-
деления Дистанций (горизонтальных или наклонных) путем измерения короткого
базиса и параллактического угла, под которым этот базис виден. Действительно,
расстояние S между двумя точками местности А и В будет известно, если угло-
107
мерным прибором, установленным в точке А, определить угол а, составленный
направлениями на пункты В и С. При этом пункт С располагается на некотором
небольшом расстоянии от пункта В и образующийся отрезок ВС, т. е. базис
b должен быть измерен заранее. Кроме того, необходимо, чтобы его положе-
ние было перпендикулярно к измеряемой дистанции. Тогда из
прямоугольного треугольника АВС имеем
Так как дистанция S во много раз превышает длину базиса Ь, и
угол а мал, можно написать
где р = 206 265”. Искомую дистанцию можно получить с
относительно малой погрешностью, если величины b и а измеря-
ются с большой точностью. Перпендикулярность катета ВС к
другому катету АВ допускается выдержать с точностью порядка
20—30’. Последнее может быть выполнено посредством какого-
либо простого угломерного приспособления.
Точность данного способа измерения дистанций выражается
формулой
dS = — S‘- ,
ftp"
Рис. 105. Даль- гДе ^5 —ошибка в измерении расстояния S, a da — погреш-
номерная рейка ность в измерении угла а. Эта формула получена после диф-
к теодолиту ференцирования предыдущего выражения по а. Таким обра-
зом ошибка измерения по данному способу прямо пропорцио-
нальна квадрату дистанции; при увеличении точности измерения угла а
соответственно повышается и точность определения дистанции.
Если, например, определялась дистанция, равная 400 м, а точность измерения
угла а достигла 10", то при длине базиса & = 3м погрешность dS составит около
2,6 м. Относительная ошибка -у этого измерения будет 15^. При увеличении
точности измерения параллактического угла до 5", относительная ошибка ста-
1
новится равною •
Полученные на данном примере точности в общем соответствуют ошибкам
метода измерения расстояний с помощью дальномерных нитей сетки трубы и
обычного типа рейки с сантиметровыми делениями (рис. 92). Однако предел
измерения расстояний с помощью дальномерных нитей сетки, когда еще может
в отдельных случаях сохраниться указанная погрешность 1/300, в среднем соста-
вляет 300 м. При больших дистанциях, пользуясь обычного типа зрительными
трубами геодезических приборов, сделать точный отсчет по делениям рейки
является невозможным. Точность отсчета зависит от увеличения трубы, ее раз-
решающей силы, качества изображения, освещенности рейки, условий видимости
и т. д. Преимуществом описываемого способа определения дальностей путем
измерения параллактического угла является возможность измерения относи-
тельно больших дистанций. Как можно видеть по приведенному выше примеру,
дистанция достигает 400 м при одинаковых значениях относительной ошибки,
получаемой при измерении обычной рейкой. Кроме того, применение обычных
реек без специального освещения исключает производство работ ночью или
в сумерках.
С целью осуществления описанного метода измерения дистанций, в комплект
принадлежностей к теодолиту входит специальная дальномерная рейка
108
(рис. 105). По идее своего устройства являясь постоянным базисом, она пред-
ставляет собой горизонтально раскладывающуюся штангу с визирными
щитками, на которых нарисованы ромбы. На рисунке 105 рейка показана в сло-
женном виде. Для ночных работ щитки снабжены светящимися точками. Цен-
тральный щиток служит в качестве визирной марки соответственно рис. 104.
Остальные четыре щитка в разложенном состоянии рейки предназначены для
определения дистанций. Вертикальные линии, проходящие через острые углы край-
них ромбов, находятся друг от друга на расстоянии 3 м. Расстояние между средними
ромбами составляет 1м.
При определении дистанций рейка устанавливается в горизонтальном
положении и вместе с тем перпендикулярно к линии визирования теодолита,
которым измеряется параллактический угол.*
Для обеспечения указанного требования рейка снабжена круглым уровнем
и специальным визиром. Последний представляет собою небольшую зрительную
трубу с сеткой в виде кружка. Ее ось перпендикулярна оси горизонтальной
штанги рейки. Путем поворота вокруг вертикальной оси подставки рейку при-
водят в такое положение, чтобы изображение теодолита находилось в центре
сетки визира. Нижней частью рейки служит подставка с тремя подъемными
винтами и оптическим центриром. Ее конструкция одинакова с подставкой теодо-
лита. Поэтому рейка легко вынимается из своей подставки, чтобы уступить
место теодолиту при трехштативном методе работ, а также для проведения фото-
теодолитных съемок.
§11. Оптические теодолиты Цейсса
На рис. 106 представлена принципиальная схема оптики теодолита Цейсса,
модель II. В отличие от теодолита Вильда, освещение лимбов и барабана отсчет-
Рис. 106. Схема оптики
оптического теодолита
Цейсса (модель II)
льда. Прочитанные
ного микрометра этого прибора производится через один
иллюминатор с плоским зеркалом. Здесь имеет место дру-
гая система призм и линз, с помощью которой осущест-
вляется передача изображений кругов в отсчетный оку-
ляр. Назначение отдельных деталей одинаково с преды-
дущими схемами, они играют, вообще говоря, ту же
роль, что и в теодолитах типа Вильда. Оптика зритель-
ной трубы и призмы уровней на чертеже отсутствуют,
но дополнительно показано расположение оптического
центрира. Очевидно, его ось (после призмы), отмеченная
стрелкой вниз, должна быть совмещена с вертикальной
осью всего прибора.
Механические и оптиче-
ские характеристики теодо-
лита Цейсса II представлены
в табл. 4 (см. выше). Способ
отсчета по изображениям кру-
гов, видимых в отсчетный
окуляр, и применяемые при
этом приемы совмещения про-
тивоположных штрихов, оди-
наковы с описанным ранее для Рис
универсального теодолита Ви-
значения минут и секунд удваивать не надо.
* Некоторые модели подобных теодолитов для целей измерения по горизонтально-базной
рейке параллактических углов с повышенной точностью (например до 5" и меньше), сравни-
тельно со своим основным угломерным устройством, имеют дополнительное приспособление,
укрепленное к горизонтальному лимбу. Это приспособление носит название тангенсиального
винта и представляет собой микрометренный винт, снабженный барабаном с делениями, выра-
женными в значениях угла поворота трубы прибора по азимуту.
109
Для уменьшения погрешностей при отсчетах рекомендуется, как это обычно
и делается, брать среднее из двух отсчетов.
В табл. 4 приведены также основные технические характеристики теодо-
лита Цейсса, модель III со шкаловым отсчетным микроскопом. Этот теодолит,
будучи подобен предыдущим по общей идее конструкции, имеет, однако, свое-
образное устройство отсчетного микроскопа.
В поле зрения отсчетного окуляра этого прибора изображение горизонтального и вер-
тикального кругов подобно изображению их в микроскопе артиллерийского теодолита. Однако,
вместо перемещающихся биссекторных нитей, видны неподвижные шкалы (рис. 107). Общая
длина каждой шкалы микроскопа теодолита Цейсса III соответствует цене деления лимбов,
значение которой для отсчета уменьшено в два раза, т. е. равно 10'. Шкала разделена на
10 частей, ее наименьшее деление означает 1'. Отсчет производится по двум диаметрально
противоположным участкам горизонтального лимба, поэтому он свободен от влияния эксцен-
триситета.
Число градусов и десятки минут прочитывают по верхнему изображению круга относи-
тельно положения нулевого штриха шкалы, как по индексу. Затем, руководствуясь ближай-
шим к нему левым штрихом делений круга, который, в свою очередь, становится индексом,
отсчитывают число делений верхней шкалы и, с оценкой на-глаз, долей их. Это будет первый
полуприем отсчета. По рис. 107 он соответствует 356°26',7. Вторым полуприемом явится
отсчет минут и их долей по числу делений нижней шкалы относительно противолежащего
штриха нижнего изображения круга. Надписи этого нижнего изображения являются пере-
вернутым зеркальным изображением диаметрально противоположного участка лимба. Значе-
ние второго полу приема отсчета, согласно чертежу, будет 26',6; общий отсчет по кругу
составит
35б°26',7 + 26',6 = 356°53', 3.
Аналогичным образом производится отсчет по шкале для вертикального круга. Так как
здесь имеется только одна шкала и одно изображение круга, то полный отсчет слагается из
двух приемов наведения зрительной трубы на данную точку местности. В противном случае,
т. е. для одного приема наведения трубы, отсчет по шкале надо удваивать.
Некоторые модели теодолитов Цейсса III имеют микроскопы, в которых для
отсчета по горизонтальному лимбу использован принцип микрометра с пере-
двигающимися нитями, а для отсчетов по вертикальному кругу применены шкалы
(рис. 107).
§ 12. Общие понятия о графических или мензульных съемках
Составление топографических планов, а также нанесение на существующие
карты отдельных подробностей местности может выполняться также с по-
мощью графических, или мензульных, съемок. Вместо численного
измерения горизонтальных углов, здесь производится графическое построение
их. Необходимый плановый материал появляется непосредственно на бумаге
без каких-либо сложных предварительных вычислений. Последнее в ряде случаев
представляется наиболее доступным по простоте и скорости.
В качестве приборов для осуществления подобных съемок служат мензула
и специальная линейка, имеющая приспособление для визирования.
Мензула представляет собою прямоугольный столик, приспособленный для
установки его на поверхности земли. На плоскости этого столика, называемого
мензульным планшетом, укрепляется бумага или уже готовые карты
для необходимого их дополнения. Данный участок земной поверхности изо-
бражается посредством особых приемов с визирной линейкой. При этом поль-
зуются карандашом, масштабной линейкой и циркулем-измерителем.
Общая схема построения горизонтальных углов на мензульном планшете
и определения на нем, например способом прямой засечки, положения отдельных
точек местности представлена на рис. 108. Пункт А есть первая станция мензулы.
Предположим, что на планшете были предварительно нанесены опорные точки
айв, соответствующие пунктам А и В на поверхности земли. Следовательно,
длина линии ав есть в определенном масштабе уменьшенное изображение базисной
линии АВ.
110
При установке .мензулы над данной точкой А местности предполагается, что
последняя должна находиться на одной вертикали с точкой а планшета. Для
осуществления этого применяются специальные центрировочные устройства
(называемые вилками), снабженные отвесом. Однако для съемок в мелких мас-
штабах (до 1/1Ооо) указанное требование центрировки строго не соблюдается,
так как ошибка не выходит за пределы графической точности нанесения точки
а на бумагу.
Расположим мензулу так, чтобы направление линии ав совпадало с напра-
влением линии АВ местности. Подобное действие называется ориентировкой
планшета. После этого, оставляя планшет неподвижным, путем поворота ли-
нейки около точки а произведем визирование прибором на точку С местности
и на бумаге прочертим линию ас. При этом следует воспользоваться тем же краем
линейки, который был приложен к линии ав при выполнении указанной выше
ориентировки мензулы. Если мензульный планшет расположен в горизонтальной
плоскости, то полученный на планшете угол сав, очевидно, равен горизонталь-
ному углу САВ местности. Следует, однако, заметить, что при подобном графи-
Рис. 108. Схема мензульной съемки
ческом способе общая ошибка в прочерченном на планшете (с помощью кипрегеля)
направлении линии принимается порядка 3',5 угла, а точность определения
углов в среднем не превышает 5'.
Перенесем мензулу на вторую точку В, снова ориентируем ее по направлению
базисной линии АВ и, направив визирную ось линейки на пункт С, прочертим
из точки в линию вс. Искомая точка С местности определится на планшете в том
же масштабе в результате пересечения прямых ас и вс.
§ 13. Устройство мензулы и кипрегеля
Визирная линейка мензулы в простейшем своем виде содержит диоптры и
носит название алидады. Конструкция диоптров (рис. 90) описана выше,
на стр. 94, где сказано об их недостатках по сравнению с зрительной трубой.
Поэтому в качестве алидады обычно служит кипрегель (рис. 109а), визирным
устройством которого является зрительная труба, снабженная сеткой нитей.
Горизонтирование планшета мензулы выполняется либо с помощью отдельных
уровней, либо уровнем, укрепленным непосредственно к линейке кипрегеля
или алидады.
Насчитывается несколько типов мензул и кипрегелей. Различные фирмы
выпускают модели, отличающиеся конструктивным оформлением и габаритами.
ш
Однако все они отвечают указанным выше требованиям, обусловливаемым спе-
цификой графического метода производства топографических работ.
Мензульная доска привинчивается к подставке, снабженной тремя подъем-
ными винтами; они служат для горизонтирования планшета. Конструкция под-
ставки позволяет вращать доску вокруг вертикальной оси ее установки по азимуту.
Для предотвращения от нежелательных поворотов предусмотрен специальный
закрепительный винт. Медленное вращение доски по азимуту может осущест-
вляться посредством микрометренного винта. Размеры обычных мензульных
досок составляют 50 X 50 см.
Линейка кипрегеля одновременно служит основанием для установки этого
прибора на мензульной доске. Измерение углов наклона осуществляется по-
средством вертикального круга. Отсчетным устройством обычно являются вернье-
ры. В некоторых конструкциях использованы иные приспособления, например
микроскопы с отсчетными шкалами.
Для наведения трубы кипрегеля в вертикальной плоскости предусмотрены
микрометренный и закрепительные винты. Точно так же предусмотрен микро-
метренный винт при уровне и алидаде вертикального круга.
На линейке выгравирован поперечный масштаб. Он предназначен для откла-
дывания на планшете с помощью циркуля длин линий в принятом при данных
съемках масштабе.
Для измерения дистанций с помощью обычной геодезической рейки, разде-
ленной на сантиметры, зрительная труба кипрегеля, как правило, снабжена
дальномерными нитями.
§ 14. Кипрегель и мензула малого типа
Кипрегель малого типа модель 1934 г. (рис. 109а) имеет некоторые кон-
структивные особенности, преследующие цель сделать его наиболее удобным
в работе.
Зрительная труба вместе с вертикальным кругом насажена на ось, заключен-
ную в колонке прибора. Это устройство позволяет с помощью специального
винта, называемого азимутальным, поворачивать верхнюю часть прибора по
азимуту на небольшие углы в пределах ±5°. Такая конструкция предполагает
освободить мензульную доску, входящую в комплект, от микрометрен-
ного ее движения вокруг вертикальной оси установки.
Азимутальный винт имеет устройство для отсчета углов поворота трубы,
состоящее из горизонтально расположенной пластинки со шкалою и разделенного
барабана, посаженного на ось микрометренного винта. Шкала разделена в угло-
вой мере в обе стороны от нуля на ±5°. При полном обороте барабана труба
поворачивается на 1°, при этом край барабана переходит на одно деление шкалы.
Барабан разделен на 10 частей, следовательно, цена его деления составляет 6'
угла. Очевидно, что точность измерения с помощью данного устройства горизон-
тальных углов в общем невелика. Азимутальный винт, как указывалось, в основ-
ном служит в качестве наводящего при выполнении установки мензулы и кипре-
геля для работы на данной станции.
Вертикальный круг сделан в виде двух секторов. Он допускает измерение
углов возвышения или понижения в пределах ±30°, что является, однако, доста-
точным для большинства работ, проводимых с этим кипрегелем. Деления нане-
сены на той стороне секторов, которая обращена к трубе. Для отсчетов служит
один микроскоп ломаного типа с прямоугольной призмой, поворачивающей ход
лучей на 90° (рис. 1096). Его окуляр расположен рядом с окуляром трубы. От-
счеты делаются только с одной стороны вертикального круга. Тубус микроскопа
укреплен на зрительной трубе, он может наклоняться и вместе с трубой перево-
диться через зенит.
Диаметр разделенного круга на секторах составляет 110 мм. Цена его деления
равна 10', т. е. каждый градус разделен на 6 частей. Штрихи, означающие целые
градусы, имеют оцифровку. В целях экономии места на делениях от 330 до 360°
112
первая цифра 3 опущена; таким образом отсчеты 31°, 32°... до 59° следует читать
331°, 332°... и 359°. Система надписей такова, что при таком положении прибора
относительно наблюдателя, когда вертикальный круг находится слева, углы
понижения непосредственно отсчитываются по кругу, а углы повышения полу-
чаются как дополнения до 360°. Это предохраняет от возможности спутать угол
повышения с углом понижения.
В поле зрения окуляра микроскопа видны деления круга и одна горизон-
тальная нить, служащая индексом; эта нить установлена в плоскости изо-
бражений объектива микроскопа. При отсчете следует прочитать надпись
младшего градусного штриха до индекса, что дает число целых градусов.
Затем количество целых наименьших
делений круга от младшего градусного
штриха до нити выразит число це-
лых десятков минут. Наконец, часть
наименьшего деления отсчитывается
на-глаз с точностью десятой доли деле-
ния, т. е. в угловой мере до 1'.
Зрительная труба снабжена внутрен-
ней фокусирующей линзой (рис. 1096).
Чтобы получить резкое изображение
наблюдаемых предметов, необходимо вра-
щать барабанчик с накаткой, располо-
женный сбоку и посередине трубы.
Диаметр объектива составляет 32 мм, его
фокусное расстояние 250 мм, увеличение трубы
30 поле зрения 1°. Сетка имеет дальномерные
нити. Коэффициент дальномера 100. Увеличение
отсчетного микроскопа равно 40х. Цена деления
уровня при вертикальном круге = 25— 40", Рис. 109а Кипрегель
уровня на линейке 60—70". Длина линейки
250 мм. На ней выгравирован поперечный масштаб длиною 80 мм. Кипрегель отли-
чается небольшим весом, который составляет всего 2,4 кг.
Если необходимо прочертить на планшете линию размерами более 250 мм,
то для этого случая предусмотрена приставная линейка длиною 480 мм.
ЗРи теп пн /•
кипрегеля
Рис. 1096. Схема кипрегеля
Эта последняя привинчи-
вается к основной ли-
нейке кипрегеля.
Размер планше-
та мензулы равен
50 х50 см. Его вес вместе
с чехлом составляет
4,2 кг.
В комплект мен-
зулы входит ориентир-
буссоль, отсчетный круг
которой разделен на± 12
через каждый градус.
Как показывает название, она служит для ориентирования мензульного
планшета относительно магнитного меридиана. Длинной стороной основания
своего корпуса, выполненного в виде продолговатой коробки, буссоль прикла-
дывается к нанесенной на планшете линии, изображающей магнитный или истин-
ный меридиан. Путем поворота мензульной доски вокруг вертикальной оси
при этом добиваются, чтобы отсчет по магнитной стрелке буссоли был равен
нулю.
>
§ 15. Артиллерийская мензула и оптическая алидада
Артиллерийская, или легкая, мензула применяется различными родами
войск и, в частности, например, разведывательными дивизионами при топопод-
8 Оптика в военном деле—213.
113
Рис. ПО. Оптическая алидада
готовке, с целью получения исходных данных для стрельбы артиллерии.
Она отличается небольшим весом; планшет и ее штатив имеют конструк-
цию упрощенного типа по срав-
нению с приборами, описанными
выше. Размер планшета составляет
40 X 40 см. К артиллерийской мен-
зуле также прилагается буссоль.
В качестве визирного прибора
обычно служит оптическая
алидада (рис. 110). Она состоит
из линейки длиною 38—50 см со
скошенными краями для прочерчи-
вания линий, зрительной трубы с
устройством для измерения углов
места, т. е. вертикальных углов;
некоторые конструкции имеют еще
съемный перископ, предназначен-
ный для наблюдений из-за при-
крытий.
На рис. 110 показана алидада
французского образца без пери-
скопа.
На схематическом чертеже в разрезе (рис. 111) можно видеть другой тип
алидады вместе с перископом.
На линейке этого прибора выгравированы масштабы; один из них служит
для измерения расстояний в километрах по картам, составленным в метрической
системе мер, другой
масштаб предназна-
чен для карт, выпол-
ненных в старых рус- ^-3
ских мерах. В опти-
ческой алидаде при-
менена зрительная
труба ломаного типа. •
Излом визирной ли-
нии в данной конст- •
рукции осуществляет- I
ся с помощью пря- I
моугольной призмы, :
помещенной между •
объективом и окуля-
ром. Увеличение тру-
бы 6х, ее поле зрения . г
равно 6°. Диаметр G. £₽
свободного отверстия :
объектива составляет L ; 3
15 мм; его фокус- (р 1 W
ное расстояние около V
95 мм. При наблюде-
нии в трубу без пери- —
скопа окуляр распо- г- 1 !; }к , -(У—
ложен кверху, а опти- > -? v
ческая ось объектива
вдоль линейки. В слу-
чае применения перископа труба поворачивается на 90°, так что ось окуляра
располагается вдоль линейки. Для поворота визирного луча по направлению
оси трубы перископическая насадка также имеет прямоугольную призму.
Рис. 111. Схема алидады с перископом
114
Для измерения углов места предусмотрен диск в виде барабана с делениями.
Вращение трубы происходит скачками, так как при этом она перескакивает по
зубцам, имеющимся на указанном диске, который заменяет вертикальный круг.
Изменение наклона трубы на один зубец составляет угол, равный 0-50 (50 де-
лениям угломера)* и отсчитывается по надписям шкалы барабана. Цена деле-
ния этой шкалы также составляет 0-50.
Сетка трубы имеет* две шкалы (рис. 112,6), которые выгравированы на сте-
клянной пластинке, помещенной в фокальной плоскости объектива. Вертикаль-
ная шкала выполнена в делениях угломера, она является дополнением к шкале,
нанесенной на диске барабана. Большие штрихи, расположенные через 5 ма-
лых, соответствуют 0-10 (10 делениям угломера) и обозначены цифрами, сле-
довательно, цена наименьшего деления этой шкалы сетки равна 0-02. При
отсчете углов места труба направляется на предмет так, чтобы точка визиро-
вания расположилась на вертикальной шкале.
Сначала записывают отсчет по диску барабана относительно его
индекса.
Пусть отсчет оказался равным 59-50 (см. рис. 112, а). После этого произ-
водится отсчет по шкале сетки; например, он составил 0-24, тогда полный
отсчет будет равен сумме этих двух,
т. е. 59-74.
Следует иметь ввиду, что если отсчет
заключается между 56-00 и 60-00, то
измеренный угол будет положительным
и для определения его величины полу-
ченный отсчет необходимо вычесть из
60-00. Для указанного выше примера
это, следовательно, будет 0-26. Если
отсчет по барабану будет заключаться
между 0 и 3-00, то полученный угол
будет отрицательным.
При работе с надетым перископом
отсчет, получаемый по сетке, следует
вычесть из отсчета по шкале барабана.
Перед тем как производить измерения
Рис. 112
вертикальных углов, пузырек уровня,
укрепленного к диску с индексом, необходимо привести на середину. Это осу-
ществляется с помощью микрометренного винта при уровне. Когда пузырек
находится на середине и ось трубы горизонтальна, то отсчет по шкале наружного
диска должен быть равен нулю.
Вторая горизонтальная шкала сетки, имеющая неравномерные деления,
служит для измерения дистанций. Последнее осуществляется посредством спе-
циальной рейки с марками по концам, расстояние между которыми равно 2 м.
Эта рейка устанавливается в горизонтальном положении на данном пункте мест-
ности, расстояние до которого определяется. Вращая на планшете алидаду,
совмещают центральную вертикальную риску S шкалы с правой маркой рейки.
После этого читают число метров, надписанных на том штрихе горизонтальной
шкалы, который покрывает левую марку рейки. Полученный отсчет выразит
искомое расстояние. Следовательно, цифры, надписанные на горизонтальной
шкале сетки, соответствуют числу метров измеряемой дистанции с пределом
измерения 200 м. Прибор, построенный на основе идеи применения шкалы для
измерения дистанций, известен под названием дальномера с постоянной базой и
переменным параллактическим углом.
Для работ ночью в оптической алидаде предусмотрена электролампочка,
освещающая штрихи сетки.
Об измерении углов в артиллерии см. ниже, гл. 21, § 1.
П5
§ 16. Нивелир и сущность выполняемых с его помощью вертикальных или
профильных съемок
Помимо угломерных вертикальных съемок, существует еще геометрический
способ определения превышений пунктов местности. При этих способах съемок,
называемых нивелировками, измеряются горизонтальные и вертикальные
составляющие профилей земной поверхности.
В ряде случаев метод нивелирных съемок оказывается незаменимым при
составлении точных профилей дорог или рек, необходимых для различного рода
Рис. 113. Схема нивелировки
по отвесно установленным рейкам, т. е.
инженерно-строительных изы-
сканий. Кроме того, путем ни-
велирования осуществляется го-
ризонтирование отдельных эле-
ментов военно-инженерных со-
оружений и других специаль-
п‘ ных объектов.
Сущность нивелировочных
В работ заключается в линейном
определении вертикального от-
резка h (рис. 113), характери-
зующего превышение пункта А
местности над пунктом В. Иско-
мую величину легко найти как
разность двух отрезков а и b
h = b — а, если в пространстве
воспроизвести горизонтально направленную линию визирования nnlt относи-
тельно которой производятся отсчеты по этим рейкам. Горизонтальные расстоя-
ния между рейками измеряются либо непосредственно, либо путем применения
каких-либо оптических способов, например посредством дальномерных нитей
зрительной трубы.
Подобного рода работы выполняются с помощью приборов, называемых
нивелирами. Идея их устройства отвечает указанному выше принципу
съемок.
Горизонтальная линия визирования
NN' (рис. 114) осуществляется зритель-
ной трубой 7 с сеткой 2 в виде двух
взаимно перпендикулярных штрихов.
Дополнительные горизонтальные штрихи
сетки предназначены для измерения ди-
станции * по тем же рейкам, которые
служат для отсчетов отрезков а и Ь.
Установка визирной оси трубы в гори-
зонтальное положение производится по-
средством уровня 3. Зрительная труба
удерживается подставкой 4. Эта послед-
o'
Рис. 114. Схема нивелира
няя имеет вертикальную ось, с помощью
которой она посажена в подшипник нижней части прибора 5. При
работе прибор укрепляется на треноге. Благодаря принятой конструкции
осевого соединения нижней и верхней частей инструмента, зрительная
труба вместе с уровнем может поворачиваться вокруг вертикальной оси 0’0'
на 360°. Положение трубы после поворота фиксируется с помощью закрепитель-
ного винта. Для медленного поворота трубы по азимуту предусмотрен микро-
метренный винт. Эти винты на схематическом чертеже (рис. 114) не показаны.
Визирная ось нивелира приводится в горизонтальное положение с помощью
трех установочных винтов 6, расположенных в основании прибора.
♦ Теория нитяных дальномеров дана выше, в § 4.
116
В некоторых типах нивелиров предусмотрен специальный исправительный
винт, называемый элевационным. При помощи этого винта выполняется одно-
временный наклон уровня и трубы на небольшие углы, но при этом наклон про-
изводится независимо от положения вертикальной оси инструмента. Это дает
возможность во время работы добиваться точного горизонтирования визирной
оси трубы.
Насчитывается большое количество разнообразных моделей нивелиров, от-
личающихся теми или иными конструктивными особенностями. Однако общая
идея устройства их остается постоянной. В некоторых типах уровень укреп-
лен не на подставке, а непосредственно на тубусе трубы. Встречаются ниве-
лиры, у которых зрительные трубы могут сниматься со своих подшипников,
называемых лагерами, и перекладываться на 180°. В отличие от последних суще-
ствуют приборы, уровень и зрительная труба которых жестко связаны с верхней
частью инструмента. Этот последнийтип известен под названием глухого ни-
велира. Отдельные конструкции нивелиров обеспечиваются различными приспо-
соблениями, предназначенными для уменьшения погрешностей отсчета делений
по рейкам. Кроме того, ряд моделей снабжается дополнительными устройствами,
например, накладной буссолью, лимбом для отсчета горизонтальных углов
и т. д. Применение специальной конструкции призм для наблюдения пузырька
уровня позволяет удвоить точность его установки. Кроме того, наблюдение
пузырька в этом случае представляется более удобным.
Указанные конструктивные различия преследуют цель тем или иным спосо-
бом повысить точность нивелировок или сделать прибор наиболее портативным,.
В зависимости от условий работы и предъявляемых точностей нивелиры делятся
на два основных разряда:
I. Технические нивелиры применяются при инженерных, а так-
же обычных геодезических работах, точность выполнения которых характери-
зуется средней квадратичной ошибкой в zt 3 мм на одну станцию или zt 2 мм
на одну рейку при средних расстояниях между рейками порядка 100 м.. Визир-
ная ось приводится в горизонтальное положение с погрешностью 5—10". Отсчет
по рейке берется на глаз до 1 мм. С помощью этих нивелиров возможно опреде-
ление горизонталей на топографических картах.
II. Т о ч н ы е, или прецизионные, нивелиры применяются для
работ по определению отметок государственных нивелировок. Последние слу-
жат исходными точками к получению данных при вычислении, например высот
пунктов заполняющих триангуляций. Точность прецизионных нивелировок дово-
дят до ± 1,5 мм на 1 км нивелирного хода, что, примерно, составит zt 0,6 мм на
одну станцию и zb 0,4 мм на одну рейку при средних расстояних до реек 50—70 м.
§ 17. Технический нивелир
В качестве примера остановимся на рассмотрении технического нивелира
Цейсса В или II (рис. 115,а). Разрез этого прибора представлен на рис. 115,6. Зри-
тельная труба заключена в специальную втулку и может вращаться на угол 180°
вокруг продольной оси, совпадающей с визирной осью. Цилиндрический уровень
с системой призм для установки пузырька (рис. 100) укреплен на трубе и
при вращении последней поворачивается вместе с нею, занимая два рабочих
положения, то с левой, то с правой стороны окуляра. При этом призмы соответ-
ственно находятся внизу или над уровнем. Уровень с такой поворотной систе-
мой носит название двустороннего, или реверсионного.
Кроме цилиндрического уровня, имеется круглый, укрепленный на под-
ставке инструмента. Последний служит для относительно грубой установки вер-
тикальной оси прибора в отвесное положение, выполняемой с помощью трех
подъемных винтов подставки. Точное приведение визирной оси трубы в горизон-
тальное положение по цилиндрическому уровню осуществляется посредством
элевационного (подъемного) винта, которому противодействует специальная
пружина. Элевационный винт расположен в корпусе вертикальной колонки ин-
117
струмента со стороны окуляра. Наблюдение пузырька производится через трубку,
расположенную рядом с окуляром зрительной трубы. Для равномерного осве-
щения уровня предусмотрено поворачивающееся осветительное зеркало. Закре-
пительный и, микрометренные винты трубы для медленного, т. е. наводящего
вращения ее по азимуту расположены внизу под сферическим уровнем.
Прибор, в целом герметичен, т. е. не пропускает внутрь пыли и влаги Зри-
тельная труба имеет внутреннюю фокусирующую линзу. Сетка снабжена нитя-
ным дальномером, коэффициент которого равен 100. Увеличение трубы 31х,
диаметр объектива 35 мм. Длина трубы 210 мм. Чувствительность уровня равна
20" на 2 мм, благодаря примененной системе призм она составляет около 10".
Вес инструмента около 2,7 кг.
§ 18. Специальные внутрибазные дальномеры небольших габаритов.
Саперный дальномер
Выше было рассмотрено два способа измерения дистанций, применяемых для
топографических съемок и специальных инструментальных разведок. В одном
случае с помощью теодолита измеряется параллактический угол между отмет-
ками рейки, нанесенными на определенных расстояниях (рис. 105), т. е. база
имеет постоянную длину. В другом случае измеряется часть рейки, путем
отсчета ее делений в пределах постоянного угла по дальномерным нитям сетки
трубы данного геодезического инструмента (рис. 92). Здесь параллактический
угол будет постоянным; число делений рейки — величина переменная, зависящая
от измеряемой дистанции. В обоих случ >ях гершина параллактического угла
находится в точке нахождения наблюдателя с прибором, а база, т. е. рейка, нахо-
дится в том пункте местности, расстояние до которого определяется. Однако
в практике топографической и артиллерийской разведки или, наконец, при
ускоренных съемках оказывается необходимым определять дистанции до таких
пунктов местности, куда невозможно послать человека и установить рейку.
Для указанных надобностей применяются дальномеры с базой снутри прибора.
Идея конструкции, а также различные типы внутрибазных дальномеров подробно
описаны в гл. 23 этой книги. Вместе с тем, в условиях рекогносцировок у уско-
ренных съемок, например для саперных работ, могут быть использованы только
легкие, и небольшие по габаритам приборы.
В качестве возможного типа специального корОткобазного дальномера,
отличающегося весьма небольшими размерами и весом до 0,9 кг, может служить
118
саперный дальномер. Он предназначается для нужд военно-инженерных частей
армии и, в частности, для определения ширины водных преград при разведке
их и установке переправ.
Этот прибор относится к типу монокулярных дальномеров системы «Коин-
циденц».* Схема оптики (опытного образца) представлена на рис. 116,где показан
вид сверху (116,б) и вид сбоку (116,а) по стрелке S. Разрез сделан через середину
базы по линии тп. От одного и того же предмета местности в прибор одновременно
направляются два пучка света. Один из них, Ръ входит в правую пентапризму 1,
поворачивается после нее под прямым углом, проходит вторую пентапризму 2, снова
совершает поворот на 90° и попадает в объектив 3. По существу в этой конструкции
имеется один отражатель, состоящий из указанной пентапризмы 7. Вторая пента-
призма 2 является вспомогательной, она предназначена для направления пучка
лучей в объектив телескопа. Вспомогательная пентапризма по своим размерам,
определяющим ширину пучка,занимает половину отверстия объектива (рис. 116,а).
Рис. 116. Схема оптики саперного дальномера
Его вторую половину заполняет другой пучок Р2> идущий непосредственно от
наблюдаемого предмета местности.
После объектива 3 оба пучка проходят последовательно две прямоугольные
призмы 4 и 5, отражаются от их гипотенузных граней, каждый раз поворачи-
ваются на угол 90°, входят в третью призму 6, где испытывают поворот на 180° и,
наконец, собираются на бипризме 7. Последняя располагается в приборе так,
что ее ребро находится в плоскости изображений объектива 3. При этом еще
до бипризмы произойдет полное оборачивание изображения. Если наблюдается
предмет, лежащий не в бесконечности, и, следовательно, входящие в прибор
пучки Р± и Р2 не являются параллельными, через окуляр 8 будет видно изобра-
жение предмета, разделенное на две половины. Последние будут несколько сме-
щены друг относительно друга. Линией раздела служит грань бипризмы. Если
предмет лежит в бесконечности, то рассматриваемые изображения на линии
раздела окажутся совмещенными. В этом случае параллактический угол равен
нулю.
* См. ниже, гл. 23.
‘ 119
В дальномере описываемого типа для совмещения двух половинок изобра-
жения и последующего, согласно общей теории внутрибазных дальномеров,
определения величины искомых дистанций, использован линзовый компенсатор.*
Он состоит из линз—положительной 9 и отрицательной 10. Положительная линза
по своему периметру имеет форму вытянутого прямоугольника; ее оптическая
ось проходит у толстого края длинной стороны и при этом смещена, также
к толстому краю короткой стороны прямоугольника (см. проекции на рис. 116).
При измерениях положительная линза компенсатора посредством микрометрен-
ного винта перемещается в направлении, обозначенном на чертеже стрелкой С.
Если компенсатор установлен на бесконечность, то оптические оси положи-
тельной и отрицательной линз совпадают. Измеряемая дистанция непосред-
ственно прочитывается в метрах по делениям шкалы, нанесенной на стеклянной
пластинке 7 7. Последняя приклеена к положительной линзе компенсатора и
перемещается вместе с нею. Отсчет величины дистанции производится по индексу,
выгравированному на стеклянной пластинке 72. Для повышения точности отсчета
предусмотрена лупа 13. Освещение шкалы и индекса выполняется с помощью
зеркала 74, на которое падает
т q К И свет, проходящий через левое
входное отверстие прибора.
Юстировка по дальности произ-
водится защитными клиньями 15
и 16, выверка по высоте кача-
нием правой пентапризмы 2.
Оптическая схема предусма-
тривает, что оба пучка лучей от
предмета местности попадают в
один и тот же объектив. Здесь
нет двух ветвей телескопа с
двумя отдельными объективами,
как это имеет место в дально-
мерах обычного типа. Этот при-
бор, вообще говоря, является
В относительно устойчивым к
РИС> п7 внешним температурным и ме-
ханическим воздействиям.
К числу недостатков описываемой конструкции относится неодинаковая
яркость двух половинок изображения. Последнее происходит вследствие раз-
личной толщины стекла в отдельных деталях, сквозь которые проходят пучки
Р± и Р2, прежде чем они войдут в объектив. Устранить это явление можно путем
просветления** некоторых компонентов системы. Кроме того, конструкция
в целом не предусматривает специальных приспособлений, позволяющих вырав-
нивать увеличение в двух половинках поля зрения. Поэтому к призмам и за-
щитно-выверочным клиньям, недостатки изготовления которых порождают это
явление, необходимо предъявлять весьма высокие требования точности.
Данная модель саперного дальномера имеет следующие технические харак-
теристики: база В равна 250 мм; увеличение около 6х, поле зрения 4°,4, диаметр
зрачка выхода 2 мм (размер диафрагмы 77). Максимальное смещение положи-
тельной линзы компенсатора составляет 25 мм. Наибольший угол откло-
нения лучей этим компенсатором достигает 28' 40",3, что соответствует наимень-
шей измеряемой дистанции 30 м. Наибольшая измеряемая дистанция равна
500 м.
По конструктивному оформлению прибора все оптические детали левой части
системы заключены внутри корпуса К (рис. 117). В его кожухе сверху укреплена
лупа /?, через которую, согласно предыдущему, производится отсчет по шкале ди-
* См. описание к рис. 162, гл. 23, § 7.
♦♦ О просветлении оптики см. т. I, гл. ЗА, § 8.
120
станций. Для перемещения подвижной линзы компенсатора служит махо-
вичок М. Правая пентапризма заключена в малой коробке Н, соединенной с осталь-
ной частью прибора трубкой Т. Последняя служит также в качестве рукоятки,
за которую удерживается прибор во время эксплоатации. Измерения можно
производить с рук или с упора. С передней стороны расположены входные от-
верстия Рг и Р2. На противоположной стенке корпуса помещен окуляр О. Он
имеет диоптрийное перемещение для наводки на резкость изображения по глазу
наблюдателя.
В результате испытания опытного образца саперного дальномера было выяс-
нено, что квалифицированный наблюдатель в сравнительно благоприятных
условиях может измерять дистанции от 30 до 100 м со средней точностью до 1%,
и для расстояний от 100 до 250 м с точностью до 2%.
Глава 21
УГЛОМЕРНЫЕ АРТИЛЛЕРИЙСКИЕ ПРИБОРЫ
§ 1. Измерение углов в артиллерии. § 2. Артиллерийская буссоль. § 3. Угломер
зенитной артиллерии. § 4. Командирская труба для зенитной артиллерии (БИ).
§5. Курсомер-скоромер.§ 6. Теодолиты для аэрологических наблюдений. §7. Кино-
теодолит. § 8. Морские визирные приборы.
§ 1. Измерение углов в артиллерии
Прежде чем перейти к описанию отдельных приборов, служащих для изме-
рения углов в артиллерии, необходимо вкратце ознакомиться с принципом их
измерения. Обычное измерение углов в градусах и минутах для практической
работы неудобно — на боевой позиции некогда вести сложные вычисления,
связанные с переходом от размеров цели или расстояний между различными
целями к их видимой угловой величине в градусах и наоборот. Для быстрых
практических вычислений гораздо удобнее следующий способ.
Вся окружность делится на 6000 равных частей, длина одной шеститысячной
части принимается за единицу измерения дуг и углов. Для окружности радиуса
D (дистанция до цели) длина такой дуги, соответствующая одному угловому
делению, равна
6,28 • D 4 ОД7
6000 = ’6000 = Т000 ’
или приближенно равна (одной тысячной дистанции).
о 360-60 о,.
В обычных угловых мерах каждое такое деление составляет --^0 = 3 ,б
(угловых минут). Удобство этой меры видно на следующем простом примере:
два предмета, находящиеся на расстоянии 5 км от наблюдателя, удалены друг
от друга на угловое расстояние в 10 единиц, или 10 тысячных дистанции; легко
подсчитать в уме, что расстояние между ними составляет (jqqq) • Юм = 50 м.
Две последних цифры числа, обозначающего угловую меру в тысячных дистан-
ции, отделяются чертой, например 13-65 (читается: тринадцать— шестьдесят
пять), что означает 1365 тысячных дистанции.
Все измерение углов в артиллерии производится в этих единицах. Угломер-
ные круги приборов артиллерии разделены или на 6000 делений, или на 600.
В последнем случае одно деление равно 0-10 делений угломера, т. е. десяти
тысячным.
Ошибка от приравнения выбранной единицы дуги одной тысячной дистанции
составляет 4,7% при малых углах в сторону уменьшения.
Выясним, как влияет ошибка, сделанная нами в выборе «тысячной» как меры
углов на измерение дистанции при различных углах.
121
Пусть в прямоугольном треугольнике высота h составляет а тысячных ди-
станции D (большой катет), т. е. имеем равенство
h __ а
Т) ~~ 1000 ’
отсюда
D = - • 1000.
а
С другой стороны,
D' ~h- ctg3',6 • а.
Отношение -D^D- дает относительную ошибку, которую мы делаем при
определении дистанции по упрощенной первой формуле. Табл. 5 дает сопоста-
вление измеряемых дистанций и величины относительных ошибок при разных
углах a (h принято равным 100 м).
Таблица 5
а в тысячных а в градусах D D'
1—00 6 1000 951,0 5,1
2—00 12 500 479,5 6,3
3—00 18 333 307,8 8,3
4—00 24 250 224,6 п,з
,5—00 30 200 173,2 15,5
6—00 36 166,7 136,6 21,3
График на рис. 118 иллюстрирует эту таблицу. По горизонтальной оси отло-
жены углы а в тысячных, по вертикальной оси — относительные ошибки в про-
центах. Из графика видно, что до углов а = 3-00 ошибки возрастают медленно,
оставаясь в пределах 5—8%, но после угла 3-00 очень быстро растут. Таблица
показывает, что мы измеряем все дистанции
с возрастающей ошибкой и получаем все
время результаты, которые больше, чем
истинная дистанция £)'. Поэтому такой
очень простой и быстрый способ измерения
дистанции можно рекомендовать только
для углов а, меньших 3-00.
Во французской армии принята другая
мера углов, там вся окружность делится
на 6400 частей; такая «тысячная» соста-
вляет
IS=°>984wo-
Эта тысячная отклоняется в другую сторону и при малых углах отличается
на 1,6% от длины дуги, равной
Измерение при помощи такой тысячной будет давать меньшие дистанции,
чем действительные, однако, ошибки здесь будут, примерно, в три раза меньше,
чем при пользовании «русской тысячной». Изменение относительных ошибок
в зависимости от измеряемого угла будет такое же, только ординаты графика
рис. 118 необходимо уменьшить втрое.
После войны 1914— 1918 гг. во Франции было решено ввести в армии единую
систему измерения углов: в градах окружности), с подразделениями на деся-
тые доли града. 1 град равен 54' или 0-15 тысячным по принятой у нас системе
делений. В различных армиях и странах существовали (и отчасти продолжают
>22
существовать) еще иные системы угловых единиц, например деление окружности
на 6200 частей в японской армии и др.
§ 2. Артиллерийская буссоль
В условиях стрельбы с закрытых позиций, когда батарея расположена в одном
месте, а наблюдательный или командный пункт находится в другом, необходимо
наличие какого-то общего отправного пункта для определения исходных дан-
ных для стрельбы.
Оказалось, что для этой цели удобно воспользоваться магнитным полем
земли. Независимо от места расположения компаса, его стрелка всегда напра-
влена вдоль магнитного меридиана, за исключением мест с так называемой маг-
нитной аномалией, в пределах которых
Магнитные меридианы, как известно,
не совпадают с меридианами географи-
ческими, причем отклонения магнитных
меридианов от географических, называе-
мые углами склонения, для разных мест
различны. Мало того, величины углов
склонения меняются в течение суток,
года, века и т. д., достигая при этом
весьма значительных величин — до 20°
и больше. В течение суток разница в
углах склонения в одном и том же
месте может достигать также довольно
больших величин. Но в случае работы
с буссолью по карте всегда можно учесть
величину магнитного склонения, указы-
ваемую на картах, которые предназна-
чены для военных надобностей, и вно-
сить соответствующую поправку.
В случае же работы двух буссолей
согласованно друг с другом магнитное
склонение не имеет значения, так как
вследствие относительно малого расстоя-
ния между ними это склонение одина-
ково для обеих буссолей. Именно по-
этому буссоль и удобна для определения
и установки горизонтальных углов при
артиллерийской стрельбе. В данном
случае под буссолью подразумевается не только собственно буссоль или компас.
Для решения задач, стоящих перед артиллеристами, буссоль снабжена угло-
мерным кругом и визирными приспособлениями, а также некоторыми вспомо-
гательными устройствами. Один из видов артиллерийских буссолей предста-
влен на рис. 119.
Главные части прибора следующие: коробка буссоли со шкалой и магнитной
стрелкой 7; монокуляр 2; неоптический визир 5; угломерный круг 4;
ось прибора с шаровой пятой 5 и тренога прибора 6.
Коробка буссоли по существу есть обычный компас с арретирующим магнит-
ную стрелку приспособлением и со шкалой, цена деления которой равна 0-20,
т. е. двадцати делениям угломера.
Монокуляр буссоли устанавливается на столике угломерного круга при
помощи трех установочных ножек в виде втулок 7, надеваемых на штифты
столика, точно фиксирующие положение на нем монокуляра. При переноске
и перевозке прибора монокуляр обычно снимается со столика.
Оптическая система монокуляра состоит из объектива, окуляра и двух прямо-
угольных призм, составляющих так называемую призменную оборачивающую
буссоли не применяются.
Рис. 119. Артиллерийская буссоль
123
систему Порро. В фокальной плоскости объектива, а следовательно, и окуляра
помещена стеклянная плоскопараллельная пластинка с нанесенной на ней сеткой
по типу сетки бинокля.
Оптические данные монокуляра следующие: увеличение 6х, угол поля зре-
ния 6°30', диаметр выходного зрачка 2,5 мм. Окуляр имеет диоптрийную по-
движку в пределах ±5 диоптрий.
Монокуляр конструктивно оформлен в виде небольшого, очень компактного
приборчика, чрезвычайно легкого по весу. Это, пожалуй, самый малый
оптический прибор из всех применяемых в военном деле. Небольшие габаритные
размеры его достигнуты благодаря малому диаметру выходного зрачка и при-
менению призменной оборачивающей системы.
Монокуляр закреплен на своей стойке таким образом, что он может вращаться вокруг
горизонтальной оси в пределах +3-00 и -3-00, т. е. 1: 18°. Вращение производится за
рукоятку 8, сидящую на осп червяка, сцепленного с червячной шестерней, которая закреплена
на цапфе корпуса монокуляра.
Таким образом с помощью монокуляра можно отсчитывать углы в вертикальной плоскости
не только по сетке в поле зрения монокуляра, но и при помощи этого червячного механизма.
Отсчет производится в делениях угломера, причем сотни отсчитываются по шкале на цапфе
корпуса, а единицы — по круговой шкале на барабанчике, сидящем на оси червяка.
Неоптический визир 3 есть трубка, на переднем срезе которой закреплена рамка с двумя
вертикальными нитями, а на заднем — пластинка с узкой вертикальной же щелью. Этот визир
закреплен на втулке, надетой на ось прибора, вокруг которой визир может вращаться для наве-
дения его линии визирования на какой-либо ориентир на местности. Углы его поворота при
этом отсчитываются по угломерному кругу с помощью отметчика Р, скрепленного с ним.
На этой же визирной трубке закреплен сферический уровень 10, при помощи которого ось
вращения угломерного круга с монокуляром, визира и буссольной коробки устанавливается
в вертикальном положении. Визирная трубка в любом положении может быть закреплена
специальным зажимом. На угломерном круге 4 нанесена круговая шкала, деления которой,
1ак же как и шкалы буссоли, нанесены в делениях угломера, причем каждое деление соответ-
ствует также двадцати делениям угломера (0-20). Кроме делений, на круге нанесены точки,
позволяющие определять приближенно синусы углов. Угломерный круг вместе с монокуляром
может вращаться вокруг вертикальной оси и закрепляться в любом установленном положении
зажимом 7/.
Ось прибора заканчивается шаровой пятой, вставляемой в соответствующее шаровое же
гнездо головки треноги. Вокруг центра этого шара прибор может быть вращаем в любом
направлении при установке его по уровню.
Все детали прибора и треноги сделаны из немагнитных материалов. Исклю-
чения составляют шпилька стрелки и, естественно, сама стрелка. Шпилька,
расположенная совершенно симметрично относительно стрелки, оказывает оди-
наковое действие на оба конца стрелки, вследствие чего она влияния на пока-
зания стрелки не имеет. Детали с никелированными поверхностями в буссолях
также не применяются, так как никель является материалом магнитным. Во
время работы с буссолью последняя устанавливается на расстоянии не менее
10—15 м от крупных стальных и железных предметов; работающий с буссолью
не должен иметь на себе более или менее массивных предметов из магнитных
материалов. В противном случае показания магнитной стрелки будут неверны;
Нужно сказать, что, независимо от влияния окружающих буссоль предметов
на ее магнитную стрелку, этот прибор не обеспечивает высокой точности отсчетов
азимутальных углов. Здесь сказываются и затупление со временем острия шпильки
(нельзя забывать, что удельное давление на острие шпильки, когда это острие
близко к идеальному, — колоссально), некоторая порча поверхности камня
топки стрелки, и параллакс между стрелкой и поверхностью шкалы буссоли
при отсчете или влияние на точность отсчета разрыва между концом стрелки
и внутренней окружностью шкалы.
В поисках средств, повышающих точность показаний буссоли, была сконструи-
рована буссоль, которую с некоторым основанием можно назвать оптической.
Принципиальное устройство этой буссоли схематически изображено на
рис. 120. Острые концы магнитной стрелки обычного типа загнуты кверху. В пло-
скости, перпендикулярной продольной оси стрелки и проходящей через ее сере-
дину, т. е. совпадающей с осью шпильки, расположена короткофокусная линза,
у которой сделана выемка по форме, показанной на рис. 120 справа; выемка по-
124
зволяет совместить с оптической осью линзы прямую, проходящую через концы
стрелки. Расстояние от передней главной плоскости линзы до переднего конца
стрелки равно двум фокусным расстояниям. В этом случае, как известно, перевер-
нутое изображение этого конца стрелки будет находиться в плоскости, отстоящей
от задней главной плоскости линзы также на двойном фокусном расстоянии ее,
т. е.. совпадает с задним концом стрелки. При помоши лупы, укрепленной на
заднем конце трубки бус-
соли, рассматриваются
обращенные друг к другу
остриями перевернутое
сверху вниз изображе-
ние переднего конца
стрелки и задний конец
ее. В момент, когда
стрелка совпала с пло-
скостью магнитного ме-
ридиана и в то же время Р|1С’ 120
с оптической осью труб-
ки, оба конца стрелки должны быть совмещены, причем это совмещение уста-
навливается, благодаря наличию лупы, с высокой точностью. Передний конец
трубки закрыт матовым стеклом, которое пропускает рассеянный свет, освещаю-
щий концы стрелок. Таким образом, имея угломерный прибор, снабженный по-
добной оптической буссолью, можно его ориентировать относительно магнит-
ного меридиана, поворачивая его вокруг вертикальной оси до тех пор, пока
для наблюдающего концы стрелок буссоли не совпадут вершинами друг с дру-
гом. Трубка также снабжена приспособлением,
арретирующим стрелку: конструкция шпильки
и топки такая же, как и у обычных компа-
сов, следовательно, здесь также могут иметь
место застой стрелки и неточность ее пока-
заний. Увеличивается лишь точность совме-
щения концов стрелок, но зато отсутствует
шкала буссоли, по которой можно было бы
производить непосредственный отсчет азиму-
тальных углов и учитывать углы магнитного
склонения.
Несколько более совершенна артиллерий-
ская буссоль фирмы Вихман (Wichmann) и
весьма похожая на нее буссоль фирмы Фен-
нель Кассель (Fennel Kassel), получившая
широкое применение в немецкой армии. Прин-
ципиальное устройство последней такое же,
как и той, описание которой приведено выше,
но конструктивное оформление ее более со-
вершенно.
Общий вид этой буссоли представлен на
рис. 121.
Рис. 121. Артиллерийская буссоль Из рисунка видно, что эта буссоль имеет
Феннель Кассель только один монокуляр; визирная трубка
отсутствует. Это несколько упрощает кон-
струкцию прибора и в то же время устраняет некоторое несоответствие между
двумя визирными приспособлениями буссоли, описание которой приведено выше,
заключающееся в том, что с помощью монокуляра 6х визирование может быть вы-
полнено значительно точнее, чем с помощью простой визирной трубки простым гла-
зом, т. е. с увеличением Iх. Отсутствие визирной трубки меняет лишь порядок ра-
боты с буссолью и способ начальной ориентировки ее, благодаря тому, что уста-
новка прибора по ориентиру производится вращением всего прибора на штыре
125
треноги при нулевых установках на лимбе и барабанчике горизонтального отсчета;
после этой установки прибор на треноге закрепляется винтом, и дальнейшие; пере-
мещения визирной линии производятся уже вращением верхней части прибора
относительно лимба с отсчетом по нему углов поворота. В этом случае как на-
чальная установка прибора, так и последующие отсчеты производятся при по-
мощи одного и того же монокуляра прибора, с одинаковой точностью.
Горизонтальные углы отсчитываются с точностью
до одного деления угломера, которое, согласно при-
нятой в немецкой армии системе, равно Veioo части
окружности.
Следующее отличие этого прибора заключается
в том, что здесь коробка буссоли не имеет круглой
формы и, следовательно, не имеет и круговой шкалы,
а лишь часть ее в пределах 14°, для возможности
учета углов склонения.
Стрелка свсей плоской поверхностью расположена
не в горизонтальной плоскости, как это обычно де-
лается, а в вертикальной, благодаря чему она быстрее
успокаивается при установке, так как этому способ-
ствует большее сопротивление воздушной среды ко-
робки.
Окулярная часть монокуляра наклонена на угол
45° кверху от оптической оси объектива для удоб-
ства наблюдения. Окуляр имеет диоптрийную уста-
новку в пределах ±7,5 диоптрий.
Оптическая характеристика прибора следующая:
увеличение 8х, угол поля зрения 6°, диаметр вы-
ходного зрачка Змм, вынос выходного зрачка около
8 мм.
Для работы с прибором ночью на окуляре имеется
Рис. 122. Артиллерийская окн° Д™ подсвечивания штрихов сетки.
буссоль Феннель Кассель с Для контроля горизонтальности монокуляра при
перископом нулевой установке служит цилиндрический уровень,
связанный непосредственно с корпусом монокуляра.
Перед объективом монокуляра может устанавливаться съемный перископ для
возможности наблюдения из-за укрытия (рис. 122). Он состоит только из двух
прямоугольных нризм, причем верхняя из них несколько больших размеров.
Перископичность его невелика, всего 170 мм. Этим он отличается от перископа
буссоли фирмы Вихман, перископичность которого значительно больше. Пери-
скоп ставится при помощи направляющих салазок в виде ласточкина хвоста.
На случай работы с прибором без перископа около объектива имеется вы-
движная бленда, которая препятствует возникновению бликов от объектива, дема-
скирующих прибор.
Корпус прибора сделан разъемным для возможности работы на планшете
с картой. В этом случае верхняя часть корпуса снимается с установочного конуса
на нижней части корпуса. На конусе закрепляется планшет с бумагой или картой.
Верхняя часть — буссоль с монокуляром — становится на планшет. Благодаря
имеющейся на этой части прибора складной линейке с миллиметровыми делениями,
продольный срез которой параллелен линии визирования монокуляра в гори-
зонтальней плоскости, прибором можно работать как кипрегелем.
§ 3. Угломер зенитной артиллерии
Примером решения одной и той же задачи с помощью приборов различной
конструкции могут служить угломер зенитной артиллерии и командирская
труба зенитной артиллерии. Основное назначение обоих приборов одинаково.
Как тот, так и другой служат для наблюдения за воздушными целями, для опре-
126
деления отклонений разрывов снарядов от цели и для целеуказания. Последнее
производится передачей данных углов места цели и горизонтальных углов, опре-
деляемых прибором, на другие установки — ПУАЗО, дальномеры и т. д.
Угломер зенитной артиллерии (рис. 123) предназначен для измерения азимута
и угла места воздушной цели, т. е. горизонтальных и вертикальных ее углов.
Кроме того, он служит для определения отклонения разрывов снарядов от цели.
Изображение преследуемой цели непрерывно удерживается в поле зрения прибора
путем вращения маховиков горизонтальной и вертикальной наводки. Для удоб-
ства наблюдения вертикальных углов положение глаза наблюдателя остается неиз-
менным. Соответственно этому окуляр
занимает всегда определенное положе-
ние. При наводке поворачивается отра-
жательная призма, расположенная пе-
ред объективом (см. схематический раз-
рез этого прибора на рис. 124). Оку-
лярная часть имеет вид трубки, накло-
ненной к горизонту на угол около 60°.
Рис. 124. Схема угломера зенитной
артиллерии
Рис. 123. Угломер зенитной артиллерии
По сектору, укрепленному с правой стороны корпуса поворотного механизма
призмы, отсчитываются углы места с точностью до 1-00 в делениях угломера.
Отсчет с точностью до 0-01 производится по кольцу, насаженному на ось
маховика, который находится под окуляром.
Медленное вращение по азимуту осуществляется посредством второго махо-
вика, помещенного под призмой в передней части прибора слева. Отсчет гори-
зонтальных углов при этом производится по лимбу и специальному диску. Цена
деления лимба равна 1-00, а цена деления диска, подобно кольцу вертикальной
наводки, составляет 0-01 (одно деление угломера). Лимб находится в нижней
части у основания колонки прибора; диск насажен на ось второго маховика.
Для быстрой, но вместе с тем и грубой наводки по азимуту имеется
рычаг. Если нажать рычаг, то червячное колесо в механизме азимутальной на-
127
водки выходит из зацепления с червяком, что позволяет совершить поворот
вокруг вертикальной оси прибора, Для наводки на какое-либо начальное напра-
вление, относительно которого отсчитываются горизонтальные углы, предусмотрен
специальный барашек. С его помощью выполняется медленное вращение вокруг
вертикальной оси. Это вращение производится независимо от работы описанного
выше устройства с маховиком для горизонтальной наводки.
Увеличение трубы равно 5х, поле зрения 13° или 2-17 в делениях угломера.
Фокусировка сетки по глазу наблюдателя обеспечивается диоптрийным перемеще-
нием окуляра. Пределы измерения горизонтальных углов составляют от 0 до
360°; вертикальных углов — от 0 до 90°. Подставка имеет три подъемных винта,
с помощью которых прибор горизонтируется, т. е. его вертикальная ось приводится
в отвесное положение. При этом пользуются сферическим уровнем, укрепленным
на корпусе прибора. В качестве вспомогательного устройства, обеспечивающего
требование быстро поймать цель в поле зрения трубы, служит грубый визир.
При работе прибор обычно обслуживается тремя лицами — наводчиком и
двумя наблюдателями. Один из наблюдателей считывает углы места, а второй —
горизонтальные углы. Наводчик все время удерживает цель на перекрестии.
Отсчет азимутов и углов места производятся по команде одновременно. Команда
или специальные сигналы повторяются через определенные промежутки времени.
§ 4. Командирская труба для зенитной артиллерии
Прибор предназначен для двух наблюдателей — наводчика и командира.
На рис. 125 видно, что прибор имеет два основных окуляра, расположенные
под углом 180° друг относительно друга. Командир и наводчик прибора, обра-
щенные друг к другу лицами и
боком к направлению на цель,
одновременно смотрят каждый в
свой окуляр, видя один и тот
же предмет, на который беспре-
рывно наводит визирную линию
прибора наводчик, действуя со-
ответствующими маховичками.
Командир контролирует пра-
вильность наводки и корректи-
рует стрельбу зенитной артил-
лерии.
На рис. 126 показана схема
оптики, из которой видно, что
прибор состоит из двух само-
стоятельных оптических систем,
объединяемых лишь общей приз-
мой-кубом 2, 5, установленной
перед объективами обеих систем.
За объективами 4, 5 и 10, 11
Рис. 125. Командирская труба для зенитной
артиллерии
установлены одинаковые прямоугольные призмы 6, направляющие пучки
световых лучей вправо (на рисунке) к окуляру 13—17 командира и влево —
к окуляру 8, 9 наводчика. В фокальных плоскостях этих окуляров
расположены плоскопараллельные пластинки 72 и 7, с нанесенными на них
сетками. Сетка в трубе наводчика представляет собой окружность, радиус которой
соответствует 10 делениям угломера; внутри круга нанесено перекрестие обычного
вида. Сетка в трубе командира выполнена в виде двух концентрических окруж-
ностей, радиусы которых соответствуют 10 и 20 делениям угломера; внутри
окружностей нанесено также перекрестие, но с разрывом посередине.
На схеме рядом с окуляром командира показан второй окуляр 18, 19,
предназначенный для перемены увеличения системы командирской трубы. Таким
образом труба командира имеет два увеличения: 6 и 12х.
128
Углы поля зрения соответственно 7° 30' и 3° 30'. Диаметры выходных зрач-
ков 4 и 2 мм. Смена увеличений производится простой перестановкой окуляров,
при помощи так называемого револьверного механизма.
Оптические данные трубы наводчика таковы: увеличение 4х, угол поля зрения
11°30' и диаметр выходного зрачка 6 мм.
Наводка прибора на цель производится качанием в вертикальной плоскости
призмы-куба с помощью механизма вертикальной наводки, по конструкции весьма
похожего на такой же в у.з.а. Как уже сказано, призма-куб—общая для обеих
систем, следовательно, и наводка их
одинакова.
Так как обе системы неподвижно
смонтированы в одном общем корпусе
прибора, то вращением последнего в
горизонтальной плоскости осущест-
вляется горизонтальная наводка
обеих систем одновременно. Это вра-
щение происходит вокруг вертикаль-
ной оси отсчетного лимба с червяч-
ным механизмом, также весьма сход-
ного по конструкции с лимбом у.з.а.
Пределы перемещения визирной
линии прибора в вертикальной пло-
скости от — 2° до + 80° и в гори-
зонтальной — 360°.
Подсвечивание сетки в поле зрения
производится только в трубе навод-
чика.
Сверху на корпусе прибора имеют-
бид сИерТУ
ся два цилиндрических уровня, г -
r ’ Рис. 126. Схема оптики командирской трубы
оси которых взаимно перпендику- для зенИтной артиллерии
лярны, для установки прибора в го-
ризонтальной плоскости. Установка эта производится тремя винтами трегера,,
аналогично установке у.з.а. Треноги этих приборов совершенно одинаковы. В по-
следних образцах командирской трубы в корпус прибора вставляется по-
стоянный патрон для осушки воздуха внутри прибора во избежание запотевания
стекол. Этот патрон есть набор шайб, изготовленных из особого пористого
молибденового стекла, активно поглощающего влагу воздуха. Патрон по исте-
чении определенного промежутка времени может быть подвергнут восстановле-
нию или целиком заменен другим.
§ 5. Курсомер-ско ромер
Для эффективной стрельбы по самолетам необходимо знать, наряду с другими
данными, относящимися к цели, скорость движения ее и направление этого дви-
жения, т. е. курс цели.
Немецкой фирмой Цейсс был спроектирован и изготовлен прибор для од-
новременного определения скорости цели и ее курса, названный курсомером-
скоромером (Flugmesser). Принципиальная основа прибора заключается в сле-
дующем.
В треугольниках OSS' и Oss' (рис. 127) стороны L и / подобны и отношение
их равно отношению D к d, т. е. L z
D ~d *
Пусть D = OS — дальность самолета от точки наблюдения О (рис. 127) и
L = SS' — длина пути самолета, пройденная в определенный промежуток вре-
мени; тогда, воспроизводя величину D в каком-либо масштабе в виде величины d
в приборе и проследив за проекцией пути самолета в том же масштабе — ss'
в плоскости, параллельной горизонтальной плоскости (согласно известному
9 Оптика в военном деле—215,
129
допущению о горизонтальности полета цели за время измерения), — простым
делением величины пути на время можно определить скорость полета самолета,
а угол, составленный направлением на какой-либо ориентир, по которому уста-
новлен прибор, с направлением проекции линии перемещения цели, определит
курс цели. В приборе путь самолета за измеряемое время заранее обусловлен
определенной величиной, например 250 м, независимо от дальности. Отрезок d
в приборе постоянен и равен фокусному расстоянию объектива коллиматорного
устройства прибора. Таким образом величина / зависит исключительно от даль-
ности цели в момент начала наблюдения, т. е. от D.
Наблюдатель, работающий с курсомером-скоромером, получая извне на-
клонную дальность D, устанавливает соответственно ей отрезок I таким обра-
зом, чтобы он соответствовал величине L = 250 м в том масштабе, который
определился в данный момент дальностью О, поделенной на d или, что то же,
на /, т. е. l =
Так как L и / в приборе постоянны, и, таким образом, I зависит исключи-
тельно от D, как сказано выше, величины / заранее рассчитаны в зависимости
от заданных величин D и осуществлены в виде вращающейся улитки, изображен-
ной на рис. 128. Каждая точка улитки находится на таком расстоянии от центра,
какое отвечает величине I при данном значении D, отмеченном на краю диска
улитки, как это приближенно показано на рисунке. Эта улитка носит название
дистанционной кривой.
В плоскости дистанционной кривой расположен второй диск с щелью, которая
освещается днем непосредственно от небосвода, а в сумерки — электрической
лампочкой. Изображение этой щели проектируется в поле зрения визирной трубы
прибора. Таким образом наблюдающий, «поймав» в поле зрения прибора самолет,
одновременно видит световую полоску. Установив на ней отрезок пути в 250 м
согласно сообщенной ему дальности цели (вращением дистанционной кривой),
он вращает оба диска вместе до совмещения линии полета цели со световой
полоской (рис. 129). Этим и определяется направление полета самолета, отсчи-
тываемое в углах по шкале на диске. Заметив далее по секундомеру время
перемещения изображения цели по установленному отрезку световой полоски,
наблюдатель определяет скорость перемещения цели.
Так как измеряемый отрезок пути установлен для прибора заранее постоян-
ным, то циферблат секундомера может быть градуирован непосредственно в ско-
ростях цели. Для прибора необходимо, чтобы его диски — с дистанционной
кривой и со световой полоской — были расположены горизонтально. Поэтому
прибор снабжен двумя уровнями, расположенными под прямым углом друг
к другу, по которым и производится его установка. Такой курсомер-скоромер
является совершенно самостоятельным полевым прибором, устанавливаемым для
работы на специальной треноге, которая составляет часть прибора.
Нужно сказать, однако, что возможность применения подобного рода приборов
в последнее время уменьшилась в связи с сильно возросшими скоростями движе-
ния самолетов и применением пикирующих и кабрирующих полетов их. Эго
130
заставляет искать новых способов решения тех же задач при помощи других
приборов, в основу построения которых могут быть положены подобные же
принципы.
§ 6. Теодолиты для аэрологических наблюдений
Определение направления и силы ветра, необходимое для военных надоб-
ностей, выполняется службой инструментальной разведки или специальных
метеорологических постов. Эти сведения используются для ввода необходимых
поправок в прицельные данные стрельбы. Кроме того, они облегчают работу
пилотов при расчетах курса самолета или путевых скоростей, наконец, они при-
меняются для введения поправок на снос бомбы и т. д. в бомбардировочной авиа-
ции ближних радиусов действия.
В общем случае одним из способов исследования явлений, происходящих
в верхних слоях атмосферы (например, скорость ветра, направление и постоянство
его и т. д.), является наблюдение за полетом специальных летательных снарядов,
так называемых шаров-пилотов (или зондов). Для наблюдения за полетами таких
шаров и фиксирования данных, определяющих их высоту, направление и ско-
рость, а также для ряда других задач применительно к воздухолетательным
аппаратам употребляются специальные инструменты, простейшие из которых —
шаропилотные теодолиты или баллон-теодолиты.
Работа с этими приборами производится с двух или даже трех точек мест-
ности. Расстояния между последними и взаимное ориентирование должны быть
заранее известны. Положение в пространстве наблюдаемой точки определится г
если с этих пунктов будут измерены угловые значения сферических координат
или какое-либо другое, например графическое выражение их. Для точки, нахо-
дящейся в покое, достаточно одного такого парного измерения. Если же точка
движется, то в каждый следующий момент координаты, определяющие ее поло-
жение, будут отличаться от предыдущих. Следовательно, в этом случае необхо-
димо произвести ряд таких определений, причем эти парные наблюдения должны
быть сделаны одновременно.
Обработанные результаты данных, зафиксированных подобными приборами,
в случае движущейся точки дадут ряд ее положений в пространстве, по ко-
торым можно определить путь этой точки, а зная время — и скорость движе*
ния. Траектория пути определится точнее, если будет сделано в данный от-
резок времени возможно большее число фиксирующих положение точки на-
блюдений. Очевидно также, что чем больше скорость движущейся точки,
тем чаще должны быть сделаны такие единовременные наблюдения.
Наблюдение шаров-пилотов может быть выполнено одним теодолитом, если
совместно с определением сферических координат каким-либо способом, напри-
мер с помощью дальномера, производилось измерение расстояний до шара.
Другой метод работы с одним теодолитом основан на том, что вертикальная
скорость шара-пилота данного типа заранее известна. Тогда становится извест-
ной и высота его для любого момента времени после выпуска, и остается
измерить только горизонтальные и вертикальные углы, определяющие горизон-
тальное смещение шара в пространстве. Подобные способы наблюдения, однако,
при всех прочих равных условиях отличаются меньшей точностью.
Схема устройства осей указанных теодолитов аналогична обыкновенным
геодезическим теодолитам (гл. 20). Имеется вращающаяся в вертикаль-
ной плоскости зрительная труба с отмеченной в ней с помощью сетки визирной
осью, положение которой фиксируется на вертикальном круге. Вся эта система
установлена своими подставками на лимбовое устройство, состоящее из горизон-
тального лимба с алидадой и приспособления для отсчета углов. Лимбы и али-
дада, как правило, защищены покрышками. Для наведения трубы на рассматри-
ваемый предмет предусмотрено два винта, один из которых устанавливает трубу
по углу места, другой поворачивает верхнюю часть прибора вокруг вертикаль-
ной оси — по азимуту. Теодолит снабжен уровнями; три подъемных винта,,
находящиеся в подставке, обеспечивают горизонтирование прибора.
131
Устройство с верньером или индексом для отсчета углов по вертикальному
кругу расположено рядом с верньером горизонтального круга. Это облегчает
производство измерения одним наблюдателем по обоим кругам одновременно.
Прибор должен допускать возможность наблюдения за шаром, находящимся
в зените или вблизи него. Поэтому во всех шаропилотных теодолитах зрительная
труба делается ломаной. Для этой цели оптическая система зрительной трубы
содержит прямоугольную призму, поворачи-
вающую лучи после объектива на 90°. При
таком устройстве, окулярная часть трубы
остается в горизонтальном положении при
всех положениях объектива, в том числе и
зенитном.
Теодолиты для аэрологических наблюде-
ний за шарами-пилотами подразделяются,
в основном, на следующие группы.
I. Теодолиты простого устрой-
ства (рис. 130). Приборы этой группы,
в общем, отвечают сделанному выше описанию.
Существует несколько видов подобных теодо-
литов, отличающихся только типами своей
конструкции и размерами. Так, например,
некоторые модели снабжены буссолью или
имеют еще дополнительную трубу-искатель.
Рис. 130. Теодолит для аэрологи-
ческих наблюдений
Поле зрения основной трубы обычно со-
ставляет 2,5—3°, увеличение достигает 15—
20х, свободный диаметр объектива — около
40 мм. Цена деления лимбов в различных конструкциях колеблется от уз до
1°, точность отсчета от I до б'. Если прибор снабжен трубой-искателем, то
увеличение последней обычно бывает 3х и поле зрения от 8 до 12°.
При работе горизонтальный круг ориентируется относительно меридиана
места или, как отмечалось выше, для парных наблюдений—относительно второго
теодолита. В последнем случае базис должен быть заранее
сительно стран света. Наблюдатель следит в трубу за
шаром, удерживая его на перекрестии сетки и непосред-
ственно делая отсчеты по кругам, например, через 1 мин.
времени (по условиям задания). Теодолиты этой группы не
сложны по своему механическому оформлению и отли-
чаются выносливостью. Их вес обычно составляет 5—7 кг.
К числу шаропилотных теодолитов простых, но имею-
щих своеобразную конструкцию, относится прибор фирмы
Аскания, предназначенный для аэрологических наблюдений
с какой-либо неустойчивой платформы, например с палубы
корабля в море. Конструкция такого корабельного бал-
лон-теодолита должна обеспечить возможность установить
более или менее точно горизонтальную линию ориентирова-
ния, от которой можно было бы делать отсчет вертикаль-
ных углов. На рис. 131 представлен разрез оптической
части этого прибора; он состоит из системы двух объекти-
вов с призмами. Через одну систему А наблюдается шар.
При помощи другой системы В, содержащей куб, склеенный
ориентирован отно-
Рис. 131
из двух прямоугольных призм так, что часть света как через плоскопараллельную
пластинку проходит от первого объектива, и часть света, предварительно отразив-
шись от гипотенузной грани одной из призм, проходит к окуляру ст второго объек-
тива,—визируют на линию видимого горизонта. Оптическая ось этой второй си-
стемы В тем самым располагается в горизонтальной плоскости, чем и достигается
необходимое ориентирование прибора. В поле зрения окуляра С видны одновре-
менно и наблюдаемый шар и изображение линии горизонта (или ориентирная
132
линия). Отсчеты производятся в данный фиксированный по часам момент времени,
когда совмещены оба эти изображения (наподобие действия секстанта).
Свободное отверстие объективов 40 мм, поле зрения трубы 3°, ее
увеличение 16х. Цена деления лимбов 1°. Отсчеты выполняются с точностью
до 6\ Для введения поправки на горизонтальный угол при отсчетах производится
также определение курса корабля по путевому компасу или буссоли. Прибор
устанавливается на специальном штативе. Крепление его к штативу имеет кар-
данную конструкцию, самоустанавливающуюся по вертикали с пружинными
демпферами. К баксе, которая вращается в особом гнезде штатива, прикреплен
стержень с грузом на конце. Последний силой своей тяжести устанавливает
вертикальную ось инструмента в отвесное положение и этим при работе выбирает
грубые отклонения от вертикали.
II. Вторую группу составляют сравнительно сложные системы саморе-
гистрирующих теодолитов, или теодолитов с автоматической
записью показаний. Эти приборы употребляются
при точных наблюдениях и имеют более широ-
кую область применения. Кроме регулярных
наблюдений шаров-зондов, они используются для
исследования парашютных прыжков, для наблю-
дения быстро перемещающихся целей, например
при определении скоростей самолетов и т. д.
Труд наблюдателя облегчается, так как исклю-
чаются отсчет и запись наблюдений.
Подобные теодолиты, в свою очередь, можно
распределить на следующие типы:
1. Теодолиты- регистраторы,
запись отсчетов по лимбам которых производится
механическим или фотографическим способом.
В первом случае в определенные моменты вре-
мени запись отсчетов осуществляется механиче-
ским путем на бумажной ленте. Во втором слу-
чае цифры кругов и индексы фотографируются
на фотопленку. Момент записи через определен-
ные промежутки времени, определяемые усло-
виями наблюдения, выполняется наблюдателем
путем нажатия соответствующих приспособле-
ний.При этом наблюдатель следит за звуковыми Рис 132 саморегистрирующий
или световыми сигналами, получаемыми от спе- шаропилотный теодолит Аскания
циальных часов-отметчиков или от центрального
командного поста. Некоторые модели подобных теодолитов снабжены электри-
ческими устройствами, принимающими сигналы (от часов или центрального
распределительного поста), с помощью которых, независимо от наблюдателя,
действует реле и получаются отпечатки или фотоснимки отсчетов.
На рис. 132 показан в качестве примера саморегистрирующего теодолита
прибор фирмы Аскания. Принципиальная схема его устройства одинакова с опи-
санным выше простым аэрологическим теодолитом. Запись данных наблюдений
в виде делений с цифрами горизонтального и вертикального кругов вместе с отсчет-
ными индексами наносится на белой бумажной ленте. Это осуществляется с помо-
щью особого механизма, который в определенный момент времени при нажатии
кнопки специального рычага печатает изображение делений кругов. Последнее
выполняется через вторую красящую ленту.
Цена деления лимбов 1°, отсчет углов производится до 0°,1. Отпечатки
этих десятых долей градуса оформлены в виде второй шкалы, которая полу-
чается на ленте рядом с отпечатками шкалы целых градусных делений каждого
круга. В приборе предусмотрено также устройство для непосредственных визуаль-
ных отсчетов углов, и, в этом случае, он используется как аэрологический тео-
долит простой конструкции.
133
Рис. 133. Самозаписывающий
шаропилотный теодолит
Увеличение трубы этого теодолита 20х, поле зрения 3°; увеличение трубы-
искателя составляет 3х, поле зрения 12°.
В качестве основных принадлежностей предусмо-
трены устойчивый штатив, буссоль, специальные
часы с ежеминутными главными и предупредитель-
ными сигналами и др.
2. Теодолит ы-с амописцыс графической
записью показаний. В этих приборах данные, опреде-
ляющие положение точки в пространстве, получаются
не в виде цифровых значений углов высоты и азиму-
тов, а в виде соответствующих им кривых или точек
на плоской поверхности диска или на цилиндриче-
ской поверхности особых барабанов. Эти данные по-
лучаются при помощи специальных графических
устройств — непосредственно во время производства
наблюдений.
Примером самозаписывающего баллон-теодолита,
который вычерчивает во время наблюдений путь,
совершаемый шаром-пилотом, может служить прибор
фирмы Цейсса (рис. 133). На горизонтально распо-
ложенном круглом диске-диаграмме с помощью спе-
циального механизма наносятся в определенном мас-
штабе последовательные точки, соответствующие про-
екциям траектории шара-пилота на горизонтальную
плоскость в определенные моменты регистрации.
Отрезки между точками по величине и направлению выражают скорость и напра-
вление горизонтального движения шара. Механизм отметчика точек посредством
специального винта перемещается соответственно изменению положения зри-
тельной трубы, предварительно устанавливаемой по наблюдаемому шару. Спе-
циальная бумага с диаграммной сеткой в виде концентрических окружностей
накладывается на горизонтальный диск и ориентируется относительно стран
света. Кроме основной зрительной трубы, имеется труба-искатель. Для изме-
рения азимутов и углов места, подобно устройству баллон-теодолита простой
системы (как можно видеть по рисунку), этот прибор также снабжен горизон-
тальным и вертикальным лимбами с индексами для отсчета.
§ 7. Кинотеодолит
Наиболее точные определения высоты, направления и других параметров
движения наблюдаемых объектов в воздухе, имеющих большую скорость, выпол-
няются с помощью специальных приборов, известных под названием киноте-
одолитов. Действие их основано на том, что посредством ряда последовательных
киноснимков фиксируется положение объекта относительно визирной оси и
в то же время отмечаются координаты, характеризующие положение этого объекта
в пространстве. Регистрация и того, и другого происходит автоматически. Таким
образом в кинотеодолитах, как указывает и само название, совмещены два
прибора. Первый — это по существу саморегистрирующий теодолит (см. пре-
дыдущий раздел) со всеми общими для подобного рода приборов частями (дающий
тем или иным путем значения координат находящегося в пространстве объекта).
Второй прибор — киносъемочная камера, которая дает через достаточно корот-
кие промежутки времени ряд снимков объекта вместе с изображением проекции
визирной линии.
Кинотеодолиты отличаются от описанных ранее приборов тем, что дей-
ствие их и результаты измерений не зависят от быстроты восприятия органов
чувств наблюдателя и, следовательно, наблюдения являются объективными.
Наблюдатель только направляет ось объектива прибора на цель, визируя в спе-
циальную трубу для гидирования. Но если при этом преследуемая цель несколько
J34
уйдет с точки пересечения креста нитей, то это расхождение на снимке зафик-
сируется. Последнее дает возможность в дальнейшем при обработке снимков
учесть ошибку смещение
С помощью кинотеодолитов можно:
1) по петлеобразным движениям шаров-пилотов получать данные для
исследования микроструктуры и слоистости атмосферы;
2) наблюдая взлеты и посадки летательных аппаратов, получать материал,
характеризующий вертикальные и продольные силы, действующие на самолет,
г. е. аэродинамические качества его;
Рис. 134
3) определять путевые скорости и высоты относительно поверхности земли
различных летающих объектов и, тем самым, получать точные данные для
контроля аэронавигационного приборного оборудования, установленного на
этих объектах;
4) проверять точность огня зенитной артиллерии путем измерения
угловых отклонений (а следовательно, и линейных смещений) разрывов снаря-
дов от воздушной цели;
5) производить оценку точности процесса бомбометания как с горизонталь-
ного полета, так и с пикирования и др.
Результаты наблюдения траекторий целей, выполненные с помощью кинотео-
долитов, обычно принимаются за истинные, относительно которых определяются
инструментальные и личные, а также систематические и случайные ошибки в
работе дальномеров по движущимся целям, стереовысотомеров в зенитной
артиллерии, работы ПУАЗО, радиолокаторов для условий видимой цели
и т. д.
Кинотеодолиты в количестве двух или трех устанавливаются на заранее
выбранные точки местности, расстояние между которыми известно (базисы).
Каждый прибор, ориентированный относительно этих базисов, синхронно рабо-
тает с другими теодолитами такого же устройства. Для единовременного произ-
135
Рис. 135. Кинотеодолит Фусса
водства снимков приборы включаются в одну
общую сеть от центральногораспределительно-
го пункта (см. схему на рис. 134). Из этого
пункта, в котором имеется особое часовое
контактное устройство с отметкой и фикса-
цией времени, на все теодолиты посылается
через определенные равные промежутки вре-
мени электрический импульс. Под действием
последнего, во всех установленных кинотеодо-
литах действует реле и происходит съемка.
Эти инструменты, как и обслуживающая их
электросистема с синхронизатором, являются
сложными и требуют бережного отношения.
Окончательные искомые данные наблю-
дений получаются в результате аналитической
или графической обработки снимков на ки-
ноленте. Для этого, применительно к каждо-
му типу теодолита, имеются специальные
графопостроительные или проекционные
устройства, а также микроскопы-компарато-
ры для расшифровки снимков, представ-
ляющие собою самостоятельные приборы.
Насчитывается несколько типов кинотеодо-
литов— Фусса, Джексона, Рейтьена * и др.
Несколько подробнее остановимся на рассмот-
рении одного из вариантов конструкции кинотеодолита Фусса (рис. 135)
производства фирмы Аскания. Разрез принципиальной схемы его устройства
представлен на рис. 136. (
Объективом киносъемочной --------f-
камеры этого прибора слу-
жит вогнутое зеркало. **
В центре последнего имеет-
ся отверстие,через которое
лучи света, предварительно
отразившись от второго
малого зеркала, попадают
на кинопленку, находя-
щуюся в фокальной пло-
скости этой оптической си-
стемы. Одновременно на
тот же кадр проектируется
изображениепоказаний вер-
тикального и горизонталь-
ного кругов. Для этого
деления кругов и вернье-
ров освещаются электри-
ческими лампочками. Изо-
* См. [43], т. I, статья
А. Н. Бураго, гл. VIII.
* * Некоторые модели ки-
нотеодолита Фусса (модель
1940 г.) вместо зеркала имеют
сменные телеобъективы f = 600
мм и f = 300 мм с наибольшим
относительным отверстием! :4,5,
которое может быть уменьшено
посредством ирисовой диафраг-
мы.
Рис. 136. Принципиальная схема кинотеодолита Фусса
136
бражение отсчетов передается на пленку через специальную оптическую систе-
му, состоящую из линз и призм.
Для того чтобы устранить перекос изображения делений кругов при наклоне
камеры по углу места (что необходимо при наблюдении за объектом) в указанную-
оптическую систему введена призма Дове. Посредством зубчатых передач послед-
няя вращается в обратную сторону в два раза медленнее по сравнению со скоро-
стью вращения вокруг горизонтальной оси прибора камеры для фотографиро-
вания.
Схема расположения осей вращения прибора и его ’лимбов — обычная для
теодолитов, описанных ранее.
В нижней части кинокамеры расположены фильмовые кассеты. Пленка через-
грейфер с мальтийским крестом при помощи электромотора сматывается с ролика,
одной из кассет. На некоторый ко-
роткий промежуток времени фильм
останавливается перед съемочным
окном, открывается дисковый за-
твор, и экспонированная пленка,
после того как затвор закроется,
наматывается на ролик другой кас-
сеты. Для того чтобы следить за
целью (процесс гидирования), име-
ются две ломаные зрительные тру-
бы, укрепленные по бокам гори-
зонтальной оси прибора. В про-
цессе гидирования по движущемуся объекту вращаются специальные штурвалы.
Фокусное расстояние зеркальной объективной системы 600 мм, относи-
тельное отверстие 1 : 5, поле зрения 2°35'. Величина кадра (на нормальной
пленке) 24 х 28 мм. Вид получающихся на этом кинотеодолите снимков показан
на рис. 137. Каждый кадр снимка, от специального счетчика-нумератора, полу-
чает также отпечаток цифр, которые соответствуют его порядковому номеру.
Увеличение трубы гида 8х, поле зрения 7,5°, цена деления кругов точ-
ность отсчета Г.
На приборе можно также делать непосредственные визуальные отсчеты пока-
заний кругов. Вес этого теодолита составляет 92 кг; его размеры — 980 х 750 х
х 740 мм. Синхронная передача из центрального поста производится при помощи,
контактного хронометра.
§ 8. Морские визирные приборы
Наряду с приборами для наблюдения и прицеливания на военных судах
имеется значительное количество оптических приборов, относящихся к группе
приборов для визирования.
Сюда относятся так называемые визиры наклона оси цапф, визиры целе-
указания, пеленгаторы и прочие приборы подобного назначения.
В военных флотах разных государств применяются приборы различных
конструкций, по-разному решающие те или иные задачи.
Условия, в которых происходит артиллерийская стрельба с корабля по ко-
раблю противника, чрезвычайно сложны. Одним из усложняющих обстоятельств
является качка корабля, вследствие которой каждое орудие на корабле все
время находится в движении. Чтобы выбрать удобное время для залпа, необ-
ходимо знать положение орудий в каждый данный момент; оно характеризуется,
наряду с прочими факторами, наклоном цапф орудия относительно-
горизонта.
Оптический визир наклона оси цапф орудия выполняет поставленную задачу.
Расположенный определенным образом в боевой рубке, этот визир связан элек-
трической передачей с постом управления огнем артиллерии.
, Линия визирования прибора в начальном или нулевом положении парал-
лельна оси цапф орудия. Наблюдатель, удерживающий непрерывно вращением.
13Г
соответствующего маховичка прибора линию визирования его на уровне линии
горизонта, тем самым осуществляет непрерывную же передачу величин углов
наклона оси цапф орудия относительно горизонта в центральный пост, где эти
данные входят одними из составляющих при решении задачи встречи снаряда
с целью.
Подобным этому прибору является визир целеуказания. Это
также оптический визирный прибор, связанный электропередачей с постом
управления. Наблюдатель (при некоторых конструкциях приборов — два наблю-
дателя), работающий с прибором, обязан непрерывно, независимо от качки
корабля, перемены курса и пр., держать линию визирования на цели вращением
двух маховичков — вертикальной и горизонтальной наводки, передавая таким
образом данные, определяющие направление на цель относительно продольной
оси корабля, в пост управления артиллерийским огнем.
Следует отметить одну характерную особенность, общую для обоих приведен-
ных приборов. Это — их связь с электротехническими приборами в единой
системе приборов управления огнем,
приходится роль как бы щупальцев,
2 14 ?
в которой на долю оптических приборов
с помощью которых мозг корабля — цен-
тральный пост учитывает обстановку,
складывающуюся в окружающем про-
странстве.
Подобная связь оптотехники и
электротехники в приборах поздней-
шей конструкции,особенно в приборах,
применяемых во флоте, все более и бо-
лее укрепляется и расширяется. Одна-
ко, наряду с этим, не теряют своего
значения и приборы, не связанные с
какой-либо передачей.
Рассмотрим несколько подробнее
прибор, называемый оптическим
Рис. 138 пеленгатором, также относя-
щийся к группе приборов для визи-
рования. С помощью этого прибора определяются углы между направлением на
какой-либо ориентир (например встречный корабль или маяк на берегу) и магнит-
ным меридианом. Оптическое устройство прибора состоит из двух систем;—теле-
скопической и микроскопической. С помощью телескопической системы рас-
сматривается изображение удаленного объекта, а посредством микроскопа —
деления картушки компаса. Обе эти системы расположены таким образом, что
половину поля зрения прибора занимает изображение объекта, а вторую поло-
вину — изображение делений той части картушки, над которой располагается
прибор при каждом данном измерении.
Наблюдатель, смотрящий в окуляр прибора, видя в поле зрения ориентир и
деления картушки, может совместить их и произвести отсчет азимутального угла.
На схеме рис. 138 показаны элементы оптической системы прибора: 7 —
объектив телескопической системы, 2 — оборачивающая система призм (Порро);
в фокальной плоскости окуляра J, являющегося общим для телескопической
системы и микроскопа, расположена разделяющая призма 4, благодаря которой
срезается часть пучков световых лучей, идущих от объектива телескопической
системы, и вместо них вводятся пучки, идущие от картушки через объектив мик-
роскопа 5; последний может перемещаться вдоль своей оптической оси, для
получения резкого изображения штрихов. Призма 6 изменяет направление хода
лучей, идущих от картушки, посылая их к окуляру прибора. Она закреплена
на оси 0 и может быть слегка вращаема вокруг этой оси для наводки на
штрихи картушки. 7 — защитные стекла прибора.
Пеленгатор устанавливается на компасе при помощи пятки, вставляемой
в гнездо, которое является частью кольца, сидящего на цилиндрическом
выступе корпуса компаса. Кольцо вместе с пеленгатором может вращаться
вокруг оси компаса, что и позволяет наблюдателю визировать на объекты, рас-
положенные под любым углом к магнитному меридиану, читая одновременно
отсчет этого угла по картушке.
По своему основному назначению этот прибор является чисто навигационным.
Однако на военных кораблях он зачастую используется, наряду с основным
назначением, и как просто визирный прибор, например, для проверки точности
построения эскадры или отряда, бригады и т. д. в кильватерный и фронтовым
строи и т. д.
Увеличение телескопической системы пеленгатора обычно небольшое (5—6х).
Угол поля зрения 10—8°,
Г л а в а 22
НАВИГАЦИОННЫЕ ОТРАЖАТЕЛЬНЫЕ УГЛОМЕРНЫЕ ПРИБОРЫ
§ 1. Отражательные угломерные приборы. § 2. Секстант. § 3. Измерение высот све-
тил секстантом. § 4. Измерение углов между земными предметами при помощи
секстанта. § 5. Погрешности секстанта и его поверки. § 6. Отражательные круги.
§ 7. Гирогоризонты для измерения высот светил на море. § 8. Авиационные секстанты
и октант.
§ 1. Отражательные угломерные приборы
Отражательные угломерные приборы основаны на сле-
дующем законе отражения света от двух плоских зеркал, легко выводимом из
правила построения изображений в одном зеркале: луч, отраженный от двух
плоских зеркал, получается из падающего луча поворотом последнего вокруг
линии пересечения обоих зеркал на угол, равный двойному углу между зерка-
лами.
Следовательно, если падающий луч перпендикулярен линии пересечения
зеркал, то и дважды отраженный луч будет ей перпендикулярен, и угол между
этими лучами будет равен двойному углу между зеркалами.
Существенная особенность инструментов этого рода, в частности секстанта,
делающая их незаменимыми на корабле, состоит в том, что визирование обоих
предметов, между которыми измеряется угол, делается здесь не последовательно,
а одновременно и заключается в совмещении изображений обоих наблюдаемых
предметов — «прямовидимого» и «дважды отраженного». Притом это совмещение
не нарушается при поворотах прибора вокруг оси, перпендикулярной к плоскости
измеряемого угла, и результат измерения почти не изменяется от небольшого
нарушения перпендикулярности линии пересечения зеркал к плоскости изме-
ряемого угла. Эта особенность позволяет пользоваться секстантом с руки, без
штатива а следовательно, и на палубе качающегося корабля»
§ 2. Секстант
Важнейшим и наиболее распространенным отражательным угломерным
инструментом является секстант. Его главные применения на море — изме-
рение угловых высот светил над видимым морским горизонтом и определение
места корабля или шлюпки обратной засечкой (задача Потенота) по имеющимся
на карте береговым предметам. Угловые высоты последних при наблюдениях
•с моря обычно невелики, а потому углы, измеряемые секстантом, близки к гори-
зонтальным.
Название секстант * происходит от латинского sextans—шестая часть круга,
так как первоначально именно такова была величина рабочей части лимба этого
* Среди моряков принято говорить и писать секстан. В классических руководствах
Н Я Цингера 119] и В. В. Витковского [7] и в большинстве современных учебников аэрона-
139
инструмента. Однако современные секстанты допускают измерение углов до 140%
т. е. имеют лимб более 70°, а нередко название секстант распространяется и на
такие приборы, которые ни по форме лимба, ни по предельной величине изме-
ряемого угла не имеют ничего общего с шестой долей окружности.
Аналогичный секстанту прибор, измеряющий углы до 144°, иногда называется
квинтантом, а прибор, допускающий измерение углов лишь до 90°, обычна
более простой и дешевый, носит название октант.
Секстанты, пригодные и для астрономических и для земных наблюдений,
называются навигационными, а приспособленные только для последней
цели — промерными, так как применяются, главным образом, гидрогра-
фами для определения места обратной засечкой при промере глубин.
I Навигационный секстант (французской конструкции) изображен на рис. 139.
Его главные части:
1. Металлическая рама NLL'N' с лимбом радиуса 15—20 см.
2. Алидада а, которая вращается вокруг оси, проходящей через центр раз-
к лимбу; она снабжена стопорным
и наводящим винтами пи т,
верньером и лупой.
3. Большое зеркало С, укре-
пленное на алидаде над ее осью пер-
пендикулярно к плоскости лимба.
4. Астрономическая зрительная
труба F, связанная с рамой сек-
станта. В фокусной плоскости объ-
ектива этой трубы натянуты грубые
нити или проволочки, образующие
прямоугольник или квадрат со
сторонами 32—40'. Стороны его
ориентируются параллельно и пер-
пендикулярно лимбу. Визирной
линией, или осью трубы, назы-
вается прямая, соединяющая сере-
дину этого прямоугольника с опти-
ческим центром объектива. Эта
линия должна быть параллельна плоскости лимба. Можно ограничиться и
парой нитей, определяющих визирную плоскость, параллельную лимбу.
Для менее точных наблюдений земных предметов вместо астрономической
трубы в кольцо ввинчивается земная галилеевская трубка или даже визирная
трубка без стекол.
5. Малое зеркало D, укрепленное на раме перпендикулярно к плоскости
лимба, на продолжении оси трубы. Оно ориентировано таким образом, что луч,
падающий на середину его от середины большого зеркала, после отражения идет по
оситрубы. Угол падения ртакого луча, равный обычно приблизительно 15°, назы-
вается углом крепления малого зеркала. Малое зеркало серебрится
только до половины его высоты, т. е. примерно до высоты оси трубы над лимбом.
Верхняя же часть его прозрачна и не закрыта оправой или совсем отсутствует.
При наблюдениях держат секстант правой рукой за деревянную ручку Е.
Для измерения угла х между направлениями на отдаленные предметы А и В
(рис. 140) наводят трубу секстанта на левый или нижний предмет А, а затем,
вращая весь инструмент вокруг оси трубы и алидаду с большим зеркалом вокруг
ее оси, приводят в поле зрения трубы изображение точки В в лучах, отраженных
от обоих зеркал, и добиваются совмещения его с точкой А приблизительно на
визирной линии трубы или, по крайней мере, посередине между двумя нитями,
вигации пишется секстант. Филологически последнее правильнее, так как родительный
падеж от sextans — sextantis, следовательно, корень этого слова sextant. Так именно пишется
и произносится оно на большинстве европейских языков. Да и по-русски никто нс говорит
квадран вместо квадрант.
140
параллельными плоскости лимба. Тогда, очевидно, плоскость лимба будет парал-
лельна, а зеркала перпендикулярны к плоскости измеряемого угла, и последний,
как было указано выше, будет равен удвоенному углу между зеркалами.
Это видно и непосредственно из рис. 140. Принимая во внимание закон отра-
жения света, из треугольников DOC и DEC с внешними углами FDO и FDE
находим
х = Z DOC = ZFDO— L DCO = 2 Z FDE — 2 Z DCE = 2 д DEC,
что и требовалось доказать.
Пусть отсчет секстанта при сведении в
трубе изображений предметов А и В равен а.
Надписи на лимбе секстанта дают уже удвоен-
ные значения центральных углов. Поэтому
отсчет а отличается от удвоенного угла между
зеркалами, т. е. от искомого угла х, на не-
которую постоянную коллимацион-
ную погрешность а0
Х~а — а0< (2,1)
Очевидно, а0 может быть определено как
отсчет при сведении двух изображений одного
и того же предмета, достаточно удаленного
для того, чтобы лучи, падающие от него на
большое и малое зеркала, можно было счи-
тать параллельными, т. е. угол между ними—
равным нулю.
Коллимационная погрешность с обратным знаком, т. е. величина с — — <х0,
называется погрешностью индекса. Правильнее было бы называть
ее поправкой индекса, ибо она алгебраически придается отсчету секстанта для
получения измеряемого угла
Х = а4-с.
(2,2)
Лучше всего погрешность индекса определяется по Солнцу, причем не сводят два
изображения Солнца в одно, а дважды приводят в соприкосновение изображения
его противоположных краев, как показано на
рис. 141, где дважды отраженное изображение
заштриховано. Полусумма отсчетов представит
а0, а полуразность — угловой диаметр Солнца.
При сведении краев изображений Солнца
яркость их целесообразнее всего ослаблять
при помощи темного стекла, навинчиваемого
или насаживаемого на окулярную головку F
трубы (рис. 139). При сведении изображений,
сильно разнящихся яркостью, например,
Солнца с морским горизонтом, земным пред-
метом, Луною или отражением Солнца в
масляном или стеклянном искусственном
горизонте (см. ниже), яркость прямовидимого предмета изменяется при помощи
одного или нескольких темных, обычно цветных стекол (светофильтров) Т, уста-
навливаемых перед малым зеркалом, а яркость отраженного предмета — свето-
фильтрами S, которые можно поставить между зеркалами.
Менее разнящиеся яркости выравниваются поступательным перемещением
трубы в направлении, перпендикулярном к плоскости лимба. Это делают винтом,
видным на рис. 139 под стойкой трубы, или от руки, в зависимости от
конструкции стойки трубы.
141
Навигационные секстанты имеют обычно радиус 15—20 см и точность вер-
ньера 10" или О',2= 12". Они снабжаются астрономической трубой с двумя
окулярами, дающими увеличения в 6 и 10 раз. При благоприятных условиях
точность измерения угла таким инструментом из двух сведений наблюдаемых
предметов и двух сведений одного предмета для определения коллимационной
погрешности характеризуется средней случайной ошибкой около ± 5". (О систе-
матических ошибках подробнее сказано ниже.)
Для измерения углов между земными предметами при навигационных опре-
делениях пользуются галилеевской трубкой с увеличением 3—4 раза.
Для наблюдения высот светил в море увеличение в 10 раз излишне. В стандарт-
ном секстанте флота США единственная труба имеет объектив 37 мм в диаметре
и снабжена 3 окулярами — астрономическим с нитями с увеличением 6х и гали-
леевскими с увеличениями 2х и 4х.
Ночью морской горизонт невидим или слабо видим и нередко представляется
не резкой линией, а несколько размытой темной полосой.
Чтобы улучшить его видимость в трубе и уточнить совмещение с ним изобра-
жения звезды, французский военный моряк, впоследствии адмирал, Флерье
(Fleuriais) предложил специальную трубу для ночных наблюдений. Кроме того,
он поместил между большим и малым зеркалами, наряду с темными стеклами,
в такой же оправе, двупреломляющую призму Волластона, удваивающую
изображение звезды, примерно, на 10' в направлении, параллельном плос-
кости лимба.
Рис. 142. Пентаквинтант
Это обыкновенная астрономическая труба с гюйгенсовским окуляром,
светосила и поле зрения которой увеличены благодаря, во-первых, боль-
шому диаметру объектива (40 мм), во-вторых слабому увеличению (4х)
и, в-третьих, устранению на секстанте верхней, непосеребренной части
малого зеркала и соответствующей части его оправы. Поле зрения этой
трубы 10°, а диаметр зрачка выхода 10 мм.
Опыт показал, что не только большая светосила, но и большое поле зрения
помогает глазу уловить линию горизонта.
При измерении высоты звезды с включенной призмой Волластона размытая
полоса горизонта вводится в середину между двумя изображениями звезды.
Чтобы не полагаться на точность изготовления этой призмы, определение по-
правки индекса делается в таком случае также с включенной призмой Волластона.
В некоторых английских секстантах, вместо призмы Волластона, имеется
астигматор — слабая цилиндрическая линза, вытягивающая изображение звезды
в черточку, параллельную горизонту.
Промерные гидрографические секстанты снабжаются только галилеевской
трубой.
На рис. 142 представлен прибор этого типа—п е и т а к в и п т а н т фирмы
Плат (Plath).
142
Навигационные секстанты имеют обычно радиус 15—20 см и точность вер-
ньера 10" или О',2 = 12”. Они снабжаются астрономической трубой с двумя
окулярами, дающими увеличения в 6 и 10 раз. При благоприятных условиях
точность измерения угла таким инструментом из двух сведений наблюдаемых
предметов и двух сведений одного предмета для определения коллимационной
погрешности характеризуется средней случайной ошибкой около zt 5". (О систе-
матических ошибках подробнее сказано ниже.)
Для измерения углов между земными предметами при навигационных опре-
делениях пользуются галилеевской трубкой с увеличением 3—4 раза.
Для наблюдения высот светил в море увеличение в 10 раз излишне. В стандарт-
ном секстанте флота США единственная труба имеет объектив 37 мм в диаметре
и снабжена 3 окулярами — астрономическим с нитями с увеличением 6х и гали-
леевскими с увеличениями 2х и 4х.
Ночью морской горизонт невидим или слабо видим и нередко представляется
не резкой линией, а несколько размытой темной полосой.
Чтобы улучшить его видимость в трубе и уточнить совмещение с ним изобра-
жения звезды, французский военный моряк, впоследствии адмирал, Флерье
(Fleuriais) предложил специальную трубу для ночных наблюдений. Кроме того,
он поместил между большим и малым зеркалами, наряду с темными стеклами,
в такой же оправе, двупреломляющую призму Волластона, удваивающую
изображение звезды, примерно, на 10' в направлении, параллельном плос-
кости лимба.
а
Рис. 142. Пентаквинтант
Это обыкновенная астрономическая труба с гюйгенсовским окуляром,
светосила и поле зрения которой увеличены благодаря, во-первых, боль-
шому диаметру объектива (40 мм), во-вторых слабому увеличению (4х)
и, в-третьих, устранению на секстанте верхней, непосеребренной части
малого зеркала и соответствующей части его оправы. Поле зрения этой
трубы 10°, а диаметр зрачка выхода 10 мм.
Опыт показал, что не только большая светосила, но и большое поле зрения
помогает глазу уловить линию горизонта.
При измерении высоты звезды с включенной призмой Волластона размытая
полоса горизонта вводится в середину между двумя изображениями звезды.
Чтобы не полагаться на точность изготовления этой призмы, определение по-
правки индекса делается в таком случае также с включенной призмой Волластона.
В некоторых английских секстантах, вместо призмы Волластона, имеется
астигматор — слабая цилиндрическая линза, вытягивающая изображение звезды
в черточку, параллельную горизонту.
Промерные гидрографические секстанты снабжаются только галилеевской
трубой.
На рис. 142 представлен прибор этого типа—п ентаквиптант фирмы
Плат (Plath).
142
Как квинтант, он допускает измерение обычным способом углов от 0 до 144°..
но перед его малым зеркалом можно еще поставить пентапризму, отклоняющую*
направление на левый предмет на 90° влево по отношению к оси трубы. С такой
призмой пентаквинтант позволяет, очевидно, измерять углы от 90 до 234°.
Точный разделенный лимб здесь заменен точной зубчатой нарезкой с зубцами
через 1°. За нее зацепляется бесконечный винт, служащий одновременно и наво-
дящим и микрометрическим. Его барабан разделен на 60 частей по Г. Лимб
с грубыми делениями через Г служит здесь только для счета целых градусов.
Как лимб, так и барабан отсчитываются без лупы.
Такой способ отсчета может дать точность, достаточную не только для про-
мерного, но и для навигационного секстанта, и находит себе все более частое
применение в секстантах. Только что упомянутый американский стандартный
секстант устроен таким же образом.
До недавнего времени зеркала на секстантах применялись только стеклян-
ные, посеребренные с задней стороны. В 1934 г. в Англии сконструированы зер-
кала (и большие и малые) с герметически закрытой посеребренной стороной,
круглой формы, облегчающей герметическое устройство оправы. Для более
дешевых секстантов и октантов применялись также зеркала из нержавеющей
стали. *
§ 3. Измерение высот светил секстантом
На море измерение видимой высоты h светила S (рис. 143), чаще всего Солнца,
сводится к измерению угла между ним и точкой А видимого морского горизонта,,
лежащей в том же вертикале. Из этого
угла вычитают наклонение или п о-
нижение видимого горизон- \
т а, т. е. угловое расстояние п между види- \
мым горизонтом и истинным горизонтом V\£__ ____/у/
НН1. Заметим, что лучи О А и ОВ не пря- Н----------
мые, а кривые, обращенные выпуклостью,
как правило, кверху, вследствие убывания -
рефракции воздуха с высотой. При высоте jf//'
глаза 18 м, т. е. при наблюдении с мос-
тика крупнейших современных кораблей, Рис. 143
п ^7',6.
Величина п либо берется из готовых таблиц, либо выводится из специальных
измерений угла АОВ = 180° — 2п. Первый способ менее надежен, так как
п зависит не только от высоты а глаза, но и от метеорологических факторов,
часто неизвестных, главным образом от разности температур воздуха и воды.
Табл. 14 Мореходных таблиц 1943 г., изд. Гидрографического управления,
дает значения п в минутах дуги, вычисленные по формуле
П - • У R Vа = 0,978 Кафут. 1,772 /ам, (3,1)
где к — 0,08 — средний коэффициент земной рефракции, а /? = 6370 км
20 900 000 ф. — радиус Земли. Табл. 15 тех же таблиц, изд. 1933 г., давала
поправку ДЛ высоты светила за разность температуры воздуха и воды, вычи-
сленную по формуле
Дй = — Дц = 0' ,40 (/возя. —/воды )• (3,2)
Впрочем, сравнение табличных величин с наблюдениями показывает, что
нередки случаи, когда введение последней поправки не улучшает, а ухудшает
результат.
* На русском языке наиболее подробное описание материальной части разных
секстантов дано в книге Сакеллари [15], стр. 168—224.
143*
Точка А горизонта, лежащая в вертикале светила, по виду не отличается от
«соседних. Поэтому для измерения угла между именно этой точкой и светилом,
высота которого заметно изменяется вследствие суточного вращения неба,
поступают следующим образом: ставят алидаду в такое положение, чтобы изо-
бражение светила приближалось к горизонту, покачивают секстант, удерживая
изображение светила все время на визирной линии или, по крайней мере, посе-
редине между нитями, параллельными плоскости лимба, и записывают показа-
ние часов в тот момент, когда светило впервые коснется горизонта.
При наблюдении светил, очень близких к меридиану, высота которых изме-
няется очень медленно, не дожидаются, пока изображение светила само дойдет
до горизонта, а одновременно с покачиванием секстанта вращают левой рукой
наводящий винт до первого соприкосновения светила с горизонтом.
Если во время покачивания секстанта светило остается на визирной линии,
то его положение относительно инструмента не изменяется, следовательно,
такое покачивание есть вращение секстанта вокруг оси, направленной к светилу,
а не вокруг оси трубы. Конечно, оно может слагаться из вращения вокруг оси
трубы и одновременного поворота наблюдателя вокруг вертикальной оси.
Чтобы быстро привести в поле зрения горизонт и изображение именно той
звезды, которую предположено наблюдать, ставят нуль верньера близ нуля
лимба и направляют трубу на избранную звезду. В поле зрения будут видны и
прямовидимое и дважды отраженное ее изображения. Затем медленно двигают
алидаду в сторону увеличения отсчетов и в то же время опускают весь секстант
так, чтобы отраженное изображение звезды все время оставалось в поле зрения,
пока в поле зрения же не окажется и видимый горизонт.
Другой способ: держат секстант левой рукой лимбом кверху, наблюдают
звезду, как прямовидимый предмет, и приблизительно совмещают с ней дважды
отраженное изображение горизонта. Затем переходят к обычному положению
прибора, т. е. держат его правой рукой, наблюдают горизонт как прямовиди-
мый и делают уже точное совмещение изображения звезды с ближайшей к
звезде точкой горизонта, как сказано выше.
Наконец, для той же цели можно предвычислить или определить номогра-
фически высоту намеченной звезды с точностью хотя бы до Г и установить
алидаду секстанта на соответствующий отсчет. Тогда, направив трубу на
горизонт, держа плоскость лимба вертикально и поворачиваясь по азимуту, легко
приведем в поле зрения изображение звезды, для которой сделано вычисление.
Для определения высоты светила угломерным отражательным инструментом
на суше измеряют угол между направлениями на светило и на его изображение
в горизонтальной отражающей плоекоети, называемой вообще искусствен-
ным горизонтом. Такое измерение, очевидно, даст двойную высоту,
а значит и двойную точность, если зеркало строго горизонтально.
Проще и точнее всего горизонтальная отражающая плоскость осуществляется
свободной поверхностью жидкости. Для наблюдения Солнца годится любая
жидкость, лучше вязкая. Наилучшим же искусственным горизонтом, пригод-
ным и для Солнца и для звезд, является свободная поверхность ртути. Чтобы
эта поверхность быстро успокаивалась после случайных сотрясений, стенки
сосуда должны смачиваться ртутью. Очень удобно круглое блюдечко из красной
меди, глубиной не более 1 мм, с посеребренной, или хотя бы только тщательно
очищенной, а затем амальгамированной, поверхностью. Перед самым наблю-
дением поверхность ртути очищают от пленки окислов и грязи, что удобно произ-
водится куском стеклянной трубки. Ее протирают снаружи полотном или бума-
гой, а затем проводят ею по поверхности ртути, скользя по краям медного
блюдца и вращая ее в сторону, противоположную той, в которую она вращалась
бы при качении. Если начать движение трубки от края сосуда, то ртуть пристает
и подтягивается к ней и оставляет на ней свой грязный слой, даже если уровень
ртути несколько ниже краев блюдца.
При наблюдении секстантом и тому подобными приборами искусственный
жидкий горизонт закрывается от ветра крышей со слюдяными или плоскопарал-
Д44
лельными стеклянными окнами. Влияние небольшой призматичности таких
стекол легко исключить, повторив наблюдение после поворота крыши на 180°.
§ 4. Измерение углов между земными предметами при помощи секстанта
На рис. 140 вершиной измеряемого угла является точка О, положение которой
на инструменте зависит от величины измеряемого угла. А при точном измерении
углов между близкими земными предметами над вершиной угла устанавливается
центр С разделенной дуги и требуется измерить угол именно при этой точке.
Легко показать, что для этого достаточно определять начальный отсчет (назо-
вем его теперь а'о) не по Солнцу или другому весьма далекому предмету, а по тому
из наблюдаемых предметов, который при измерении угла является прямовидимым.
Искомый угол равен а—а'о.
Разница а0—а0' есть, очевидно, угол, под которым от прямовидимого пред-
мета усматривается расстояние между осью алидады секстанта и осью его трубы.
Это расстояние d в обычных навигационных секстантах около 5 см. Следовательно,
для расстояния до прямовидимого предмета в s км
— величина на море ничтожная.
Когда не требуется максимальной точности, измерение углов между земными
предметами производится с руки и с земной галилеевской трубкой. В данном
случае, кроме отсутствия оборачивания изображений, галилеевская трубка
имеет еще то преимущество, что тут прямовидимая и дважды отраженная карти-
ны перекрываются лишь в довольно узкой полосе, параллельной лимбу, а не
во всем поле зрения, как в астрономической трубе. Иногда наблюдают и нево-
оруженным глазом.
В геодезии, топографии и гидрографии бывает нужен не сам измеряемый
секстантом угол а между направлениями на два предмета, а его проекция на пло-
скость горизонта, т. е. двугранный угол А между вертикальными плоскостями,
проходящими через место наблюдения и наблюдаемые предметы.
Спроектировав все эти направления на вспомогательную небесную сферу,
легко убедиться, что А есть угол сферического треугольника со сторонами а,
b = 90° — к и с = 90° — /, где к и I — угловые высоты наблюдаемых напра-
влений.
При малых к и I удобнее вычислять А не по строгой формуле косинусов сфери-
ческой тригонометрии, а по следующей соответствующей ей приближенной,
точной включительно до величин третьего порядка относительно к и I:
А __ а = 1 (к + iy tg | - * (к - /)2 ctg | ’ M,2)
где углы выражены в радианах, или
(А — а)" = + (*-/)'2ctg|]:229, (4,3)
если выражать к и I в минутах, приведение же А — а угла к горизонту —
в секундах.
§ 5. Погрешности секстанта и его поверки
В изложенной выше элементарной теории секстанта предполагалось, что:
разность а — а0 отсчетов на лимбе дает угол между зеркалами; направления
на наблюдаемые предметы перпендикулярны линии пересечения зеркал; отра-
жение света от этих зеркал совершается по закону отражения света от плоскости,
и светофильтры не изменяют направления проходящих через них лучей.
10 Оптика в военном де.чс—215.
145
Чтобы эти требования были выполнены при всяких значениях измеряемого
угла, секстант должен удовлетворять следующим условиям:
1) ось вращения алидады и большого зеркала должна быть перпендикулярна
к плоскости лимба;
2) она должна проходить через центр делений лимба;
3) большое и малое зеркала должны быть перпендикулярны плоскости лимба;
4) визирная линия трубы должна быть параллельна плоскости лимба;
5) обе поверхности каждого зеркала должны быть не только плоски, но и
параллельны между собою;
б) темные стекла перед зеркалами также должны быть плоскопараллельными.
' ’ Рассмотрим систематические ошибки измерения углов секстантом, проис-
ходящие от неточного соблюдения этих условий, и соответствующие поверки
инструмента.
При неперпендикулярности оси алидады к пло-
скости лимба угол поворота алидады будет проекцией угла, измеренного на лимбе,
на плоскость, перпендикулярную к оси вращения. Нетрудно показать, что при
неперпендикулярности оси алидады к лимбу, равной <о угловых минут, наиболь-
шая ошибка от этой причины будет меньше дуговых секунд.
Так, при <о = 5' ошибка будет меньше 0”,5. Изготовление лимба и втулки
для оси алидады на токарном станке обеспечивает достаточную их перпенди-
кулярность.
Пусть теперь визирная линия трубы, передняя нормаль к большому зеркалу
и задняя нормаль к малому зеркалу наклонены к плоскости лимба под углами i,
к и I соответственно. При наличии этих наклонностей трубы и
зеркал измеренный угол выразится через отсчет а секстанта и через инстру-
ментальные постоянные формулой
х = л — а0+Д/2 + Вк2 + С12 + Dik 4- Eil+Fkl.* (5,1)
В этой формуле а0 — отсчет, при котором проекции нормалей к зеркалам
на плоскость лимба параллельны между собой. Он соответствует в общем случае
коллимационной погрешности. Коэффициенты же A,..F выражаются через
неисправленный угол х0 = а — ао и через угол крепления малого зеркала fl так:
2 cos (х0 — ft) cos ft
sin x0
(5,2)
Д = —tgyxo,
„c. „ 4cos(yXo-^cos₽
p___ 2 sin ft p____________\ *_____/____
1 ’ r “ sin x0
COS у *o
В приведенных формулах все углы выражены в радианах. Если же выражать
z, к и I в минутах, а поправку х— х0 — в секундах, то коэффициенты A,..F,
надо, очевидно, умножить на
= аге 1° = 0,01745 1. (5,3)
<11 U А I
Теперь ясно, что влияние ошибок i, к, I на измерение не слишком малого
угла х настолько слабо, что достаточно сделать эти ошибки не превосходящими
нескольких минут дуги, чтобы в дальнейшем их не учитывать.
* Введение в практическую астрономию [8], стр. 244, или В. В. Витковский [7],
Топография, гл. XV.
И6
Чтобы можно было для определения коллимационной погрешности совместить
два изображения отдаленного предмета, очевидно, что при некотором положении
алидады должны быть параллельны между собою не только проекции нормалей
к зеркалам на плоскость лимба, но и сами эти нормали, т. е. наклонности обоих
зеркал должны быть одинаковы: 1= к.
Это и достигается с большой точностью тем, что сводят два изображения
одного и того же далекого предмета, действуя попеременно наводящим винтом
алидады и исправительным винтом, изменяющим наклон малого зеркала. Если
же установить алидаду на отсчет 0° и сводить изображения, действуя обоими
исправительными винтами малого зеркала, то одновременно приведем к нулю
и коллимационную погрешность.
Для этого практически наиболее важного случая, когда к = I, по формулам
(5,1)—(5,3) получаем
Хо = <х— а0,
х = хи — 0/017 tg х0 • z2 — 0/035 tg j х0 + [ 1 + cos2 х0 — р) sec х0j fc2 4-
0/070 sin -|-х0 cos ^х0— P)sec ^x0 • ik, (5,4)
где i и к выражены в минутах дуги. Коэффициенты этой формулы не обращаются
в бесконечность уже ни при каких значениях х, измеряемых секстантом.
Для уничтожения наклонности большого зеркала
ориентируют его так, чтобы его продолженная плоскость прошла приблизительно
через середину дуги лимба, и наблюдают в нем изображение конца L лимба
(рис. 139), поместив глаз со стороны, противоположной лимбу, вблизи его про-
долженной плоскости. Если это изображение конца L лимба кажется продолже-
нием его начала L', видимого мимо зеркала, то плоскость зеркала перпендику-
лярна плоскости лимба. Если же изображение конца лимба будет выше или ниже
начальной части самого лимба, то этот разрыв или уступ уничтожается испра-
вительным винтом с большого зеркала. Точность этой операции повышается,
если наблюдать не сами концы лимба, а поставленные на них специальные диоп-
трики одинаковой высоты. После этого для уничтожения наклона малого зеркала
делаем к = I, как только что было описано.
Для уничтожения наклонности трубы к плоскости
лимба на берегу кладут секстант на какую-нибудь приблизительно горизон-
тальную подставку и направляют его трубу на отдаленный предмет. Наклоняют
лимб так, чтобы плоскость лимба прошла через этот предмет. Затем смотрят
снова в трубу, приводят изображение этого предмета на середину между горизон-
тальными нитями, действуя исправительными винтами g кольца G (рис. 139).
Наведение плоскости лимба на отдаленный предмет делается гораздо более
точно, если поставить на лимб специальные только что упомянутые поверочные
диоптрики.
На корабле наклон с трубы к плоскости лимба может быть измерен или обна-
ружен следующим образом. Выберем два взаимно неподвижных предмета, напри-
мер две яркие звезды, желательно, видимые под наибольшим доступным для
секстанта углом х. Уничтожив наклонности зеркал, сведем изображения этих
звезд не в центре, а на краях поля зрения трубы в точках—наиболее удаленной
от лимба и наиболее близкой к лимбу. Соответствующие отсчеты назовем 04 и а2.
Пусть угловой диаметр поля зрения трубы равен Л минут. Положив в форму-
лах (5, 1) и (5,2) к=1=0 и заменив i через i ± у, легко найдем, что в минутах дуги
а2 — ai = tg f [(i + 4У ~(* — у/]агс 1'= 2 аГс r tg • z Д,
откуда
i = 1719'^p-ctg J. (5,5)
147
Чтобы убедиться в отсутствии наклона трубы, достаточно проверить, что
изображения, сведенные на одном краю поля зрения (ближайшем или наиболее
удаленном от лимба), не расходятся на противоположном краю.
Изложенный способ проверки и определения i основан, очевидно, на допу-
щении, что визирная линия трубы соответствует середине поля зрения.
Чтобы уточнить этот способ, в американском стандартном секстанте пре-
дусмотрены две добавочные нити, близкие к краю поля зрения.
Влияние призматичности большого зеркала в направлении, перпенди-
кулярном лимбу, т. е. призматичности, обусловленной клином с ребром, парал-
лельным лимбу, аналогично изменению наклона большого зеркала. Из при-
веденных формул видно, что это обстоятельство может иметь ощутительное влия-
ние на результат только тогда, когда призматичность будет выражаться многими
минутами дуги. Но такая призматичность вызвала бы явно двоение изображений
и совершенно недопустима.
Поправка же углов за призматичность тбольшого зеркала,
параллельную лимбу, выражается формулой *
= у л2 + (п2 —l)tg2 + xj — /и24-(п2 — l)tg2p J. (5,6)
В этой формуле у — призматичность большого зеркала, параллельная лимбу,
т. е. угол между проекциями нормалей к обеим поверхностям большого зеркала
на плоскость лимба, положительный, когда зеркало обращено к трубе более
тонкой стороной; п — показатель преломления стекла; р— угол крепления
малого зеркала; х — измеряемый угол.
При п = 1,5 и р = 15° получаем
Д^х = Зц jjj/A + Atg2(15°+y х)-1,02 (5,7)
и для х = 120°, Дух = 5,8у, т. е. поправка почти в 6 раз больше, чем обусловившая
ее ошибка в изготовлении большого зеркала. А при наибольшем измеряемом
некоторыми секстантами угле в 140° Дтх = 9,9у.
Поэтому при приемке зеркал для секстантов в Гидрографии Военно-морского
флота установлен для продольной призматичности большого зеркала весьма
малый допуск ± 0''5 (для поперечной ± 2").
Заметим, что круглое зеркало имело бы в данном отношении ту выгоду, что
его всегда можно ориентировать так, чтобы призматичность его была перпенди-
кулярна лимбу.
На малое зеркало лучи падают под одним и тем же углом и при измерении
углов и при определении коллимационной погрешности. Поэтому его призматич-
ность не влияет на измерение углов.
По той же причине и призматичность светофильтров не повлияет на резуль-
тат измерений, если пользоваться одними и теми же стеклами и при измерении
угла и при определении погрешности индекса, что имеет место при наблюдении
Солнца с ртутным горизонтом. Включение же светофильтра только перед боль-
шим зеркалом вызовет ошибку (и — 1) у, где у — угол призматичности данного
стекла в направлении, параллельном лимбу.
Согласно техническим условий приемки секстантов навигационного типа,
приведенным в названной выше книге Сакеллари, допуски призматичности
малого зеркала 1" — параллельно и 2м — перпендикулярно к лимбу, а для
светофильтров — 12" или же Г в том случае, если направление призматичности
отмечено на стекле и стекло ориентировано так, чтобы преломляющее ребро
было параллельно лимбу.
* Н.Цинге р[ 19], Курс астрономии, ч. II, стр. 159, или Введение в практическую астро-
номию [8], стр. 249.
148
Поправка измерения секстантом угла за эксцентриситет
алидады выражается формулой
Дех =е [sin у (а'— Е) 4-sin е] , (5,8)
где а' — неисправленный отсчет; е и Е — элементы эксцентриситета, а именно:
е — расстояние от центра делений до оси вращения алидады, выраженное в номи-
нальных секундах данного лимба, т. е. в полусекундах, и Е — отсчет лимба
на его радиусе, проведенном из центра делений через ось вращения.
Лимб секстанта представляет лишь часть окружности, поэтому влияние эксцен-
триситета не может быть исключено, как обычно, путем отсчитывания по двум
или более отсчетным приспособлениям, равномерно расположенным на окруж-
ности. Эта ошибка является здесь важнейшей и определяется для разных отсче-
тов эмпирически, например путем измерения секстантом углов между отдален-
ными предметами, известных из измерений точным универсальным инструментом
и приведенных к плоским углам по формуле (4,3).
В специальных поверочных лабораториях (на Заводе штурманских приборов
Гидрографии Военно-морского флота в Ленинграде, в Кью около Лондона,
в германской Морской обсерватории в Гамбурге,в Оптическом институте в Париже
и т. д.) секстанты исследуются лабораторными способами.
Сущность способа, применяемого на Заводе штурманских приборов, состоит
втом, что алидада устанавливается на отсчеты0°, 10°, 20°,....120° и соответствую-
щие им действительные значения углов поворота большого зеркала измеряются
при помощи отсчитываемого двумя микроскопами-микрометрами полного круга,
к алидаде которого прикрепляется секстант. Подробнее об этом «приборе Гехель-
мана-Фусса» см. в книге Сакеллари [15].
В более современном приборе Гамбургской морской обсерватории, построен-
ном Бамбергом, секстантом измеряются углы между визирными линиями двух
коллиматоров, один из которых неподвижен, а другой вращается вокруг оси,
представляющей приблизительно продолжение оси секстанта. Угол поворота
отсчитывается на точно разделенном круге двумя микроскопами-микрометрами.
В Парижском оптическом институте измеряют испытуемым секстантом углы
между лучами, исходящими из двух параллельных коллиматоров, причем между
одним из этих коллиматоров и большим зеркалом секстанта устанавливаются
комбинации из призм типа пентапризмы, отклоняющих лучи на стандартные
постоянные углы.*
Если большое зеркало секстанта хорошего качества и лимб его разделен
на хорошей делительной машине, то ошибки измеряемых им углов относят за
счет только эксцентриситета алидады. Определив тем или иным способом эти
ошибки Дех, вычисляют по ним элементы е и Е по способу наименьших квадратов
из уравнений вида (5, 8). Затем с вероятнейшими е и Е вычисляют по тому же
уравнению (5, 8) таблицу поправок для аттестата секстанта. Так именно посту-
пают на морских обсерваториях. Зеркала же с заметкой призматичностью просто
бракуются.
Для определения элементов эксцентриситета секстанта и для вычисления
или проверки его таблицы поправок на корабле, можно измерить им расстояния
между яркими звездами и сравнить их с расстояниями, вычисляемыми по коор-
динатам звезд. Но этот способ требует довольно длительных вычислений, так
как необходимо учитывать влияние рефракции.
Английская фирма Хизс (Heath and Со.) изготовляет особые насадки** на трубу
секстанта, позволяющие решать на корабле ту же задачу по принципу, близкому
к принципу только что упомянутого лабораторного прибора Парижского опти-
ческого института. А именно, эти четыре насадки содержат призмы с двойным
отражением, закрывающие более далекую от лимба половину объектива и откло-
* Hydrographical Review, № 10 (XI. 1929).
*♦ Hydrographical Review, № 15 (V. 1931).
149
няющие визирную линию вправо на 30, 60, 90 и 120° соответственно. По отсчетам
секстанта при сведении изображений отдаленного предмета, например звезды
или краев Солнца, без насадок и с насадками, мы получим углы отклонения лучей
призмами, измеренные секстантом. Точные же значения этих углов выгравированы
на оправах призм.
§ 6. Отражательные круги
Так называются отражательные угломерные инструменты с полным кругом
и обычно с двумя диаметрально противоположными отсчетными приспособле-
ниями.
В некоторых из них — повторительном круге Борда, круге Эртеля и малень-
ком французском гидрографическом круге — лучи от наблюдаемых предметов,
как и в секстанте, отражаются от зеркал.
В призменном зеркальном круге Пистора и Мартинса, имевшем довольно ши-
рокое применение и на суше и на море, и в отражательном инструменте, построен-
.] о ном Репсольдом по
. указаниям пулков-
| ского астронома Дель-
лена, малое зеркало
заменено равнобед-
ренной призмой с уг-
лом крепления 0=70°,
вместо 0 — 15° у
секстанта.
В круге Пистора
призма прямоуголь-
ная, в инструменте
же Репсольда углы
при основании приз-
мы равны 70°, так что
боковые грани при-
близительно нормаль-
ны к проходящим че-
Рис. 144. Схема призменного отражательного круга Штейнгейля Рез НИХ лучам, И ЛИШ-
НЯЯ часть призмы
отрезана. * Круг Пистора допускает измерение углов приблизительно от 0 до 135°
и от 178 до 260°; инструмент Репсольда — от 330 через 0° до 135° и от 170
до 325°.
При измерении углов, близких к 180°, в обоих случаях надо наблюдать с оку-
лярной призмой, чтобы не заслонять лучей от второго предмета своей головой.
На рис. 144 схематически изображен призменный отражатель-
ный круг Штейнгейля (1830 г., но есть указание, что весьма близкий
к нему инструмент изобретен известным итальянским оптиком Амичи еще в
1820 г.). Хотя этот прибор ныне не применяется и никогда не имел такого распро-
странения, как круг Пистора, мы рассмотрим его подробнее, так как в некоторых
современных приборах можно усмотреть возрождение оптической схемы этого
изящного инструмента. (Теорией его занимался, между прочим, знаменитый
Бессель).
Здесь оба отражателя — равнобедренные прямоугольные призмы. Нижняя
призма / прикреплена к лимбу, а верхняя II связана с алидадой CD. Трубу Т
можно как угодно ориентировать относительно лимба и алидады, так как ее суп-
порт имеет вращение вокруг оси, геометрически совпадающей с осью вращения
алидады.
* Более подробное описание этих инструментов см., например, в книге: Н. Цингер [19],
Курс астрономии, ч. II. Круг Пистора описан и во многих других курсах астрономии
геодезической и мореходной.
150
Лучи от предмета А отражаются нижней призмой, лучи от предмета В —
верхней, и верхняя призма ориентируется относительно нижней так, чтобы по
выходе из призм эти лучи стали параллельными и изображения точек А и В
в трубе совместились приблизительно на оси трубы. Оси призм по конструкции
прибора перпендикулярны лимбу, а ось трубы — параллельна лимбу.
Равнобедренная призма изменяет направления проходящих через нее отра-
жающихся от ее основания лучей совершенно так же, как плоское зеркало,
совпадающее с ее основанием. Поэтому легко показать, что при указанных усло-
виях искомый плоский угол между направлениями на далекие предметы А и В
будет равен удвоенному углу между гипотенузами призм.
Трубу можно ориентировать параллельно гипотенузе неподвижной призмы.
Тогда один из предметов будет приблизительно на оси трубы, как и в прочих
отражательных инструментах, что несколько облегчит наблюдение.
Рассмотрим влияние неравнобедренности призм на изме-
рение углов призменным кругом. Неравнобедренную призму можно рассматри-
вать как равнобедренную с добавкой клина. Такие два клина с преломляющими
углами ух и т2 и представлены на рис. 144 прерывистыми линиями.
Клин с углом ух повернет луч, всту-
пающий в первую призму, по часовой'
стрелке на угол, равный, как легко показать,
TiKn2 + (n2—l)tgazx, где zx— угол паде-
ния луча на клин.Вследствие этого луч, выхо-
дящий из первой призмы, повернется на тот же
угол против часовой стрелки. Клин с углом
Ъ повернет луч, выходящий из второй призмы,
на угол у2 ]/л2-{-(л2— 1) tg2z2 против часо-
вой стрелки.
Совпадение изображений точек А и В не
нарушится от добавления клиньев yx и ?2 к
призмам, и, следовательно, неравнобедрен-
ность призм не повлияет на измерение угла,
если будет ух = ?2 и zx = i2.
Для равенства погрешностей ух и ?2 призмы
изготовлялись путем распиливания пополам
одной призмы по плоскости, перпендикулярной ее оси. Затем эти призмы монти-
ровались на инструменте без перекладки другой стороной. Углы же z’x и z2 будут
равны, если ориентировать трубу по биссектру между гипотенузами призм.
Заметим, что при такой ориентировке трубы отпадает надобность в окуляр-
ной призме при измерении углов, близких к 180°, например при измерении угла
180° — 2п (рис. 143), для вывода наклонения п видимого морского горизонта.
Призменный круг Штейнгейля допускает измерение всех углов от 0 до 360°.
Это позволяет, кроме любого угла х, измерять для исключения коллимационной
погрешности и его дополнение до 360°.
В итальянском флоте применяется и ныне отражательный круг Амичи, усо-
вершенствованный адм. Маньяги, где также оба зеркала секстанта заменены
равнобедренными прямоугольными призмами. В несколько схематизированном
виде этот отражательный круг Амичи — Маньяги представлен на рис. 145.
Он применяется для измерения углов между земными предметами. Поэтому,
труба его Т — галилеевская, и светофильтры отсутствуют. Большая призма 11
связана с закрытым разделенным кругом 12 см в диаметре, имеющим деления на
боковой цилиндрической поверхности. Отсчет с точностью до 20" производится
по противоположным верньерам с лупами L,L' и иллюминаторами 1,Г. Ширмы
s и s' препятствуют паразитным отражениям от катетов большой призмы. Повер-
нув большую призму прямым углом к себе, как показано пунктиром, можно
измерять углы от 90 до 180° и более. Пределы всех измеряемых этим прибором
углов — от 344 через 0° до 196°.
151
К отражательным кругам можно отнести и новейшие секстанты Казелла
(Casella and Со., Лондон) и Вильда (Н. Wild, Heerbrugg, Швейцария). Их лимбы—
полные стеклянные круги, отсчитываемые при помощи микрометров новейших
систем. Оптика секстанта фирмы Казелла обычная, секстант же Вильда имеет
еще ту существенную особенность, что малое зеркало заменено в нем двумя
призмами (повидимому, простой прямоугольной и пентапризмой), причем мень-
шая из них занимает среднюю полосу в зрачке входа трубы, а не половину его,
как в обычном секстанте.
Таким образом зрачок входа делится на три части; через крайние из них
поступают в глаз лучи от прямовидимого предмета, а через среднюю — четырех-
кратно отраженные.
Секстант Казелла, повидимому, не получил распространения, а Вильд пре-
кратил изготовление своих секстантов.
§ 1. Гирогоризонты для измерения высот светил на море
Безлунной ночью морской горизонт не виден, да и днем нередки случаи,
когда Солнце наблюдать можно, а горизонт закрыт туманом. Поэтому неодно-
кратно предлагались секстанты и квадранты с уровнем или с отвесом-маятником
для измерения высот без посредства видимого морского горизонта. Однако эти
инструменты не дали точности, близкой к точности измерения высоты над
видимым горизонтом с помощью обыкновенного секстанта, так как, вследствие
качки корабля, прибор получает ускорение, искажающее направление силы
тяжести относительно прибора. (Некоторые аэронавигационные инструменты
этого рода описаны ниже.) <
Теория показывает, что возмущающее влияние качки корабля на показания
отвеса или маятника может быть сделано в среднем достаточно малым лишь при
условии, что период собственных колебаний маятника будет значительно больше
периода вынуждающих колебаний, т. е. периода качки, равного обычно б—12 сек.
Но это приводит к неосуществимой на практике длине простого маятника.
В 1886 г. упомянутый выше Флерье изобрел прикрепляемый к секстанту
«гироскоп-коллиматор», или гирогоризонт Флерье, в котором коле-
бания сферического маятника, т. е. маятника с двумя степенями свободы,
заменены во многих отношениях аналогичным им прецессионным движением оси
ротора гироскопа, центр тяжести которого лежит немного ниже точки опоры.
В 1910 г. этот прибор был еще усовершенствован парижской фирмой Понтюс
и Террод (Ponthus et Therrode, преемники Hurliman). Вследствие деликатности
устройства и трудности наблюдений и их обработки гирогоризонт Флерье не
получил широкого распространения. Однако до настоящего времени он является,
повидимому, все же самым точным из искусственных горизонтов, применяемых
на корабле для астрономических наблюдений; поэтому мы его здесь и рассмотрим.
Приближенная теория гироскопа дает следующее выражение для периода Т
прецессии гироскопа, т. е. для промежутка времени, в течение которого ось
гироскопа под действием силы тяжести описывает коническую (замкнутую при
отсутствии затухания) поверхность
В этой формуле М — масса ротора, / — его момент инерции относительно
оси вращения, 2 — его угловая скорость вращения, g 981 см. сек.-2—уско-
рение силы тяжести и а — расстояние от точки подвеса до центра тяжести
ротора. В приборе Флерье* /И = 167 г, / = 528 г. см2, Q = 314 сек.-1 (3000
оборотов в минуту) и а = 0,05 см. Это дает период прецессии Т = 127 сек.,
* По измерениям инженер-капитана 1 ранга Д. С. Ми ха й л о ва, проделавшего
в 1940 г. обстоятельное теоретическое и опытное исследование прибора. Его диссер-
тационная работа «Гирогоризонт Флерье» будет вскоре напечатана. С любезного разрешения
автора я широко использовал ее при составлении настоящего параграфа. — В. Я.
К 2
равный периоду полного колебания математического маятника с длиною*
I Т2 g л
1 = 4^ = 4 КМ-
На рис. 146 представлен специальный небольшой секстант (радиус лимба
15 см, точность отсчета по верньеру О',5) с привинченным к нему гироскопом-
коллиматором Флерье. Часть цилиндрической коробки 7, в которой заключен
ротор 2, представлена вырезанной, чтобы показать внутренность.
Бронзовый ротор 2 (48 мм в диаметре) шпилькой 3 опирается на поверхность
сферического углубления закаленной стальной топки 4. По окружности ротора
сделаны зарубки, или лунки, 5.
Коробка 1 герметически закрыта крышкой б с манометром 7 и двумя стек-
лами — матовым 8 и прозрачным плоскопараллельным 9. Внизу она имеет два
крана Юн 77. Канал крана 10 разделяется на два, вступающие в коробку на высоте
лунок ротора под острыми углами к поверхности последнего. Кран 77 шлангом 12
Рис. 146. Секстант с гирогоризонтом флерье
соединяется с насосом, вроде автомобильного, но всасывающим, а не нагнета-
тельным.
На верхней поверхности ротора в его диаметральной плоскости расположен
коллиматор, состоящий из простой плосковыпуклой линзы 13 и пластинки 14
с 20 прозрачными горизонтальными прямыми линиями на темном фоне. Угловые
расстояния между соседними линиями около 10', а между двумя средними —
20'. Пятые от краев линии — прерывистые и при быстром вращении ротора
кажутся более бледными.
При работе гироскопа линии сетки видны непрерывно и тянутся через все
поле зрения. Сетка освещается ночью электрической лампочкой, а днем — зер-
калом, надеваемыми на патрубок 15. Лучи, прошедшие через коллиматор, посту-
пают сквозь трубочку 16 с ширмой 17 на конце в левую половину объектива
трубы секстанта. Правая половина, как обычно, принимает лучи от наблюдаемых
светил, отраженные зеркалами 18 и 19. ’
Наблюдатель надевает специальный пояс с двумя выдвижными подставками.
На одну из них надевается секстант втулкой, находящейся на его тыльной сто-
15»
роне, другая служит опорой для правой руки наблюдателя, держащей секстант.
Наблюдают стоя или сидя на чем-нибудь мягком. Инструмент ставят в плоскости
вертикала наблюдаемого светила и вращением алидады приводят это светило
в поле зрения приблизительно горизонтальной трубы. Отпускают арретир 20,
открывают оба крана, и помощник наблюдателя 10—12 ударами насоса приводит
ротор в быстрое вращение, запирает кран 10 и еще несколькими ударами насоса
создает в камере 1 вакуум при давлении 60—70 см. Тогда закрывают и кран
77 и замечают по часам этот «момент пуска гироскопа».
Сперва грубым движением алидады, а затем наводящим винтом 27 приводят
изображение Солнца или звезды на сетку и, пока амплитуда колебаний сетки
еще велика, замечают по хронометру моменты последовательных максимальных
и минимальных отсчетов по сетке. Разность этих моментов определит период
.прецессии, необходимой для вычисления поправки за вращение Земли.
Затем ждут, пока сетка прекратит заметные колебания, т. е. ось ротора уста-
новится достаточно вертикально, и приступают к собственно астрономическим
наблюдениям. Последние заключаются в отсчете положения на сетке звезды или
края Солнца через каждые 5—6 сек. с записью соответствующих моментов по
хронометру. Такие наблюдения ведутся в течение 1, 2 или 3 периодов прецессии
гироскопа, т. е. в течение 2, 4 или 6 мин. при Т = 120 сек. После этого застопо-
ривают ротор и делают отсчет по верньеру.
К этому отсчету, кроме обычных поправок за коллимацию (погрешность
индекса), рефракцию и полудиаметр Солнца, придают еще среднее из отсчетов
по сетке, умноженное на точную цену деления сетки (около 10'), постоянную
поправку нульпункта сетки и поправку Д за отклонение среднего направления
оси ротора от вертикали вследствие вращения Земли. Эта последняя поправка
выражается в минутах дуги формулой
1 т
Д — 75- Twcos<₽cos А = cos ? cos А. (7,2)
Здесь ® — угловая скорость вращения Земли, равная О',25 за 1 сек., ® — широта
места наблюдения, А — азимут светила, измеряемый от севера, а Т — период
прецессии в секундах, относящийся к среднему моменту наблюдений. Этот период
выводится из периода, наблюдаемого вслед за пуском гироскопа, с учетом про-
текшего времени, так как, согласно формуле (7, 1), с уменьшением угловой ско-
рости ротора убывает и период прецессии.
Точность измерения высоты светила секстантом с гирогоризонтом Флерье
около 1—2 ' при спокойном море, около 4—5' при несильной качке (до 6°)
и, повидимому, 5—10' при сильной качке.
Автор цитированной выше работы, Д. С. Михайлов, внес предложение
«приводить ротор в движение и поддерживать его скорость вращения постоян-
ной при помощи вращающегося магнитного поля, сделав ротор ротором асин-
хронного двигателя трехфазного тока», что, несомненно, существенно облегчит
наблюдения с этим прибором.
В морском гирогоризонте Аншютца* использован тот же
принцип, как и в гирогоризонте Флерье, но прибор, гораздо более массивный,
устанавливается на палубе независимо от секстанта. К верхней части ротора
прикреплено перпендикулярное его оси зеркало, которым и пользуются для
измерения высот светил секстантом так же, как обыкновенным зеркальным
или ртутным искусственным горизонтом при береговых наблюдениях.
§ 8. Авиационные секстанты и октант
Назначение этих приборов — измерение высот светил в полете для определения
•своего места. Для определения горизонтального или вертикального направле-
ния при этом используется главным образом уровень.
* Б. Кудревич, Некоторые конструкции гирогоризонтов, Записки по гидрографии
1934, № 1 и 2, § 5; Б. В. Булгаков [б], Прикладная теория гироскопа
стр. 37—38.
454
На рис. 147 схематически представлен секстант с приспособлением, обра-
щающим его в секстант с уровнем
Лит (Lyth) в Стокгольме. Оно
просто прилаживается к обыкно-
венному секстанту. Первона-
чальная модель авиасекстанта
этого типа была сконструирована
в 1897 г. проф. Едерином (Е.
Jaderin, изобретатель базисного
прибора, носящего его имя) для
несчастной экспедиции Андре к
Северному полюсу на воздушном
шаре.
Уже в секстанте Едерина был
осуществлен современный прин-
цип устройства оптики, дающей
изображение пузырька уровня:
при повороте секстанта вокруг
горизонтальной оси, нормальной
к лимбу, изображение пузырька
уровня должно двигаться в ту
же сторону и на тот же угол,
как и изображение наблюдаемого
. Это приспособление изготовляется фабрикой
Рис. 147. Схема авиасекстанта
светила.
И
НРГМЯ
ВМС О Г А
15
в
Рис 148
Рис. 148 представляет несколько схематически боковой вид авиасекстанта,
по конструкции весьма близкого к авиасекстанту Бусза (Booth, фирма
Н. Hughes and Son в Лондоне), а рис. 149 — продольный разрез этого при-
бора. На последнем
хорошо видна и вся
оптика прибора.
Этот прибор по-
зволяет измерять вы-
соты светил либо по
«искусственному го-
ризонту», т. е. при по-
мощи уровня, либо
над видимым гори-
зонтом, подобно обы-
кновенному секстан-
ту.
Оптика прибора
состоит из объектива
7, окуляра 2, прямо-
угольной «трехуголь-
ной призмы» 5, откло-
няющей на 90° осевой
луч, матовой лампоч-
ки 4, сферического
уровня 5 с прозрач-
ным дном, наполнен-
ного пентаном, «пяти-
угольной призмы» 6,
действующей так же,
луч на 135°, пово-
плоское зеркало, и отклоняющей осевой
как одно
ротной плоскопараллельной пластинки, или «главного зеркала» 7, и свето-
фильтров 8. Пластинка 7 вращением барабана 9 поворачивается вокруг
оси 10 на угол, отсчитываемый по делениям боковой поверхности барабана под
155
чертой на прозрачной целлулоидной пластинке 11 (рис. 148). Линейная величина
деления барабана — около 1 мм; угловая цена деления— 10'.
Соединение главного зеркала 7 с отсчетным барабаном 9 сделано следующим
образом. Барабан имеет внутри неизменно скрепленную с ним спираль. С осью 10
главного зеркала скреплен рычажок, круглый выступ которого всегда прижат
к спирали при помощи пружинки. Вращая барабан вместе со спиралью, мы
двигаем рычажок и поворачиваем связанную с ним ось 10. Спираль рассчитана
так, чтобы углы поворота главного зеркала были пропорциональны поворотам
барабана из расчета около 41° на 2 оборота барабана. Однако, не полагаясь на
точное соблюдение этого условия, в действительности градуируют барабан эмпи-
рически, поворачивая зеркало на определенные углы и делая соответствующие
Рис. 149. Схема авиасекстанта АС
отметки на барабане. Поэтому точность делений невелика. Она оценивается
заводом в 2’.
На светлом матовом фоне лампочки 4 пузырек уровня 5 виден через окуляр 2
как резко очерченное черное кольцо. Это происходит от того, что в краях пузырька
отражаются полным внутренним отражением лучи от вычерненной внутренней
поверхности ломаной зрительной трубки 7, 3, 6, 2.
Существенной особенностью уровня является следующее устройство для
регулировки величины его пузырька. Камера уровня трубочкой сообщается
с металлической цилиндрической камерой 12, заполненной тою же жидкостью.
Левая на чертеже стенка камеры — тонкая гофрированная мембрана из эластич-
ного металла. К ней припаяна трубочка 13 для доливки уровня, с винтовой
нарезкой на наружной стороне. «Большая гайка» 14 навинчивается на цилин-
дрическую часть камеры 12, а трубка 13 свободно проходит через отверстие
в середине этой гайки. На нарезку же трубочки 13 навинчена «малая гайка» 15.
156
Отвинчивая большую гайку и слегка завинчивая малую, мы, очевидно,
выгибаем мембрану наружу, следовательно, увеличиваем объем камеры и спо-
собствуем возникновению и росту пузырька из паров пентана. Наоборот, осво-
бодив малую гайку и завинчивая большую, мы давим на мембрану и можем таким
образом уменьшить и даже совсем уничтожить пузырек уровня.
В нерабочем состоянии обе гайки 14 и 75 должны быть
отпущены.
Во время наблюдений секстант держат левой рукой за рукоятку 16 (рис. 148).
Для измерения высоты Солнца при помощи уровня ставят ось объектива
приблизительно горизонтально, а диаметральную плоскость прибора — в вер-
тикале Солнца, вводят на пути солнечных лучей один или два светофильтра и,
вращая барабан, совмещают изображение Солнца в плоскопараллельной пла-
стинке с пузырьком уровня, видимым через окуляр 2 и пятиугольную призму 6.
Совмещение изображения заключается в том, что устанавливают диск Солнца
или наружный край лунного серпа концентрически с краями пузырька уровня.
Совмещение желательно производить близ визирной оси трубы, отмеченной
кружочком на поверхности ампулы уровня.
Однако нет необходимости в точном соблюдении этого условия, так как «уро-
вень фокусный», т. е. радиус кривизны его внутренней поверхности равен фокус-
ному расстоянию той оптической системы, которая дает его изображение, рас-
сматриваемое вместе с Солнцем. Благодаря этому совмещение пузырька с изо-
бражением Солнца не должно нарушаться от поворота прибора вокруг оси, пер-
пендикулярной его диаметральной плоскости.
Действительно, пусть такой поворот, положим на Г, совершен по часовой
стрелке, так что объектив трубы поднят, как показано на рис. 149 стрелкой.
Пузырек уровня сместится влево, а его изображение — на этот же угол кверху,1
т. е. по часовой стрелке. Таков будет поворот изображения пузырька относи-
тельно прибора. Поворот же его относительно отвесной линии будет, следова-
тельно, вдвое больше. Но на тот же угол в 2° и в ту же сторону — по часовой
стрелке — повернется и изображение Солнца в плоскопараллельной пластинке
от поворота этой пластинки вместе с прибором на 1°.
Для наблюдения звезды с помощью уровня помещают глаз в положение II
относительно прибора, т. е. смотрят на звезду сквозь плоскопараллельную
пластинку, и совмещают ее с отражением изображения пузырька уровня в поверх-
ности этой пластинки. Имеющимся в приборе реостатом яркость лампочки дово-
дится при этом до того минимума, при котором пузырек еще виден отчетливо.
По закону отражения всякое изменение высоты светила может быть компен-
сировано поворотом главного зеркала на угол, равный половине этого изменения
Значит, измеряемая высота отличается на некоторую постоянную «инструменталь-
ную поправку» от двойного угла поворота главного зеркала, считая от какого-
нибудь исходного его положения.
По конструкции прибора стараются сделать эту постоянную нулем, а надписи
на барабане дают уже удвоенные углы поворота.
Инструментальная постоянная определяется сравнением известной высоты
с соответствующим отсчетом секстанта. В качестве такой высоты может служить
наклонение видимого морского горизонта, которое можно взять из таблиц,
высота Солнца, вычисленная по известным широте и долготе места и времени
наблюдения, или, наконец, высота любого отдаленного предмета, измеренная
другим, более точным и выверенным прибором.
Для измерения высоты Солнца над видимым горизонтом лампочку 4 выдви-
гают и вращением барабана сводят изображение Солнца в главном зеркале с изоб-
ражением горизонта в ломаной трубе. Яркость горизонта под Солнцем может
быть уменьшена светофильтром 77.
Посмотрим, при каких условиях отсчет прибора не будет изменяться от пово-
рота инструмента вокруг оси, перпендикулярной его диаметральной плоскости.
Такой поворот равносилен повороту обоих предметов вокруг этой же оси на оди-
наковые углы. Чтобы при этом сведенные изображения не разошлись, очевидно,
157
необходимо и достаточно, чтобы оба изображения были обращенными или оба
необращенными в направлении верх — низ и чтобы угловые размеры на обоих
изображениях сохранялись или же были увеличены в одинаковое число
раз.
На изображении Солнца в главном зеркале верх и низ взаимно меняются.
В ломаной трубке, через которую мы наблюдаем горизонт, мы имеем три пере-
мены верха и низа: два от отражательных призм и одно от астрономической
трубы. Следовательно, на обоих изображениях верх и низ будут изменены.
Изображение Солнца в зеркале наблюдается невооруженным глазом, т. е.
с увеличением 1. Таково же должно быть и увеличение ломаной трубки, т. е.ее
объектив и окуляр должны иметь равные фокусные расстояния.
При соблюдении этих условий легко доказать, подобно тому как было сделано
в предыдущем случае, что отсчет барабана при сведении изображений двух
предметов в диаметральной плоскости прибора дает угол между направлениями
на эти предметы плюс некоторая инструментальная постоянная (коллимационная
погрешность). Эта погрешность, конечно, может быть иная, чем в случае изме-
рения высоты уровнем, и должна уничтожаться уже не перемещением целлулоид-
ной пластинки 11 с индексом, а исправительными винтами треугольной
призмы 3.
Точность измерения высот «по искусственному горизонту», т. е. с помощью
уровня, весьма невысока вследствие причин, уже выясненных в § 7. Заводское
описание секстанта АС указывает ±5' как точность среднего из 6 таких на-
блюдений. Известный специалист по аэронавигации Вимс (Weems) указывает
на ту же цифру, как ошибку среднего из 12 или более наблюдений.
При испытаниях на корабле на спокойной воде мы получили среднюю
квадратическую ошибку одного измерения высоты секстантом АС—± 5',
а на качке до 5° — около zt 13'.
Увеличение числа наблюдений, соединяемых в среднее, является самым про-
стым естественным средством уменьшить влияние случайных ускорений прибора
на измерение высот.
Чтобы ускорить производство таких массовых наблюдений и их обработку,
предлагались разные приспособления для автоматического соединения резуль-
татов в среднее.
У АС выпуска последних лет для этой цели служит весьма простой отмет-
чик высоты — пластиночка 18 (рис. 148) с скошенным краем, направлен-
ным по радиусу отсчетного барабана 9. Она привинчена к этому барабану и
вращается вместе с ним над неподвижной белой целлулоидной пластинкой 19,
служащей для записи наблюдений.
При каждом наблюдении высоты, вместо отсчета барабана, проводят тонко
очиненным карандашом черточку на пластинке 19 по прямолинейному краю
отметчика 18.
Затем на-глаз оценивают среднее положение сделанных отметок и, установив
на него край отметчика, делают единственный отсчет барабана. Если наблюдения
делаются приблизительно через одинаковые промежутки времени (порядка 15—
30 сек.), то моменты замечают только для первой и последней высоты, допуская,
что среднее из этих моментов есть среднее из моментов всех наблюдений.
В американском авиационном секстанте Линка [Link bubble sextant (octant),
модель A-12] отметчик более совершенный. Черта на барабане проводится
закрепленным на приборе карандашом при нажиме на скобку большим пальцем
левой руки наблюдателя, держащей инструмент. Это можно сделать, не меняя
положения инструмента, т. е. не отнимая его от глаза. Барабан легко снимает-
ся и заменяется другим, так что можно пронаблюдать несколько светил, а
потом в месте более удобном, чем место наблюдений, сделать отсчеты по
отметкам на барабанах, снова ставя их для этого на инструмент.
Оптическая схема этого секстанта отличается от схемы АС (рис. 149)
лавным образом лишь отсутствием объектива 7; на измерение высот над
видимым горизонтом этот секстант, следовательно, не рассчитан.
158
По Хульбурту,* ошибки отдельных высот, измеренных подобным секстантом,
с уровнем на малом корабле при среднем состоянии моря, в некоторых случаях
достигают 60', а ошибка среднего из пяти высот обычно не превосходит 30'.
Эти ошибки уменьшаются приблизительно вдвое, если сделать наблюдения
в те моменты, когда корабль, качаясь, проходит через положение равновесия,
так как при регулярной качке обусловленная ею скорость наблюдателя в этот
момент будет максимальною, а ускорение, искажающее направление силы-
тяжести, равно нулю.
Для подачи наблюдателю звукового сигнала в этот момент Хульбурт
построил простой прибор с жестким отвесом, который замыкает цепь электри-
ческого звонка при прохождении через положение, нормальное к палубе
корабля.
Как и в обыкновенном секстанте, в авиационных секстантах нарушение
симметрии оптики относительно диаметральной плоскости вызывает лишь
ошибки второго порядка. Совокупное действие всех ошибок определяется эмпи-
рически на особом приборе. Соответствующие поправки вносятся в таблицу
и прилагаются к прибору.
При отсутствии особого прибора можно составить таблицу поправок, измеряя
известные плоские углы между отчетливо видимыми отдельными земными пред-
метами или яркими звездами. Конечно, лампочка 4 при этом выдвигается и
уровень бездействует. Поправки высот, измеренных по искусственному и по-
естественному горизонту, разнятся между собою лишь на постоянное число.
При измерении углов между земными предметами секстант приходится дер-
жать горизонтально. Тогда у предметов, наблюдаемых в главном зеркале или
через него, верх и низ сохраняются, а у предметов, видимых через ломаную
трубку, — изменяются. В этом отношении взаимное расположение обеих картин
отличается от расположения их во всех рассмотренных выше отражательных
инструментах так же, как в дальномерах типов «Инверт»и «Коинциденц», соот-
ветственно.
Приведем в заключение еще следующие численные характеристики АС:
Свободное отверстие объектива ......... 16 мм
Фокусные расстояния объектива
и окуляра .............................77,9 мм
Чувствительность уровня................1°28' на 2 мм
Вес прибора в рабочем состоянии........1,5 кг
Общий габарит прибора
в рабочем состоянии ...................185 х 150 X 85 мм
Оптическая схема авиационного октанта (Aircraft oktant
Mark III Авиации Флота США)** при наблюдении высот над естественным
горизонтом напоминает призменный круг Штейнгейля.
Одна из призм прикреплена к корпусу прибора, другая — к зубчатому диску,
вращаемому бесконечным винтом с отсчетным барабаном. Труба дважды лома-
ная. В ее среднем вертикальном колене помещен фокусный уровень для наблю-
дения высот над искусственным горизонтом. Он находится в фокальной плоскости
объектива трубы и соединен с компенсационной камерой для регулировки вели-
чины пузырька, аналогичной камере авиасекстанта АС.
Чтобы видеть пузырек уровня ночью, пояс внутренней поверхности окулярной
трубки, непосредственно над уровнем, окрашен светящейся краской. Отражаясь
в краях пузырька, он делает пузырек светящимся кругом.
Солнце или звезда, конечно, не могут быть наблюдаемы сквозь пузырек уровня.
При помощи астигматора (цилиндрической линзы) изображения светил вытяги-
ваются в горизонтальную черточку или полоску, края которой выступают справа
и слева из-за краев пузырька.
* Е. О. Hulburt, J. О. S. А. 24, 143, 1933.
** Кол п а к о в [ 13], Аэронавигационные приборы, стр. 167— 173; В. D u 11 о n, Naviga-
tion and Nautical Astronomy, Annapolis, 1939, p. 424—425.
15»
При благоприятных обстоятельствах точность среднего из пяти измерений
высот этим прибором с искусственным горизонтом, т. е. пользуясь уровнем,
характеризуется ошибками в 5—8'.
К наиболее точным навигационным приборам с искусственным горизонтом,
т. е. приборам, позволяющим измерять высоты светил на корабле или самолете
не прибегая к видимому горизонту, относятся секстанты с интегра-
тором-осреднителем фирмы Плат (Plath) в Гамбурге.
Эти приборы строятся двух типов. В одном из них (Sold-Libellensextant,
Sold-Libellenoktant) искусственный горизонт осуществлен сферическим фокус-
ным уровнем, как и в нашем авиационном секстанте АС, в другом — гиро-
скопом-коллиматором, весьма похожим на описанный выше гироскоп-колли-
матор Флерье.
Оптика прибора первого типа в основном та же, что у АС, но, как и в аме-
риканском авиационном секстанте Линка, объектив (7 на рис. 149) отсутствует,
так что измерять высоты светил над видимым горизонтом этим инструментом
нельзя. Кроме того, между зеркалом (полупосеребренным в данном случае) и
глазом наблюдателя, на продолжении оси трубки, может устанавливаться гали-
леевская труба с двукратным увеличением — не столько для повышения точности
визирования вообще, сколько для наблюдателей с аметропическим зрением.
Механическая часть конструкции также похожа на АС, только отношение угла
поворота отсчетного градусного барабана (ср. 19 на рис. 148) к углу поворота
зеркала здесь больше. А именно, полный поворот градусного барабана соответ-
ствует изменению высоты на 30°. Работают почти три оборота, так что можно
измерять высоты до 80°. Чтобы не считать целых оборотов этого барабана, де-
сятки градусов отсчитываются по особой шкале десятков против указателя, скре-
пленного непосредственно с зеркалом; на градусном же барабане надписаны
только единицы числа градусов.
Существенной особенностью обоих типов этих приборов, отличающей их от
всех вышеописанных, является наличие интегратора-осреднителя. Это при-
способление позволяет отсчитывать не единичную высоту, а сразу среднее ариф-
метическое из всего, вообще говоря бесконечного, числа высот, на которые зер-
кало прибора устанавливалось за некоторый определенный промежуток времени
т (равный 40, 120 или 200 секундам).
Наблюдение производится следующим образом.
Приблизительно совмещают изображения светила и пузырька уровня, как и
в АС. Затем опускают на отсчетный барабан стопор, который должен соединить
этот барабан с осреднителем. На поверхности барабана, на каждом градусном
делении его, высверлены отверстия. При небольшом повороте барабана выступ
стопора защелкивается в ближайшее к нему отверстие барабана. В этот момент
положение зеркала соответствует высоте й0 в целое число градусов.
Добавочным поворотом барабана, уже связанного теперь с осреднителем,
приводят изображения светила и пузырька в возможно точное совпадение, пу-
скают в ход часовой механизм осреднителя и вращением рукоятки, связанной
с отсчетным барабаном, удерживают совпадение изображений в течение всего
времени т работы часового механизма. При этом добавочный поворот зеркала,
соответствующий приращению Дй высоты h0, вызывает вращение валика интег-
ратора со скоростью, пропорциональной Дй. Следовательно, поворот валика
за время т будет пропорционален
Mcp = -±!j ы<н,
6
т. е. среднему арифметическому из всех мгновенных значений за это время.
Прибор устроен так, что число целых градусов в ДЛср. есть число оборотов
валика интегратора. Оно отсчитывается на особом диске. Минуты же отсчиты-
ваются на барабане, насаженном на валик и разделенном на 60 частей.
160
Таким образом полный отсчет средней высоты слагается из четырех чисел;
1) десятки градусов в й0 со шкалы десятков, 2) число единиц градусов в й0, над-
писанное против того отверстия отсчетного барабана, в которое вошел выстуг.
стопора, 3) градусы в Ай с диска счетчика оборотов валика интегратора и 4) ми-
нуты в Ай с барабана интегратора. Чтобы избежать отрицательных Ай, надписи
на диске интегратора увеличены, а на основном отсчетном барабане уменьшены
на 3°.
Прибор позволяет пускать интегратор с одною из тех скоростей, соответ-
ствующие которым продолжительности наблюдения т равны, как уже сказано,
40, 120 и 200 секундам.
Высота Дйо+Дйср. относится к среднему моменту наблюдений, т. е. к мо-
менту пуска часового механизма, увеличенному на х/2 т, так как с достаточной
точностью можно считать, что за время т высоты светил изменяются равномерно.
Испытания на корабле дали среднюю квадратическую ошибку одного изме-
рения средней высоты этим прибором (с уровнем): ±2' на спокойной воде при
т = 40 сек. и :±5' на качке до 5° при т = 200 сек.
Основная часть интегратора — два валика, свободно вращающиеся вокруг своих осей
и соприкасающиеся своими поверхностями. Оси их параллельны диаметральной плоскости
прибора, а между собою образуют угол а, который может изменяться приблизительно в пре-
делах 45—135° в зависимости от добавочного поворота зеркала, соответствующего измене-
нию Дй высоты в интервале от —3° до 4-3°.
Часовой механизм перемещает ось первого, длинного цилиндрического валика равномер-
ным поступательным движением вдоль ее самой на 50 мм за все время z работы осреднителя.
Ось второго, короткого валика, или ролика, не имеет продольного перемещения, но может для
изменения угла а поворачиваться вокруг третьей оси, перпендикулярной осям обоих валиков
и пересекающей их.
Поверхности валиков матовые и первый из них прижимается ко второму силой специаль-
ной пружины, так что их относительное движение есть катание без скольжения.
Легко показать, что вследствие этого длинный валик, двигаясь поступательно
вместе со своей осью, будет в то же время и вращаться вокруг нее с угловой
скоростью, пропорциональной ctga, т. е. котангенсу угла между осями вали-
ков. (След точки соприкосновения валиков на поверхности данного валика представит при этом
«винтовую линию с переменным шагом», пропорциональным tga, т. е. обратно пропорциональ-
ным А/г).
Соединение оси ролика с главным отсчетным барабаном и устроено так, чтобы ctga был
пропорционален Дй. *
* Сочетание вала и ролика, подобное примененному здесь, составляет с} щность кон-
струкции некоторых интеграторов Абданк — Абакановича (Br. Abdank — Aba капоwicz,
Les integraphes, la courbe integrate et ses applications, Paris, 1886).
И Оптика в военном деле—215.
161
Раздел IX
ДАЛЬНОМЕРЫ И ВЫСОТОМЕРЫ
Глава 23
ДАЛЬНОМЕРЫ И ВЫСОТОМЕРЫ
§ 1. Приборы для измерения дистанции. § 2. Дальномеры с базою на местности:
горизонтально-базный, вертикально-базный. § 3. О точности измерения дальности
приборами с базою на местности. § 4. Дальномеры с базою на цели. § 5. Опти-
ческие внутрибазные дальномеры. § б. Принципиальная схема действия монокуляр-
ного дальномера. § 7. Клиновые компенсаторы. § 8. Типы монокулярных дально-
меров. § 9. Стереоскоп и стереоскопическое восприятие. § 10. Принципиальная
схема стереоскопического дальномера. § 11. Типы стереоскопических дальномеров.
§ 12. Некоторые новые типы стереоскопических дальномеров. § 13. Особенности
стереоскопического восприятия и методы испытания наблюдателей для работы со
стереоприборами. § 14. Приборы для измерения высоты цели (высотомеры). § 15. Рас-
стройства дальномеров и способы выверки: А. Расстройство по высоте. Б. Рас-
стройство по дальности. § 16. Дальнейшие усовершенствования дальномеров.
Выше мы познакомились с рядом оптических приборов артиллерии, обеспе-
чивающих наводку орудий на цель, корректирование огня и наблюдение за полем
боя. Мы знаем, какими способами можно направить на цель орудие, стоящее на
закрытой позиции, и какие приборы для этого служат (буссоль, стереотруба,
панорама). Мы также знаем, что для возможности попадания в цель необходимо
придать орудию соответствующий угол возвышения (угол местности + угол
прицеливания) и что угол прицеливания зависит от удаления орудия от цели;
стреляющий командир должен знать эту дистанцию и уметь ее определить. Суще-
ствует много способов определения дистанции, и всеми ими можно пользоваться
в зависимости от необходимой степени точности и условий боя. Наиболее про-
стые из этих способов следующие: глазомерный; снимание дистанции с карты,
если можно на карту нанести точку стояния батареи и цель; определение дистанции
при помощи сетки бинокля или стереотрубы, возможное в том случае, если около
цели есть предметы, относительно величины которых можно сделать довольно
верные предположения. Все эти способы не дают большой точности, но заслу-
' живают внимания по их простоте, по отсутствию сложных приборов и быстроте
получения результата. Если дистанция точно не определена, то для возможности
поражения цели необходимо проведение пристрелки дистанции или прицела (при
верном направлении орудия).
В современных условиях боя желательно максимально сократить время
пристрелки, а лучше всего совсем ее устранить и сразу вести стрельбу на пора-
жение, делая только во время самой стрельбы незначительные корректировки
направления (угломер) и дальности (прицел). Это особенно важно для стрельбы
по подвижным целям, какими являются танки, самолеты, морские суда. Техника
современного боя выдвинула способ уточненной стрельбы с правильно опреде-
ленными дистанциями и направлениями, с учетом даже таких, казалось бы,
второстепенных факторов, как ветер, температура заряда, плотность воздуха
и др., влияющих на полет снаряда в воздухе.
162
Этот способ стрельбы, в свою очередь, ставит перед оптическими приборами
задачу точного определения дистанции.
§ 1. Приборы для измерения дистанции
Среди способов определения дистанции особо стоят снимание дальности с
карты, определение дальности путем измерения мерной лентой. Остальные
способы, в том числе и глазомерный, основаны, как правило, на решении
треугольника, который в дальнейшем будем называть измерительным
треугольником; известными элементами являются обязательно одна
сторона (база) и два или, в случае прямоугольного треугольника, один угол.
В соответствии с положением базы можно строить приборы — дально-
мер ы—трех родов:
1) с базою на местности,
2) с базою внутри прибора,
*3) с базою на цели.
Совершенно очевидно и без аналитического рассмотрения вопроса, что чем
больше база, тем с меньшей точностью можно измерять углы треугольника для
получения дальности D с одной и той же точностью; и наоборот, чем точнее
измерены углы треугольника, тем меньше можно брать базу, поэтому приборы
с базою внутри прибора должны отличаться от приборов с базою на местности
особыми устройствами для измерения углов.
Точно так же ясно, что приборы второй группы должны быть более компакт-
ными и удобными в работе, чем приборы первой группы, они должны быть более
распространенными.
Приборы третьей группы отличаются от приборов первой и второй групп,
так как в отношении их не соблюдено высказанное выше условие: ни одна
сторона треугольника, в том числе и база, точно не известна; эти приборы
должны быть приборами малой точности.
Рассмотрение приборов второй группы и составляет в основном предмет
настоящей главы; приборы первой и третьей групп будут рассмотрены кратко,
лишь поскольку это необходимо для представления об их работе. В частности,
из приборов первой группы рассмотрим дальномеры горизонтально-базный,
вертикально-базный и крышеобразный высотомер (§ 14).
§ 2. Дальномеры с базою на местности
Горизонтально-базный дальне- с
мер обычно решает измерительный треугольник А
вида АО±О2 (рис. 150). / \
Заданными элементами треугольника являются: / \
1) сторона ОХО2 — так называемая база, заранее / \
разбитая на местности, / \
2) углы ах и а2, определяемые с концов базы при / \
помощи того или иного вида угломеров, направлен- / \
ных в точку А — положение цели. / / X. \
Искомой величиной является одна из сторон этого //\Р Р /х\
треугольника, АО1 или АО2, т. е. дальность цели А /А. у у Х\
относительно дальномерных постов Ох или О2. 0 г—’-2 1______г д
В зависимости от вида применяемого угломера ' г
углы и а2 могут лежать либо в горизонтальной Рис. 150
плоскости, когда применяются угломеры с горизон-
тальным столом, дающие отсчеты ах и а2, либо в наклонной плоскости, когда
применяются угломеры с наклонным столом, дающие отсчеты В, и В2
(рис. 150).
В соответствии с этим в одном случае решаемый треугольник будет лежать
в горизонтальной плоскости и искомой величиною будет горизонтальная даль-
ность ОХА или О2А, в другом случае решаемый треугольник будет лежать в пло-
*
163
скости база — цель и искомой величиною будет наклонная дальность ОХС или
О2С.
Решение измерительного треугольника в обоих случаях может производиться
геометрически и аналитически.
Понятие об одном из геометрических методов решения треугольника с помощью
специального построителя может дать рис. 151.
В точке А на конце базы находится главный угломер-построитель, а в точке
At—вспомогательный построитель. Основными деталями главного построителя
являются угломерный полукруг В, на котором нанесено 800 делений, и четыре
линейки АЕ, AD, КМ и АО.
Линейка АЕ снабжена визирным приспособлением — оптической моноку-
лярной трубкой — и называется визирной. Визирная линейка может
вращаться вокруг центра полукруга В и служит для визирования на цель. На
линейке нанесена шкала дистанции. Линейка AD называется вспомог а-
тельной и может вращаться вокруг того же центра, что и линейка АЕ. Она
служит для установки направления, получаемого со вспомогательного угломера.
Линейка АО располагается по диаметру полукруга В и называется б а з н ы м
бруском. По базному бруску АО можно передвигать колодку К и закреп-
лять ее в положении, соответствующем базе дальномера. Колодка К несет ось
определением расстояния до
вращения линейки КМ, которая называется
засекающей. Вторым концом М за-
секающая линейка соединена шарнирно с
базной линейкой DM, благодаря чему
вспомогательная и засекающая линейки
всегда устанавливаются параллельно друг
другу. Как видно из построения, засекаю-
щая и визирная линейки пересекаются в
точке с, соответствующей цели С; расстоя-
ния Ас и Кс являются искомыми дально-
стями.
Вспомогательный угломер имеет такую
же полуокружность и одну визирную ли-
нейку для визирования на цель. Перед
I приборы устанавливаются на опреде-
ленном расстоянии друг от друга и визируются один на другой, т. е.
диаметры полуокружностей приборов направляются вдоль базы. Угломеры
связываются телефонной линией. Наблюдателям, работающим на прибо-
рах, указывается одна и та же точка цели, на которую они и направляют
свои визирные линейки. Отсчет дуги по визирной линейке вспомогательного
угломера передается по телефону на главный угломер А, после чего вспомога-
тельная линейка AD ставится в положение, параллельное А±С, при этом образуется
треугольник АсК, подобный треугольнику АСАГ на местности. Дистанция —
дальность читается на визирной линейке построителя в точке пересечения ее
с засекающей.
Описанный построитель может применяться и отдельно от дальномера, в
этом случае визирная линейка АЕ устанавливается по шкале полуокружности
на основании данных, переданных с главного пункта.
Кроме геометрического метода решения треугольника, при работе дально-
мером с базою на местности применяется и аналитический метод; в этом случае
дистанция вычисляется по формуле
в • sin 3
Sin (а + 3) *
(2,1)
Высота цели Я может быть вычислена по формуле
Н _ в • sin3 tgs
Sin (о +- -1)
(2,2)
или по формуле jy В
COS a ctg Sj + COS 3 Ctg г2
(2,3)
где ех и е2 —углы места цели и В — база.
Хотя для вычисления дальности по формуле и можно создать вспомогатель-
ные таблицы и счетные приспособления, все же аналитическое решение более
длительно, чем геометрическое, и оно в практике полевой работы редко приме-
няется.
Вертикально-базный даль-
номер отличается отгоризонтально-баз-
ноготем, что он решает дальномерный треу-
гольник ОАС (рис. 152), расположенный в
вертикальной плоскости, при этом треу-
гольник прямоугольный и цель обязательно
должна находиться в плоскости горизонта.
Отсюда видим, что этот дальномер приме-
ним исключительно в береговой артилле-
рии. Схема измерения дистанции до не-
приятельского корабля ясна из рис. 152,
где О — наблюдательный пункт, В—известная база. Прибор измеряет угол а —
угол наклона оптической оси зрительной трубы, наведенной нацель, к горизон-
тальной плоскости. Решение измерительного треугольника по формуле
D = В ctg а
(2,4)
производится механически в процессе определения угла а.
Вертикально-базный дальномер имеет следующие главные части (рис. 153):
чугунное основание, дугу направлений, равную 180° и разделенную на 800 деле-
ний, цилиндр дальности со шка-
лами дальностей для разных вели-
чин баз, клин с указателем и зри-
тельную трубу, которая может вра-
щаться около горизонтальной оси.
Определение расстояния произ-
водится после установки прибора
на возвышенном берегу моря. После
надлежащей ориентировки и регу-
лировки прибора производится ви-
Зрит, mpyba
подстава
Рис. 153 зирование оптическойтрубой на дан-
ную цель. Для этого горизонталь-
ная нить перекрестия трубы наводится на цель, причем придание трубе того или
иного угла наклона производится перемещением клина, который имеет фигурный
срез, по дуге некоторой кривой. На эту кривую опирается ролик подставки, под-
держивающий трубу. Указатель, соединенный с клином, во время наклона трубы
скользит вдоль шкалы дальностей, имеющей деления через 2 мм. Указанная
конструкция дальномера позволяет в процессе определения угла а вводить
поправки в определение дальности на сферичность Земли и рефракцию.
§ 3. О точности измерения дальности приборами с базою на местности
Ошибки определения дальности, при наличии исправных угломерных при-
боров и правильной их установке, происходят от следующих причин:
1) от ошибки в измерении углов треугольника,
2) от ошибки в измерении базы и
3) от запаздывания в приемке данных с вспомогательного пункта на главный.
Последняя причина имеет большое значение лишь при работе по самолету.
Для оценки возможной точности измерения дальности продифференцируем
формулу (2,1) по переменным В, а и р; заменив дифференциалы конечными
приращениями ДВ, Да и Др, получаем формулу для вычисления относительной
165
ошибки Дальности по заданным ошибкам измерения базы и углов треуголь-
ника
~ + ctg (а -£0) д« + [ctg 0 — ctg (а + 0)] Др.
(3,1)
В случае вычисления высоты Я по формуле (2,2) выражение для вычисления
относительной ошибки в определении Н примет вид
V = IT + ct§ <а + W Да + tct? ₽ - ctg (« + ₽)] ДР + • <3-2)
Обычно ошибкой можно пренебречь, так как разбивка базы на местности
может быть выполнена с высокой степенью точности; во всяком случае, точность
до 0,25% не представляет каких-либо трудностей.
Ошибка в определении дальности от неточности, измерения углов а и (3 пере-
менна и зависит от величины углов аир.
Допустим, что Да и Др равны 0-01 (1 деление угломера), т. е. углы аир измерены
с точностью до одной тысячной дистанции — точностью большинства угломер-
ных приборов, принятых на вооружение; тогда формула (3,1) для вычисления
величины -р- примет вид
== 2 ctg (а + р) 0,001 + ctgp • 0,001. (3,3)
В табл. 6 представлены значения первого и второго членов формулы для
переменного значения углов а и 0
Таблица 6
a -f- 3 в градусах 2ctga + 3). 0,001 в % 0 в градусах ctg 8. 0,001 в %
10 1,2 10 0,6
20 0,6 20 0,3
40 0,24 40 0,12
60 0,12 60 0,06
70 0,08 70 0,04
80 0,04 80 0,02
100 0,08
120 0,12
140 0,24
160 0,60
170 1,2
Табл. 6 показывает, что чем острее угол у = 180—(a-f-0), т. е. чем более вытянут
треугольник О АС к вершине, тем менее точно измеряется дистанция. Ошибка
измерения вырастает также при очень острых углах 0, т. е. когда цель нахо-
дится близко к направлению вдоль базы: в этом случае треугольник О АС слиш-
ком вытянут в сторону от базы.
Эти Два обстоятельства ставят ограничения для использования горизонтально-
базного дальномера, именно: 1) нельзя допускать очень острые углы у, 2) нельзя
измерять дистанцию под очень острыми углами 0.
Если поставить требование, чтобы ошибки измерения Дистанции, происхо-
дящие от неточности угловых измерений, не превосходили 1°/0, необходимо огра-
ничить угол у, допустив измерение, только таких дистанций, Для которых у ^>10°.
Отсюда легко подсчитать приблизительно предельную дистанцию, которую можно
еще измерять при данной базе.
Из формулы (2,1) получаем
р __ В • sin 3
“sItHo3*
(3,4)
Если принять (3 = 90°, то получаем, что при данной базе В можно измерять
дистанции не свыше 6 В. При углах (3, отличающихся от 90°, будем иметь пре-
дельную дистанцию еще меньше.
Отсюда делаем вывод: горизонтально-базный дальномер должен иметь базу
не меньше у максимальной измеряемой дистанции.
Отсюда также вытекает, что при способе короткой базы (порядка 100 м) для
больших дистанций ошибки в измерении будут большими; этот способ может
дать удовлетворительные результаты только для небольших дистанций порядка
нескольких километров.
Табл. 7 характеризует работу короткой базы (80 м) при измерении под раз-
ными углами к базе. В этой таблице даны дистанции в метрах, для которых
50% измерений дают заданную величину вероятной ошибки.
Таблица 7
Угол (90—а) в делениях угломера Величина вероятных ошибок
75 и 125 м 250 м
0-00 2500 2600 3100
4-00 2200 2300 2800
8-00 1400 1800 2400
Сравнивая эти данные с табл. 8, характеризующей рассеяние полевой пушки,
видим, что точность способа короткой базы недостаточна.
Таблица 8
Дистанция в метрах Пушка 1927 г. Пушка 1902 г.
граната шрапнель граната шрапнель
ошибка в метрах
1000 14 27 16 22
2000 14 26 15 20
3000 18 31 16 21
4000 22 38 20 26
5000 28 46 , 25 31
6000 37 54 32 ——
7000 —. 64 41 —
Повысить ее можно только повышением точности угловых измерений. Вот
почему стереотруба, предназначенная для светометрических постов, должна
измерять углы с точностью до 1 минуты дуги, т. е. до х/4 тысячной дистанции.
При этом все ошибки вышеприведенной таблицы уменьшатся в 4 раза и
приблизятся к величине рассеяния пушки, хотя все же будут ее превосходить.
Увеличения размеров ошибок, которые происходят при измерении дистанции
под очень острыми углами р, избегают тем, что выставляют еще один или два
вспомогательных прибора с базами, направленными в разные стороны от глав-
ного прибора, и, в зависимости от положения цели, работают с наиболее выгодной
из баз. С'
Приведенный анализ ошибок горизонтально-базного дальномера выявляет
ряд недостатков таких приборов. Все эти недостатки вместе с тактическими их
недостатками сводятся к следующему:
1. Большие ошибки при измерении базы в полевых условиях.
2. Неточность измерения углов современными полевыми угломерными ин-
струментами и необходимость, поэтому, переходить к большим базам, что в поле-
вых условиях тактически невыгодно, а иногда прямо невозможно.
167
3. Условие, чтобы пункты виделй друг друга для возможности ориентиро-
вания, что при пересеченной и лесистой местности ограничивает величину базы.
4. Необходимость телефонной связи между удаленными друг от друга пунк-
тами для передачи отсчетов угла со вспомогательного пункта.
5. Трудность целеуказания с главного пункта на вспомогательный, так как
видимое со вспомогательного пункта расположение предметов может быть совер-
шенно иным, чем оно представляется на главном пункте.
Все это сильно ограничивает возможность применения горизонтально-баз-
ного дальномера. Однако нельзя считать его совершенно непригодным. Совре-
менная измерительная техника уже дает способы быстрого и гораздо более точ-
ного, чем раньше, измерения баз — это повысит точность работы всего прибора.
Современная оптико-механическая промышленность может изготовлять угломер-
ные полевые приборы, точность которых значительно превышает точность
0-01, принимавшуюся для прежних военных угломерных приборов. Все это
позволит укоротить базы, а тогда вопросы связи и целеуказания будут раз-
решаться гораздо легче.
Таким образом на основе новой техники вполне возможно возрождение
и широкое применение принципа горизонтально-базного дальномера.
Вполне возможно применение этого дальномера и для подвижных целей.
Медленно двигающиеся цели (танк) не представляют затруднений для измерения
дистанций. При целях быстроподвижных (бронемашина, бронепоезд, самолет)
встает вопрос об одновременности засечек цели с двух пунктов в точно опреде-
ленные моменты времени.
Эта проблема в настоящее время разрешается неудовлетворительно, что при-
водит к новым ошибкам, сильно понижающим точность результатов. Проблема
точной одновременности работы обоих пунктов требует почти полной автоматиза-
ции всей работы. Возможности и опыт в этом направлении имеются; укажем,
например, на успехи, сделанные в построении синхронизованных приборов управ-
ления артиллерийским огнем (см. ниже, гл. 26).
§ 4. Дальномеры с базою на цели
В этих дальномерах за известную сторону измерительного треугольника при-
нимают размеры цели. Пусть нам известна высота h цели. При помощи сетки
бинокля или стереотрубы измеряем угол а, под которым из точки А видна высота h.
Тогда дальность до цели определяется по формуле
(4’1}
Если угол а мал, что весьма часто имеет место, то вместо tga можно взять
величину этого угла. Если угол а измерен в тысячных долях дистанции, т. е. в
делениях угломера,* то D = — 1000, где а — число тысячных в измеренном
угле. Такой способ вычисления дальности безусловно применим для углов а,
не выходящих из пределов поля зрения бинокля и стереотрубы. Упрощенной
формулой можно пользоваться при углах а = 3-00 делений угломера; при а
больше 3-00 делений угломера для вычисления дистанции необходимо пользо-
ваться более точной формулой.
Указанный способ измерения дальности очень прост и быстр в применении,
но содержит большие ошибки, которые происходят главным образом от отсут-
ствия точных данных о высоте h предмета или других его размеров. (Таким же
приемом можно измерять дальности, если известны, например, горизонтальные
размеры предмета).
* См. гл. 21, § 1.
168
Ниже мы приводим приблизительные размеры некоторых наиболее часто
встречающихся объектов, пригодных для измерения дистанции
Человек............................. 1,5 м
Всадник.............................. 2
Телеграфный столб 6 „
Средняя высота леса ..................21 „
Расстояние между телеграфными
столбами..............................83 „
Ошибка в размерах предмета легко может достигать 10% и больше. Кроме
этой ошибки, имеется большая ошибка в измерении угла а, которая от дрожания
бинокля в руках наблюдателя также может достигать большого числа процентов,
особенно при небольших углах а, т. е. на больших дистанциях.
В результате мы можем измерить по этому методу дистанцию с точностью
только до 10%, а иногда и еще более грубо.
Микрометры, или дальномеры с базой на цели. Для
повышения точности указанного выше способа можно итти в направлении уточ-
нения измерения углов а; неточное знание размеров цели остается. В этом направ-
лении был разработан ряд специальных приборов, так называемых м и к р о-
метров, которые мы будем называть также дальномерами с базой
на цели.
Наиболее простым из таких дальномеров является металлическая планка
с угловым вырезом (рис. 154.) Эту планку наблюдатель держит на некотором
удалении от себя (на вытянутую руку) и располагает ее так,
чтобы наблюдаемый предмет точно помещался внутри угло- я ю
вого выреза, касаясь его верхнего и нижнего краев. На одном
из краев нанесена шкала дистанций, рассчитанная для пред-
метов определенной высоты и для данного удаления планки
от глаз наблюдателя. Точность такого прибора очень невы- рис 154
сокая. и ’
Микрометры с раздвоением изображения представляют собой
зрительную трубу, объектив которой разрезан по диаметру на две половины.
Прибор наводится на цель так, чтобы линия разреза объектива была верти-
кальна. Предварительно на особой шкале, имеющейся на боковой поверхности
прибора, ставится известная с некоторой степенью точности высота наблюдаемой
цели. Рассматривая цель в прибор, наблюдатель будет видеть два изображения
цели, смещенные друг относительно друга в вертикальном направлении. Раз-
двигая или сдвигая половинки объектива, их устанавливают так, чтобы
верхняя часть нижнего изображения касалась нижней части верхнего; другими
словами, чтобы оба изображения были раздвинуты на полную высоту цели. Это
раздвижение изображений как раз соответствует угловым размерам цели.
Указатель шкалы на боковой поверхности прибора покажет в этом случае
дистанцию до цели.
Во французской армии для измерения дистанций применяется 7х бинокль-
дальномер с двойным изображением и шкалой в поле зрения.
Точность дальномеров с раздвоенным изображением несколько выше, чем
при измерении дистанции с помощью сетки бинокля, но все же недостаточная.
Причины ошибок те же. Сравнительная характеристика ошибок (квадратичных)
таких дальномеров приведена в табл. 9.
Таблица 9
Увеличение прибора h вм ДЛвм тДа ДР при D= 1000м в м
Зрительная труба по всаднику 8 2,9 0,1 2' 42
Морская труба с двой- ным изображением по высоте судна 15 20 0,2 О',5 10
169*
§ 5. Оптические внутрибазные дальномеры
Описанные выше приборы не вполне удовлетворяют требованиям, вытекаю-
щим из особенностей современного боя. Приборы с базою на цели дают невысо-
кую точность, а приборы с базою на местности требуют значительного времени
на развертывание установки, обеспечение синхронности работы двух постов
и, кроме того, при работе такого дальномера значительно затруднено целеука-
зание. По тактическим требованиям, дальность желательно определять не с двух,
а только с одного наблюдательного пункта. Так как при решении измерительного
треугольника необходимо знать одну сторону, базу, то очевидно, что требование
сводится к уменьшению базы дальномера до крайних возможных пределов. База
•современных дальномеров настолько мала, что оба угломерных инструмента,
находившиеся на пунктах А и Аг (горизонтально-базный дальномер) предста-
вляется возможным соединить на общем основании и вести работу с одного пункта.
Этим требованиям удовлетворяют короткобазные оптические дальномеры с ба-
зою внутри прибора, появившиеся в морском флоте еще до войны 1914 г., но
значение их для полевой артиллерии было оценено лишь во время и после
войны 1914—1918 гг. В последнее время эти даль-
номеры непрерывно совершенствовались примени-
тельно к различным требованиям.
f~\ f Значение, которое придается дальномерам, ста-
/ \ новится ясным из того, что в настоящее время
/ \ нет, вероятно, ни одной крупной капиталистиче-
/ \ ской страны, в которой не было бы собственного
/ \ дальномеростроения. Достаточно назвать ряд фирм:
/ \ Барр и Струд в Англии, Цейсс в Германии, Сом и-
/ \ Левалуа во Франции, Бауш и Ломб в Америке,
/ \ Сан-Джорджио и Оффичине Галилео в Италии.
/ \ Принцип измерения дальности зде сь остается тот
А L_________________же самый, что и в дальномерах с базою на мест-
ности.
Рис. 155 Пусть (рис. 155) АВ — база прибора, точно
известная и входящая в конструктивные размеры
прибора. Назовем угол е при точке С, изображающей наблюдаемую цель,
параллактическим углом данной цели; это есть угол, под которым из цели
видна база прибора. Вследствие того, что база прибора (не превышаю-
щая 10 м) мала по сравнению с дальностью D до цели и приблизительно перпен-
дикулярна к направлению на цель, можно прямую АВ принять за дугу, описан-
ную из точки С радиусом D. Длина этой дуги будет равна радиусу, умножен-
ному на величину угла, измеренного в радиальных единицах, т. е. АВ = De,
или, если базу АВ условимся обозначать буквою В,
D = 4. (5,1)
Таким образом измерение дальности оптическим внутрибазным дальномером
сводится к измерению параллактического угла е; ошибка измерения дальности
будет, главным образом, зависеть от ошибки в измерении параллактического
угла, т. е.
В табл. 10 приведены параллактические углы, вычисленные для некоторых
баз и дальностей. Из этой таблицы видно, что измерению подлежат углы, не
превосходящие нескольких минут.
Поэтому внутрибазные оптические дальномеры должны являться чрезвычайно
точными угломерными приборами, специально приспособленными для точного
измерения очень малых углов, иначе все их тактические преимущества не мо-
.170
гут быть реализованы. По существу они такими и являются. Например, точ-
ность измерения углов дальномера с увеличением 20х доведена в настоящее время
до 0",5 в пространстве предметов; ни один из угломерных полевых приборов не
может дать такой точности. В этом огромное преимущество, но вместе с тем та-
кая точность требует защиты оптической системы и измерительных приспособ-
лений дальномера от внешних воздействий: тряски, толчков, изменения темпера-
ратуры и других причин.
Таблица 10
D »1 км 1 2 3 5 10 15 20 км
В в метрах Параллактические углы в секундах
1 206 103 68 42 21 14 10
2 412 206 137 82 41 27 20
4 824 412 275 164 82 55 41
10 2060 1030 687 412 206 135 103
§ 6. Принципиальная схема действия монокулярного дальномера
Принципиальная схема короткобазных оптических дальномеров следующая
(рис. 156): на концах базы находятся два концевых отражателя Sx и S2, отра-
жающие внутрь прибора лучи света от
предмета. Далее имеем два объектива А
и О2, дающие изображения предмета
в общей фокальной плоскости F; эти
изображения рассматриваются через >
один общий окуляр ОК. Лучи света от
объективов направляются на фокальную
плоскость F при помощи окулярных
отражателей S/ и Х2'; конструкция
Рис. 156
этих отражателей в значительной сте-
пени характеризует тип и систему даль-
номера.
Вся оптическая система этого так называемого монокулярного
дальномера построена таким образом, что оба объектива дают изображе-
ния в поле зрения одного окуляра.
Окулярные отражатели простейшей, вышедшей из употребления конструк-
ции состоят из двух, расположенных взаимноперпендикулярно плоских зеркал
S/ и S2', из которых одно, S/, отражает лучи,
х "X идущие от левого концевого отражателя и дает
( ? \ изображение в нижней половине поля зрения, дру-
I--------1 гое, S2', отражает лучи, идущие от правого конце-
\ V\ ) вого отражателя S2, и дает изображение в верхней
\1 I / половине поля зрения (рис. 157). Поле зрения
дальномера разделено горизонтальной линией, ко-
торою является линия раздела двух зеркал.
Рис. 157 Всякое изображение предмета делится этой
линией на две части (башня и флаг на рис. 157),
которые, вообще говоря, будут смещены одно относительно другого в горизон-
тальном направлении.
Выясним, от чего зависит это смещение частей изображения. База дально-
мера, изображенного на рис. 156, равна расстоянию между концевыми зерка-
лами Sj и S2, т. е. В= SXS2.
Пусть мы рассматриваем предмет, удаленный от дальномера на дистанцию £),
причем параллактический угол будет е =
171
Для простоты допустим, что наш дальномер направлен на предмет так, что
предмет находится на продолжении оптической оси левой части оптической си-
стемы дальномера. В таком случае левая часть дальномера дает изображение
нижней части предмета в середине нижней половины поля зрения окуляра. В
правый отражатель лучи света от предмета попадут по пунктирной линии
(рис. 156), составляющей угол s (параллактический угол) с оптической осью
(сплошная линия) правой части оптической системы дальномера. Для построения
хода луча мы его проводим через центр объектива О2; луч идет под углом е к опти-
ческой оси этого объектива, и изображение верхней части предмета получится
не в середине поля зрения, а будет смещено в сторону на величину I =/tg г, где
/ — фокусное расстояние объектива. При малых параллактических углах вели-
, -г В
чина смещения определится просто как I — /е, но е = следовательно
/=/4> м
т. е. величина смещения двух изображений друг относительно друга опре-
деляется только дистанцией D до предмета и конструктивными свойствами
данного дальномера: фокусным расстоянием / его объективов и величиной его
базы.
Таким образом измерение дистанции D сводится к измерению смещения од-
ного изображения предмета относительно другого. Очевидно, что эти измере-
ния можно произвести, пользуясь совмещением двух
Таблица 11 изображений, т. е. при помощи некоторого механизма,
D м 1 мм
400 0,4
800 0,2
1000 0,16
2000 0,08
5000 0,032
удаленных
и
действующего на одно изображение. Если луч визиро-
вания левой ветви дальномера изменится и одно изо-
бражение сместится в поле зрения, то и второе изобра-
жение сместится на ту же величину, а смещение одного
изображения относительно второго останется без измене-
ния и ошибки в измерении дистанции не произойдет.
Из формулы (6,1) следует, что смещение будет возра-
стать по мере приближения предмета; оно будет мало
равно нулю для очень далеких предметов (луна, звезды).
для более
Величина смещения изображения очень мала. Для дальномера с'базой В — 1 м
и с фокусным расстоянием объектива / = 160 мм для различных дистанций полу-
чаются смещения /, приведенные в табл. 11.
§ 7. Клиновые компенсаторы
Для измерения малых смещений изображения в дальномерах применяется
метод компенсации параллактического угла внутри системы дальномера особым
механизмом,называемым компенсатором, по-
зволяющим устроить большую и удобочитаемую
шкалу дистанций и дающим возможность изме-
рять смещения изображений с точностью при-
мерно до 0,001 мм.
Наиболее распространены следующие системы
компенсаторов: клиновой вращающийся компен-
сатор, клиновой подвижной компенсатор, КОМ- Рис. 158
пенсатор с подвижной длиннофокусной линзой.
Вращающийся клиновой компенсатор. Пусть на объектив О
(рис. 158) падает справа пучок параллельных оптической оси лучей. Этот пу-
чок, после преломления в объективе, соберется в точке А фокальной плоскости F
этого объектива. Пусть теперь перед объективом поставлен клин К, отклоняю-
щий пучок падающих лучей на угол
(7,1)
^ = (п — 1)а,
где п — показатель преломления и а — преломляющий угол клина. Вследствие
изменения направления падающего пучка лучи после преломления сойдутся
в другой точке В фокальной плоскости F. Происшедшее от этого смещение изо-
172
бражения из точки А в точку В фокальной плоскости обозначим через а и опре-
делим его значение из треугольника АОВ, где угол при вершине О есть о.
Точка О находится в оптическом центре объектива; расстояние АО равно
фокусному расстоянию объектива /.
Мы имеем
а=/-8, (7,2)
так как угол S мал. Это смещение, по свойству преломления света в призме,
происходит в направлении, противоположном ребру клина.
Рассмотрим теперь, что будет происходить с изображением В при вращении
клина К вокруг оптической оси ОА. Обратимся к рис. 159,а. Здесь плоскость
рисунка есть фокальная плоскость F (рис. 158). Точка А — проекция оптиче-
ской оси, перпендикулярной плоскости рисунка. Прямая линия К с левой сто-
роны рисунка обозначает положение ребра клина. При таком положении клина
точка А передвинется на величину АВ = а в точку В. Повернем клин на неко-
торый угол с? в положение /<Р В своем новом положении клин переведет изобра-
жение из точки А в точку В' в направлении, перпендикулярном своему ребру,
на то же расстояние а. Легко видеть, что при вращении клина вокруг оптической
оси точка В будет перемещаться по
В поле зрения дальномера при
вращении такого клина наблюда-
тель будет видеть переуещение изо-
бражения по окружности, т. е. пе-
ремещение будет иметь слагающие
в вертикальном и горизонтальном
направлениях.
В системе дальномера нам не-
обходимо иметь смещение изобра-
жения только в горизонтальном
направлении, и поэтому из опи-
санного действия клина нам необ-
окружности ВВ', радиус которой равен а.
ходимо исключить вертикальную РИС. 159
составляющую перемещения.
Из рис. 159,а легко видеть, что горизонтальное перемещение изображения
будет представляться отрезком АС и будет равно АС = а • cos 9.
Равным образом вертикальное перемещение определится из равенства В С —
— а • sin <?.
Представим себе, что у нас стоит еще второй клин с таким же преломляю-
щим углом; он также вызывает смещение изображения на величину а. Допустим,
что первоначально ребра обоих клиньев совпадают в положении КгК2
(рис. 159,0).
> В этом случае изображение А будет переведено в точку Вх на расстояние 2а,
вдвое большее, чем при действии одного клина.
Пусть теперь клин повернут на угол <?, по часовой стрелке, в положение
К\, а клин К2 на угол — против часовой стрелки, в положение К'2. Тогда
от действия клина Ki изображение перейдет из точки А в точку В'. Второй клин
К'2 переведет новое изображение из точки В' в В\,
Определим положение точки В^.
Горизонтальное перемещение АВ^ будет составляться из двух отдельных
горизонтальных перемещений, производимых каждым клином, т. е.
АВ/ = а • cos ? + а • cos(— ?) = 2а cos ©. (7,3)
Вертикальное перемещение будет составляться также из двух вертикаль-
ных перемещений, направления которых прямо противоположны, и легко ви-
деть, что оно будет равно нулю, так как a sin + я sin (—<р) = 0.
Таким образом, если оба клина Кг и К2 совершенно одинаковы, вертикаль-
нее перемещения изображения уничтожаются, и мы имеем возможность полу-
173
чить только горизонтальное перемещение одного из изображений и совместить
две разделенные части изображения в одно целое изображение.
Таков принцип устройства двухклинового вращающегося компенсатора, два
клина которого одинаковы и поворачиваются на равные углы, но в противопо-
ложных направлениях.
Обозначим величину перемещения ЛВ^ изображения через /; тогда имеем
окончательную формулу для перемещения изображения
I = 2а cos о = 2/ (п— 1) a cos о.
(7,4)
При вращении клиньев компенсатора изображение может перемещаться в обе
стороны от центра поля зрения, отточки А. Крайние его удаления от центра будут
на 2/ (п— 1)ав каждую сторону (при ® = 0° и ® = 180°), а полная величина пере-
мещения 4f (п—1)а. Для того чтобы иметь возможность использовать значитель-
ную часть полного перемещения изображения, компенсатор ставится в некоторое
исходное положение ?0, причем полученное при таком положении компенсатора
перемещение приводится к нулю иными средствами.
Это крайнее положение ?0 компенсатора обычно берется около 30°, так как
при меньших углах ( и углах больших 150°) величина I начинает изменяться
в зависимости от угла ® очень медленно, что представляется неудобным для ра-
г_. боты дальномера. Полный рабочий диапазон клиньев, таким
......□£ образом, равен
2аcos30° — 2аcos 150° = 4аcos30° = 0,85 • 4а, (7,5)
т. е. составляет около 85% всего действия компенсатора. Мы
имеем начальное перемещение изображения, равное 2а cos?o
(начальное положение клиньев). При некотором угле ?поворота
клиньев перемещение равно 2а cos ®. В итоге при переходе от
угла <р0 к углу ® изображение передвинется на разность этих
перемещений, т. е.
Рис. 160 1 = 2а (cos ?0— cos?). (7,6)
Допустим, что мы настолько повернули клинья, что обе половинки изобра-
жения совместились в одно целое изображение; тогда, очевидно, величины /,
стоящие в левых частях формул (6,1), и (7,6), равны друг другу, и мы будем
иметь следующую зависимость между углом ® поворота клиньев и измеряемой
дистанцией D
/ • В— 2а (cos <р0 — cos ®),
откуда
П =-------—_______ 77 7)
2а (cos <р0 — c°s <Р) ’ ' ’ '
или, приняв во внимание, что а = /8, будем иметь
В 28 (cos ?о — cos ?) ‘ С? ’8)
По этой формуле по заданному преломляющему углу 8 клиньев и базе дально-
мера В можно градуировать углы ? вращения компенсатора сразу в делениях
дистанций.
Совместное взаимнопротивоположное вращение клиньев и К2 производится
при помощи конических шестерен а и b на оправах клиньев (рис. 160), одновре-
менно приводимых в движение конической шестерней с; последняя получает
движение от. дистанционного валика, выходящего наружу дальномера. Этот ва-
лик одновременно приводит в движение и дистанционный барабан с нанесенной
на его цилиндрической поверхности дистанционной шкалой. В монокулярных
дальномерах дистанционная шкала часто бывает нанесена на стеклянном диске,
твердо связанном с одним из клиньев компенсатора. Вращение клина приводит
174
в движение диск этой прозрачной шкалы, который двигается мимо неподвижно
укрепленного указателя. Шкала вместе с указателем проектируется при помощи
системы призм и линз в поле зрения в верхнюю или боковую часть его. Таким,
образом наблюдатель, произведя совмещение изображений, может, не отнимая
глаз от окуляра, прочитать дистанцию до измеряемого предмета; эта дистанция,
кроме того, может быть прочитана и снаружи на дистанционном барабане.
Клиновой передвиж-
ной компенсатор упо-
требляется реже предыдущего,
и принцип его действия сводится
к следующему.
Пусть между объективом и
его фокальной плоскостью на
пути луча АВ поставлена призма
(клин) (рис. 161) с малым
преломляющим углом, откло-
Рис. 161
няющая луч на угол 8 от его
первоначального направления. Пусть этот луч попадает в точку аг фокальной
плоскости F дальномера. Передвинем клин в положение К2 на расстояние d
вдоль оптической оси дальномера; тогда после преломления через клин луч
попадет в точку а2 плоскости F; луч сместится параллельно своему первона-
чальному направлению. Это смещение а2аг можно определить, зная передви-
жение клина d и угол отклонения 8. Из треугольника KLM с малым углом 8 при
вершине, основанием LM — а2аг и боковой стороной LK — d имеем а2а1 = </8.
Выше мы нашли, что смещение изображения при изменении параллактиче-
ского угла определяется формулой (7,2). Ввиду того, что клин должен компен-
сировать это смещение,
имеем
/ = а2аг или
/fil = d8, (7,9)
где / — фокусное расстоя-
ние объектива дальномера,
В — его база и D — ди-
станция до предмета. От,
сюда мы получаем связь
между передвижением кли-
на и дистанцией до пред-
p. / • в
мета D = •
do
По этой формуле пере-
мещение клина d можно
а б градуировать сразу в деле-
Рис. 162 ниях дистанции.
При передвижении клина наклон лучей к оптической оси всей внутренней
системы дальномера не изменяется, как это имело место при вращающемся кли-
новом компенсаторе, а только лучи смещаются параллельно самим себе. Поэтому
продольное движение такого клина, поставленного перед объективом, не вызы-
вает никакого изменения в положении изображения в фокальной плоскости;
это может случиться только при изменении направления падающего на объектив
пучка лучей. Клин же, поставленный за объективом, при своем продольном дви-
жении смещает изображение, так как в этом случае место изображения точки
изменяется как при наклоне луча, так и при его параллельном смещении. В силу
этого вращающийся клин ставится перед объективом, передвижной же клин
всегда за объективом дальномера.
175
Компенсатор с подвижной длиннофокусной лин-
зой. Компенсатор этого типа состоит обычно из двух длиннофокусных линз
положительной и отрицательной, схематически изображенных на рис. 162.
Фокусное расстояние обеих линз одинаково, так что пара их представляет собою
афокальную систему. Лучи, бывшие до вступления в компенсатор параллель-
ными, продолжают оставаться такими же и после выхода из него. Одна из
линз, например положительная, может быть перемещаема по направлению,
перпендикулярному к оси линзы; оно указано на чертеже стрелкой.
В положении а центры линз находятся один над другим, и пучок лучей от
бесконечно далекой точки, параллельный оси системы SF, после выхода из ком-
пенсатора своего направления не изменит. Если сдвинуть положительную линзу
вправо на величину а (положение б), то луч S после выхода из компенсатора
пройдет через главный фокус F положительной линзы. Весь пучок лучей на-
клонится на угол е = —. Для перехода от углов к дистанциям служит прежняя
формула '
D = -- = -F.
s а
Связь между дистанцией D и перемещением а линзы получается аналогично
той, которую мы имели в случае клина, двигающегося вдоль оси трубы. Компен-
сатор рассматриваемого типа ставится перед объективом дальномера и нахо-
дит применение в качестве измерительного компенсатора в некоторых конструк-
циях дальномеров. Смещение изображения при перемещении линзы происхо-
дит параллельно смещению центра линзы.
К достоинствам компенсатора следует отнести простоту монтировки, которая
примерно такова же, как и у компенсатора с одним перемещающимся клином.
Для покрытия отверстия отрицательной линзы необходимо, чтобы диаметр поло-
жительной линзы был равен d1-\-d2, где dr — диаметр отрицательной линзы,
a d2 — полная величина продольного перемещения положительной линзы.
§ 8. Типы монокулярных дальномеров
Существует два различных типа монокулярных дальномеров, работающих
по принципу совмещения изображения: дальномеры «Коинциденц» и дальномеры
«Инверт». Они отличаются конструкцией окулярных призм и видом картины
в поле зрения дальномера. Вся оптическая система остается принципиально
такой, как показано на рис. 156, только оптические детали в действительности
приходится делать более сложными. Окулярные призмы представляют по своей
конструкции довольно сложные призмы, склеенные из нескольких отдельных
призм и в целом выполняющие задачу сведения двух изображений в одно. Кроме
того, в дальномерах, как и в других измерительных и наблюдательных при-
борах, необходимо иметь правильно ориентированное изображение; это выпол-
няют окулярные призмы, которые должны, следовательно, являться оборачиваю-
щей призменной системой.
Для концевых отражателей дальномера берутся не простые плоские зеркала
или прямоугольные призмы полного внутреннего отражения, а или пентапризмы,
или два плоских зеркала, соединенных в особой оправе так, чтобы двугранный
угол между их отражающими поверхностями составлял угол 45°. При такой
системе концевого отражателя поворот луча происходит всегда на 90° и не
зависит от угла падения луча на первую грань пентапризмы или на первое
зеркало. Это значительно облегчает установку таких отражателей в оптической
системе дальномера и лучше обеспечивает постоянство показаний дальномера
при изменениях температуры.
Дальномер «Коинциденц» имеет в поле зрения прямое изображение предмета,
разделенное на две части, из которых одна смещена относительно другой в зави-.
симости от параллактического угла и от установки компенсатора (рис. 157,а).
176
вращением компенсатора наблюдатель добивается совмещения верхней частй
изображения с нижней в одно целое изображение (рис. 157,6).
Такой дальномер позволяет с удобством рассматривать предметы, находя-
щиеся во всем поле зрения: подводя на разделительную линию любой предмет и
совмещая его части, мы измеряем дистанцию до предмета.
В дальномере «Инверт» одна часть изображения перевернута сверху вниз.
Здесь мы имеем несколько типов:
1) вся верхняя половина поля зрения есть обратное изображение пред-
метов, видимых в прямом виде в нижней половине;
2) обратное изображение видимо только в особой полоске, выделенной из
общего поля зрения;
3) обратное изображение видимо лишь в прямоугольном вырезе (окне) поля
зрения.
Рис. 163 дает пример установки в таком дальномере с окном в поле зрения.
В прямоугольном окне, к нижнему краю которого подведено прямое изобра-
жение предмета, видно обратное изображение части этого предмета. При непра-
вильной установке компенсатора дальномера изображения смещены одно
относительно другого. Моментом измерения дистанции является момент совме-
щения прямого и обратного
изображений на нижней -
разделительной линии ок- -
на. На рисунке слева по-
казана шкала с индексом/ 7
как она обычно видна в по-
ле зрения дальномера. Для
измерения дистанции до
предметов с нерезко очер- Рис> 163 164
ченными краями (дерево)
в поле зрения дальномера, перпендикулярно разделительной линии, имеется
штрих. Измерение производится подведением двух изображений одинаковыми
краями к этому штриху, как это показано на рис. 164.
Система окулярных призм, заменяющих зеркала S/ и S2' (рис. 156), в таком
дальномере должна давать одну часть изображения прямой—основное изобра-
жение, а другую часть—в особой полоске или окне — обращенной. Такая ориен-
тировка изображений получается благодаря специальным конструкциям призм
(так называемые крышеобразные, или дахпризмы, см. гл. 16, § 13).
Для разделения поля зрения на участки между склеиваемыми поверхностями
обеих призм помещается серебряный зеркальный слой (поверхность одной из
призм серебрится) либо на половину поля зрения, либо в виде длинной полосы,
либо в виде прямоугольника. Лучи света от левой части дальномера проходят
из первой призмы во вторую только через те части общей поверхности призм,
которые не имеют серебряного слоя. От правой части лучи идут во вторую призму
и отражаются от той части общей поверхности, которая имеет зеркальный слой;
остальные лучи пройдут в первую призму и в поле зрения не попадут. Подобными
же путями достигается разделение поля зрения и у других типов дальномеров.
§ 9. Стереоскоп и стереоскопическое восприятие
Помимо описанных выше типов дальномеров, широко применяются дально-
меры, основанные на использовании свойств глубинного зрения
(т. 1, гл. 7, § 20). Предварительно мы должны ознакомиться более подробно с осо-
бенностями глубинного зрения, называемого также стереоскопическим.
Простейшим стереоскопическим прибором является стереоскоп
(рис. 165) — две линзы, через которые рассматриваются (соответственно левым и
правым глазом) два специально изготовленных снимка или таблицы (рис. 174),
несколько отличающихся друг от друга и построенных таким образом,
что при совместном рассматривании их обоими глазами создается впечатление
пространственно расположенной картины.
177
нию наблюдателя; для
Рис. 165
Окуляры стереоскопа — две простых линзы L и R с одинаковыми фокусными
расстояниями (12—20 см). Весьма важно, чтобы оптические оси линз были парал-
лельны и чтобы расстояние между центрами линз равнялось глазному расстоя-
. .. л возможности подгонки по глазному расстоянию линзы
ставятся в подвижных оправах. За оправой между
оптическими осями линз имеется перегородка В, предо-
храняющая от попадания постороннего света. По-
добный стереоскоп легко может быть сделан из кар-
тона или тонкой фанеры. Стереоскопические таблицы
Кг и К2 помещаются за линзами в их передней фо-
кальной плоскости; тогда при рассматривании картин
эмметропические глаза (т. I, гл. 7, § 4) могут вести
наблюдение без аккомодации. Для аметропических
глаз, наблюдающих без очков, необходимо произвести
фокусировку, что обычно делается приближением или
удалением таблиц.
Рассмотрим, как должны быть построены таблицы
Ki и К2 для левого и правого глаз. Пусть (рис. 166)
мы хотим получить от двух точек рг и р2 таблиц /<х и К2 пространственное вос-
приятие одной точки, находящейся на некотором расстоянии D от наблюдателя.
Точки рг и р2 лежат на линиях LP и RP визирования точки Р из центров обеих
линз (или глаз, которые мы считаем расположенными близко за
подобных треугольников PLR и Ррг р2 находим
линзами). Из
Р1Р2 D~f
LR ~ D
Обозначим расстояние ргр2 через а, меж-
зрачковое расстояние!/?(между центрами линз)
через Ь; тогда, решая предыдущую формулу
относительно расстояния D, получим
Рис.
166
D==ir—
Ь — а
(9,1) Kj
Рис. 167
Для того чтобы предмет Р в результате рас-
сматривания двух его проекций рг и р2 казался
удаленным на расстояние D, необходимо его про-
екции рх и р2 на таблице поместить на соответ-
ствующем расстоянии а. Наоборот, в зависимости
от этого расстояния будет определяться и дистанция до стереоскопически воспри-
нимаемой точки Р. Разность&—а, которая определяет в формуле (9,1) дистанцию,
называется линейным параллаксом 1(1 равно отрезку p2ps на рис. 166).
Формула (9,1) показывает, что всегда должно
быть а^Ь; при а = Ь точка Р кажется удаленной
на бесконечность. Кроме того, дистанция D зависит
от межзрачкового расстояния Ь; поэтому абсолют-
ные дистанции до видимых стереоскопически пред-
метов для различных наблюдателей кажутся раз-
ными, но относительное расположение предметов,
очевидно, при этом не изменяется.
При построении стереоскопических таблиц не-
обходимо задать исходное глазное расстояние b и
рисовать соответствующие объекты на обеих таблицах на расстоянии а b друг
от друга. Обычно глазное расстояние принимается равным 65 мм.
Пусть расстояние центров двух кругов Дх и Д2 (рис. 167) равно b (65 мм).
Круги около Дх и А.,, как центров, ограничивают поле обеих картин для ле-
178
вого и правого глаз. Эти два круга для наблюдателя с глазным расстоянием
65 мм будут казаться удаленными на бесконечность вместе с их центрами. Круги
же Сх и С2 имеют расстояния центров а = 63 мм. Поэтому они дадут впечатле-
ние круга, лежащего ближе, чем внешний. Удаление его от наблюдателя легко
вычислить по формуле (9,1); если принять, например,/ — 15 см, то £) =---'-А-15 —
= 4,9 м. При рисовании кругов Сг и С2 необходимо следить, чтобы линии b и а
были параллельны, друг другу, иначе произойдет расстройство по высоте (под-
робнее об этом ниже).
Линейный параллакс здесь 2 мм; для более близких точек линейный парал-
лакс возрастает. Назовем параллактическим углом при точке Р (рис. 166)
угол, под которым из точки Р видно глазное расстояние. Как видно из
треугольника p2Rp3, линейный параллакс связан с параллактическим углом
е соотношением
Эта формула справедлива только в случае малых углов s, что в действитель-
ности всегда имеет место при рассматривании стереоскопических таблиц.
Разность двух параллаксов, определяющая
относительную глубину двух предметов, изме-
ряется разностью линейных параллаксов; именно
1г = Ь — и 12—Ь — а2,
откуда
ei_e2 = -£^i. (9,2)
По этой формуле можно вычислить раз-
ность расстояния двух предметов по глубине
в угловой мере. Так, между большой и ма-
лой окружностями (рис. 167) разность параллактических углов составляет
/ 2-206 000 V'
—гм—; = 275° ==46>
так как Г' — ^^боо в РаДиальн°й мере (с точностью до 0,3%).
Восприятие разного удаления предметов Р и Q определяется разной вели-
чиной изображения отрезка PQ в обоих глазах. Однако прерывистая структура
сетчатой оболочки, определяющая остроту зрения, ставит и здесь некоторый
предел восприятия взаимного удаления двух предметов. Очевидно, разницу в
удалении двух предметов мы воспримем только тогда, когда конец изображения
отрезка PQ в одном глазе будет смещен из идентичной точки, по крайней мере,
на соседний элемент сетчатки. Пусть на рис. 168 Ах и А2 обозначают зрачки глаз,
Sx и S2 схематически представляют сетчатки обоих глаз. Пусть оба глаза фик-
сируют точку Р; изображения ее рх и р2 на сетчатых оболочках получаются в се-
редине центрального углубления желтого пятна каждого глаза. [Идентич-
ными называются такие точки сетчатки, которые удалены на одинаковое
расстояние и в одинаковом направлении от точек рх и р2 ( т. I, гл. 7, § 19).]
Пусть глаза одновременно рассматривают точку Q, изображения которой
получаются в точках </х и q2 сетчаток левого и правого глаз. Эти точки, вообще
говоря, будут различно удалены от точек рх и р2 изображения точки Р. Если
разность этих расстояний не очень велика, то наша центральная нервная система
сводит эти два различных изображения в одно восприятие, которое дает суж-
дение о взаимном удалении точек Р и Q в глубину, что и является стереоскопи-
ческим восприятием.
179
При этом может Представшей случай, когда расстояния ргсл й р,?2 одина-
ковы и расположены в одном направлении в обоих глазах. Восприятие таких
изображений дает нам суждение о том, что обе рассматриваемые точки находятся
на одинаковом расстоянии от глаз.
Смещение точки Q вдоль прямой линии A2Q из положения Q' в направлении
к глазу или от глаза вызывает для левого глаза смещение изображения дг из
идентичной точки в направлении или к височной части сетчатки или к носо-
вой. Аналогичное рассмотрение для правого глаза (при смещении точки Q из
положения Q' вдоль направления ArQ') показывает, что всякое смещение одного
изображения из идентичной точки в височную область сетчатки соответствует
приближению предмета и вызывает стереоскопическое восприятие, отмечающее,
что предмет Q лежит ближе Р. Всякое смещение одного изображения из идентич-
ной точки в носовую область соответствует удалению предмета и дает стереоско-
пическое восприятие, отмечающее, что предмет Q лежит дальше Р. В этом заклю-
чается, между прочим, объяснение стереоскопического эффекта.
На рис. 168 имеем параллактические углы
ei = L АуРА2 = Z ArQ'A2, е, — е2 = / QAff.
От величины последнего из этих углов зависит величина смещения конца
изображения из идентичной точки 9/. Предельный угол OAjQ', физиологи-
чески нами еще воспринимаемый, обозначим через 8. Этот угол и определяет
угловую точность стереоскопического восприятия. Из опытов найдено, что для
очень большого количества людей угол 8 достигает величины примерно 10".
Обозначим межзрачковое расстояние AjA2 через b (в среднем равное 65 мм).
Ввиду того, что расстояния до предметов обычно велики по сравнению с расстоя-
нием Ь, дистанция D определяется знакомой нам формулой
D = ~, (9,3)
где е — параллактический угол, выраженный в радиальной мере.
Пусть мы имеем два предмета с параллактическими углами е, и е2; опреде-
лим такое их наименьшее взаимное удаление, которое мы еще можем физиологи-
чески воспринять, т. е. определим ошибку восприятия глубины. Из формулы
(9,3) имеем
Разность расстояний D2 — обозначим через dD‘, ввиду того, что расстоя-
ния эти очень мало отличаются друг от друга (по сравнению с их абсолютной
величиной), в знаменателе предыдущей формулы можем принять D2 = = D;
тогда имеем
, bdD
8 = -d-.
Окончательно имеем ошибку в оценке глубины
<Ю = -®-02,
О 1
т. е. ошибка пропорциональна квадрату дистанции.
Для относительной ошибки имеем формулу
= Ad
D b ’
т. е. относительная ошибка растет пропорционально дистанции. Ниже, при рас-
смотрении работы бинокулярных приборов и дальномеров (гл. 24, стр. 207), мы
подробно проанализируем формулы (9,6) и (9,7).
180
(9,5)
(9,6)
(9,7)
Отметим сейчас еще один момент. Если предмет находится на бесконечности,
то Sj = 0; тогда для всех других предметов, для которых параллактический угол
г2 меньше 8, глаза наши не будут различать глубины; все эти предметы будут ка-
заться находящимися на одном расстоянии от глаза вместе с бесконечно удален-
ным (например звезды, несмотря на различное удаление от Земли, кажутся на
одном расстоянии).
Легко вычислить то наибольшее расстояние R, до которого мы еще воспри-
нимаем глубину и дальше которого все предметы кажутся удаленными на одно
расстояние. По формуле (9,3)
n b 65 - 206000 .
R = У — ------------мм = 1,3э км.
§ 10. Принципиальная схема стереоскопического дальномера
Стереоскопический дальномер является бинокулярным оптическим
инструментом, в которомдля измерения дистанции используются свойства глубин-
ного зрения. Прототипом такого дальномера является стереотруба, развернутая
на полную базу, в оптическую систему которой необходимо ввести приспособле-
ния и механизмы для измерения дистанции. Объективная часть стереоскопиче-
ских дальномеров не отличается от монокулярных. Так же как и у монокулярных
дальномеров, здесь (рис. 169) мы имеем концевые окна с защитными стеклами,
Рис- 169
пентапризмы S или зеркальные отражатели, употребляющиеся вместо пентапризм
в дальномерах с большой базой, клиновой вращающийся или передвижной
измерительный компенсатор V,* два объектива Ох. Окулярные призмы D суще-
ственно иные. Прежде всего они дают отражение лучей в два окуляра О2, распо-
ложенные на расстоянии, равном расстоянию между центрами зрачков наблюда-
теля. Кроме того, они выпрямляют изображения и поворачивают оптическую
ось окуляров на 60—80° вверх для удобства наблюдения по воздушным целям.
Последнее делается ввиду того, что эти дальномеры предназначаются почти
исключительно для измерения дистанций до самолетов.
На рис. 169 для упрощения рисунка окулярные призмы изображены в виде
двух простых прямоугольных призм.
Вся оптическая система собрана во внутренней / и внешней А трубах.
Каждый окуляр имеет диоптрийную шкалу для установки на резкость, и оба оку-
ляра могут быть раздвигаемы или сдвигаемы для установки центров выходных
зрачков дальномера по расстоянию, соответствующему расстоянию между цен-
трами зрачков наблюдателя.
Разберем подробнее действие стереоскопического дальномера. Мы имеем две
совершенно независимые оптические системы, смонтированные в один прибор
так, что их оптические оси в пространстве предметов параллельны друг другу.
Обе системы дают прямые изображения рассматриваемых предметов в общей фо-
кальной плоскости М.
* На рис. 169 изображена схема дальномера с передвижным клиновым компенсатором:
дистанционная шкала Е связана неподвижно с клином и перемещается мимо указателя при
помощи вращения маховика
131
От какого-либо предмета лучи идут в оба концевых окна дальномера. Пусть
в каком-нибудь месте поля зрения левого окуляра получается изображение этого
предмета; в поле зрения правого окуляра изображение предмета окажется в ана-
логично расположенном месте поля только в том случае, если лучи, идущие от
предмета в оба концевые окна, будут параллельны друг другу, т.е. если предмет
будет находиться бесконечно далеко от дальномера. В частности, если лучи света
пойдут параллельно оптическим осям дальномера, то оба изображения получатся
в центрах полей зрения. Если предмет имеет некоторый параллактический угол,
т. е. если он находится на конечном расстоянии, изображения будут расположены
различно. Пусть левое изображение находится в центре поля зрения левого оку-
ляра; тогда правое изображение будет смещено влево от центра поля зрения пра-
вого окуляра. Это смещение (совершенно так же, как в монокулярном дально-
мере) зависит от величины параллактического угла е, зависящего, в свою оче-
редь, от дистанции D.
В монокулярном дальномере величина этого смещения очень легко обнару-
живалась, так как оба изображения находились в одном поле зрения. В стерео-
скопическом дальномере оценку смещения можно производить следующим обра-
зом. Пусть в фокальной плоскости М расстояние между центрами полей зрения
обоих окуляров (между точками, в которых оптические оси пересекают эту пло-
скость) будет равно Ьо. Если предмет находится на бесконечности — на продол-
жении оптических осей дальномера, то его изображения в плоскости М нахо-
дятся на оптических осях, и расстояние между ними будет равно bQ. Для других
предметов будем иметь расстояние между изображениями, равное а.
Величина смещения, зависящего от дистанции, будет в этих случаях равна
l = bQ — а = где &— база дальномера, D —дистанция до предмета и / —
фокусное расстояние объектива.
Если мы рассматриваем в дальномер целый ряд предметов, то в фокальной
плоскости М получаем такое же количество пар изображений, расположенных
друг относительно друга на разных расстояниях и имеющих соответствующие
смещения I = &0 — а. Другими словами, в плоскости М мы имеем изображение
рассматриваемого пространства в виде стереоскопической картины, которую
мы рассматриваем далее в окуляры, как в обычный стереоскоп. Каждая пара
изображений воспринимается нами как изображение одного предмета, удален-
ного от наших глаз на расстояние d=^-f, где / — фокусное расстояние оку-
ляров, bQ — расстояние между центрами зрачков глаз наблюдателя; таким обра-
зом все истинное пространство предметов с расстояниями D мы воспринимаем
в виде пространства изображений с расстояниями d и можем легко замечать раз-
ницу расположения предметов по глубине.
Дальномер предназначается не для оценки разницы в расположении предме-
тов по глубине, а для определения расстояний предметов от наблюдательного
пункта. Эти абсолютные измерения можно сделать, поместив в поле зрения даль-
номера искусственные марки, видимые в пространстве изображений как особые
предметы, удаленные на определенные дистанции.
§ 11. Типы стереоскопических дальномеров
Существуют два основных типа стереоскопических дальномеров: стереодаль-
номеры с неподвижной шкалой в поле зрения и стереодальномеры с подвижной
измерительной маркой в поле зрения.
Неподвижная шкала в поле зрения представляет собой стереоскопиче-
скую таблицу марок, дающую при рассматривании в дальномер впечатление
марок, идущих в пространстве зигзагообразно, удаляясь от наблюдателя. При
рассматривании местных предметов мы воспринимаем пространство изображения
предметов вместе с пространственно расположенной шкалой. Для измерения
дистанции до какого-нибудь предмета сравнивают положение предмета по
182
глубине с различными марками шкалы и выбирают ту марку, глубина которой
ближе всего подходит к глубине предмета. После этого остается прочитать
надпись на марке, обозначающую сотни или тысячи метров. При расположении
цели между двумя марками оценка части промежутка производится на-глаз.
Подобного типа дальномеры существуют с небольшой базой до 1 м, точность
измерения ими не особенно велика.
С т ереода льномер с подвижной измерительной
маркой. Название этого дальномера не соответствует его устройству, так
как на самом деле в нем двигается не марка, а одно из изображений.
Дальномер этого типа имеет компенсатор, позволяющий компенсировать
внутри системы дальномера параллактический угол.
При движении компенсатора будет изменяться смещение изображений, а сле-
довательно, будет наблюдаться передвижение стереоскопически воспринимае-
мого изображения этого предмета по глубине в пространстве изображений. В про-
странстве предметов необходимо иметь некоторую марку, относительно которой
можно будет замечать это передвижение в глубину. Такой маркой является «ром-
бик», нанесенный в центре обоих полей зрения. Этот ромбик при рассматривании
двумя глазами представляется расположенным в бесконечности, так как для
него а = Ьо и 1 — 0.
Для измерения дистанции до какого-либо предмета на-
блюдатель вращением измерительного валика компенсатора / X.
уменьшает имеющееся для данного предмета смещение I и / \
доводит его до величины I — 0. / • 1 I
Момент полной компенсации определяется тем, что I I
наблюдатель не будет ощущать разницы в глубине между \ ]
изображениями ромбика и предмета. При движении ком- V—
пенсатора наблюдатель видит взаимное сближение предмета X.
и ромбика; они сближаются все больше и, наконец, глу-
бина их становится одинаковой. При незначительных по- Рис 170
воротах валика ромбик кажется расположенным то ближе,
то дальше предмета.
Необходимо отметить, что наблюдателю часто кажется, что движется ромбик,
а не предмет, что и оправдывает приведенное выше название таких дальномеров.
Это явление объясняется исключительно психологическим фактором: труднее
допустить движение какого-нибудь большого дома, чем движение легкого ром-
бика в воздухе около этого дома. Это явление вполне соответствует тому факту,
что мы не можем воспринимать движение вообще, а только движение одного пред-
мета относительно другого. Кажущееся движение ромбика в глубину не следует
рассматривать как действительное: на самом деле ромбик совершенно непо-
движен, передвигается только изображение предмета.
Для усиления стереоскопического эффекта при совмещении по глубине ром-
бика и предмета центральный ромбик расположен в середине целой системы вспо-
могательных марок, дающих стереоскопическое восприятие креста марок, рас-
положенного или горизонтально, или немного наклонно в пространстве
(рис. 170). При движении измерительного валика можно отчетливо замечать
перемещение предмета в глубину по отдельным вспомогательным элементам
этой системы марок.
В последнее время вошла в употребление другая система в виде забор-
чика марок, расположенных в одной плоскости, и вспомогательных марок, иду-
щих от этого заборчика в глубину. Такая система марок позволяет измерять
дистанцию до предмета, не производя точной горизонтальной наводки дально-
мера на предмет; при одном только центральном ромбике, для большей точности
измерения, необходимо было бы изображение предмета удерживать в поле зре-
ния как можно ближе к ромбику, что очень затруднительно при быстро пере-
мещающихся воздушных целях.
Стереоскопический дальномер имеет по сравнению с монокулярным ряд
преимуществ:
183
1) здесь работают оба глаза наблюдателя, в то время как при монокулярном
работает только один глаз, что вызывает довольно быстрое утомление;
2) стереодальномер дает возможность точно измерять дистанции до предме-
тов, не имеющих резких очертаний (деревья, особенно на фоне леса; облачко
разрыва, дым и др.); для использования полной точности монокулярного дально-
мера необходимы более резкие очертания цели;
3) стереодальномер позволяет вести измерения по быстро перемещающимся
воздушным целям;
4) действующим является все поле зрения, поэтому одновременно с измере-
нием можно употреблять дальномер как прибор наблюдательный.
Наряду с этими преимуществами стереоскопический дальномер имеет и не-
достатки, из которых главный и наиболее серьезный—трудность обучения на-
блюдателей. В монокулярном дальномере совмещать две половинки изображе-
ния может и неопытный наблюдатель с первого же раза. Совмещение по глубине
(стереодальномер) с первого же пользования дальномером удается не всякому.
Здесь встает вопрос об отборе пригодных наблюдателей и о предварительной
тренировке их зрения, прежде чем приступить с ними к работе на дальномере.
К этим вопросам мы вернемся ниже.
§ 12. Некоторые новые типы стереоскопических дальномеров
Обычно база дальномера определяется его длиной. Увеличение базы даль-
номера по сравнению с его длиной представляет значительный интерес, так как,
(мы увидим это в дальнейшем), с увеличением базы уменьшается значение теорети-
ческой ошибки, выраженной в метрах.
Увеличить базу стереодальномера вдвое по сравнению с его длиной оказалось
возможным путем применения так называемого псевдоскопического эффекта.
Нормальный стереоскопический эффект, с которым приходится иметь дело в обыч-
ной жизни и при наблюдениях в бинокулярные оптические приборы, характе-
ризуется тем, что последовательность глубин предметов при нем такая же, какая
существует в действительности. Более близкие предметы кажутся нам ближе
далеких; видимые угловые размеры далеких предметов представляются нам мень-
ше размеров близких предметов и т. д. Все прочие явления, сопровождающие
нормальный стереоскопический эффект, настолько привычны нам, что мы всегда
ясно отдаем себе отчет о действительном расположении предметов в простран-
стве по тем изображениям, которые получаются на сетчатке нашего глаза и воз-
буждают наши зрительные нервы. Нормальный стереоэффект возникает в том
случае, когда наблюдательный пункт правого глаза расположен правее наблю-
дательного пункта левого глаза. С помощью зеркал или призм можно собрать
такую установку, что левый луч, идущий от предмета, попадает в правый глаз,
а правый луч в левый глаз. При этих условиях возникает так называемый псев-
доскопический эффект. Характерное отличие его от нормального стереоэффекта
состоит в том, что последовательность глубин предметов рассматриваемого про-
странства обратна той, которая имеется в действительности. Более близкие пред-
меты кажутся нам более далекими и наоборот.
Внешний мир, рассматриваемый в условиях псевдоскопического эффекта,
представляет для наблюдателя совершенно необычную и новую картину. При
этом наблюдатель сталкивается с такими явлениями, которые не могут быть
восприняты его психикой.
Работая с обычным стереоскопическим дальномером, наблюдатель видит сле-
дующую картину.
Вначале глубина измерительной марки и предмета различна. При вращении
измерительного валика предмет перемещается в глубину и совмещается по глубине
с измерительной маркой. Движение имеет только предмет при неподвижной марке.
Глаз оценивает совпадение предмета и марки в пространстве изображений, с точ-
ностью не свыше 10", чем и определяется линейная точность в пространстве
объектов, зависящая от увеличения и базы прибора.
Идея увеличения чувствительности прибора сводится к тому, чтобы, вместо
неподвижной марки, ввести второе изображение цели, двигающееся по глубине
в обратном направлении с первым изображением. Если при вращении измери-
тельного валика первое изображение приближается к наблюдателю, то второе
должно в то же время удаляться от наблюдателя.
Понятно, что при прежней чувствительности глаза установка измерительного
компенсатора будет в два раза точнее, что может быть приравнено к удвоению
базы прибора.
Требуемыми свойствами, т. е. обратной последовательностью глубин и изме-
ненным направлением движения в глубину, и обладает как раз псевдоскопи-
ческое изображение.
Введение псевдоскопического изображения, вместо стереоскопической изме-
рительной марки, можно сделать различными путями. Один из способов, при-
менявшийся фирмой Цейсса, — разделение видимого пластичного пространства
на две части горизонтальной линией: в нижней части — изображение с нормаль-
ным стереоэффектом, в верхней — то же изображение, но псевдоскопическое.
Второй способ, применявшийся фирмой Барр и Струд, — наложение изо-
бражения с нормальным стереоэффектом на псевдоскопическое изображение.
Дальномеры стереокоинциденц и
стереоинверт фирмы Нединско (система
Цейсс). Не вдаваясь в описание внутреннего устрой-
ства, можно представить себе их действие следующим
образом. В дальномер А (рис. 171,А) лучи от предмета
поступают через левое Л и правое П входные от-
верстия и выходят через левый л и правый п окуляры.
Поле зрения каждого из окуляров (рис. 171, В, С)
имеет такой же вид, как и поле зрения монокулярного
дальномера, т. е. разделено пополам горизонтальной
линией. Мы имеем таким образом четыре участка:
лП, лЛ, пЛ и пП.
Изображение в этих четырех участках поля полу-
чается следующим образом. Верхняя половина изо-
бражения от левой ветви дальномера получается в
правом окуляре пЛ, а нижняя половина этого изо-
бражения в левом окуляре лЛ; верхняя половина изображения от правой ветви
получается в левом окуляре лП и нижняя половина того же изображения — в
правом окуляре пП.
При рассматривании нижних половин полей наблюдатель находится в обыч-
ных условиях, т. е. левым глазом он смотрит на левое изображение, а правым
глазом на правое. Сливая оба изображения, он получает обычное при биноку-
лярных трубах впечатление пластичного изображения местности.
В противоположность этому, в верхних половинах поля наблюдателю при-
ходится смотреть левым глазом на правое изображение, а правым глазом на ле-
вое, т. е. в условиях псевдоскопического эффекта. Более близкие предметы здесь
кажутся расположенными дальше, чем более далекие.
Пусть прибор отрегулирован таким образом, что в левом и правом полях зре-
ния половинки находятся на одинаковых расстояниях друг от друга (рис. 171,В).
В этом случае наблюдатель видит верхнюю и нижнюю половинки пластического
изображения расположенными на одной и той же глубине.
Если цель перемещается вдоль фронта, так что дистанция до нее остается
постоянной, то половинки изображений сдвигаются в одну и ту же сторону без
изменения их взаимного расположения и глубина их продолжает оставаться
одинаковой. Если цель приближается или удаляется, взаимное расположение
половинок изменяется. Допустим, что сдвигается изображение, даваемое пра-
вой ветвью дальномера. После смещения оба поля зрения будут иметь вид по
рис. 171,С. В левом поле расстояние между половинками стало больше первона-
чального, а в правом—меньше первоначального. Сливая впечатления левого и
185
половинку изображения перевернутой.
Рис. 172
правого глаз, наблюдатель заметит, что половинки разошлись по глубине. Вос-
станавливая с помощью измерительного компенсатора равенство глубин, отсчи-
тывают по дистанционной шкале расстояние до цели. Измерительной марки в та-
ком дальномере не требуется. По сравнению с обычным стереодальномером, этот
тип приборов имеет следующие преимущества:
1) смещение изображений при изменении дистанции цели происходит как
в левом, так и в правом поле, и эффект расхождения половинок предмета по глу-
бине получается вдвое больше, чем в обычном стереодальномере. Смещение по
глубине в рассматриваемом типе получается такое же, какое получилось бы у обыч-
ного стереодальномера, имеющего вдвое большую базу;
2) производя измерения с помощью обычного стереодальномера, необходимо
делать точную горизонтальную и вертикальную наводку дальномера и приво-
дить цель почти до полного соприкосновения с измерительной маркой. Здесь же
наблюдателю не приходится заботиться о точной горизонтальной наводке, так
как измерение может быть сделано в любой точке линии раздела, подобно тому
как это мы имели в монокулярном дальномере.
Вертикальная наводка по сравнению с монокулярным дальномером легче,
так как в рассматриваемом типе не требуется соприкосновения цели с линией
раздела. Если верхние половинки изображения прямые (не перевернутые), то
этот тип дальномера называется стереокоинциденц. Часто делают верхнюю
Отдельные выступающие части предметов
при этом с удобством могут служить
для измерения, т. е. дальномер приобре-
тает некоторые преимущества моноку-
лярного инвертного дальномера. Такой
тип инструмента носит название сте-
реоинверт.
Конструкция стереоинвертного даль-
номера, так же как и дальномера сте-
реокоинциденц, значительно сложнее,
чем обычного стереоскопического даль-
номера. Как тот, так и другой дальномеры этого типа состоят из двух моно-
кулярных дальномеров, смонтированных в общей трубе.
Одна из возможных схем дальномеров этого типа изображена на рис. 172.
Прибор можно представить себе состоящим из двух монокулярных дально-
меров. Части первого из дальномеров — пентапризмы 1 и 2, внутренняя труба
3 с разделяющей призмой 4; изображение в первом дальномере рассматривается
через левый окуляр 5. Части второго дальномера — пентапризмы Г и 2'; средняя
труба 3' с разделяющей призмой 4'; изображение во втором дальномере рассмат-
ривается через правый окуляр 6. Оба монокулярные дальномеры заключены
в одну общую наружную трубу, имеющую две пары входных отверстий с защит-
ными стеклами. Выверочные механизмы и измерительный компенсатор на
рис. 172 не показаны.
Тип стереокоинциденц отличается от типа стереоинверт только конструкцией
разделяющих призм.
Большой интерес как наиболее совершенная схема представляет собою одна
из последних моделей стереоскопического дальномера—дальномер фирмы Цейсс
с базою в 4 м. Этот дальномер относится к категории нерасстраиваюшихся
(гл. 24, § 2, 3, 4) и представляет собой сочетание всех достижений конструктор-
ской мысли и производственного опыта за последние десятилетия. На рис. 173
представлена оптическая схема этого дальномера. Здесь:
1 — наружные клинья, 2 — кварцевые отражатели биаксиальной системы, 3 — концевые
отражатели, 4 и 5 — объективы зрительной трубы (телескопа), 6 — центральные призмы, 7 —
призмы Пехана (вместо призм Дове), 8 — ромбические призмы, 9 — окуляры, 10 —• свето-
фильтры, 11 и 12 — объективы биаксиальной трубы, 13 — измерительные марки, 14 —
защитные стекла вакуумной трубы, 15 — источник освещения марок, 16 — фильтрй перемен-
ной плотности, 17 — конденсоры (трехлинзовые), 18 — призмы прямоугольные, 19 и 20 — лин-
зовый измерительный компенсатор,
186
Из схемы видно, что телескоп не содержит измерительных марок, они рас-
положены вне его, в особой системе — биаксиальной трубе, благодаря чему
система отражателя 3 и телескопа 4, 6, 7, 8 и 9 не представляет собою сколько-
нибудь ответствен-
ной системы. Это
только наблюда-
тельная биноку-
лярная труба с
большой базой?
При такой схеме
изгибы телескопа
от силы тяжести
или от темпера-
туры, а также не*
значительные сме-
щения оптических
деталей не ока-
зывают никакого
влияния на изме-
рения. Биаксиаль-
ная труба 77, 72,
73,14 представляет
собою два двух-
линзовых объекти-
ва одинакового фо-
кусного расстоя-
ния, расположен-
ных на концах тру-
бы таким образом,
что главные фо-
кусы каждого из
объективов поме-
щаются в зад-
них узловых точ-
ках другого.
Такая оптиче-
ская система отли-
чается тем выгод-
ным свойством, что
при всевозможных
перемещениях од-
ного или обоих
объективов пучки
лучей, выходящие
из них, всегда
параллельны друг
другу. Помещая из-
мерительные марки
13 в узловые точ-
ки, т. е. в главные
фокальные плоско-
сти объективов биа-
ксиальной трубы,
мы получим нерас-
Рис. 173
страивающуюся оптическую систему, проектирующую изображение марок в бес-
конечность. С помощью концевых отражателей 2, у которых одна пластинка про-
зрачна, а вторая имеет зеркальный слой, изображения марок проектируются в
187
правую и левую ветви телескопа дальномера. В фокальных плоскостях телескопа
одновременно получается изображение удаленной цели и системы измеритель-
ных марок биаксиальной трубы. Таким образом любые изменения, происходящие
в телескопе дальномера и концевых отражателях 3, вызывают одинаковые
смещения как изображения цели, так и изображения марок, сохраняя неиз-
менным их взаимное расположение.
Особо жесткие требования предъявляются к отражателям 2, так как измене-
ние угла отклонения этих отражателей влечет за собой изменение расположения
только изображений измерительных марок, что будет соответствовать расстрой-
ству дальномера по дальности. По этой причине эти отражатели изготовлены
из кварца и представляют собой сварную систему, практически не расстраиваю-
щуюся.
Для выверки по высоте применяется качание одного из этих отражателей 2
вокруг оси, перпендикулярной ребру отражателя и биссектриссе угла между
зеркалами.
Измерительный компенсатор представляет собою две ахроматизированные
длиннофокусные линзы одинакового фокусного расстояния и различного знака
(афокальная система).
Для устранения влияния «воздушного клина» в единственно опасном месте
биаксиальной трубы, в пространстве между кварцевыми отражателями 2
помещена труба из красной меди, герметически закрытая с обоих концов пло-
скими стеклами. Воздух из трубы выкачан, чем и обеспечивается устранение
«воздушного клина» почти на всем опасном промежутке (85%).
Применение светящихся марок с переменной яркостью, что достигается вклю-
чением фильтра переменной плотности, решает немаловажную задачу в отно-
шении измерения дистанции до целей различной освещенности и контраста в за-
висимости от общего фона.
Такое освещение позволяет путем изменения яркости марок подбирать
яркость марок, мало отличающуюся от яркости цели, чем достигается умень-
шение психологической ошибки, имеющей место у измерителей, когда они оце-
нивают расстояние до целей разной яркости (менее яркие и менее контрастные
цели всегда кажутся более удаленными).
В окулярной части между ромбическими и центральными призмами вклю-
чаются призмы Пехана 7, с помощью которых создается псевдоскопический
эффект, позволяющий устранять личную ошибку стереоскописта (см. гл. 24, §2).
С этой целью линзовый компенсатор имеет дополнительную систему передви-
жения линзы, независимую от дистанционной шкалы, в качестве выверки ио
дальности.
Дальномер имеет два увеличения 20х и 32х. Смена увеличения производится
заменой объективов простым поворотом маховика. Объективы представляют
собою ахроматизированную систему. Линзы посажены на оптический контакт.
Несмотря на значительное увеличение (32х) поле зрения прибора не меньше
существующих приборов с увеличением 24х, что достигается применением оку-
ляра с полем зрения 60°.
Для уменьшения свеюпоглощения в приборе оптика просветлена физиче-
ским методом.
§ 13. Особенности стереоскопического восприятия и методы испытания
наблюдателей для работы со стереоприборами
При пользовании стереоприборами следует иметь в виду следующие особен-
ности стереовосприятия.
1. Наибольшей остроты стереоскопическое восприятие достигает только при
условии, когда сравниваемые по глубине предметы лежат близко друг к другу
как по глубине, так и по фронту (т. е. когда линии визирования на них проходят
близко одна к другой). Это обстоятельство иллюстрируется на стереоскопической
таблице (рис. 174а).
las
величине. Круг 2 иллюстрирует восприятие близких
В круге 1 представлен силуэт домика й Марка. §та марка при стереоскопий?"
ском рассматривании кажется очень близкой от наблюдателя по сравнению с до-
миком. При этом замечается двоение либо домика, либо марки, смотря по тому,
на что фиксированы глаза—па марку или на домик; стереоскопическое восприятие
при этом сохраняется. Из таблицы легко видеть, что в этом случае изображения
пространственно расположенной линии «домик — марка» в обоих глазах очень
сильно отличаются по своей - - -
по фронту и по глубине
предметов: около уголь-
ника расположены две
марки, причем верхняя бо-
лее удалена от угольника,
чем нижняя. Круг 3—для
тех же взаимных удалений
предметов по глубине, но
раздвинутых по фронту;
хотя здесь эффект глубины
получается, но он менее
резок, чем для круга 2.
2. Стереоскопический
эффект совершенно не на-
блюдается, если соедини-
тельная линия между двумя
предметами (PQ, рис. 168)
изображается на сетчатых
оболочках или в противо-
положных направлениях,
или в одном глазу точкой.
Однако стоит только один
предмет расположить над
другим, как стереоскопи-
ческий эффект восстанавли-
вается.
Стереоскопическая таб-
лица (рис. 1746) в кругах 7
и 3 иллюстрирует наруше-
ние восприятия глубины
между домиком и маркой.
В первом случае изобра-
жение марки расположено
по обе стороны шпиля до-
мика, во втором случае для
левого глаза марка и си-
луэт видны в одном напра-
влении (одно изображение
проектируется на башенку,
другое — вне ее). Круги 2
и 4 при том же взаимном расположении деталей
рисунка иллюстрируют восстановление стереоскопического восприятия при
вынесении марок над предметом.
3. Рассматривание ровных горизонтальных линий дает отсутствие восприя-
тия глубины между этими линиями. Это свойство легко проверить на гладких
телеграфных проводах, на которых не заметно никаких выделяющихся предме-
тов. Мы воспринимаем глубину, только если на сетчатке имеются смещения изо-
бражений относительно идентичных точек. Необходимо эти смещения оценивать
по отношению к каким-нибудь резким деталям предметов; эти смещения проис-
ходят в направлении, параллельном линии, соединяющей оба глаза. Ясно, что
для гладких проводов, расположенных параллельно линии глаз, никаких сме-
189
щений мы наблюдать не можем. Стоит, однако, наклонить немного голову на
бок, чтобы изображения проводов пересекали сетчатку в другом направлении,
как сразу появляется восприятие пространственно расположенных проводов.
Стереоскопическая таблица (рис. 174в, 7) иллюстрирует это явление. Длин-
ный силуэт имеет две марки,
одну над острой частью, дру-
гую над длинной горизонталь-
ной. Хотя обе марки нарисо-
ваны так, что их удаление от
силуэта одинаково, однако для
второй глубина ощущается
значительно слабее вследствие
того, что она расположена
над горизонтальной частью
предмета.
В бинокулярных приборах
нарушение стереоскопическо-
го восприятия происходит от
дефектов изготовления этих
приборов. Обе части прибора
должны давать изображения,
совершенно одинаково распо-
ложенные. Если же одна часть
Е: прибора дает перекос изобра-
6 жения, в то время как во вто-
£ рой части изображение рас-
положено прямо, то совокуп-
ность двух таких изображе-
ний дает двоение картины без
восприятия глубины. В бино-
кулярных приборах с внутрен-
ними марками (стереодально-
меры, стереокомпараторы)
часто происходит нарушение
установки марки по высоте;
для каждого из глаз марка
видна на различной высоте
над предметом (рис. 174в, круг
2, ромбик справа от прямо-
угольника). В таком случае
восприятия глубины нет.
Появляется неприятно дей-
ствующее на глаза двое-
ние.
Отбор пригодных
наблюдателей для работы на стереоприборах имеет весьма большое
значение; он производится на основании исследования свойств их глаз на
специальных приборах. Для этой цели вполне пригоден обыкновенный стерео-
скоп, даже самодельный, очень грубой конструкции, и специальные таб-
лицы, описанные далее. Предварительно следует пропустить всех предна-
значенных к исследованию через испытание зрения. Здесь будут забрако-
ваны люди с ненадлежащими свойствами глаз; необходимо, чтобы при таком
осмотре были определены аметропия (т. I, гл. 7, § 4) (объективным методом,
например рефрактометром) и межзрачковое расстояние. Эти величины должен
знать каждый обучаемый для своих глаз, и они позволят при дальнейшем
обучении, особенно на стереодальномере, избегнуть ряда ошибок и затруд-
нений.
190
Испытание стереоскопического зрения производится на специальных ниже
описанных стереоскопических таблицах (рис. 175), рассматриваемых в стереоскоп.
Сначала следует подождать, чтобы испытуемый увидел отчетливо через линзы
стереоскопа таблицы без какого-либо двоения. После этого можно задавать ему
вопросы, в каком виде он видит отдельные фигуры, обратить его внимание на то,
что разные фигуры видны на разном удалении от наблюдателя. Если он это
различает, можно выбрать две соседние фигуры и предложить сказать, какая из
них видна ближе.
Если наблюдатель правильно называет расположение отдельных фигур, —
следует перейти к деталям на силуэтах.
Опять надо начать с более грубого, десятого силуэта, постепенно идя к пер-
вому. При этом испытывающий должен следить за правильностью ответов по
специальной таблице или же наблюдая в другой стереоскоп. Эта работа идет до
ошибки ответов испытуемого; последняя и дает остроту стереоскопического
зрения.
Люди с хорошей остротой зрения должны дать правильные ответы для всех
десяти силуэтов, и только они будут подлежать дальнейшему обучению. При
исследовании по таблицам может случиться, что испытуемый не сразу поймет,
что от него требуется, особенно если он ни разу не смотрел в стереоскоп. Вначале
новичок может делать ошибки даже на очень грубых деталях; затем, когда он
внимательно присмотрится и поймет, чтб нужно видеть, он начинает говорить
правильно все до конца.
Наиболее пригодной для испытания стереоскопического зрения является
систематическая таблица Пульфриха (рис. 175), изданная Цейссом в 1908 г.
Она содержит десять силуэтов с марками. Все силуэты расположены различно
в отношении глубины, в каждом силуэте марки также различно расположены по
глубине.
Последовательность силуэтов по глубине дается следующим рядом, начиная
с самого близкого к наблюдателю: 9, 7, 3, 7, 2, 5, 4, 8, 6, 10.
Около каждого силуэта имеются четыре марки: палочка, крестик, треуголь-
ник и баллончик.
Эти марки расположены на разных удалениях от своего силуэта; причем на
силуэте 10 это взаимное удаление очень большое; оно постепенно уменьшается
к силуэту 7, где достигает своего предела — 15" (при линзах стереоскопа с фо-
кусным расстоянием 150 мм).
Разница в параллактических углах между маркой и каким-либо силуэтом
равна параллактической разности в первом силуэте, т. е. 15", умноженной на
номер данного силуэта. Таким образом для силуэта 10 имеем наибольшее уда-
ление 150".
Последовательность марок в отдельных силуэтах дается следующей таблицей,
начиная с более близкой марки (названия марок, которые находятся на одина-
ковом расстоянии с силуэтом, выделены курсивом).
10 — палочка, треугольник, крестик, баллончик;
9 — палочка, крестик, баллончик, треугольник;
8— баллончик, крестик, треугольник, палочка;
7 — баллончик, треугольник, палочка, крестик;
6 — треугольник, баллончик, палочка (относительно силуэта города); кре-
стик (относительно силуэта цеппелина);
5 — палочка, баллончик, крестик, треугольник;
4 — крестик, баллончик, треугольник, палочка;
3— треугольник, крестик, палочка, баллончик;
2 — баллончик, треугольник, крестик, палочка;
7 — баллончик, треугольник, крестик, палочка.
Необходимо отметить, что некоторые наблюдатели могут различать разницу
даже в удалении указанных курсивом марок. Это объясняется большими
трудностями изготовления такой таблицы: линейный параллакс для марок
силуэта 7 достигает всего лишь 0,01 мм.
191
ё некоторых случаях к стерёбсКопу прилагается Специальная накладываемая
на столик стереоскопа рамка с двумя указателями, которые могут передвигаться
в вертикальном и горизонтальном направлениях. Эта рамка называется стерео-
микрометром (рис. 176); она может служить для иллюстрации свойств стереоско-
пического зрения и показа движения марки (острый конец указателя) в про-
странстве. Для работы со стереомикрометром на столик стереоскопа накладывается
какая-либо стереоскопическая таблица (хотя бы
с силуэтами); на эту таблицу накладывается рамка
Ъ стереомикрометра, и указатели подводятся к какой-
ш нибудь детали таблицы. Необходимо обращать вни-
мание, чтобы острия указателей были расположены
на одинаковой высоте по отношению к выбранному
силуэту, над ним или сбоку.
Рассматривание таблицы дает стереоскопическое
................Ш восприятие силуэта таблицы и одного указателя
(если последние правильно установлены по высоте).
Один из указателей рамки (обычно правый) может
при помощи микрометрического винта передви-
gr—гаться вправо и влево, отчего стереоскопически
воспринимается перемещение указателя в глубину
^сг- - • ......по отношению к какой-либо детали таблицы. Здесь
возможна установка на совмещение по глубине,
Рис. 176 которая может быть отсчитана по делениям на ба-
рабане винта. Обычно одно деление барабана соот-
ветствует линейному параллаксу в 0,01мм, что при фокусном расстоянии линз сте-
реоскопа 150 мм дает ошибку в параллактическом угле 15''. С таким стереоми-
крометром можно иллюстрировать различные явления и свойства стереоскопиче-
ского зрения: наблюдается расстройство по высоте, когда оба указателя уста-
новлены своими остриями не на одном уровне; если острия расположены далеко
от рассматриваемой детали таблицы, точность установки на совмещение по глу-
бине сильно падает; если одно острие стоит по одну сторону детали таблицы, а
другое по другую сторону на одном уровне с этой деталью, получается двоение
изображения и отсутствие стереоскопического восприятия; если приблизить (или
удалить по глубине) очень сильно указатель к наблюдателю (в стереоскопически
воспринимаемом изображении), то наряду с восприятием глубины появляется
двоение изображения.
§ 14. Приборы для измерения высоты цели (высотомеры)
В основе действия этих приборов лежит решение высотомерного
треугольника, расположенного в вертикальной плоскости. Он имеет заданные
элементы: 1) база и два угла при ней, или
2) дальность до цели — горизонтальная или на-
клонная — и угол места цели.
Во втором случае, поскольку предварительным
условием определения высоты является определе-
ние дальности тем или другим типом дальномера,
прибор носит название дальномер-высото-
мер, а в первом сохраняется название высо-
томер.
Крышеобразный высотомер ре-
шает треугольник АСВ, расположенный в верти-
кальной плоскости, по стороне АВ и углам аир,
т. е. он, так же как и горизонтально-базный даль-
номер, состоит из двух угломерных приборов, по-
ставленных на концах базы. Отличие крышеобразного высотомера от
дальномера видно из рассмотрения рис. 177. Здесь то^ки А и В — концы базы.
Рис.
177
m
в которых расположены угломерные приборы. Линии 1—2 и 3—4 перпендику-
лярны к базе Б и лежат в горизонтальной плоскости. Эти перпендикуляры яв-
ляются осями вращения для плоскостей АГ и АТ. Пересечение этих двух плоско-
стей дает обязательно горизонтальную линию, а если обе плоскости М и N содер-
жат одну и ту же точку в пространстве, то эта линия будет геометрическим местом
точек, превышение которых над горизонтальной плоскостью одинаково. Превы-
шение линии СС' над горизонтальной плоскостью, содержащей базу Б, зависит
от длины базы и телесных углов а и [3, образуемых вращающимися плоскостями
М и N с горизонтальной плоскостью.
При вращении этих плоскостей линии визирования на цель С могут передви-
гаться в этих плоскостях, пока они не пройдут через цель на линии конька крыши
СС. Приборы АиВ на концах базы должны быть ориентированы так, чтобы линии
визиревэния имели два движения: одно вокруг горизонтальной оси, перпенди-
кулярной базе, а другое в плоскости М или N, т. е. вокруг оси, перпендику-
лярной к одной из этих плоскостей.
Таким образом, при наблюдении за целью, каждый инструмент образует угол
между вращающейся плоскостью и горизонтальной плоскостью базы. Пересе-
чение этих плоскостей образует крышу, высота
конька которой над горизонтальной плоскостью
и будет искомой высотой полета цели. Понятно,
что для определения этой высоты нам достаточно
определить высоту треугольника АСВ, образо-
ванного сечением плоскостей М и N перпенди- |
кулярной плоскостью, проходящей через базу
Б, по измеренным углам « и р и базе Б.
Аналитическая зависимость между указан-
ными величинами определяется формулой
" = • О4’1»
Один из приборов конструктивно оформлен
так, что решение уравнения происходит авто-
матически при вводе в прибор углов аир.
Дальномеры с высотомерами.
При стрельбе зенитной артиллерии часто не-
обходимо знать высоту полета цели, а не наклонную дальность D, которую,
как правило, измеряют при помощи дальномера. Для вычисления высоты полета
цели необходимо решить высотный прямоугольный треугольник, в вершине А
которого находится дальномер (батарея), в вершине же В—цель. Если дистан-
ция до цели равна D и угол цели в момент измерения дистанции равен а, то
высота полета может быть вычислена по формуле
Н = D • sin а.
(14,2)
Для сокращения времени измерения дальномер снабжается соответствующими
графическими или механическими приспособлениями, автоматически решающими
формулу (14,2). На шкале такого приспособления высота цели может быть про-
чтена непосредственно. Эти трансформирующие приспособления и механизмы,
всегда устанавливаемые на зенитных дальномерах, носят название высотомеров.
То же приспособление дает одновременно и третью сторону высотного треуголь-
ника — горизонтальную дальность —по формуле Do = Deos а, которую необхо-
димо знать при некоторых способах стрельбы.
Ниже описываются три типа высотомеров: маятниковый, графический и
логарифмический.
Маятниковый высотомер (рис. 178) наиболее прост по устройству. Он
укреплен на конце трубы дальномера, там, где обычно располагаются буферные
13 Оптика в военном деле—215.
193
подушки. Механизм высотомера заключен в плоскую коробку со стеклянной
крышкой. На задней стенке коробки нанесена сетка b наклонных линий: черные
линии, идущие сверху вниз направо, служат для определения высоты; красные,
идущие сверху вниз налево, — для горизонтальных дальностей; линии идут
через 500 м, и цифры нанесены в гектометрах.
Маятник высотомера подвешен в своей верхней части на оси и, когда дально-
меру придается некоторый угол возвышения, сохраняет всегда вертикальное
положение. Для быстрого успокоения колебаний маятника внутри коробки
налита особая жидкость. Углы места цели с отсчитываются по сектору в нижней
части высотомера против указателя, имеющегося на нижней части маятника.
Вдоль маятника нанесены шкалы: левая черная — для отсчета высоты, правая
красная—для отсчета горизонтальных дальностей. На шкалах указаны на-
клонные дальности (дистанции) цели.
Отсчет шкал высотомера производится следующим образом: высотомерщик
замечает дистанцию, полученную с дальномера, на соответствующей шкале
маятника и против этой дистанции прочитывает по подходящей прямой линии
сетки высотомера высоту или горизонтальную дальность, смотря по тому, что
будет нужно. Если отмеченное деление дистанции окажется между двумя пря-
мыми сетки, то высотомерщик оценивает долю деления на-глаз.
Подобные высотомеры дают
в
ющишаюоп
D
К
Рис. 179
небольшую точность.
Графический высотомер схемати-
чески представлен на рис. 179. Действие
его заключается в следующем: вращение
измерительного валика при помощи шесте-
рен 7 и 2 приводит во вращение винт А, не
имеющий поступательного движения; этот
винт ввинчивается или вывинчивается из
подвижной гайки В, неразрывно связанной
с рамой С, которая получает, таким обра-
зом, от винта поступательное перемещение.
На этой раме имеется два стеклянных про-
зрачных диска Н, расположенных один под
другим^на одной общей оси О. Снизу на фоне диска помещена стрелка К, конец
которой является указателем. На дисках нанесены кривые, идущие от центра
к периферии; один диск служит для определения высоты, и кривые нанесены
по закону Н — D sina, где а — угол места цели; на другом диске имеются кри-
вые горизонтальных дальностей Do = D cosa.
На общей внешней оправе дисков имеется коническая шестерня 5, которая
приводит диски во вращение вокруг оси О при помощи передачи шестернями 4,
5 и 6 от механизма углов места. Таким образом изменение углов места дает
вращение дисков, изменение дистанции — поступательное перемещение дисков;
в результате совместного действия дистанции и угла места стрелка указателя
показывает на одну из кривых диска (доля промежутка между кривыми оцени-
вается на-глаз). Для удобства чтения каждая кривая на своем протяжении снаб-
жена цифрами, показывающими высоту или горизонтальную дальность. Эти
цифры расположены настолько часто по кривой, что в поле зрения окуляра,
через который рассматриваются кривые, всегда видна одна или две цифры дан-
ной кривой. Ввиду того, что диски расположены один над другим, на некотором
расстоянии друг от друга, в окуляр виден только один диск; для возможности
видеть другой диск необходимо окуляр перефокусировать на этот второй диск.
Перефокусировка производится включением между диском и окуляром допол-
нительной линзы поворотом специального рычага, находящегося на наружной
стороне высотомера.
Логарифмический высотомер устроен по принципу логарифми-
ческой линейки.
Из формулы высоты И = D sin а имеем
1g/4 = 1g □ + Igsina.
(14,3)
194
Эта последняя формула допускает механическое решение ее при помощи
простого сложения перемещений в одном направлении.
Шкала высот и горизонтальных дальностей помещается на окружности диска
высотомера. Диск приводится во вращение от измерительного валика, причем
это вращение совершается пропорционально логарифму дистанции. Для этой
цели равномерное вращение дистанционного валика при помощи двух логариф-
мических секторов превращается в логарифмическое. Фигурный профиль сек-
торов вырезан пропорционально IgD. Оба сектора связаны между собой гибкой
стальной лентой. Один из секторов вращается равномерно и приводит при по-
мощи гибкой ленты во вращение другой сектор, который, в свою очередь, вра-
щает высотомерный диск с угловой скоростью, пропорциональной логарифму
дистанции.
Аналогичный же механизм, приводимый в движение от маховика вертикаль-
ной наводкой и связанный со шкалой углов места, перемещает указатель высоты
с угловой скоростью, пропорциональной Igsin а; другой такой же механизм
перемещает указатель горизонтальных
дальностей пропорционально Igcosa.
Таким образом мы имеем перемещение
шкалы высотомера на величину IgD и пе-
ремещение указателей на величину Igsin а
(для высоты) или Igcosa (для горизон-
тальных дальностей). Совместное переме-
щение дает величину lg/f и IgD; против
соответствующего указателя мы непосред-
ственно читаем на шкале высоту или гори-
зонтальную дальность цели, выраженные
в гектометрах.
При определении высоты цели самолета
дальномером, имеющим один из описанных
выше высотомерных механизмов, дально-
мерщику приходится непрерывно и весьма
быстро вращать измерительный валик, в
соответствии с быстрым изменением даль- i
ности. Быстрота вращения измерительногб^^^
валика такова, что измерение не может
быть произведено вполне тщательно и
точно. Поэтому крупные иностранные
фирмы за последние годы стали изготовлять
для целей зенитной артиллерии приборы,
Я
__ 1__
Рис. 180
плоскость
измерения
в которых определение высоты производится оптическим путем. Такие приборы
получили название стереовысотомеров.
Действие стереовысотомера отличается от действия дальномера тем, что
стереовысотомером измеряется непосредственно высота цели, что весьма суще-
ственно, ибо при чрезвычайно больших скоростях современных самолетов из-
менение дистанции происходит очень быстро, при сравнительно медленном из-
менении высоты самолета.
рели самолет летит на постоянной высоте, то наблюдателю нет необходи-
мости вращать измерительный валик, так как измерительная марка после совме-
щения ее с изображением цели автоматически удерживается на одинаковой
глубине с последней. При наличии автоматической наводки стереовысотомера
по летящему самолету измерения производятся с таким же удобством, как й
измерения дальности обычным дальномером до неподвижных целей, благодаря
чему точность измерений примерно в 1,5—2 раза выше точности дальномера
с высотомерным механизмом.
Принцип действия заключается в следующем. При измерении дальности по
воздушным целям плоскость измерительного треугольника (заштрихованного на
рис. 180), наклонена под некоторым углом к горизонтальной плоскости.
195
Введем обозначения: D — наклонная дальность, И — высота полета цели,
7 — угол места цели, b — база прибора, а — параллактический угол при любых
углах у, а0 — параллактический угол при 7 = 90°.
Из рис. 180 следует, что
H—D siny,
ь
а == —
D ’
b
«о~ н -
(14, 4)
(14,5)
(14,6)
В тот момент, когда самолет будет находиться точно над точкой измерения,
7 = 90°, высота И будет равна дальности D и прибор будет давать высоту цели;
Рис. 181
параллактический угол а будет
при этом иметь максимальное
значение а0 для данной высоты
полета.
Из формул (14,4), (14,5) и
(14,6) имеем
а = а0 sin 7,
т. е. при неизменной величине Н
параллактический угол а изме-
няется пропорционально синусу
угла места цели 7. Если в
конструкцию стереодальномера
ввести механизм, который с изме-
нением угла места цели, при по-
стоянной высоте полета, будет
автоматически компенсировать
изменение параллактического угла пропорционально синусу угла места цели,
то такой дальномер превращается в стереовысотомер.
В стереовысотомерах, построенных по этому принципу, измерительная марка
после совмещения ее с изображением цели будет автоматически удерживаться
на одинаковой глубине без помощи стереоскописта. При изменении самолетом
высоты полета появляющееся при этом расхождение по глубине марок цели
компенсируется с помощью измерительного валика, связанного со шкалой высот
и измерительным компенсатором. Таким образом осуществляется двусторон-
нее управление измерительным компенсатором прибора от измерительного
валика и механизма вертикальной наводки.
Если управление измерительным компенсатором отключить от механизма
вертикальной наводки, то стереовысотомер превращается в обычный стереодально-
мер и шкала высот будет служить как шкала дальностей. Эта задача в раз-
личных конструкциях решена по разному. В качестве примера стереовысото-
мера приводим конструкцию стереовысотомера фирмы Цейсса* (рис. 181).
Оптическая схема такого стереовысотомера аналогична схеме стереодально-
мера, но вместо одного двухклинового компенсатора в этой схеме мы имеем*два
совершенно одинаковых компенсатора, расположенных каждый перед объекти-
вом стереодальномера. Основные детали схемы , этого прибора показаны на
рис. 181, где П{ и П2— концевые отражатели (пентапризмы), О19 О2—объ-
ективы, /73 — центральные призмы, М — измерительные марки, О3 — окуляры,
и К2 — клинья левого компенсатора, Я3 и Я4 — клинья правого компенса-
тора: Связь клиньев попарно между собою такая же, как у обыкновенного
двуклинового компенсатора, т. е. клинья вращаются в разные стороны и на
Одинаковые углы.
* А. Н. Захарьевский, Опт.-мех. прсмышл., 1934, №9, стр. 9. См. также [10].
193-
В том случае, когда прибор работает как дальномер, каждая пара клиньев
действует только от вращения дистанционного валика. И при измерении даль-
ности до цели изображение в поле зрения прибора движется относительно из-
мерительных марок как в левом, так и в правом поле зрения одновременно,
компенсируя параллактический угол.
Когда прибор работает как высотомер, на компенсаторы оказывает действие
не только измерительный валик, но и механизм вертикальной наводки. Если
высота полета цели Н остается постоянной, то изменение параллактического угла
а происходит автоматически по закону синусов; это изменение компенсируется
дополнительным разворотом клиньев обоих компенсаторов пропорционально
углу места цели. Шкала показывает неизменность высоты.
Когда цель меняет высоту, изображения цели и измерительных марок сов-
мещаются по глубине с помощью измерительного валика.
Описанная система высотомера требует очень сложной кинематической схемы.
Сопряжение движений измерительного валика, шкалы высот и изменений угла
места цели с измерительными двуклиновыми компенсаторами осуществлено
сложными дифференциальными механизмами. В результате конструкция стерео-
высотомера оказалась очень сложной и громоздкой по сравнению с обычными
дальномерами такого типа.
Дальнейшее развитие прибора пошло по пути упрощения конструкции. Это
стало возможным благодаря применению линзового компенсатора.
Как известно, линзовый компенсатор состоит из двух длиннофокусных
линз — положительной и отрицатель- -
ной, точно центрированных одна отно- “
сительно другой. Пучок параллель-
них лучей выходит из такой системы
параллельным без отклонения.
Если центр одной из линз сме-
стить на величину А, то луч откло-____________т__________________
нится от своего направления на угол
а = j , где а — угол отклонения, /V
/ — фокусное расстояние линзы. Это Рис. 182
свойство линзового компенсатора ис-
пользовано в последней модели стереовысотомера Цейсса.
Вместо двух двуклиновых компенсаторов применяется один линзовый.
Смещение линзы компенсатора производится с одной стороны от измеритель-
ного валика, с другой стороны от механизма вертикальной наводки таким об-
разом, чтобы смещение линзы было пропорционально синусу угла места. Эта
задача решается сравнительно просто при помощи синусного механизма, схема-
тически показанного на рис. 182, где А (перемещающая гайка) движется
по винту Б на отрезок х0. Проекция перемещения линзы по оси абсцисс будет
равна х = х0 sin 7, где 7 — угол между направляющей N и винтом Б.
Угол 7 — переменный, всегда равен углу места цели, а так как отклоняющий
угол компенсатора пропорционален перемещению линзы, то для нее выполнено
условие
а — ао sin 7.
Таким образом удается сильно упростить кинематическую схему по сравне-
нию с первой моделью стереовысотомера.
§ 15. Расстройства дальномеров и способы выверки
Причин расстройства оптической системы в условиях эксплоатации дально-
меров очень много: тряска при перевозке, неизбежные толчки и сотрясения ври
установке и укладке в ящик, сильное нагревание солнцем днем и последующее
охлаждение ночью и др. Дальномер поэтому должен иметь приспособления для
устранения последствий его расстройства.
197
А. Расстройство по высоте состоит в том, что в фокальной пло“
скости объективов два изображения предмета смещаются в вертикальном напра’
влении одно относительно другого; причиною этого является нарушение парал-
лельности оптических осей системы в вертикальной плоскости, происходящее,
например, от несимметричного прогиба трубы вследствие неравномерного нагре-
вания солнцем. Расстройство по высоте обнаруживается по виду изображения
в поле зрения. Рис. 183,а представляет вид картины при правильной регули-
ровке по высоте дально-
мера «Инверт»; здесь
вершина прямого изо-
бражения флага на раз-
делительной линии со-
прикасается с вершиной
обратного изображения
в окне поля зрения.
Рис. 183,6 и в дают
картину того же изобра-
жения при расстройстве
обратное изображение опустилось вниз, а на
Рис. 183
Рис. 184.
по высоте, причем на рис. 183,0 (
рис. 183,в—приподнялось кверху.
Рис. 184 дает пример расстройства по высоте дальномера «Коинциденц»; слева
верхнее изображение опущено вниз, справа приподнято вверх.
У стереоскопического дальномера расстройство в высоте обнаруживается по
разному расположению двух изображений по высоте относительно измеритель-
ных марок, что приводит к двоению измерительных марок или предмета при
рассматривании картины обоими глазами.
Очень легко обнаружить расстройство по высоте по горизонту моря (где это
доступно); в стереоскопическом дальномере при рассматривании отдельно каж-
дого поля зрения соответствующие измерительные марки одновременно должны
касаться морского горизонта; для монокулярных дальномеров типа «Инверт»
при подведении горизонта моря к разделительной линии он одновременно в обоих
изображениях (прямом и обратном) должен достигать этой линии; в дальномере
типа «Коинциденц» при подведении разделительной линии горизонт моря
должен проходить эту линию без каких-либо изменений.
Выверка дальномера по
высоте заключается в восстановлении
правильного расположения изображений
при помощи специального выверочного ме-
ханизма, валик которого расположен на
наружной трубе дальномера под специаль-
ным защитным кольцом или колпач-
ком.
Для выверки надо руководиться указа-
телем (в виде стрелки), имеющимся на
трубе дальномера. Употребительны три
способа выверки по высоте.
1. Механический способ выверки путем качания внутренней трубы в верти-
кальной плоскости. Это качание приводит к исправлению вертикального поло-
жения изображений.
2. Качание концевого отражателя или пентапризмы вокруг оси, перпенди-
кулярной биссектриссе угла между отражающими гранями и ребру концевого
отражателя.
Незначительное качание отражателя строго вокруг этой оси вызывает только
изменение положения изображения по высоте.
3. Оптический способ — качание специальной плоскопараллельной стеклян-
ной пластинки, помещенной в сходящемся пучке лучей, между объективом теле-
скопа и фокальной плоскостью.
198
При качании такой пластинки вокруг оси, перпендикулярной оси дально-
мера и расположенной в плоскости измерительного треугольника, изображение
смещается по высоте, благодаря чему становится возможным расположить оба
изображения в правом и левом полях зрения одинаково относительно измеритель-
ных марок.
Каждый из способов имеет свои положительные и отрицательные свойства.
Первые два способа не требуют дополнительного введения оптических деталей,
но зато требуют крепления, позволяющего производить качание телескопа или
отражателя. Третий способ увеличивает количество оптических поверхностей
в системе и, кроме того, требует перерасчета системы, так как пластинка вводит
сферическую аберрацию, но он удобен в эксплоатации. В некоторых системах
дальномеров для выверки по высоте применяется двуклиновой компенсатор,
поставленный перед объективом таким образом, что вращение его клиньев
вызывает вертикальное смещение изображения.
Б. Расстройство по дальности и способы выверки.
В то время как расстройство по высоте легко обнаруживается по виду изо-
бражения в поле зрения, расстройство по дальности может быть обнаружено
только путем специальной проверки. Допустим, что дальномер наводится на
предмет, для которого параллактический угол практически равен нулю. Пра-
вильно отрегулированный дальномер должен по шкале дистанций показать при
этом бесконечность (сю).
Если дальномер расстроен, то его показание будет иное, и это будет свиде-
тельствовать, что при установке дистанционной шкалы на бесконечность опти-
ческие оси дальномера в пространстве предметов не параллельны. Расстройство
можно обнаружить также и потому, что при измерении расстояния до предмета
с точно известной дистанцией дальномер начинает давать неверные показания.
Расстройство по дальности происходит от смещений деталей оптической
системы, приводящих к непараллельности оптических осей в горизонтальной
плоскости. Выверка по дальности должна восстановить параллельность осей.
Для выверки по дальности употребляется одноклиновой компенсатор, поме-
щенный в левой части дальномера.
При рассмотрении действия вращающегося клина мы видели, что при своем
вращении клин перемещает изображение по дуге окружности. Клин выверки по
дальности установлен так, что перемещение изображения совершается по неболь-
шой дуге наиболее горизонтальных частей всей окружности (по верхней или
по нижней). Диапазон действия такого компенсатора невелик, однако и у него
при исправлении больших расстройств по дальности произойдет небольшое пере-
мещение изображения по высоте. Поэтому всегда после выверки по дальности
следует проверить выверку по высоте; механизм выверки по высоте должен
давать только вертикальные перемещения изображения, не вводя ошибок по
дальности.
Валик механизма выверки по дальности помещается под тем же защитным
кольцом, что и валик выверки по высоте. Для того чтобы открыть этот валик,
надо повернуть кольцо до совпадения указателя на трубе с указателем по
дальности на кольце. Обычно после выверки защитное кольцо запирается вин-
том, чтобы случайно не открылись валики выверочных механизмов и не было
произведено расстройство выверки во время измерений.
Механизм выверки по дальности снабжен специальной выверочной шкалой,
позволяющей делать отсчет выверки и изменение выверки на заданное значение.
При сборке дальномера на заводе выверочный компенсатор устанавливается так,
чтобы он допускал изменение углов в обе стороны; выверочная шкала устана-
вливается на среднее деление (100 при всей шкале 0-200, или 50 при всей шкале
0-100). Способов выверки существует несколько.
1. Выверка по линейке — обычный и наиболее употребительный
способ в полевой обстановке. Сущность этого способа ясна из рис. 185, где D —
дальномер с базой Б, равной расстоянию между центрами его входных отверстий.
На расстоянии F от дальномера расположена линейка I с двумя марками Мг
199
и Л4 2, находящимися друг от друга на расстоянии, точно равном базе дально-
мера. Выверочная линейка (рис. 186) представляет собою металлическую штангу
на стойках с двумя белыми экранами а и Ь, в середине которых прикреплены
выверочные марки в виде черных вертикальных полосок или треугольников.
Во многих случаях для горизонтальной установки линейка снабжена уровнем. При
выверке линейка должна быть установлена точно перпендикулярно оптическим
осям дальномера: для этой цели в середине штанги имеется специальный визир V.
Наиболее распространенными являются два типа визиров: 1) визир со штри-
хом в поле зрения и 2) визир с прямым и обратным изображением.
1) Визир со штрихом в поле зрения представляет собой пентапризму
(рис. 187), на середине верхней части которой наклеена небольшая линзочка,
такая, что передняя поверхность пентапризмы с
вертикальным штрихом на ней находится в фокусе
этой линзы.
/r/j
Рис. 185
Центр этой линзочки заполирован таким образом, что получается плоская
площадка в виде кружка диаметром 2—3 мм.
Наблюдатель, смотря через эту плоскую часть линзы, будет видеть удален-
ный дальномер как через плоскую пластинку, а периферийная сферическая часть
линзы, в фокусе которой помещен вертикальный штрих, позволяет резко видеть
штрих. Таким образом, при одной и той же аккомодации глаза наблюдатель одно-
временнорезко видитудаленный дальномер и весьма близко расположенный штрих.
Существуют визиры, у которых по этому же принципу вместо целой линзочки
наклеена половинка линзы. Тогда через половинку линзы рассматривается штрих,
а, помимо линзочки, через свободную часть грани пентапризмы виден дальномер.
Правильная установка линейки будет получена тогда, когда штрих будет
виден проходящим точно через середину штатива дальномера.
2) Визир с прямым и обратным изображением состоит из склеенной прямо-
угольной призмы (рис. 188). Призма состоит из двух частей — крышеобразной
призмы К и призмочки Р, гипотенузная грань которой посеребрена. Приз-
мочка Р приклеена канадским бальзамом. Наблюдатель,
смотря через такой визир сверху, будет видеть через приз-
мочку Р вертикально обращенное изображение дальномера, ___________L____
а через крышеобразную призму полностью обращенное изображе- х. \
t ние. При вращении линейки вокруг вертикальной \ \
/„ Cx-.i оси оба эти изображения будут двигаться в про- к \
//. тивоположные стороны. Точно друг над другом они “ \ \
/'• \\\* будут находиться только тогда, когда ось визира \
будет направлена на штатив дальномера. Видеть х^
оба изображения можно, качая головой в верти-
Рис. 187 кальном направлении и переводя при этом глаз с Рис. 188
одной призмы на другую и обратно.
Выясним теперь вопрос о необходимом удалении дальномера от линейки.
Для монокулярных дальномеров этот вопрос разрешается просто — линейка
относится на большое расстояние, обычно не ближе 100 м.
Для стереоскопических дальномеров вопрос сложнее, потому что в поле
зрения этих дальномеров имеются стереоскопические марки. Линейка должна
быть отнесена, вообще говоря, на такое расстоянье, чтобы изображение марок
200
линейки не выходило далеко из той плоскости, где нанесены марки дальномера.
В противном случае наши глаза должны будут рассматривать марки при различ-
ных условиях аккомодации; от этого либо одни, либо другие марки будут видны
менее резко; все это создает затруднехия при совмещении по дальности, и умень-
шает точность выверки. Для монокулярного дальномера при удалениях линейки
от дальномера больше 100 м влияние этого обстоятельства сказывается меньше,
чем для стереоскопического. В силу этого для выверки по линейке стереоскопи-
ческих дальномеров перед кх объективами включают специальные длиннофокус-
ные линзы, и линейка относится на расстояние, равное фокусному расстоянию
этих линз. В таком случае от марок линейки лучи света входят в объективы дально-
мера параллельным пучком (как от бесконечно далеких предметов), и их изобра-
жение получается точно в плоскости измерительных марок. Вот почему для
стереоскопических дальномеров обычно указано удаление выверочной линейки,
и для отмеривания этого расстояния прикладывается специальная рулетка.
Например, у двухметрового дальномера Герца линейка ставится на расстоянии
75 м, у двухметрового дальномера Цейсса — 20 м, у четырехметрового дально-
мера Цейсса — около 40 м.
Расстояние до выверочной линейки при помощи рулетки должно быть
измерено с точностью не ниже 0,5%.
При рассматривании линейки в дальномер мы будем иметь следующую кар-
Т1 ну. На рис. 189а дано окулярное поле зрения дальномера «Инверт» с полоской
Рис. 189а Рис. 189.5
в поле зрения. Левый объектив дальномера направлен на левый щит линейкиг
этот щит I изображается в прямом виде вместе со всей линейкой ниже разде-
лительной линии. Правый объектив, направленный на правый щит г, дает зер-
кальное (обратное) изображение г' этого щита выше разделительной линии
над изображением левого /. Вся линейка здесь изображается расположенной
влево от г'. Наблюдатель должен, действуя механизмом вертикальной наводки,
подвести штрихи вплотную друг к другу на разделительной линии. На рис. 1896
даны изображения выверочной линейки в поле зрения дальномеров «Коинци-
денц» — слева и «Инверт» — справа.
Если шкала дальномера поставлена на бесконечность (оо) и оба штриха соста-
вляют точное продолжение один другого, то можно считать, что дальномер пра-
вильно выверен по дальности. Если штрихи смещены один относительно другого,
то дальномер расстроен и требуется его выверка по дальности. Выверка произ-
водится следующим образом: шкала дистанции устанавливается на бесконеч-
ность; открывается валик выверки по дальности; вращая этот валик, наблюда-
тель производит совмещение штрихов.
Полученная установка выверочного компенсатора прочитывается по вывероч-
ной шкале и записывается. Такая установка повторяется 10 раз; среднее ариф-
метическое из 10 отсчетов берется в качестве верной установки шкалы выверки
по дальности на данное время, для данного дальномера и наблюдателя. Можно
производить выверку и по дистанционной шкале, для чего около знака беско-
нечности (оо) есть дополнительная шкала делений, отмеченная знаками + и —.
Наблюдатель совмещает штрихи 10 раз движением дистанционного валика;
среднее из 10 отсчетов даст выверку, и это среднее прибавляется, если среднее
201
имеет + (либо вычитается, если —), к числу, стоящему на шкале выверки по
дальности. Обычно обе шкалы (около бесконечности на дистанционном барабане
и на выверочной шкале) нанесены в равноценных делениях. Однако выверку по
шкале около бесконечности не всегда удобно производить, так как эта шкала
имеет небольшое число делений и ее может нехватить. Поэтому часто делают
предварительную установку по выверочной шкале, точную же поправку опре-
деляют по шкале около бесконечности.
Производить выверку дистанционным механизмом несколько удобнее, так
как здесь при вращении дистанционного валика мы имеем сравнительно быстрые
перемещения изображения. Выверочный же валик по дальности — небольших
размеров, и передача к компенсатору часто такова, что при вращении валика
изображение перемещается слишком медленно.
Для стереоскопического дальномера две марки линейки, рассматриваемые
в дальномер, дадут стереоскопическое восприятие одной марки, висящей в про-
странстве на некотором удалении от наблюдателя. При правильно выверенном
по дальности дальномере эта стереоскопическая марка будет удалена на беско-
нечность, и при установке измерительного компенсатора на знак бесконечности
измерительный ромбик и марка линейки будут казаться на одном удалении.
Если совпадения по глубине нет, то это совпадение достигается или измеритель-
ным компенсатором, причем отсчитывается его положение по добавочной шкале
около знака бесконечности, или, если добавочной шкалы нехватает, совмещение
достигается вращением выверочного валика, причем отсчеты
ведутся по шкале выверки по дальности.
Процесс выверки производится так же, как это было
описано для дальномера «Инверт».
2. Выверка по луне часто доступна в полевых
условиях, и ее следует производить время от времени; она
может производиться как днем, так и вечером; в послед-
нем случае необходимо освещение шкал и измерительных
марок дальномера, что предусмотрено набором принадлеж-
ностей к дальномеру и его конструкцией.
Выверка по луне производится точно так же, как и по
рейке, т. е. по шкале выверки по дальности (измерительный
компенсатор поставлен на бесконечность) или по шкале около знака бесконечности
на дистанционной шкале. При выверке стереоскопического дальномера ромбик
должен подводиться к лунному диску сбоку, но не сверху или снизу, так как
такая установка не будет точной вследствие свойств стереоскопического зрения.
При выверке дальномера особое внимание следует обратить на выверку по
высоте, так как расстройства выверки по высоте может вызвать большую ошибку
в выверке по дальности. Неправильная выверка по высоте легко распознается
по виду луны, как показано на рис. 190 для дальномера «Инверт», где обратное
изображение меньше прямого (оно опущено вниз вследствие неправильной вы-
верки). Здесь та точка края верхнего изображения луны, которую нужно сов-
мещать с краем нижнего изображения, скрыта за разделительной линией. Вы-
верку по высоте следует проверить, подводя линию раздела к верхнему или
нижнему краю лунного диска. Если наблюдатель, не обратив на это внимания,
будет совмещать две разные точки окружности, то он получит неверную уста-
новку.
Звезда является также вполне пригодным объектом для выверки по дальности.
Выверка по звезде стереоскопического дальномера затруднений не представляет.
При выверке монокулярного дальномера осложнение возникает потому, что
изображение звезды является светящейся точкой, которую нельзя разделить
пополам. Чтобы можно было производить выверку по звездам, в оптическую
систему монокулярных дальномеров вводятся дополнительные цилиндрические
линзы (астигматоры), цилиндрические оси которых горизонтальны. Такие линзы
вытягивают изображение звезды в прямую вертикальную светлую линию, кото-
рую легко разделить пополам и производить выверку.
Д2
Сравнение результатов выверки дальномера по луне и по линейке, произ-
веденных непосредственно одна за другой, является наиболее удобным полевым
способом контроля исправности линейки. Неисправность последней может
заключаться в несоответствии базе дальномера; для близко- устанавливаемых
к дальномеру линеек изменение длины линейки на 0,1 мм уже дает одну или
несколько теоретических ошибок. Выверка по луне дает возможность опреде-
лить поправку к выверке по линейке. Так, например, если выверка по луне на
5 делений выверочной шкалы больше, чем по линейке, то после выверки по ли-
нейке к отсчету выверочной шкалы необходимо прибавить 5 делений. Такой
контроль линеек следует делать периодически, так как длина линейки может
изменяться от разных причин.
3. Выверка по местным предметам требует точного знания
дистанции до контрольных местных предметов и возможна только в условиях
полигона и стационарных установок. Измерение расстояний до контрольных
местных предметов должно быть сделано геодезическим способом.
Процесс выверки заключается в том, что шкала измерительного компенсатора
устанавливается на известную дистанцию. Затем выверочным валиком произ-
водится совмещение по дальности не меньше 10 раз. Среднее значение из отсче-
тов выверочной шкалы берется в качестве выверки для данного времени, лица
и дальномера.
4. Выверка с дополнительной тру-
бой. Этот способ выверки по дальности, не требующий С __________
наличия линейки, употребляется для стационарных даль-
номеров, начиная с 3—4 м. Выверка с дополнительной ?_!_
трубой, по типу так называемой круговой выверки с > <—
пентапризмами, в схематическом виде изображена на + +
рис. 191. Нижняя часть представляет схему стереоско- J X
пического дальномера, где концевые отражатели изобра- i i
жены в виде прямоугольных призм, окулярные — в виде
простых зеркал; т и т1— окулярные марки в поле Рис- 191
зрения обоих окуляров. Рядом с дальномером, против
его входных окошек, устанавливается труба, на концах которой имеются пен-
тапризмы А и В. Часто эта труба на специальных подставках устанавливается
над дальномером своими отверстиями вниз; в этом случае дальномер при вы-
верке устанавливается концевыми окнами вертикально вверх.
Последовательность выверки и ход лучей при этом представляется в следую-
щем виде. Освещается (лампочкой) левый окуляр, тогда марка т является светя-
щимся предметом, и вся левая часть дальномера становится коллиматором,
дающим из своего концевого окошка параллельный пучок лучей, направленный
вверх. Верхняя труба с пентапризмами переносит пучок к правому окну, пово-
рачивая его вниз точно на 180° (каждая пентапризма на 90°), если только пен-
тапризмы имеют углы точно 45°. Пучок лучей R, идущий в этом случае парал-
лельно пучку лучей Р, попадает в правую часть дальномера, и изображение
левой марки т получается в поле зрения правого окуляра. Выверочным клино-
вым компенсатором это изображение приводится в совмещение с измерительной
маркой правого окуляра. Если углы пентапризмы не равны точно 45°, то совме-
щаются специально для выверки по дальности нанесенные на краю поля зрения
выверочные штрихи.
5. Внутренний абсолютный вы веритель. Принцип
устройства этого выверителя заключается в следующем (рис. 192). Пусть мы имеем
две вращающиеся пентапризмы, обращенные своими прямыми углами в одну
сторону (влево—рис. 192, а, или вправо—рис. 192, б). Пусть в положении б на
пентапризмы падает пучок параллельных лучей из бокового коллиматора, как
показано стрелкой. Пентапризмы установлены на разной высоте, одна выше
другой, таким образом, что часть лучей из коллиматора попадает в одну пента-
призму, а часть — в другую. Если углы пентапризм точно одинаковы, то из
обеих пентапризм выходят два параллельных друг другу пучка света; обычно
203
же, вследствие ошибок углов, выходящие пучки не параллельны друг другу*
Пентапризмы установлены перед концевыми отражателями дальномера. В поле
зрения дальномера наблюдатель будет видеть изображение той марки (крест,
штрих), которая находится в главном фокусе коллиматора. Для монокулярного
дальномера это изображение будет разделено разделительной линией, для стерео-
скопического — будет чувствоваться разность глубины между этим изображе-
нием и измерительной маркой дальномера. Совмещение производится вывероч-
ным валиком, после чего делается отсчет по выверочной шкале. Ввиду неизбеж-
ных ошибок углов пентапризм эта выверка не будет верной. Необходимо повто-
рить выверку, повернув предварительно пентапризмы в плоскости рисунка
на 90° и пустив пучок параллельных лучей слева (рис. 192, а).
Как видно из рисунка, ошибки пентапризм здесь действуют в противополож-
ную сторону; если в положении б после выхода из пентапризм пучки лучей были
расходящимися, то в положении а они будут сходящимися. Ошибка при повтор-
ной выверке будет равна по величине и прямо противоположна ошибке при
Рис. 192
первоначальной выверке. Поэтому среднее арифметическое из обеих установок
выверочного компенсатора будет соответствовать правильной выверке. На рис. 192
выверка будет
10 4- 20 __ г
2 ~
При указанных операциях выверки шкала измерительного компенсатора
должна стоять на бесконечности (оо).Описанный метод выверки исключает влия-
ние неточности углов пентапризм, происшедшей или при их изготовлении или
появившейся с течением времени от небольших изменений формы пентапризм.
Благодаря этому свойству выверитель и получил название абсолютного.
Выверители этого типа устраиваются у больших стационарных дальномеров.
Схема дальномера с таким выверителем приведена на рис. 193 (вид сверху и
сбоку). Два выверочных знака Sj и S2 через объективы и D2 и зеркала Ег
и Е2 могут давать параллельные пучки света на пентапризмы Y± и У2, которые
могут быть повернуты либо к знаку либо к S2. Эти пентапризмы перекры-
вают лишь часть отверстия основных пентапризм Рг и Р2 дальномера и распо-
ложены одна выше, а другая ниже оптической оси дальномера. После выверки
выверочные пентапризмы и У9 специальным рычагом отодвигаются в стороны
и, таким образом, не мешают работе дальномера.
204
Из других частей дальномера, изображенного на рис. 193, отметим следую-
щие. S — соединительная призма, сводящая оба изображения в одно поле зре-
ния с разделительной линией. Между этой призмой и окуляром 0х помещаются
дополнительная линза О и призмы Р и R. Линза О сделана подвижной, что дает
возможность менять увеличение дальномера.
Измерительный компенсатор (продольно двигающийся клин) находится между
объективом 02 и его фокальной плоскостью. СС — цилиндрические линзы
астигматора, включаемые для измерения дистанции до светящихся точек, огней,
а также при выверке по дальности по звездам.
Обычно каждый дальномер снабжается двумя фильтрами: темным (красным)
и светлым (желто-зеленым). Иногда дается также дымчатый — серый фильтр.
Фильтры эти даются для возможности производить наблюдения на ярком фоне
неба, близко к солнцу, что весьма существенно для дальномеров зенитной артил-
лерии. При употреблении их надо иметь в виду, что введение фильтра может
иногда очень сильно расстроить выверку по дальности. Это может произойти
или от неправильной регулировки стекла фильтра на заводе или от того, что
вся система дальномера недостаточно исправлена в отношении хроматической
аберрации. Влияние хроматизма особенно сильно может сказаться при введении
красного фильтра. Поэтому при употреблении фильтров следует предварительно
Рис. 193
определить, как изменяются показания дальномера при введении того или иного
фильтра. Если в отсчетах обнаружится заметная разница, то при включении
фильтра необходимо изменять установку шкалы выверки по дальности на
соответствующее число делений.
§ 16. Дальнейшие усовершенствования дальномеров
По своей чувствительности военные оптические дальномеры сравнимы с наи-
более чувствительными измерительными приборами —интерферометрами.
Точность измерения дистанции дальномером зависит уже не столько от сте-
пени совершенства изготовления самого прибора или его деталей, сколько от
целого ряда причин, как то: ограниченности остроты зрения человеческого глаза,
состояния атмосферы, освещенности и контрастности цели, формы и подвижности
цели и др. Достаточно сказать, что современные дальномеры могут измерять
параллактические углы в благоприятных условиях с точностью до 0,2—0,3м.
В настоящее время, кроме высокой точности измерения углов, к дальномерам
предъявляется основное требование устойчивости, постоянства измерений в есте-
ственных условиях работы дальномера, т. е. при резких колебаниях температуры
окружающей среды, при одностороннем нагревании дальномера солнцем, при
тряске.
С этой целью применяется ряд мер по защите дальномера от внешних воздей-
ствий. Для повышения устойчивости показаний дальномера непрерывно совер-
205
шенствуется конструкция дальномера, система оптики и отдельные узлы. В первую
очередь это относится к концевым отражателям, телескопу, измерительной и
выверочной системам.
В современных дальномерах пентапризма почти не встречается в качестве
концевого отражателя, ее место занял концевой отражатель, состоящий из двух
зеркал, расположенных под углом 45°. Различного вида конструкции такого
отражателя, применявшиеся в дальномеростроении различными фирмами, в на-
стоящий момент приводят к действительно устойчивому типу; такие дальномеры
при весьма жестких температурных испытаниях дают изменения отклонения
луча не более чем на 0,5—1,0 секунду угла. Это усовершенствование идет за счет,
применения однородного материала, пирекса, кварца, новых методов крепления,
алюминирования и других причин.
Усовершенствование телескопа идет по пути уменьшения его габаритов,
подбора материала, применения телеобъектива и, наконец, устранения самой
трубы телескопа и выноса измерительных марок из телескопа.
В этом случае применяют новый вид светящихся марок, которые находятся
вне телескопа и специальным способом проектируются в фокальной плоскости
вместе с изображением цели; это позволяет избегнуть ряда различных ошибок
в измерении, вызываемых самим телескопом.
Применение схемы, позволяющей пользование псевдоскопическим изобра-
жением, устраняет личную ошибку стереоскописта.
Применением новых методов выверки дальномера достигают устойчивых ре-
зультатов измерения.
Для улучшения работы стереоскописта создается ряд специальных при-
способлений, создающих максимальные удобства в работе; таковыми яв-
ляются, например, специальные антивибрационные подцапфенники, тумбы, си-
денье для работы сидя (в морских дальномерах), наплечники для малобазных
зенитных дальномеров, набор фильтров, позволяющих менять яркость и кон-
трастность, механизм индивидуальной наводки, позволяющий стереоскописту
независимо от наводчика подводить наилучшим образом изображение цели
к измерительным маркам, и ряд других приспособлений.
Очень большое внимание уделяется вопросу наводки дальномера на быстро-
движущуюся цель и автоматическую передачу данных измерения.
Так как в современной войне дальномеры" главным образом применяются
в зенитной артиллерии, где они придаются прибору управления зенитным огнем,
то весьма существенно наведение дальномера и приборов ПУ АЗО на ту же самую
цель. С этой целью дальномеры снабжены механизмами, которые автоматически
наводят дальномер по азимуту и углу места цели, а роль наводчиков сводится
только к более точной корректировке.
Глава 24
РАБОТА С ДАЛЬНОМЕРАМИ И ВЫСОТОМЕРАМИ
§ 1. Общие соображения о точности дальномеров. «Теоретическая ошибка»
§ 2. Личная ошибка наблюдателя. § 3. Поправка дистанционной шкалы дальномера.
§ 4. Влияние атмосферы и других условий на работу дальномеров. § 5. Трени-
ровка наблюдателей для работы на стереодальномерах. § 6. Ошибки высотомеров.
§ 7. Контроль работы стереоскопистов по самолету.
§ 1. Общие соображения о точности дальномеров. «Теоретическая ошибка»
Точность работы дальномеров зависит от большого количества причин, кото-
рые определяются конструкцией данного дальномера, внешними условиями, при
которых дальномер работает, и, естественно, состоянием зрения наблюдателя.
Для суждения о работе дальномера необходимо изучить его работу при все-
возможных условиях. Полное испытание дальномера должно состоять из:
?06
1) испытания дальномера в лаборатории, так как только в лабораторной
обстановке можно исключить очень сложное, часто не поддающееся во всех
деталях учету влияние внешних условий;
2) испытания дальномера в полевой обстановке, которое следует вести так,
чтобы, насколько это возможно, разделить влияние различных факторов, на-
пример: неравномерный нагрев, плохая видимость, воздушные потоки и др.
После полного испытания можно получить представление о том, какие из
замеченных ошибок следует отнести за счет неисправностей самого прибора,
какие ошибки происходят от внешних условий и как дальномер противостоит
внешним воздействиям.
Приступая к рассмотрению ошибок дальномеров, необходимо условиться,
в каких единицах измерять эти ошибки. Как мы видели выше, дальномер по
существу измеряет не дистанции, а параллактические углы и делает ошибку
именно в этих углах.
Ввиду этого в качестве единицы ошибок измерения употребляется так назы-
ваемая «теоретическая ошибка» дальномера, и все его ошибки измеряются в этих
единицах (в дальнейшем теоретическую ошибку будем сокращенно обозначать
начальными буквами — т. о.).
Величина т. о. соответствует средней чувствительности человеческого глаза,
с которой производится в дальномере совмещение изображений. В главе о глазе
мы видели, что предельная точность совмещения двух половинок одного штриха
равняется в среднем 10"; предельная точность стереоскопического совмещения
по глубине в среднем равна также 10" (гл. 23, § 9). Эта величина 8 == 10"
и считается предельной величиной точности измерений параллактического угла
е, которую может дать невооруженный человеческий глаз и которая определяет
величину т. о. дальномера. При наблюдении в зрительную трубу с увеличением
Y после окуляра мы имеем попрежнему 10". В пространстве предметов, перед
объективом, эта величина должна быть уменьшена в отношении увеличения
зрительной трубы. Таким образом, для дальномера с увеличением у=20х или
30х (предельное до сих пор употребляющееся увеличение больших дальномеров)
мы будем иметь точность совмещения в 1/2" и в 1/3,>. Эта точность гораздо выше
точности кругов больших теодолитов и соответствует точности самых больших
лабораторных гониометров. Учитывая весьма неблагоприятные условия эксплоа-
тации дальномера в полевой обстановке, становится понятной большая трудность
изготовления этих приборов.
Для дальномеров с базой В мы имели следующую зависимость дистанции D
от параллактического угла е:
(i,i>
(гл. 23, §§ 5 и 9). Если увеличение дальномера равно у, то все углы увеличи-
ваются в у раз и параллактический угол £0 в пространстве изображений, т. е.
после окуляра, равен е0 = -уе; поэтому
D = (1.2)
ео
Пусть имеем две дистанции D± и D2 с параллактическими углами после оку-
ляров е’о и s"0, отличающимися на предельную точность восприятия глаза, т. е.
е</ — еон = 8 = 10"; подставляя в формулу (9,4) на стр. 180 выражение (1,2),
имеем окончательную формулу для вычисления теоретической ошибки дально-
мера при измерении дистанции:
dD*=D2 —. (1,3)
Из этой формулы видно, что теоретическая ошибка возрастает пропорцио-
нально квадрату дистанции.
207
Относительная погрешность измерения легко получится из формулы (1,3),
если разделить обе . части на D
— D •100% . (1,4)
Правая часть равенства умножена на 100 и поэтому выражение (1,4) Дает
относительную ошибку сразу в процентах.
Из формулы (1,4) мы видим, что относительная ошибка дальномера не по-
стоянна для разных дистанций, а возрастает пропорционально дистанции.
Для сравнительной характеристики типичных дальномеров в табл. 12 даны
значения абсолютных и относительных ошибок для разных дистанций следую-
щих дальномеров: В = 1,25 м, у= 15" — дальномер полевой артиллерии;
В — 2 м, у = 20х — дальномер зенитной артиллерии с высотомером; В — 4 м,
7 =24Л — стереовысотомер зенитной артиллерии; В = 10 м,у = 30х — даль-
номер морской крепостной артиллерии.
Таблица 12
D км В = 1,25 м; 7 = 15х В = 2 м; 7 = 20х /Г-4 м; 7 = 24х м: у =зо*
dD м % dD м % dD м 1 °/о dD м %
0,6 0,9 0,16
1,0 2,6 0,26 1,2 0,12 0,5 0,05 — —
2,0 10,4 0,52 4,8 0,24 2,0 0,10 — —
3,0 23,3 0,78 10,9 0,36 4,6 0,15 1,46 0,05
4,0 41,4 1,03 19,4 0,49 1,8 0,20 2,59 0,05
5,0 64,7 1,29 30,3 0,61 12,6 0,25 4,05 0,08
6,0 93,2 1,55 43,7 0,73 18,2 1 0,30 5,83 0,10
7,0 127 1,81 59,5 0,85 24,8 0,35 7,93
8,0 165 2,07 77,7 0,97 32,4 0,40 10,3 0,13
9,0 209 2,32 98,3 1,09 40,9 0,45 13,1 0,15
10,0 2о9 2, *9 121 1,21 50,6 0,51 16,2 0,16
11,0 313 2,85 147 1,33 61,2 0,56 19,6 0,18
12,0 372 3,11 175 1,45 72,8 0,61 23,3 0 19
13,0 438 3,37 205 1,57 85,5 0,66 27,3 0,21
14,0 508 3,62 238 1,70 99,1 0,71 31,7 0,23
15,0 583 3,88 273 1,82 114 0,76 36,4 0,24
20,0 — — 486 2,43 202 1,01 64,7 0,32
25,0 — — — — 316 2,26 101 0,40
30,0 — — — — 455 1,52 146 0,49
35,0 — — — — — -й_ 198 0,57
40,0 — .— — — — — 259 0,65
45,0 — — — — — — 328 0,73
50,0 — — — — — — 405 0,81
При расчете ошибок необходимо D и В выражать в одних и тех же линейных
единицах и 6 — в отвлеченных единицах (в радианах), полагая
Г' =4,85- 10-6 или -1—. •
Приведенные в табл. 12 величины теоретических ошибок (dD) лишь в неко-
торой мере могут характеризовать данный дальномер; можно сказать, что даль-
номер с большим увеличением будет пропорционально точнее давать дистанции.
Эти величины являются совершенно условными, и в действительной обста-
новке дальномер может дать ошибки в несколько раз большие; наоборот, при
очень благоприятных условиях в лабораторной обстановке некоторые наблю-
датели могут дать и немного меньшие ошибки.
Цена деления шкалы выверочного компенсатора и добавочных делений около
знака бесконечности дистанционной шкалы обычно равна одной теоретической
ошибке.
"208
§ 2. Личная ошибка наблюдателя
При рассмотрении различных ошибок измерений нельзя обойти личную
ошибку наблюдателя, относительно которой в литературе существует очень
мало указаний.
Под «личной ошибкой» понимается присущее различным наблюдателям свой-
ство, благодаря которому они, работая на одном и том же дальномере при одной
и той же выверке по дальности, получают систематическую разницу отсчетов
шкалы. Этот вопрос в значительной степени касается физиологических свойств
зрения. Можно утверждать, что даже у людей с нормальным зрением и нормаль-
ной остротой зрения строение сетчатой оболочки глаза и функционирование
нервной системы, воспринимающей внешние раздражения, может несколько
разниться; определение же момента совмещения изображения в дальномере
определяется в конце концов общим действием этих факторов.
Для того чтобы освободиться от влияния личной ошибки, необходимо при-
нять за правило, чтобы при смене наблюдателей каждый наблюдатель произво-
дил выверку по дальности сам для себя. Так как действие личной ошибки при
выверке и при измерении одинаково, то в результате она исключается и отсчеты
дистанционной шкалы становятся точными. Поэтому небольшая личная ошибка
не уменьшает достоинств наблюдателя; от хорошего наблюдателя требуется
только, чтобы ряд сделанных им отсчетов не имел больших колебаний.
Разница в выверке по дальности у разных наблюдателей вследствие личных
ошибок не может превосходить небольшого числа делений выверочной шкалы.
Значительные отклонения в установках (5—10 т. о.) свидетельствуют о каких-то
больших физиологических различиях в зрении наблюдателей, которых в этом
случае надо подвергнуть специальному исследованию. Практически, повиди-
мому, возможно подобрать такую группу наблюдателей, для которых выверка
по дальности одного и того же дальномера не расходилась бы больше чем на
1 т. о.
§ 3. Поправка дистанционной шкалы дальномера
Выверки дальномера по дальности еще недостаточно для того, чтобы дать
наблюдателю уверенность в правильности измеряемых дистанций, так как в самой
системе дальномера, в его измерительном механизме, возможны ошибки, кото-
рые наблюдатель не может устранить. Эти ошибки можно определить заранее
для того, чтобы при дальнейшей работе дальномера их учитывать. Из источни-
ков ошибок измерительного механизма отметим неточность изготовления углов
клиньев компенсатора, ошибки в нанесении дистанционной шкалы, недосмотры,
допущенные при регулировке дальномера, и ряд других ошибок. Все это при-
водит к тому, что дистанционная шкала имеет еще некоторые постоянные ошибки.
Эти ошибки могут быть определены путем специальной поверки шкалы компен-
сатора. С
Подобную поверку можно сделать в лаборатории, но она возможна и
в условиях стационарных установок (полигона), для чего необходимо иметь
систему контрольных точек на местности с хорошо известной дистанцией. Эти
дистанции должны быть определены геодезическим способом с точностью, пре-
восходящей теоретическую ошибку поверяемых дальномеров.
Порядок определения поправки дистанционной шкалы следующий:
1) производится выверка по дальности по линейке десятью отсчетами, после
чего выверочная шкала устанавливается на среднее арифметическое из этих
отсчетов;
2) производятся измерения дистанции до выбранных точек по 10 отсчетов
для каждой точки и вычисляются средние арифметические для каждой точки;
3) производится выверка по дальности по правилам п. 1 для контроля.
Обработка наблюдений ведется следующим образом. По данным измерений
и по истинной дистанции до контрольных точек определяются поправки в метрах
14 Оптика в военном деле—215.
209
дистанционной шкалы дальномера, причем поправка берется с плюсом, если
шкала дальномера дает дистанцию меньше истинной; в противоположном случае
поправка считается со знаком минус. Величины полученных линейных попра-
вок пересчитываются в теоретические ошибки. Величина одной т. о. для каждой
дистанции определяется по формуле (1,4). Полученные результаты наносятся
на график (рис. 194), вдоль оси абсцисс которого отложены параллактические
углы и дистанции. В начале координат помещается точка бесконечности с нуле-
вой поправкой, для которой параллактический угол равен нулю. Дальше по оси
абсцисс идут параллактические углы, соответствующие другим дистанциям
шкалы. Масштаб параллактических углов равномерный. Для ясности на той же
оси нанесена шкала дистанций, масштаб которой неравномерный. Пересчет от ди
станций к параллактическим углам про-
изводится по формуле е=-^-• 206000".
Последовательность дистанций до кон-
трольных точек желательно иметь такую,
чтобы вся шкала параллактических
углов дальномера была разделена на
равные промежутки. Например, для ми-
нимальной дистанции двухметрового
дальномера (1,2 км) мы имеем макси-
мальный параллактический угол 24";
Рис. 194
для контрольных точек можем принять
углы 50, 100, 150 и 200”, что соответствует дистанциям • 8000, 4000, 2700 и
2000 м. Наиболее важными являются точки, лежащие в пределах боевых ди-
станций данного рода артиллерии; соответствующий участок шкалы должен
быть проверен более подробно и тщательно. При поверке шкалы дальномера
в поле необходимо пользоваться местными предметами с резкими очертаниями,
отчетливо видимыми на светлом фоне неба*; состояние воздуха должно быть та-
ково, чтобы тепловые потоки не искажали изображения. Для большей надеж-
ности поверку следует делать несколькими наблюдателями, хорошо натрениро-
ванными для работы на данном дальномере.
В результате поверки получается кривая поправок шкалы, подобная изо-
браженной на рис. 194. Хороший дальномер должен иметь кривую поправок
в виде прямой или колеблющейся линии, не уходящей далее 2 т. о. от оси.абсцисс;
возможен также случай кривой линии с одним максимумом или минимумом.
Если выверочная линейка дальномера неисправна, то кривая поправок будет
смещена параллельно самой себе вверх или вниз. Это обстоятельство должно
быть учтено особо: зная поправку на ошибку линейки, вводить ее следует после
выверки дальномера по линейке.
Знание кривой поправки весьма важно для командира, имеющего дело с дально-
мером. Возьмем, например, кривую рис. 194. Мы видим, что для дистанций 8—
3 км дальномер имеет систематические положительные поправки, доходящие
до 2 т. о. Эти поправки можно уменьшить, опустив всю кривую на одну теоре-
тическую ошибку вниз (пунктир). Для этого после выверки дальномера по ли-
нейке или по луне надо изменить положение выверочной шкалы на одно деление
против того, которое было получено при выверке. Однако при этом не следует
забывать и всего хода кривой, так как некоторые дистанции могут заметно испор-
титься. В нашем случае после перемещения кривой точка 2 км (200”) будет
иметь поправку, превосходящую 2 т. о.
§ 4. Влияние атмосферных и других условий на работу дальномеров
Теоретическая ошибка, с которой мы познакомились выше, является преде-
лом точности установок дистанционной шкалы и зависит от предела остроты
человеческого зрения. На практике эта точность может быть получена только
при весьма благоприятных условиях наблюдения, которые в полевой обстановке
210
случаются редко. Дальнейшее увеличение точности возможно только путем
увеличения числа наблюдений. При неподвижных целях полевой артиллерии
можно, в некоторых случаях, измерить дистанцию до цели несколько раз и
взять более надежное среднее значение. В зенитной же артиллерии этот способ
совершенно неприменим, так как воздушные цели чрезвычайно подвижны. В дей-
ствительности, ошибки дальномеров всегда больше одной т. о. Причин к этому
очень много. Сильно понижает точность у стереоскопического дальномера неак-
куратная наводка на цель, так как при этом изображение уходит от измеритель-
ной марки на край поля зрения. Точность понижается также при спешной ра-
боте, нервном напряжении во время боя и т. п.
Атмосферные условия во многих случаях сильно мешают работе
дальномера, а иногда и совершенно не дают возможности производить измерения.
К различным метеорологическим факторам, понижающим точность, следует
отнести прежде всего:
1) нагревание дальномера, находящегося на открытом месте под непосред-
ственным воздействием солнечных лучей, а также медленное изменение темпе-
ратуры дальномера в течение суток;
2) нагревание слоя воздуха, находящегося в соприкосновении с нагретой
почвой, вследствие чего появляются потоки теплого воздуха, поднимающиеся
среди более холодного и вызывающие колебания изображения в дально-
мере;
3) плохую прозрачность воздуха в условиях дымки, тумана (плохая види-
мость).
Судя по литературным данным, из этих трех факторов лучше всего изучен-
ным является нагревание дальномера. Повидимому, все стремления фирм, строя-
щих дальномеры, сводятся к созданию такого прибора, который был бы не чув-
ствителен к нагреванию. Для усовершенствования прибора в этом отношении
намечаются два пути. Во-первых, ограждают внутренние части дальномера от
сильного нагревания, покрывая наружную трубу слоем материала, плохо про-
водящего теплоту, и устраивая специальные покрышки, отделенные от внешней
трубы воздушной прослойкой. Однако совершенно изолировать от тепла вну-
тренние части дальномеров невозможно. При многочасовой работе на солнце
прогревание все равно достигает внутренних ответственных частей дальномера.
Наружная изоляция ограждает дальномер только от быстрых колебаний тем-
пературы, которые происходят, например, в том случае, когда солнце закры-
вается облаками. Опытом установлено, что современные дальномеры действи-
тельно не чувствительны к быстрым изменениям температуры и начинают реаги-
ровать на нагревание только после некоторого времени.
Продолжительное воздействие лучей солнца все же нагревает дальномер
и часто очень неравномерно.
Второй путь ограждения дальномера от нагревания — особая конструк-
ция дальномера, детали которой отличаются тем свойством, что даже при
нагревании ход лучей в оптической системе дальномера не нарушается.
Разберем один пример. При одностороннем нагревании трубы дальномера
получается изгиб трубы. Изгиб в горизонтальной плоскости мог бы вызвать рас-
хождение оптических осей, причем здесь даже такая малая величина, как доля
секунды (0,7—0,3) уже дает заметную ошибку в измерении дальности. Чтобы
не допустить расхождения осей, употребляют-в качестве концевых отражателей
пентапризмы или зеркальные системы из двух зеркал, стоящих под углом 45°
одно к другому. Так как в таких системах отклонение луча на 90° не зависит
от поворота системы, то изгиб трубы дальномера создает только незначитель-
ный поворот концевых отражателей; расхождения же оптических осей происхо-
дить не будет. Применение этих систем есть решительное средство для защиты
дальномера от ошибок вследствие нагревания.
Современные дальномеры весьма устойчивы к нагреванию. Однако и у них
могут появиться небольшие расстройства как по высоте, так и по дальности.
Расстройство по высоте в процессе измерений легко замечается по виду изобра-
211
жений и может быть исправлено выверочным валиком. В неблагоприятных уело*
виях расстройство по высоте возникает настолько быстро, что наблюдатель успе-
вает сделать только 2—3 верных измерения. Все последующие измерения дают
сильные отступления от правильного значения дистанций. Проверка обнаружи-
вает при этом наличие расстройства по высоте. После исправления выверки
наблюдатель опять начинает давать верные отсчеты, но через 2—3 измерения
опять появляются ошибки, пока дальномер не придет к стационарному
состоянию.
Описанные явления могут наблюдаться у дальномера в жаркий летний день.
Чтобы не делать больших ошибок, необходимо поэтому чаще обращать внимание
£
8 9 И) И 12 П 14 15 IS 17 ta
wca/
Рис. 195-
на'состояние выверки по высоте.
Вследствие нагревания дальномера может появиться также и расстройство
по дальности, которое можно заметить только путем выверки. Поэтому выверку
по дальности следует производить периоди-
чески, через определенные промежутки вре-
мени — 1—2 часа и даже чаще. Вообще же
следует внимательно изучить поведение даль-
номера при нагревании в полевой обстановке
и по мере возможности защищать его от на-
гревания, устанавливая в тени, и т. д.
В направлении создания приборов, нечув-
ствительных к нагревам, в иностранных воен-
ных лабораториях ведется интенсивная работа.
Так, описаны опыты, проведенные, очевидно,
по заданию французского морского ведомства,
в которых исследовалось, как изменяются показания дальномера при дневном
ходе температуры, когда около полудня солнце создает максимум, а утром и
вечером температура более низкая. Соответственные температурные условия
создавались искусственно в лаборатории, в специальной камере с нагреванием.
Сильное изменение показаний свидетельствовало о каком-то дефекте в системе
дальномера. Путем исправления и замены деталей фирме (французской) удалось
добиться того, что показания дальномера при таком нагревании не обнаружи-
вали систематического и сильного смещения. Результаты этого опыта пред-
ставлены графически на рис. 195, где пунктиром изображен суточный темпера-
турный ход; сплошная линия изображает величину изменений показаний
дальномера. По оси абсцисс отложено время в часах; по оси ординат:
слева — теоретические ошибки дальномера, справа — температура в градусах
Цельсия. Испытывавшийся дальномер морского типа имел базу 3 м и уве-
личение 25х.
Заключительный опыт производился на открытом воздухе при нагревании
дальномера непосредственно солнцем. Как видно из рис. 195, расстройства
дальномера не обнаружено.
Этот факт показывает, что задача создать дальномер, нечувствительный
к суточному ходу температуры, вполне разрешима на практике.
Иногда дальномеры очень сильно изменяют свои показания, причем здесь
нельзя указать никаких определенных пределов этого изменения. Колебания
воздуха в солнечный день, когда почва сильно нагрета, создают настолько силь-
ные колебания изображения, что контуры их расплываются. Ошибки измерений
возникают от того, что лучи света, идущие к левому и правому концевому отвер-
стию дальномера, проходят различные участки воздуха; у стереоскопического
дальномера при колебаниях изображения и нечеткости контуров изображения
глубина ощущается с большим трудом. Колебания изображений в обоих полях
зрения при бинокулярном наблюдении создают впечатление колебания изобра-
жения в пространстве в глубину, что приводит к ослаблению ощущения глубины
между ромбиком и изображением. При работе же по воздушным целям путь
лучей в нижних слоях воздуха, где наиболее сильны тепловые потоки, очень
невелик, и потому наблюдение таких целей ведется в гораздо более благоприят-
212
ных условиях, чем целей наземных. Понижение точности измерений мы имеем
в условиях плохой видимости цели (дымка, туман). Необходимо иметь в виду,
что в этих условиях при наблюдении в дальномер контуры предмета получаются
очень нерезкие, и совмещение в монокулярных дальномерах будет не точно.
Для стереодальномера измерения затрудняются неодинаковой резкостью черного
ромбика и слабо видимого предмета. Некоторое увеличение резкости изображения
в условиях тумана достигается установкой на концевые окошки длинных (около
0,5 м) труб, которые уменьшают интенсивность рефлексов внутри дальномера,
происходящих от света, попадающего с боков в концевые окна.
Целый ряд данных говорит за то, что в условиях плохой видимости, в сумерки
или в туман, стереоскопический дальномер дает лучшие измерения, чем моно-
кулярный. Это преимущество впервые выявилось в войну 1914—1918 гг. во время
Ютландского боя: здесь стереоскопические дальномеры, состоявшие на воору-
жении в немецком флоте, при очень неблагоприятных условиях видимости обес
печивали артиллерию более точными дистанциями, чем монокулярные дально-
меры «Коинциденц» в английском флоте.
Следующие графики, взятые из италь-
янского морского журнала, характери-
зуют работу дальномеров стереоскопи-
ческого и монокулярного в условиях
понижающейся освещенности вечером.
Рис. 196 (кривая а) дает изменение
яркости в стильбах (свечах на квадрат-
ный сантиметр) с течением времени. По
оси абсцисс отложено время в минутах.
Кривые вис рис. 196 дают отклоне-
ния отдельных измерений на дальномере
от истинной дистанции; эти отклонения
выражены вт. о. Верхняя кривая соответ-
ствует дальномеру «Коинциденц», ниж-
няя — стереоскопическому. Сравнение
обеих кривых показывает, что, в то вре-
мя как монокулярный дальномер на 20-й
минуте начинает давать сильно колеблю-
щиеся отсчеты и вынужден прекратить
работу на 34-й минуте, в показаниях
стереоскопического дальномера сильно
отклоняющиеся отсчеты начинаются лишь на 40-й минуте. До этого же показа-
ния стереодальномера довольно однообразны.
На точность работы дальномеров оказывает существенное влияние характер
целей. Для монокулярного дальномера выгоднее всего цели с резко очерченными
ровными краями: такой дальномер не будет давать точных дистанций до облака
дыма (дымовой завесы), в то время как измерения стереоскопическим дально-
мером будут более точными. Наоборот, для измерения дистанций до целей на
фоне ландшафта стереоскопический дальномер менее пригоден, чем монокуляр-
ный, так как на фоне местных предметов трудно различить менее контрастный
измерительный ромбик, причем стереоскопический эффект часто теряется. Однако
и монокулярный дальномер не всегда будет давать одинаково точные измерения;
точность эта очень сильно будет зависеть от контраста между предметом и окру-
жающим фоном и от очертаний предмета. Табл. 13 характеризует точность работы
дальномера «Инверт» с базой 1,25 м;* в опытах, производившихся одним наблю-
дателем делалось по три отсчета по каждому предмету.
Эта таблица показывает, что влияние очертаний цели и контраста с окружаю-
щим фоном сказывается очень сильно: при плохом контрасте и нерезких конту-
*Ю. Назимов. Точность дальномера «Инверт» с базой 1,25м. Артиллерийский
журн., № 5, 1932.
213
Таблица 13
Предмет
Расстояние
в метрах
Средняя ошибка
в метрах в т. о.
Громоотвод фабричной трубы, резко проекти-
рующийся на фоне облаков ..................
Вершина отдельно стоящей сухой сосны на
фоне песка.................................
Деревянный щит желтого цвета на горелом
месте .....................................
Отдельный развалившийся домик, окраска
которого сливается с фоном леса............
Зеленый бугор с овальными очертаниями на
фоне леса .................................
3160 17 0,6
4390 62 1,2
3920 117 3,0
3690 183 5,2
3430 232 7,6
измерений. Следующий пример
рах цели нельзя ожидать получения точных
еще резче характеризует это обстоятельство; из 10 отсчетов до цели с резко очер-
ченными контурами (дистанция 4169 м) дистанция определена с точностью до
1,7т. о.; для цели же, окрашенной под цвет фона (дистанция 4157 м), 10 отсчетов
дали дистанцию с точностью до 6,7 т. о.
На работе зенитных дальномеров, помимо описанных выше причин,
влияющих на точность измерения дальности, вследствие изменения угла места
сказывается еще ряд причин:
1) изгиб телескопа под действием силы тяжести и одностороннего нагрева,
2) влияние рефракции воздуха, заключенного в наружной трубе дальномера,
3) изгиб наружной трубы."
При горизонтальном положении дальномера, вследствие крепления телескопа
ко внешней трубе в двух точках, всегда имеет место под действием силы тяжести
незначительный прогиб концов телескопа и его средней части, но так как этот
прогиб имеет место в плоскости, перпендикулярной плоскости измерительного
треугольника, то расстройства по дальности он не вызывает.
В том случае, когда дальномер направлен в зенит, прогиб телескопа совпадает
с плоскостью измерительного треугольника, и, если в этот момент центральные
призмы сместятся с линии, соединяющей главные точки объектива, возникнет
максимальное расстройство дальномера по дальности.
Даже незначительный прогиб в несколько тысячных миллиметра приводит
к заметному расстройству дальномера по дальности.
Для других значений углов места величина расстройства Де пропорцио-
нальна синусу угла
Дг = ДЕтах sina,
где a — угол места цели, ДЕтах—расстройство при a = 90°.
Для устранения вредного влияния прогиба телескопа при изменении угла
места цели в конструкциях современных дальномеров предусмотрена особая
юстировка, заключающая в себе возможность смещать одну из точек опоры теле-
скопа вдоль оси телескопа.
Можно подобрать такое место для второй опоры телескопа, когда ошибка по
дальности для любого угла места цели будет минимальной. Это означает, что
прогибы центральной части и концов трубы скомпенсировались. Такая юсти-
ровка называется «балансировкой телескопа». Обнаружение, устранение и кон-
троль этого расстройства по дальности возможны благодаря специальным зенит-
ным коллиматорам, позволяющим производить выверку дальномера по дальности
для любых углов места цели от 0° до 90°.
Вредное и трудноустранимое влияние на расстройство дальномеров по даль-
ности производит прогиб телескопа в плоскости измерительного треугольника
в результате одностороннего нагрева телескопа солнечной радиацией. Доста-
точно незначительной разности температур между «теневой» и «освещенной»
поверхностями телескопа, порядка нескольких десятых градуса, как вследствие
214
линейного расширения металла труба телескопа изгибается. На рис. 197 показана
схема такого изгиба. Радиус кривизны г и стрелку прогиба в можно определить
из чертежа. Оказывается, что
где а — диаметр трубы, I — длина трубы, а — коэффициент линейного расши-
рения металла, dt — разность температур.
В существующих телескопах полное устранение прогиба трубы вследствие
температурной разности осуществить нельзя, но эту величину удается свести
к минимуму за счет изменения конструкции
телескопа, уменьшая его длину и увеличивая
диаметр, насколько это возможно при сохра-
нении оптических свойств и выполнении тре- д
бований к дальномеру.
Совершенно устранить влияние прогиба
телескопа на расстройство дальномера по
дальности возможно лишь при условии вы-
носа системы измерительных марок из теле-
скопа. За последние годы дальномеры такой
конструкции получают все большее распро-
странение (см. выше, гл. 23, § 12).
Одной из серьезных причин расстройства
зенитных дальномеров по дальности является
явление рефракции воздуха. Скорость рас-
пространения света зависит от плотности
среды. Если световой пучок лучей проходит
через слой воздуха, имеющий различную
плотность в своем сечении, перпендикулярном направлению распространения
пучка света, то будет наблюдаться отклонение светового пучка от прямолиней-
ного распространения в сторону слоя с большой плотностью. Это явление носит
название рефракции воздуха.
Слой воздуха, заключенный во внешней трубе дальномера, почти всегда будет
иметь в нижних своих слоях плотность ббльшую, нежели в верхних, в особен-
ности при неравномерном нагреве трубы солнечной радиацией.
Вследствие этого пучок лучей, входящий в дальномер при прохождении про-
странства в трубе, будет отклоняться на незначительный угол к нижним слоям
воздуха.
Для дальномера, измеряющего расстояние по наземным целям, это явление
остается незамеченным. Но как только угол места цели будет расти от нуля и
выше, это отклонение лучей, которое при всех положениях дальномера остается
по направлению всегда неизменным, начинает вызывать расстройство по дальности.
Максимальной величины расстройство по дальности в дальномере достигнет
тогда, когда направление отклонения лучей вследствие рефракции совпадет
с плоскостью измерительного треугольника (угол места 90°).
Для других значений угла величина расстройства будет пропорциональна
синусу угла места цели.
Можно показать, что величина отклонения пучка лучей от прямолинейного
распространения в угловой мере будет пропорциональна длине пути прохождения
луча в воздухе, изменению показателя преломления на единицу толщины слоя
и обратно пропорциональна показателю преломления среды.
Idn
е —------
па ’
где I —длина пути, а — сечение пучка, п — показатель преломления воздуха,
dn—изменение показателя преломления.
Если допустить наличие разности температур в верхнем и нижнем слоях воз-
духа на толщину слоя 50 мм в 1° (что, вообще говоря, может иметь место вслед-
215
ствие плохой теплопроводности воздуха и в весьма жестких температурных
условиях), то при длине слоя 2 м величина угла отклонения е будет
_ 2000»ю~в _ qZ>
S— 4,85* 10“6«50 — ’
Отсюда видно, какое большое значение может иметь ошибка по дальности при
наличии слоя воздуха с различной плотностью по сечению. Специальные опыты
по исследованию дальномера на зенитных коллиматорах подтвердили, что при
изменении температуры окружающей среды слой воздуха внутри дальномера
имеет различную плотность, причем градиент температуры имеет всегда одно
и то же направление, а именно вертикальное. При этом обнаруживается значи-
тельное расстройство по дальности, достигающее в жестких температурных
условиях десятков теоретических ошибок.
Действие рефракции воздуха эквивалентно действию оптического клина
с малым углом отклонения, поэтому это явление назвали «воздушным клином».
Совершенно устранить действие «воздушного клина» принципиально воз-
можно, для этого нужно построить вакуумный дальномер. Свести к минимуму
вредное влияние «воздушного клина», удается, вводя различного рода изменения
в систему оптики и конструкцию дальномера. Над этим вопросом работает небез-
успешно конструкторская мысль.
Расстройство по дальности в зенитном дальномере вызывается также и из-
гибом наружной трубы.
Дело в том, что к наружной трубе крепятся концевые отражатели, которые
обладают свойством изменять угол отклонения луча, если нарушается парал-
лельность ребер отражателей. При изменении угла места цели наружная труба,
или вследствие изменения слагающей силы тяжести, или под влиянием одно-
стороннего нагрева, обязательно изменит расположение ребер концевых отража-
телей в пространстве, что приводит, как правило, к дополнительному расстройству
по дальности. Величина расстройства зависит от первоначальной установки
отражателей при юстировке: она тем меньше, чем точнее соблюдена установка
ребер на параллельность. С целью меньшего прогиба наружной трубы диаметр
ее следует брать возможно большим. Кроме того, стараются избегать применения
разборных дальномеров, так как при сочленениях колен труб вероятность полу-
чить изгиб гораздо больше, нежели у целой трубы.
§ 5. Тренировка наблюдателей для работы на стереодальномерах
Выше (гл. 23, § 13) мы разобрали вопрос об отборе и предварительной
тренировке наблюдателей-стереоскопистов, однако этим вопрос о подготовке
наблюдателей для работы со стереодальномером не решается. Дальше предстоит
довольно большая работа по тренировке наблюдателей на дальномере. Прежде
всего следует отметить, что новичка не следует сразу ставить к дальномеру и
требовать, чтобы он производил совмещения по дальности: необходимо этот
переход делать постепенно.
При рассмотрении стереоскопического зрения мы касались вопроса об отборе
наблюдателей и о показе движения марки на стереомикрометре со стереоскопом.
Эти опыты являются предварительными перед переходом непосредственно на
дальномер. Если не имеется подобных стереоскопов, можно допустить новичков
и непосредственно к дальномеру, но здесь, ввиду значительной пластичности
дальномера, следует действовать постепенно. Прежде всего необходимо, чтобы
дальномер был выверен по высоте и по дальности; производящий обучение сам
обязательно должен быть хорошим стереоскопистом и уметь работать на дально-
мере, чтобы контролировать установки. Обучение проводится по неподвижным
местным предметам, расстояние до которых предварительно измерено хотя бы
при помощи того же дальномера.
Для обучения можно рекомендовать следующий путь. Обучающий наводит
дальномер на предмет так, чтобы ромбик почти касался предмета (никогда не
216
следует доводить ромбик до слияния с предметом, особенно для новичков) и
дистанционным валиком ставит его по глубине несколько ближе или дальше
предмета; затем предлагает новичкам смотреть по очереди в дальномер, ставя
каждый раз окуляры по своим глазам. Механизм боковой наводки дальномера
закрепляется, чтобы наблюдатель не мог сбить наводку. Наблюдатели, поскольку
все они в стереоскопе правильно различают детали, здесь также определят пра-
вильно взаимное расположение ромбика и предмета. Нужно иметь в виду, что
отчетливость и резкость восприятия глубины существенным образом зависит от
хорошей, правильной установки окуляра. Можно рекомендовать устанавливать
окуляры на резкость, вращая их в одном направлении,
наблюдатель сделает верную установку по глазам, то он
станет резко и отчетливо замечать разницу по глубине
между ромбиком и предметом. При неправильной установке
по глазному расстоянию наблюдателю часто не удается
свести два ромбика в один.
После этого упражнения можно, слегка вращая дистан-
ционный валик в обе стороны, приучить наблюдателя
отчетливо видеть перемещение ромбика в глубину; затем
можно предложить ему совместить ромбик и предмет по
глубине; это совмещение будет его первым измерением, и
оно должно быть близким к истинному. При этом обучаю-
щий, следя по дистанционной шкале, не должен позво-
вывинчивая. Когда
Рис. 168
лять наблюдателю далеко уходить от правильной дистанции, так как последний
легко попадет в условия двоения ромбика.
После некоторой работы по одному предмету можно перейти к другому, я
навести на него дальномер и, не совмещая ромбик по дальности, предложить
наблюдателям, пользуясь стереоскопической системой марок, определить —
ближе или дальше марок находится предмет и совместить их по дальности. Изме-
рение по местным предметам продолжается до тех пор, пока наблюдатели
не будут совершенно уверенно переходить от одного предмета к другому и давать
очень близкие к истинным измерения. За это время они должны овладеть техни-
кой выверки по высоте и по дальности, по местным предметам и по ли-
нейке.
Тренировка по местным предметам является совершенно необходимой; она
позволяет легко и непрерывно контролировать успехи наблюдателя и в процессе
обучения исправлять ошибки и показывать их. Эта тренировка должна продол-
жаться и в последующем, для поддержания остроты стереоскопического зрения
наблюдателя на должной высоте; нужно отметить, что при больших перерывах
в наблюдении точность стереоскопического восприятия падает. Такое обучение
и тренировка требуют наличия на местности хорошо видимых предметов с дистан-
циями от 1 до 10 км. Это не всегда может быть и, как правило, не бывает в зим-
нее время, когда военные части расположены в городах на зимних квартирах.
Однако процесс обучения может итти и здесь непосредственно на даль-
номере.
В этом случае для обучения и тренировки может быть использован принцип
выверочной линейки, у которой одну выверочную марку надо сделать подвижной.
В самом деле, если марки выверочной линейки раздвинуты на расстояние, равное
базе дальномера, то дальномер будет показывать надистанционной шкале беско-
нечность. Если же марки поставлены на расстояние В—I, где I — смещение
одной марки в направлении к другой (рис. 198), то линии, направленные из кон-
цевых окон дальномера А на марки линейки, не будут параллельны, а пересекутся
на некотором расстоянии от дальномера под углом е, который будет определяться
из условия tge = -^-, где F—расстояние от рейки до дальномера. Так как пере-
, ? I
мещение I мало, то & = -?.
Таким образом в правой части дальномера луч отклонен на угол е (парал-
лактический угол); дальномер при помощи компенсатора измерит некоторую
217
дистанцию D, соответствующую этому углу. Выразим эту дистанцию через сме-
шение /.Мы имеем в дальномереотсюда, так как s = -p->имеемР=-^ .
С подвижной маркой соединяется шкала, которую по этой формуле можно
проградуировать в дистанциях. Если шкала миллиметровая, то необходимо
иметь переводные таблицы, рассчитанные по той же формуле. В обоих случаях
величину передвижения марки следует измерять с точностью не ниже 0,1 мм.
Эта точность измерения при расстоянии линейки F = 40 м соответствует одной
т. о. дальномера.
Перед началом работы описанный прибор юстируется, для чего обе марки
разводятся на расстояние, равное базе дальномера. По этим маркам дальномер
выверяется по дальности при помощи механизма выверки по дальности; шкала
дистанции при выверке становится на оо.
Это не будет, вообще говоря, правильной выверкой дальномера, а будет
только его юстировкой, приводящей дальномер в согласие с тренировочной
линейкой. Необходимо, чтобы выверку делал хороший стереоскопист. После
выверки дальномер будет давать те дистанции, которые соответствуют смещению
I по выведенной выше формуле; отсчитывая величину I, можно будет контро-
лировать работу стереоскопистов.
Такая линейка не сложна в изготовлении, но требует наличия достаточно
большого помещения, чтобы можно было дальномер и линейку выставить на
такое же расстояние, на каком ставится выверочная линейка. Во время работы
выверочные линзы дальномера должны быть
переключены на положение «выверка».
Приучить наблюдателя к измерениям по са-
молету много труднее, и правильность работы
трудно поддается контролю. Хорошо иметь ря-
дом второй работающий дальномер с хорошим
стереоскопистом. Тренировка должна заклю-
чаться в приобретении навыков совмещения по
глубине марки и движущейся цели и одновре-
менно управления механизмами наводки даль-
номера по азимуту и углу местности; послед-
нее составляет особенную трудность работы по самолету.
Для тренировки стереоскописта в совмещении по глубине марки и движу-
щейся цели можно рекомендовать способ, предложенный инженером Б. П. Ско-
пинцевым.
Стереоскопист выверяет дальномер по рейке или измеряет дистанцию до
местного предмета с помощью измерительного маховика, и одновременно обу-
чающий вращает маховичок выверки по дальности, тогда в поле зрения цель
находится в движении по глубине. В момент совмещения стереоскопистом марки
и цели обучающий останавливает измерительный валик. Сравнивая показания
стереоскописта по шкале дальности и показания по шкале выверки, можно полу-
чить характеристику работы стереоскописта. Хорошо тренированный и много
наблюдавший стереоскопист должен уметь держать измерительный ромбик
максимально близко к самолету. Получить такого наблюдателя чрезвычайно
трудно, и таких наблюдателей действительно мало. Вопрос этот мы осветим
подробно при рассмотрении работы дальномеров-высотомеров.
Остановимся еще на вопросе утомления глаз при продолжительном
наблюдении и на влиянии этого утомления на точность измерения. В этом напра-
влении чрезвычайно интересный опыт был произведен немецким лейтенантом
Маурером на специальном приборе для испытания и обучения дальномер-
щиков.
Был взят неопытный наблюдатель с хорошей остротой зрения. При испытании
ему было предложено сделать 350 отдельных установок, соединенных по 10
в 35 серий. Результаты изображены на графике (рис. 199), где в вертикальном
направлении отложена точность установок в т. о., в горизонтальном — номера
218
серий. График показывает, что с 6-й серии измерений результаты довольно пло-
хие, что объясняется усталостью глаз после большого числа точных устано-
вок. Во время этих серий глаз до некоторой степени отдыхает. Далее, после
16-й серии получается устойчивая картина. Очевидно, наблюдатель приобрел
навыки правильной установки. Однако и здесь после одной — двух хороших
серий идут несколько более плохих, т. е. опять сказывается утомление от очень
точных установок. Двадцать серий измерений (по 10 измерений в каждой
серии) двух опытных наблюдателей дали в среднем для одного наблю-
дателя 10,3, для другого 11,4. Эти результаты не отличаются сильно
друг от друга. Все опыты были произведены с неподвижным предметом
в спокойных лабораторных условиях наблюдения. При работе по самолету, где
наблюдение вообще очень утомительно, желательна периодическая смена на-
блюдателей, для чего необходимо иметь при дальномере несколько стереоскопи-
стов, могущих заменять друг друга.
§ 6. Ошибки высотомеров
Точность показаний высотомера будет определяться тремя следующими
ошибками. Прежде всего дальномерщик ошибается в измерении дистанции на
величину dD; эта ошибка в дистанции влечет за собой ошибку в высоте dH 19
причем связь между ними следующая
dHr = dD sin а, (6,1)
что легко видеть из треугольника АВС (рис. 200).
Далее, в момент измерения высоты Н цели, мы не имеем точного совмещения
центра поля зрения дальномера — измерительного ромбик'а с целью. Поэтому
в механизм высотомера входит угол а, отли-
чающийся на величину da от истинного угла
места цели. Это введет новую ошибку в вы-
соте dH2, которая связана с da следующим
образом
dH2 — D • cos ada.
Вывод этой формулы следует из рис. 200,
где ошибка изображена в сильно увеличенном
виде. В виду малости угла можем написать,
что FA = D • rfa, и из треугольника FKA,
где FK = dH2, легко получаем приведенную
выше формулу, приняв во внимание, что угол AFK очень мало отличается от а.
Наконец, третья ошибка dH3 является ошибкой механизма высотомера и
зависит от неточности его изготовления.
Полная ошибка высотомера, ввиду независимости отдельных ошибок друг
от друга, определится выражением
dH - У dH* + d/722 + </Н32. (6-2)
Сопоставим друг с другом величины отдельных членов выражения (6,2).
Первый член определяется точностью работы дальномерщика-наблюдателя
и зависит от точности производимых им совмещений в поле зрения дальномера.
Ввиду того, что самолет быстро перемещается в пространстве, в поле зрения
дальномера он не стоит неподвижно относительно измерительной марки. Дер-
жать самолет достаточно близко к измерительной марке очень трудно, и это
определяется исключительно тренированностью дальномерщиков.
Это обстоятельство приводит к большим отклонениям по дальности, так как
в короткие промежутки времени, когда самолет находится возле измерительной
марки, дальномерщик не успевает сделать совмещение. Кроме того, в момент
определения высоты может не быть точного совмещения в вертикальном напра-
влении. Легко подсчитать, что ошибка dH± вообще больше dH2.
219
Возьмем конкретный случай. Дальномер с базой 2 м имеет поле зрения 0-23.
Пусть самолет находится выше или ниже измерительной марки на 0-05 делений.
Пусть мы имеем дистанцию D = 6000 м, а = 30° и Н = 3000 м; пусть при-
мерно сделана ошибка в определении дистанции в 3 т. о., т. е. 150 м.
Тогда возможные ошибки будут
dH! = 150 • sin 30° = 75 м,
dH2 = 6000 • cos 30° • 0,005 = 26 м,
т. е. dH2 = ^l/3dH1.
Наконец, третий член определяет ошибку, существующую в самом механизме
высотомера и зависящую от точности его сборки. Эта ошибка не должна превосхо-
дить известных пределов и величину ее можно установить. Для этой цели необ-
ходимо установить дистанционный валик дальномера на некоторую дистанцию,
дать дальномеру некоторый угол возвышения и проверить, насколько получаемая
высота (или горизонтальная дальность) соответствует вычисленной по формуле
Н = Osina (или О0 = Ocosa). Значительные расхождения будут указывать
на неправильность в работе высотомера, и его надлежит отдать в ремонт или же
учитывать при работе с ним его ошибки и чаще проверять его показания указан-
ным выше способом.
§ 7. Контроль работы стереоскопистов по самолету
Учет ошибок в высоте, даваемых дальномером, позволяет легко обеспечить
контроль работы стереоскопистов и получить суждение о качестве их работы.
Из анализа ошибок высотомера видно, что основной и главной ошибкой является
ошибка dHx, определяющаяся качеством работы стереоскописта. Ошибка dH3
в правильно действующих высотомерах не должна превосходить величины,
соответствующей, при заданных Н и а, одной т. о. в дистанции. Так как dHr
всегда составляет несколько т. о., то влияние dH3 на полную ошибку будет не-
значительно. В последующем мы будем считать, что ошибка в высоте, получае-
мая при работе высотомера, определяется исключительно точностью работы
стереоскописта, т. е.
dH dHl = dDsina.
Выражая ошибку dD по формуле (1,3), имеем
dH = О2 .
Вт
Но так как Н = D sin а, эта формула примет вид
В 7 sin а
Эта последняя формула позволяет поставить контроль работы стереоскописта
по самолету. Здесь можно поступить двояким путем.
1. Известна истинная высота HQ самолета, выдерживающего высоту
с возможной точностью. Эту высоту необходимо измерить приемами более точ-
ными, чем измерение при помощи дальномера, например, засекая положение
самолета теодолитами с концов большой базы.
Во время залета самолета стереоскопист производит совмещение по дальности,
и только в тот момент, когда он уверен в том, что действительно наблюдено сов-
мещение, он снимает показание высотомера и угла места.
Снимание показаний в момент команды «стоп» может дать очень большие
отклонения от истинной высоты, которые для дальномеров без плавной наводки
220
будут определять в большей степени недостатки конструкции дальномера, чем
ошибка стереоскописта. Результаты ряда измерений для их обработки выписы-
ваются в таблицу следующего вида
н sin а 0 в утл. сек.
В последнем столбце вычисляется величина ошибки параллактического угла
в секундах по формуле
g = dH^sin2.206000".
н-
Если в процессе обработки выяснится, что ошибки преимущественно одного
знака, то это указывает на систематическую ошибку в измерениях. Эта система-
тическая ошибка может происходить:
от недостаточно хорошо произведенной выверки дальномера по даль-
ности ;
от происшедшего в процессе измерений расстройства дальномера по даль-
ности;
от какой-либо систематической ошибки, допущенной при измерении кон-
трольной (истинной) высоты;
от систематических ошибок работы стереоскописта (стереоскопист может,
например, при приближении самолета систематически отставать или опережать
его).
2. Чаще всего истинная высота неизвестна, или известна недостаточно точно;
тогда за время одного полета, в течение которого самолет выдерживает высоту
возможно точно, производится достаточно большое число измерений. Стереоско-
пист во время залета иногда успевает сделать 10—15 совмещений измерительной
марки с самолетом и получить такое же количество отсчетов высоты. Эти изме-
рения обрабатываются по вышеприведенной схеме с той только разницей, что,
вместо истинной высоты HQ, берется среднее арифметическое из всех наблю-
денных, и по отношению к нему определяются ошибки dH1 и ошибки парал-
лактического угла.
Раздел X
ОПТИЧЕСКИЕ ПРИЦЕЛЫ СУХОПУТНЫЕ И МОРСКИЕ
Глава 25
ОПТИЧЕСКИЕ ПРИЦЕЛЫ НАЗЕМНЫХ И МОРСКИХ УСТАНОВОК
§ 1. Прицеливание и наводка. §. 2. Точность прицеливания. § 3. Оптические
прицелы для винтовок. § 4. Оптический прицел для миномета. § 5. Оптические
прицелы к станковому пулемету. § 6. Артиллерийская панорама системы Герца.
§ 7. Танковые прицелы. § 8. Морские прицелы. § 9. Пулеметные прицелы для
стрельбы по воздушным целям.
§ 1. Прицеливание и наводка
Назначение любого огнестрельного оружия заключается в том, чтобы пора-
зить противника, его боевые средства и укрепления.
Для этого пуля или снаряд должны попасть точно в цель, следовательно,
ствол винтовки или орудия, дающий первоначальное направление полету сна-
ряда, должен быть направлен так, чтобы линия полета этого снаряда проходила
через цель.
Если бы скорость движения пули или снаряда равнялась скорости распростра-
нения света и направление его движения также было бы прямолинейным, задача
встречи снаряда с целью решалась бы просто. Тогда достаточно было бы совместить
продолжение оси канала ствола орудия с целью и попадание снаряда было бы
обеспечено.
При очень небольших дистанциях, когда время полета снаряда незначительно,
а скорость движения максимальная (хотя, конечно, далеко не достигающая
скорости распространения света), наводка так и производится — прямо на цель.
При этом орудие наводится на цель, разумеется, не по каналу его ствола,
а при помощи вспомогательного устройства, позволяющего воспроизвести тем
или иным способом некую линию в пространстве, в данном случае направленную
параллельно оси канала ствола орудия. Так как это устройство располагается
обычно довольно близко к стволу, то погрешность в наводке даже на близкие
дистанции невелика, а в случае необходимости она всегда может быть исправлена
соответствующей поправкой.
Подобное устройство носит название прицела, а линия, воспроизводимая
им, называется линией прицеливания.
Способы осуществления линии прицеливания описаны ниже.
При стрельбе по более удаленным целям наводка орудия прямо на цель не-
приемлема, так как на снаряд почти сразу же по вылете его из дула орудия
начинают оказывать заметное действие другие силы, причем чем продолжительнее
полет снаряда, т. е. чем дальше он летит, тем существеннее влияние этих сил
на направление его полета.
К числу этих сил относится, в первую очередь, сила земного притяжения
или сила тяжести, отклоняющая направление полета снаряда от прямолинейного,
222
В результате действия этой силы траектория снаряда будет иметь вид кривойг
почти прямолинейной вначале и круто загибающейся книзу в конце-
рне. 201).
Угол М, составленный направлением на цель Z с линией горизонта, назы-
вается углом места цели; угол N, составленный тем же направлением
на цель с направлением О А, которое необходимо придать орудию, для того чтобы!
траектория снаряда прошла через цель, называется углом прицелива-
ния. Сумма этих углов носит название угла возвышения.
Наводка орудия бывает прямая, когда точкой наводки является сама,
цель, ине прямая, с закрытых позиций, когда точкой, по которой произ-
водится наводка, является какая-либо вспомогательная точка, какой-либо
ориентир, координаты которого относительно цели известны.
Из рисунка видно, что в данном случае, когда наводка производится непо-
средственно по цели, линию прицеливания необходимо отклонить вниз от на-
правления, параллельного оси канала ствола орудия, на угол прицеливания,,
чтобы при наведении прицела, связанного с орудием, на цель, последнее заняло,
положение, при котором траектория должна пройти через цель.
Углы прицеливания зависят от свойств орудия, заряда и снаряда и от даль-
ности цели, т. е. дистанции, и даются обычно в виде таблиц стрельбы, по которым,
рассчитываются величины перемещений линии прицеливания, производимых
при помощи всевозможных механизмов прицелов. Эти перемещения даются-
обыкновенно непосредственно в метрах
или гектометрах дистанции. *,д
Другой силой, влияющей наполет _______ ? ______—
снаряда, является сила сопротивления
воздуха, действующая также, главным
образом, в плоскости стрельбы и спо- ---------------
собствующая замедлению движения
снаряда. Эта сила менее постоянная, Рис. 201
чем сила тяжести, так как сопроти-
вление воздуха зависит от плотности его, а плотность, в свою очередь, зависит
от влажности, отличающейся непостоянством.
Это обстоятельство, а также ряд других, вызывает необходимость вносить
поправки в установку углов прицеливания, особенно при стрельбе на далекие
расстояния. Эти поправки вносятся также при помощи механизмов прицела.
Направление движения снаряда отклоняется от прямолинейного не только
в плоскости стрельбы. В силу вращательного движения снаряда вокруг его оси
во время полета траектория его отклоняется от плоскости стрельбы в сторону.
Это отклонение носит название деривации. Величина деривации также
должна быть учтена при прицеливании внесением соответствующей поправки
к направлению линии прицеливания.
Влияние бокового ветра разной силы и направления и другие факторы, откло-
няющие снаряд в полете в ту или иную сторону, — все они, вместе взятые, заста-
вляют иметь в прицеле устройства, которые позволяют вносить в положение
линии прицеливания при наводке орудия соответствующие поправки, носящие
название боковых поправок. ~
Все сказанное выше относится к случаю, когда цель во время прицеливания
и полета снаряда остается неподвижной. Необходимость решения задачи встречи
снаряда с движущейся целью, например при стрельбе по идущему танку про-
тивника, еще более увеличивает требования к прицелу. В этом случае необходимо
попасть снарядом в то место, куда придет танк за время полета снаряда. При
этом танк противника может двигаться в любом направлении и с любой ско-
ростью. Чтобы попасть в него снарядом, надо навести орудие так, чтобы при этом
были учтены все поправки, о которых было сказано выше, и, кроме того, был»
учтено перемещение цели за время полета снаряда, зависящее от дальности
цели. Дополнительный угол, устанавливаемый на прицеле для учета этого пере-
мещемкя, называется углом упреждения. Величина этого угла зависит
223
не только от дальности цели, но также и от скорости движения ее и от напра-
вления этого движения, называемого курсом цели.
Если движущейся целью является не танк, перемещающийся по земле, а само-
лет противника, могущий двигаться на разных высотах относительно точки
стояния орудия и со значительно большей скоростью, причем полет его может
происходить не только в плоскостях, параллельных горизонтальной,но и в наклон-
ных к ней под всевозможными углами, — поразить такую цель чрезвы-
чайно трудно, и задача, решение которой возлагается на прицел, становится
значительно сложнее.
Если же стрельба по самолету производится из орудия, в свою очередь дви-
гающегося в том или ином направлении, например при стрельбе с корабля,
сложность решения задачи встречи еще более возрастает. В последних случаях
одного прицела уже недостаточно. В помощь ему придаются еще целый ряд
визирных, построительных и счетных приборов, вырабатывающих для прицела
исходные данные для стрельбы.
Наконец, в случае стрельбы по самолету из самолета, летящего приблизи-
тельно с такой же скоростью, но в другом направлении, на другой высоте в усло-
виях различной плотности слоев воздуха, при различных направлениях и силы
ветра, — поиски точного решения задачи встречи снаряда с самолетом против-
ника приводят к чрезвычайно сложным механизмам, при необходимости вне-
сения в прибор большого количества входных данных. Последнее требует боль-
шого времени, что в условиях воздушного боя, продолжительность которого
иногда исчисляется секундами, делает использование подобных сложных при-
боров невозможным. Приходится довольствоваться прицелами более упрощен-
ными, решающими эту задачу весьма приближенно и только в условиях опреде-
ленной тактики воздушного боя.
В результате всего сказанного понятно, что от качества прицелов в очень
большой степени зависит эффективность артиллерийского и пулеметного огня.
Наиболее распространенным прицельным приспособлением является так
называемый механический прицел, состоящий избушки и целика.
Этот всем известный прицел, несмотря на свое довольно древнее прохожде-
ние, пользуется широким распространением и сейчас, благодаря своей простоте
и практичности. Изменяются формы мушки и целика, расстояния между ними
п т. д., но принципиально прицел остается все тем же. Линией прицеливания
в механическом прицеле является воображаемая прямая линия, проходящая
через середину выемки целика на уровне его горизонтальных срезов и через вер-
шину мушки.
Установка углов прицеливания механического прицела при стрельбе на
различные дистанции достигается подниманием целика кверху от нулевого
или начального положения (когда линия прицеливания параллельна оси канала
орудия) на определенные высоты, соответствующие данным дистанциям. Тогда
линия прицеливания отклоняется от оси канала книзу, а когда стрелок наводит
ее на цель — ось канала ствола, жестко связанного с прицелом, поднимается
кверху на величину соответствующего угла прицеливания. В случае необходи-
мости установки боковых поправок или углов упреждения это производится
смещением вбок целика прицела.
Как уже сказано, линия прицеливания в нулевом положении должна быть
параллельной оси канала ствола оружия. Приведение их к параллельности
носит название согласования линии прице ли вания с осью
канала и производится наведением того и другого на одну и ту же, доста-
точно удаленную, точку. При этом смещение линии прицеливания достигается
передвижением мушки в стороны и припиловкой ее по высоте, а ось канала
ствола определяется при помощи специальных визирных трубок, вставляемых
внутрь ствола; последние иногда заменяются простейшими средствами, напри-
мер перекрестием нитей, наклеиваемых на дульный срез, который визируется
через отверстие в затворе или замке. Правильность согласования проверяется
непосредственно пристрелкой.
224
Точность механического прицела сравнительно невысока: ошибка в прице-
ливании, независимо от субъективных качеств стрелка, может достигать 3—5'.
Это объясняется тем, что при наводке на цель стрелок должен видеть одновре-
менно три точки, расположенные на разных расстояниях от его глаза: цель,
мушку и целик. Глаз может быть аккомодирован на какую-либо одну из этих
точек; тогда две другие видны нерезко, что и снижает точность прицеливания.
Этот недостаток отсутствует во всех оптических прицелах, обеспечивающих,
благодаря этому, более высокую точность стрельбы.
Об этом, а также и о других особых свойствах оптических прицелов, сказано
ниже при рассмотрении отдельных видов прицелов, где приводятся также раз-
личные способы осуществления линий прицеливания.
§ 2. Точность прицеливания
Попробуем определить точность, с которой невооруженный глаз может осу-
ществлять прицеливание винтовки; какую угловую ошибку он будет при этом
делать. Пусть глаз аккомодиро-
ван на мушку; это, повидимому,
наиболее благоприятный случай,
так как цель и прорезь здесь бу-
дут расплываться меньше всего.
Величина ошибки прицеливания,
очевидно, происходит, главным
образом, за счет нерезкого изо-
бражения цели и прорези при
резком изображении мушки.
Пусть (рис. 202) О есть центр
зрачка глаза АВ, S—его сетчатая
оболочка. На этом рисунке для отчетливости схемы размеры зрачка даны сильно
преувеличенными. На сетчатой оболочке в точке т получаем резкое изображение
мушки М. Фокус F' всей системы глаза, аккомодированного на расстояние M0=s,
будет находиться внутри глаза. Для двух сопряженных точек М и т имеем
соотношение
1_________1_ __ 1
s' ns ~ /' ’
(2J)
где s' — От, s = МО, п — показатель преломления вещества глаза, прибли-
зительно равный 1,33, и /' — фокусное расстояние глаза.
Будем считать цель отнесенной далеко; идущий от нее пучок параллельных
лучей (пунктир на рис. 202) даст изображение в точке F'. Примем, что цель есть
светящаяся точка; тогда лучи света от нее на сетчатой оболочке дадут кружок
pq с центром в точке т. Этот кружок будет определять изображение цели, и
стрелок будет производить совмещение цели и мушки в пределах этого кружка.
Определим его угловые размеры.
Из подобных треугольников ABF' и F'pq имеем, если АВ = а,— величина
зрачка
Е1. — •
Из формулы (2, 1)
s' — f ___1_ s^
/' ns9
Соединяя это с предыдущей формулой и отбрасывая знак минус, так как для
нас важно знать абсолютную величину pq, получаем
s'
РЧ = а7^-
15 Оптика в военном деле—215.
225
Из центра О зрачка глаза кружок pq будет виден под углом
Из этой формулы видно, что каждая точка цели нам будет представляться
при аккомодировании глаза на расстояние s в виде кружка угловой величины у.
Эта угловая величина меньше при меньшей величине зрачка глаза, поэтому
искусственное диафрагмирование глаза малым отверстием, поставленным перед
глазом, может повысить точность прицеливания. Величина у уменьшается при
увеличении расстояния s, на которое аккомодирован глаз, поэтому невыгодно
аккомодировать глаз на прорезь; угловая величина кружков рассеяния цели
при этом будет больше, и точность прицеливания понизится. Практически для
винтовки мы имеем $ 1000 мм; пусть а = 3 мм, что соответствует дневному
освещению, тогда угловая величина кружка рассеяния для точек изображения
цели будет
7 = “Гчч’^плп’ =0,0022, или около 7',5.
Таким образом мы можем осуществить прицеливание винтовки, аккомоди-
руя глаз на мушку, всего лишь с точностью до 7',5; под таким углом на рас-
стоянии 500 м виден 1 м, поставленный перпендикулярно направлению визиро-
вания. Практически прицеливание осуществляется несколько точнее, так как
стрелок старается наводить в середину кружка рассеяния.
Это обстоятельство давно заставило искать средства, повышающие точность
прицеливания. Особенно это диктуется современной техникой боя, когда надо
с достаточно большого расстояния поразить живую цель противника в короткий
срок. Разрешение этого вопроса дает применение зрительной трубы, соответ-
ственным образом установленной вместо прорези и мушки. Здесь мы сразу
освобождаемся от нерезкого изображения цели в нашем глазу: зрительная труба
дает изображение цели в фокальной плоскости объектива, где имеется перекрестие.
Если раньше линию прицеливания определяла линия, соединяющая прорезь
и мушку, то теперь линию прицеливания будет определять оптическая ось трубы,
проходящая через перекрестие трубы и центр ее объектива. Стреляющему надо
будет теперь совместить оптическую ось с изображением цели, что достигается
совмещением перекрестия и изображения цели: оба эти объекта видны одинаково
резко.
В этом случае точность прицеливания или наводки резко возрастает, и она
будетзависеть от видимых в трубу размеров цели, от толщины нитей перекрестия,
от оптических качеств зрительной трубы и от условий видимости цели. Чем
больше увеличение трубы, тем выше точность наводки перекрестия на изобра-
жение цели; однако при больших увеличениях начинает неблагоприятно ска-
зываться состояние атмосферного воздуха.
§ 3. Оптические прицелы для винтовок
Схема оптики винтовочного снайперского прицела представлена на рис. 203а.
Здесь 1 — объектив прицела, дающий в фокальной плоскости изображение
предметов на местности (АВ). В этой же плоскости помещена прицельная марка 2.
Марка перемещается в двух взаимно перпендикулярных направлениях, оставаясь
всегда в фокальной плоскости объектива.
Изображение предметов на местности в фокальной плоскости объектива,
т. е. в плоскости прицельной марки, получается перевернутым слева направо
и сверху вниз. Оборачивающая система линз 5, 4, перенося это изображение
в фокальную плоскость окуляра, вновь полностью оборачивает его, давая одно-
временно в той же плоскости перевернутое изображение прицельной марки,
следовательно, прицельную марку приходится устанавливать в соответственно
226
перевернутом положении, а перемещение ее для установки углов прицеливания
производить движением в сторону, противоположную видимому через окуляру
т. е. вверх.
При помощи окуляра 5, 6 изображения предметов и прицельной марки,
совмещенные в его фокальной плоскости, рассматриваются стрелком, глаз кото-
рого должен быть совмещен с выходным зрачком прибора, чтобы было исполь-
зовано для наблюдения все поле зрения, обеспечиваемое прицелом.
В этом совмещении плоскостей изображений предметов и прицельной марки
и заключается основное преимущество оптических прицелов перед механиче-
скими (мушка и целик), так как цель и марка видны стрелку одинаково резко.
Линией прицеливания прибора при этом является воображаемая прямая линия,
проходящая через центр объектива и изображение острия прицельной марки.
Для установки линии прицеливания соответственно различным расстояниям
до цели, как уже было сказано, прицельная марка может быть перемещаема
в вертикальной плоскости, а для установки углов упре- у
ждений и боковых поправок — в горизонтальной.
Механизм перемещения марки схематически показан на
рис. 2036: прицельная марка в виде трех металлических тонких
пластинок закреплена на кольце 7, имеющем на боковой поверх-
ности два паза в виде буквы Т, расположенные взаимно перпен-
дикулярно.
В пазах помещаются ползуны 2, точно пригнанные по форме
этих пазов и имеющие винтовую нарезку в цилиндрических ча-
стях. Винты 3, входящие в эти нарезки, в осевом направлении
закреплены на корпусе прицела, благодаря чему, при вращении
их за рукоятки 4, перемещается кольцо 7 с маркой, причем пе-
ремещению его в одном направлении второй ползунок не препят-
ствует, скользя по пазу, направленному в сторону движения кольца.
На рукоятках нанесены круговые шкалы: на расположенной
г
Рис. 2036
И
вертикально — шкала углов прицеливания, градуированная не-
посредственно в гектометрах дистанции соответственно баллистике пули, а на расположенной
горизонтально — пропорциональная шкала в тысячных дистанции по 18 делений вправо и
влево от нулевого положения.
Отсчеты производятся по отметчикам-индексам, укрепленным на корпусе прицела.
Согласование нулевого положения линии прицеливания с осью канала ствола
винтовки производится путем наведения их на одну и ту же достаточно удален-
ную точку. При этом наводка линии прицеливания на подобную точку произ-
водится обычным перемещением ее за рукоятки 4, которые затем открепляются
от винтов и устанавливаются так, чтобы их нулевые деления совпали с индексами,
после чего они снова прочно скрепляются с винтами в одно целое.
Оптические данные прицела следующие: увеличение 4х, угол поля зре-
ния 6°, диаметр выходного зрачка 7 мм, вынос выходного зрачка 80 мм.
Такое довольно значительное расстояние от окуляра до выходного зрачка
объясняется необходимостью обезопасить стрелка от удара прицелом при отдаче.
Это же расстояние обеспечивает возможность вести стрельбу при надетом на
голову противогазе.
Окулярная часть прицела имеет довольно большой диаметр, значительно
больший, чем передняя часть прицела. Рукоятки перемещения линии прицели-
вания довольно малы, так что они почти скрываются за широкой окулярной
частью. Благодаря этому прицел обладает еще одним очень хорошим свойством:
окулярная трубка имеет незначительную толщину стенки, поэтому в пределах
227
Рис. 204. Винтов( чный снайперский прицел
почти всего круга, ограничиваемого трубкой окуляра, стрелок видит местность
при увеличении 4х и сразу же, почти без всяких ограничений, вне пределов этого
круга — местность в естественном виде, т. е. простым глазом. Таким образом
почти все поле обстрела остается всегда открытым для стрелка.
Общий вид прицела и его установки на винтовке изображены на рис. 204.
Винтовочные прицелы более совершенной конструкции снабжены механиз-
мом диоптрийной установки, позволяющим компенсировать дефекты зрения
стрелка. При помощи этого механизма оборачивающая система линз, при вра-
щении наружного кольца, перемещается вдоль оптической оси прицела, вызы-
вая схождение или
расхождение пучков
параллельных лучей
за окуляром, чем и
компенсируются наи-
более распространен-
ные дефекты глаз —
близорукость и даль-
нозоркость. Таким
образом вращением
кольца стрелок можно
установить оптиче-
скую систему прицела
на резкое видение,
причем эта установка может производиться заранее по шкале диоптрийных
делений на кольце, если стрелок знает недостатки своего зрения.
Винтовочные прицелы более поздней конструкции отличаются мень-
шими габаритами и весом. Так, снайперский прицел к самозарядной винтовке
имеет длину 169 мм и весит всего лишь 270 граммов.* Оптические данные
этого прицела таковы: увеличение 3,5х, угол поля зрения 4,5°, диаметр
выходного зрачка 6 мм и удаление его от последней поверхности окуляра
72 мм.
Такие прицелы укрепляются на винтовках при помощи специальных крон-
штейнов, допускающих предварительное, неточное, согласование линии при-
целивания с осью ствола, уточняемое затем в самом прицеле, как сказано выше.
Подобное крепление потребовало некоторых изменений в конструкции самой
винтовки. (В частности, потребовалось изменение ру-
коятки стебля затвора, так как она задевала ппи
открытии и закрытии затвора за прицел).
Немецкой фирмой Лейсс еще в 1913 г. был изго-
товлен оптический прицел, состоящий из двух частей
(Doppelzielfernrohr), не требующий для его установки
на винтовке обычного образца никаких переделок
последней. Две части этого прицела находятся на
некотором расстоянии друг от друга, являясь одна
продолжением другой. Промежуток между ними
используется для хода рукоятки стебля затвора во
Рис. 205
время перезаряжания винтовки.
Передняя часть прицела заключает в себе объектив и оборачивающую си-
стему линз, а также механизм установки углов прицеливания. Вторая часть,
оптическая ось которой совпадает с таковой же первой части, содержит окуляр.
Обе части имеют самостоятельные кронштейны для закрепления на винтовке.
Кроме этих типов винтовочных прицелов, которые можно назвать прицелами
прямыми, существуют также прицелы с небольшой перископичностью, у которых
объективы расположены несколько выше окуляров. Оптическая схема одного
из подобных прицелов приведена на рис. 205; прицел состоит из объектива и оку-
* М. Блюм [24] ,
22$
ляра, между которыми расположена призма, осуществляющая необходимое обо-
рачивание изображения и создающая перископичность прибора. Оборачивание
изображения в вертикальной плоскости происходит благодаря нечетному числу
отражающих поверхностей призмы, а в горизонтальной — вследствие того,
что одна из этих трех отражающих поверхностей выполнена в виде «крыши»,
оборачивающей изображение справа налево и наоборот. В фокальной плоскости
объектива, являющейся одновременно таковой же окуляра, расположена при-
цельная марка, выполненная либо в виде нитей, либо в виде штрихов на стеклян-
ной плоскопараллельной пластинке.
В первом случае механизм перемещения марки для установки углов прице-
ливания имеет конструкцию, аналогичную конструкции подобного же меха-
низма прямого прицела. Во втором случае может быть применен такой же меха-
низм, но при некоторых условиях он может совершенно отсутствовать. Это воз-
можно тогда, когда сама прицельная марка выполнена в виде дистанционной
шкалы.
Примерный вид этой шкалы изображен на рис. 206. Горизонтальные штрихи
шкалы наносятся на расстояниях от нулевого штриха, отвечающих определен-
ным угловым величинам, а последние выбраны соответственно баллистике пули
в определенных же дистанциях. Таким образом, если цель находится на рас-
стоянии, например, около 400 м от стрелка, необходимо совмещать с целью во
время прицеливания точку пересечения центрального вертикального штриха
со вторым горизонтальным штрихом, помеченным цифрой 4,
Если же при этом нужно дать боковую поправку, например
в 10 делений угломера вправо, то нужно совмещать цель с
точкой пересечения вертикального штриха, помеченного циф-
рой 10, с тем же горизонтальным штрихом. По конструкции
прицелы с подобными шкалами проще, чем прицелы с пере-
мещающимися прицельными марками.
Перископические прицелы имеют то преимущество, что
они сами по себе обладают меньшими размерами, вследствие
отсутствия в них линзовой оборачивающей системы, благо-
даря чему они не мешают открыванию и закрыванию
затвора. Но, с другой стороны, выступая кверху над винтовкой больше, чем
прямые прицелы, они увеличивают габарит винтовки; кроме того, выступающая
над окуляром часть корпуса прицела закрывает частично поле обзора. Подоб-
ные прицелы иногда применяются также для пулеметов и мелкокалиберной
артиллерии.
Винтовочные прицелы, подобные описанным выше, несмотря на простоту их
конструкции, все же оказываются слишком сложными и дорогими для возмож-
ности оснащения ими всех винтовок армии какого-либо крупного государства.
Даже в тех странах, где оптико-механическая промышленность сильно развита,
такой возможности не имеется. Поэтому становится понятным стремление еще
более упростить оптические винтовочные прицелы с целью их удешевления и
возможности увеличения производства их.
Были попытки применения так называемых коллиматорных прицелов,
принципиальное устройство которых заключается в следующем.
Если в фокальной плоскости какой-либо линзы поместить мушку, то, как
известно из геометрической оптики, изображение этой мушки будет находиться
в бесконечности. Стрелок, располагая глаз за линзой, в пределах этой линзы
увидит изображение мушки, отнесенное в бесконечность, а вне линзы — пред-
меты на местности, с любым из которых он сможет совместить вершину мушки
и тем самым произвести наводку винтовки на этот предмет. Так как цель нахо-
дится также на расстоянии практической бесконечности, то наблюдение их проис-
ходит при одинаковых усилиях аккомодации глаза стрелка.
Таким образом основное преимущество оптических прицелов перед меха-
ническим сохранено и здесь, но, в отличие от вышеприведенных оптических при-
целов, у которых цель и прицельная марка совмещаются в пределах общего
229
поля зрения, в данном случае имеется линия раздела, отделяющая участок
с изображением мушки от видимого обычным способом — невооруженным гла-
зом — поля обстрела. Этой линией является грань линзы, и на этой-то грани
должно происходить совмещение вершины мушки с точкой наводки.
Оказывается, что такое совмещение не вполне удобно для стрелка, особенно
если он привык прицеливаться с помощью простого механического прицела.
Рис. 207. Минометный прицел
Кроме того, в данном случае цель видна стрелку
без всякого увеличения, следовательно, одно из
преимуществ оптических прицелов отсутствует.
Были попытки, как это видно из некоторых
германских патентов, несколько видоизменить
подобного рода прицелы. В частности, предлага-
лась замена линзы сферическим зеркалом. В этом
случае мушка, расположенная попрежнему в
фокальной плоскости сферического зеркала,
помещалась перед зеркалом, т. е. между ним
и глазом стрелка. Но, по существу, это не
вносило никаких изменений в способ и условия
прицеливания.
Целый ряд попыток добиться различными
другими способами получения более упрощенных
прицелов для винтовок, отвечающих в то же
время всем требованиям, обеспечивающим мет-
кую стрельбу, пока не привел к желаемым ре-
зультатам. Поэтому наиболее удобным винтовоч-
ным прицелом продолжает оставаться прямой
прицел, описанный в начале этого параграфа.
§ 4. Оптический прицел для миномета
Если коллиматорные прицелы, о которых
говорилось выше, не привились в применении
к винтовкам, то в качестве прицелов для минометов они получили довольно
широкое распространение.
Однако в данном случае коллиматор, являющийся только частью минометного
прицела, служит для наводки миномета только по направлению, т. е. в горизон-
тальной плоскости. Углы же прицеливания устанавливаются с помощью уровня
и угломерной шкалы.
На рис. 207 приводится наружный вид
минометного прицела, где обозначены все
основные части его: коллиматор 7, угломер
2, прицел 3, продольный уровень 4, попе-
речный уровень 5, рукоятка механизма го-
ризонтальной наводки 6, рукоятка верти-
кальной наводки 7.
§ 5. Оптические прицелы к станковому
пулемету
Станковые пулеметы могут вести стрельбу
Рис. 208
с открытых, скрытых и закрытых огневых
позиций. Оптические пулеметные прицелы
должны обеспечить и обеспечивают эти
возможности своей конструк-
цией.
На рис. 208 изображен прицел, состоящий из панорамы и прицельного меха-
низма, соединенных в один целый прибор. Его оптическая схема изображена
на рис. 209. Здесь 1 — отражательная призма, 2 — объектив, 3 — объективная
призма, 4 — клин, 5 — коллектив, 6 — окуляр.
230
его
Рис. 209
Панорама, являющаяся оптической частью прицела, служит для наводки пулемета на
цель при стрельбе прямой наводкой и для отметки горизонтальной наводки
закрытых позиций.
Отражательная призма панорамы 7, представляю-
щая собой так называемую призму-куб, состоит из
Двух прямоугольных призм с посеребренными гипоте-
нузными поверхностями, склеенных друг с другом
этими поверхностями. Она вращается вокруг верти-
кальной оси на углы 60° вправо и влево, обеспечи-
вая возможность обзора сектора в пределах по 120°
в ту и другую стороны от среднего положения. Пол-
ного, кругового обзора эта панорама не дает,так чтоточ-
ки отметки приходится выбирать лишь в пределах 240°.
Объективная призма 3, создавая некотору ю
при стрельбе
перископичность, служит в то же время
оборачивающей системой (приводя изображение, перевернутое объективом
слева направо
и сверху вниз, вновь к нормальному положению), благодаря наличию в ней нечетного числа
отражающих поверхностей, причем одна из них сделана в виде крыши, перевертывающей
изображение в горизонтальной плоскости.
231
На рис. 210 и 211 изображен пулеметный прицел фирмы Цейсс; основное
отличие его от приведенного выше заключается в том, что он не является пано-
рамическим, т. е. его окуляр при боковом визировании (в случае непрямой на-
водки по вспомогательной точке отметки, которая может быть сбоку от пулемета)
не остается на месте, а следует за направлением линии прицеливания. В вер-
тикальной плоскости окуляр несколько наклонен к горизонту для удобства
наблюдения.
Механизмы управления прибором имеют некоторое сходство с таковыми
же у панорамического прицела, но в то же время значительно сложнее их.
Оптическая часть прибора, являющаяся также верхней насадкой на прицель-
ном механизме, состоит из объектива и окуляра, между которыми располо-
жены оборачивающая призма и плоскопараллельная пластинка с нанесенной
на ней прицельной маркой.
Оптическая система прицела характеризуется следующими данными: уве-
личение 5х, угол поля зрения 10°, диаметр выходного зрачка 5 мм.
Оптическая часть прибора, представляющая собой монокуляр довольно распространен-
ного типа, заключена в особом корпусе, который может вращаться вокруг горизонтальной
оси. Вращение производится за рукоятку 75; углы наклона при этом отсчитываются в деле-
ниях угломера по шкале 16 в сотнях делений и по шкале 77 в единицах.
Это вращение необходимо для наводки прицела в вертикальной плоскости по вспомога-
тельной точке. Боковая наводка производится за рукоятку 70, при этом отсчет горизонтальных
углов происходит также по двум шкалам — 12 и 13 — аналогично предыдущему случаю.
Углы места цели устанавливаются при помощи рукоятки 3 по шкалам 5 и 4, первая из которых
является шкалой для отсчета единиц делений угломера, а вторая — сотен этих делений.
Углы прицеливания в гектометрах дистанций устанавливаются по шкале 7 вращением
рукоятки 6, причем эти углы устанавливаются с помощью того же механизма качания прицела
в вертикальной плоскости, которым устанавливаются и углы места цели. Но эта установка
происходит независимо друг от друга, совершенно самостоятельно, как тех, так и других углов,
суммируемых данным механизмом в виде углов возвышения.
Назначение цилиндрических уровней 18 и 19, расположенных таким образом, что их
оси взаимно перпендикулярны, такое же, как и у панорамического прицела.
Для ночной стрельбы монокуляр прицела снабжен окном 9 для подсвечивания прицель-
ной марки.
Прибор состоит из двух частей: держателя прицела А, являющегося переходной деталью
для крепления прицела на пулемете, и самого прицела В. Прицел крепится на держателе при
помощи открытых цапф 7 и зажимного винта 2.
Конструктивной особенностью этого прицела является то обстоятельство, что у него все
рукоятки снабжены запирающими приспособлениями, предохраняющими от непроизвольного
их вращения. Так, ни одна из рукояток 6, 10 и 15 не может быть повернута до тех пор, пока
планки 20 не будут плотно поджаты к поверхности рукоятки. Рукоятка 3 может быть повер-
нута лишь тогда, когда ее передний диск будет поджат вдоль оси рукоятки. Все эти запирающие
приспособления осуществлены в виде зубчаток с внешними и внутренними зубьями, входящими
друг в друга при отпущенном положении. При этом шаги зубцов рассчитаны таким образом,
что они совпадают с делениями шкал барабанчиков рукоятки.
Станковый пулемет при соответствующей установке используется для стрельбы
по самолетам. В этом случае прицелы, описания которых приведены выше, при-
меняются в измененном виде.
§ 6. Артиллерийская панорама системы Герца
Артиллерийская панорама системы Герца есть оптический угломерный при-
бор, служащий в качестве прицела для орудий ряда систем. Оптическая и меха-
ническая части ее описаны выше (гл. 17, §1; см. также предыдущий параграф).
Оптические данные панорамы следующие: увеличение 4х, поле зрения оку-
ляра 40°, следовательно, истинное поле зрения панорамы 10° (165 м на 1000 м
дистанции). Диаметр выходного зрачка 4 мм, светосила 16. Выходной зрачок
удален от задней поверхности последней линзы окуляра на 19 мм.
Наружный вид панорамы изображен на рис. 213, а сечение на рис. 212.
Здесь Sj и S2 — неподвижная и подвижная шестерни дифференциального
механизма, В — барабан угломера, С — червячная передача, К — червячная
шестерня.
232
Коленчатая труба панорамы укрепляется в панорамном гнезде прицела при
помощи защелки, находящейся в нижней части гнезда и захватывающей хвост
панорамы; зажимной винт в верхней части гнезда
закрепляет прилив. Таким образом панорама
очень прочно связана с люлькой лафета и выдер-
живает сотрясения, неизбежные при выстреле.
Вертикальная труба панорамы состоит из двух
частей. Верхняя часть может вращаться около
вертикальной оси. Кроме того, призма-отража-
тель в верхней части имеет вращение вокруг гори-
зонтальной оси. Для грубой наводки в верхней ча-
сти имеется визирное приспособление с прорезью
и проволочной щелью. Нижняя часть трубы с
объективом, дахпризмой и окуляром неподвижна
относительно люльки лафета. Окулярная трубка
направлена горизонтально назад. В панорамах
для зенитных орудий окулярная трубка направ-
лена в сторону от орудия.
Углы поворота в горизонтальной плоскости
отсчитываются по делениям, нанесенным на
кольце угломера и по барабану В. Кольцо укре-
плено на верхней подвижной части панорамы,
указатель — на неподвижной, со стороны оку-
ляра. Кольцо разделено на 60 частей, цена каж-
дого деления 1-00. Медленное вращение отра-
жателя осуществляется при помощи барабана,
имеющего 100 делений по 0-01. Один полный
поворот барабана соответствует перемещенью
отражателя на одно деление кольца; так! м
образом мы имеем всего 6000 делений. Для быст-
рого перемещения отражателя на большие углы
сцепление червячной передачи выключается спе-
циальным рычагом и верхняя часть панорамы поворачивается от руки.
Барабан, вращающий отражатель в вертикальной плоскости, разделен на 100
соответствует 0-01 (одной тысячной дистанции). Целые
обороты барабана отсчитываются по делениям, имеющимся
на коробке отражателя.
Панорама устанавливается на орудии таким образом,
что при установке кольца угломера на 30, а барабана-
угломера на 0 (установка 30-00), оптическая ось пано-
рамы параллельна вертикальной плоскости, проходя-
щей через ось канала орудия. При установке отража-
теля на 0 (по указателю на коробке отражателя и по
барабану), уровня — на 0° (или на 30-00 в специальных
делениях на шкале уровня) и прицела — на 0, ось ка-
нала орудия и ось панорамы параллельны друг другу.
Если отражатель повернуть на некоторый угол в го-
ризонтальной плоскости, то оптическая ось панорамы
будет направлена под этим же углом к вертикальной
плоскости, проходящей через ось канала орудия. На
этом основании производится «отметка» орудия. Допу-
стим, что необходимо зафиксировать направление стрель-
бы орудия, чтобы в последующем можно было без пред-
варительных поисков и пристрелки сразу установить ору-
дие в этом направлении; для этого, не меняя направле-
ния орудия, отражатель панорамы поворачивают вокруг
вертикальной оси до тех пор, пока наводчик не увидит
Рис. 212
частей, одно деление
Рис. 213
233
поле зрения выбранную точку наводки и не совместит ее с перекрестием пано-
рамы. Тогда цифры делений кольца и барабана угломера дают отметку орудия
по данной точке наводки.
Обратная задача, наводка орудия на цель по данному угломеру, решается
при помощи панорамы аналогичным путем. Для этого скомандованный угол
0 / (например 43-35) ставится на панораме;
Рис. 214
первые две цифры (43) — на кольце, по-
следние две (35)—на барабане угломера.
После этого орудие вместе с панорамой
поворотными механизмами (если их не-
достаточно, то со всем лафетом) повора-
чивается до тех пор, пока наводчик в по-
ле зрения не увидит нужную точку на-
водки и не совместит ее с перекрестием.
При этом ось канала орудия будет рас-
положена в требуемой вертикальной
плоскости; останется только придать
орудию необходимый угол возвышения
при помощи прицела и уровня.
Для стрельбы прямой наводкой угломер панорамы устанавливается на 30-00
и отражатель на 0. Общая схема установки панорамы на орудии для стрельбы
прямой наводкой показана на рис. 214.
§ 7. Танковые прицелы
Танковые орудия и пулеметы обычно закрепляются в стенках корпуса и
’оашни машины двумя способами. Один из них заключается в том, что к броневой
стенке машины в соответствующее гнездо прикрепляется шар со срезанными
поверхностями, сквозь который пропускается ствол оружия и в котором послед-
нее закрепляется тем или иным способом. При таком способе закрепления ору-
жие может поворачиваться вокруг центра шара в любом направлении в пределах
углов, ограничиваемых краями обоймы шара.
Обычно таким способом в танке закрепляются пулеметы, расположенные
в корпусе машины, но иногда такое крепление применяется и в ее башне. Если
пулемет в этом случае снабжен только механическим прицелом, то в теле шара
делается отверстие, через которое стрелку была бы видна мушка и местность.
Так как в целях уменьшения возможности поражения стрелка отверстие де-
лается возможно меньшего диаметра, — углы обзора сквозь такое отверстие
весьма незначительны. В случае если пулемет снабжен оптическим прицелом,
то для части прицела, заключающей в себе его объектив, делается в шаре спе-
циальное отверстие, в которое и вставляется носик прицела, а около части,
несущей окуляр, делается хомутик, в котором укрепляется труба прибора.
Другой способ заключается в том, что вместо шара, являющегося подшип-
ником для оружия, служит тело цилиндрической формы с горизонтально рас-
положенной осью. Таким способом закрепляются орудия и пулеметы в башнях
танков, причем установка направления оружия в горизонтальной плоскости
производится вращением всей башни, а в вертикальной — вращением оружия
вокруг оси цилиндрического гнезда. В этом случае окно для прицела не обяза-
тельно должно быть в гнезде орудия, но может быть расположено и рядом с ним,
при условии, что в неподвижной стенке будет сделано окно, вытянутое по вер-
тикали соответственно углам места цели.
Представленный на рис. 215а пулеметный прицел предназначен для установки
в шаровом подшипнике вместе с пулеметом. Для того чтобы диаметр шара был
возможно меньше, необходимо конец прицела, вставляемый в шар, приблизить,
насколько это возможно, к телу пулемета. Это обстоятельство и вызвало необ-
ходимость излома передней части прицела. Этот излом иногда используется
также для защиты стрелка от случайного прямого попадания пули, так как он
234
позволяет установить защитную броневую пластинку против отверстия в
броне.
На рисунке прицел представлен в рабочем положении, причем пулемет рас-
полагается справа от прицела для наблюдателя, смотрящего в окуляр.
Прицел характеризуется следующими данными его оптической системы:
увеличение Iх, угол поля зрения 70°, диаметр выходного (а следовательно,
и входного) зрачка 4,5 мм.
Угол поля зрения 70° более чем достаточен для прицела и говорит о стрем-
лении конструктора дать возможность стрелку не только вести пулеметный
огонь, но и видеть как можно больший участок пространства, на котором
могут появиться те или иные цели.
Угол 70° при увеличении 1* не может быть получен обычно применяемыми
оптическими системами; во всяком случае, окуляр его должен быть довольно
Рис. 215а. Танковый пулеметный прицел Цейсса
Рис. 2156
сложен. Такой большой угол поля зрения может быть достигнут за счет сниже-
ния качества изображения на краях поля, что для прицелов не является большим
дефектом, так как непосредственно прицеливание происходит в центральной
части поля, обеспечивающей достаточно хорошее качество изображения. В то же
время периферийное поле дает возможность обнаружить цель, хотя бы и не-
достаточно четко видимую.
На рисунке видна рукоятка установки углов прицеливания. Шкала этих
углов помещена в поле зрения прицела. Установка углов боковых поправок от-
сутствует, — эти поправки вводятся по неподвижным штрихам сетки также
в поле зрения.
Прицел снабжен лампочкой для подсвечивания шкалы и крестовины. Лам-
почка заключена в патрон, устанавливаемый в направляющих салазках, в сече-
нии похожих на ласточкин хвост, почему это название и закрепилось за этим
способом крепления съемных деталей. Съемным этот патрон сделан потому, что
при дневной стрельбе подсвечивание шкал не нужно и патрон со шнуром может
быть снят, чтобы не мешать движениям. Патрон снабжен защелкой, фиксирую-
щей его положение на ласточкином хвосте, и поворачивающейся цилиндрической
втулкой с клиновидным вырезом, позволяющим уменьшать световой поток от
лампочки и тем самым регулировать освещение штрихов шкалы. Окно, через
которое свет проходит к шкалам, закрыто стеклянной пластинкой.
235
Окуляр прибора имеет диоптрийную подвижку в пределах z±5 диоптрий для
возможности корригирования дефектов глаз стрелков.
На окуляре закреплен со свободой для вращательного движения мягкий рези-
новый наглазник, форма которого обеспечивает удобное прилегание его к орбите
глаза и защищает от постороннего света.
На носике прицела имеется шаровой поясок, упирающийся при установке
прицела на его место рядом с пулеметом в соответствующее сферическое гнездо
в шаровой установке пулемета, что сделано для возможности предварительного
согласования прицела с пулеметом.
Второй точкой крепления прицела является муфта со шпонкой около окуляр-
ной части, которая охватывается хомутиком кронштейна, укрепленного на
пулемете и имеющего в незакрепленном положении свободу для перемещения
по высоте и в стороны.
Прицел, похожий на этот, но более упрощенный, применяется в немецкомтанке
Т-3 на пулемете радиста (рис. 2156). Он предназначен также для пулемета в шаровой
установке. Длина его несколько меньше, чем предыдущего, что объясняется иной
конструкцией пулемета, которому придается данный прицел, и его плечевого упора.
Колено же у этого прицела значительно больше, так как габариты магазин-
ной коробки пулемета занимают большее пространство.
Оптические данные прицела следующие: увеличение 1,6х, угол поля зре-
ния 18°, диаметр выходного зрачка 5,2 мм. Удаление выходного зрачка
от последней поверхности окуляра около 30 мм.
В противоположность предыдущему прицелу, данный имеет небольшой угол
поля зрения. Но для прицела его вполне достаточно, особенно если принять во
внимание, что прицел вместе с пулеметом может вращаться в шаровой уста-
новке, благодаря чему угол обзора увеличивается. Так как окулярное поле
зрения составляет около 29°, то здесь применен простой симметричный окуляр.
Прицел не имеет подвижного перекрестия для установки углов прицелива-
ния и боковых поправок. В поле зрения его имеется неподвижная сетка; она
двигается лишь при согласовании нулевой линии прицеливания в двух взаимно
перпендикулярных направлениях. Перемещения производятся вращением двух
соответственно расположенных винтов, закрытых колпачками со шлицами,
видимыми на фотографии около окулярной части прицела.
Сетка может быть установлена таким образом, что прицельная линия, про-
ходящая через центр объектива и вершину прицельного треугольника в поле
зрения прицела, может соответствовать какой-либо средней дистанции, на кото-
рую чаще всего приходится стрельба из пулемета. Так как такими средними
дистанциями являются небольшие, например 400 м, то считается, что ошибка при
стрельбе на соседние с ними дистанции (300—500 м) будет не очень великаиееможно
всегда учесть и внести поправку приблизительно и без особых затруднений.
Но сетку подобной формы можно рассчитать и изготовить и как дистанцион-
ную. Для этого можно придать расстоянию от вершины прицельного треуголь-
ника до середины его основания (определяемой на-глаз) значение, соответствую-
щее какой-либо определенной дистанции, например 400 м, а расстоянию от
вершины до начала вертикальной линии — значение, отвечающее какой-либо
другой дистанции, например 1000 м.
Таким образом, имея три точки, т. е. 0, 400 и 1000 м, легко запоминаемые,
можно вести огонь и на промежуточные дистанции, на-глаз интерполируя рас-
стояния между ними, а, может быть, иногда и экстраполируя, если дистанции
превышают 1000 м. Разумеется, такая стрельба может оказаться эффективной
только у тренированного стрелка.
Прицельная марка прибора при ночной стрельбе также подсвечивается элек-
трической лампочкой, в патроне которой имеется регулирующая световой поток
втулка. Так как согласование прицельной линии производится перемещением
только сетки прицела, то сам прицел закрепляется в шаровой установке непо-
движно. Поэтому место закрепления прицела имеет не шаровую форму, а цилин-
дрическую, в виде колец, видимых на фотографии около объектива прибора.
236
Защитное стекло перед объективом не нужно в прицеле как оптическая де-
таль и введено для возможности очистки окна, через которое в прицел поступает
световой поток.
Поэтому поверхность защитного стекла сделана слегка выступающей из
ее оправы, чтобы подушкой, закрепляемой на стенке корпуса танка около
прицела, легко было счищать с этой поверхности пыль, грязь и снег. Если
бы передней деталью оптики был объектив, — очистка его поверхности была бы
затруднительна, вследствие сферической формы его поверхности.
Значительно более сложными, чем пулеметные прицелы, являются прицелы,
служащие для наводки танковых орудий. По существу процесс
наводки не меняется или, если и меняется, то очень незначительно. Тем
не менее орудийные прицелы, как правило, более громоздки, содержат боль-
шее количество различных механизмов, следовательно, конструктивно более
сложны и требуют большего умения в обращении с ними. Это объясняется,
в первую очередь, тем, что орудия стреляют на большие дистанции, чем пуле-
меты, следовательно, углы прицеливания их также больше. А это значит,
что если в пулеметных прицелах угла поля зрения было вполне достаточно для
того, чтобы в его пределах устанавливать углы прицеливания перемещением
прицельной марки (перекрестия, угольника и т. д.), то в орудийных прицелах,
обычно обладающих увеличением, углы поля меньше, а следовательно, места
для перемещения марки также меньше. Принимая к тому же во внимание, что
при расчете оптической системы прицела аберрации ее корригируются, главным
образом, для центральной зоны поля зрения и, следовательно, качество изобра-
жения на краях поля хуже, чем в центре его, — понятно, что отводить пере-
крестие слишком далеко от центра нежелательно, ибо это может привести
к неточному прицеливанию.
Это вынуждает вводить в оптическую систему прицела элементы, изменяющие
направление прицельной линии уже не перемещением центра марки в пределах
поля зрения, а путем изменения направления входящих в прицел пучков свето-
вых лучей, т. е. качающиеся призмы и зеркала. В этом случае прицельная ли-
ния (выше было сказано, что она определяется центром объектива и центром
перекрестия) остается неподвижной, а к ней качанием вокруг горизонтальной
оси расположенного перед объективом прицела зеркала подводятся изображения
различных точек местности. Сказанное станет более понятным после рассмо-
трения конструкции танковой панорамы, приведенной несколько ниже.
Орудийные прицелы делаются обычно с большими увеличениями, чем пуле-
метные,— до 2,5х, что также объясняется большей дальностью стрельбы из
орудий. Опыт современной войны показал, однако, что танковые бои происходят
чаще всего на сравнительно небольших расстояниях — 400—600 м и меньше.
Если считать, что главным врагом танка, после противотанкового орудия, яв-
ляется танк противника, — необходимость в больших углах прицеливания
танковых орудий становится сомнительной.
Следующей причиной усложнения орудийных прицелов является то обстоя-
тельство, что орудие имеет большую длину вообще и, в частности, увеличенное
расстояние от точки его закрепления в маске до казенной части, что почти соот-
ветствует расстоянию от входного окна прицела до его окуляра, т. е. его длине.
При наклонах орудия на углы места цели окуляр будет описывать дуги до-
вольно большого радиуса, а так как глаз стрелка все время связан с окуляром,
то в случае простого, прямого, прицела голова стрелка должна описывать ту
же дугу. Вследствие ограниченности пространства в машине такое перемещение
невозможно, а, кроме того, если бы оно даже и было возможно, то прицеливание
было бы чрезвычайно неудобно, так как стрелок не мог бы помещаться на сиде-
нии и вынужден был бы принимать самые различные положения. Поэтому при-
целы делают с неподвижными окулярами, заставляя перемещаться какую-либо
часть прибора — головку или только головную призму. А это влечет за собой
необходимость особых механизмов, а иногда, как это будет видно дальше, осо-
бых оптических компенсационных устройств.
237
Наконец, немалое значение имеет также и скорострельность системы. В то
время как некоторую неточность прицеливания пулемета можно компенсировать,
стреляя очередями более или менее длинными, — из орудия желательно бить
сразу на поражение первым же снарядом. А это требует хорошего, точного при-
цела и тщательного прицеливания в удобных для стрелка условиях.
В орудийных прицелах обычно входные отверстия соединены непосредственно
с масками орудий.
Передняя, сравнительно небольшая часть прицела, несущая в себе объектив,
коллектив с шкалами и перемещающейся крестовиной, а также одну из призм,
О о*
Рис. 216. Оптическая схема орудийного танкового прицела
вставляется в гнездо маски орудия и поворачивается вместе с последним. Боль-
шая же часть прицела, заключающая в себе всю остальную часть оптической
системы, закреплена неподвижно за ушко к крыше башни. Благодаря этому глаз
и голова стрелка не меняют своего положения при изменениях углов места цели.
Приблизительная схема оптики орудийного прицела изображена на рис. 216,
а внешний вид на рис. 217.
Здесь 7 — защитное стекло, введенное также для возможности очистки входного
окна; 2 — объектив; 3—плоскопараллельная стеклянная пластинка с нанесенной на
ней прицельной маркой; 4 — кол-
лектив со шкалой углов прицелива-
ния; 5, 6 и 7 — система призм
прицела; 8 — двухлинзовая обора-
чивающая система; 9 — окуляр.
Как сказано выше, часть при-
цела, включающая в себя детали
с 7 по 5, качается вокруг оси
О—О, перпендикулярной к оси си-
стемы и проходящей через середину
призмы 5; часть, включающая де-
тали с 7 по 9, — неподвижна.
Призма 6 тоже поворачивается,
но уже вокруг оси О'—О', при этом
механизм сцепления этих трех ча-
стей сделан так, что призма 6 по-
ворачивается всегда на угол, рав-
Рис. 217. Орудийный танковый прицел Цейсса ный половине угла поворота приз-
н мы 5 и связанных с ней деталей.
Таким образом получается, что
передняя часть прицела вращается вокруг оси О—О, перемещающейся, в свою очередь, по
дуге, центром которой является ось О'—О'.
Если бы призма 6 была неподвижна и вращение передней части происходило бы вокруг
оси 0—0, то при этом вращении изображения предметов наклонялись бы в ту или иную сторону
в зависимости от направления вращения. В этом нетрудно убедиться, представив себе ход
лучей от каких-либо двух точек через призменную систему 5 и 7, из которых одна 5 могла бы
быть повернута на какой-либо угол вокруг оси О—0.
Этот-то возможный наклон изображения и компенсируется половинным поворотом призмы
6, благодаря которому наклона изображений не происходит. Связь призм осуществлена при
помощи зубчатых секторов.
Оптическая характеристика прицела следующая: увеличение 2,35х, угол
ноля зрения — 24°45', диаметр зрачка выхода 5,8 мм. Удаление выходного
238
зрачка от последней поверхности окуляра 24 мм. Разрешающая способность
около 12м. В поле зрения прицела видна перемещающаяся по вертикали при-
цельная марка, состоящая из семи треугольников (рис. 218), из которых сред-
ний служит для наводки без боковых поправок или упреждений, а остальные —
с учетом последних. Одновременно с перемещением марки происходит вращение
шкалы углов прицеливания, градуированной в дистанциях. Обычно применяе-
мые в подобных шкалах радиально расположенные штрихи заменены здесь
кружками малого диаметра. Отсчет по шкале произво-
дится при помощи вертикально расположенной в верх-
ней части поля риски (— индекса), которая должна быть
неподвижной. Так как она нанесена на общей с при-
цельной маркой пластинке,, то она вынуждена двигаться
вместе с последней, но это движение происходит вдоль
самой риски, следовательно, оно не сказывается на
отсчете и вынуждает лишь делать ее длину такой, чтобы
в крайних положениях она не сходила со шкалы.
Шкала оцифрована в гектометрах дистанции, через
два. Максимальная дистанция — 2 км. Замена штрихов
шкалы кружками преследует цель более точной уста-
новки углов прицеливания в расчете на то, что совмеще-
ние центра кружка с риской можно произвести точнее, чем совмещение риски с
риской.
Установка углов прицеливания производится за рукоятку, расположенную слева от кор-
пуса прицела и присоединенную к последнему хомутиками. Эта рукоятка соединена валиков
карданной передачи, с шестеренкой 7 (рис. 219), находящейся в головке прицела. Эта шесте-
ренка сцеплена с шестеренкой 2, на которой закреплен наглухо кулачковый диск 5, соприка-
сающийся с роликом рычага 4. Конец рычага около ролика по скошенной поверхности сопри-
касается с клиновидным выступом 5, закрепленным на планке 6, которая установлена в двух:
Рис. 219
направляющих салазках, позволяющих ей перемещаться в двух взаимно перпендикулярных
направлениях. При вращении рукоятки и шестерни 7 вращается шестерня 2 вместе с закреплен-
ным в ней, как оправе, коллективом, на котором гравирована дистанционная шкала; одновре-
менно кулачковый диск 5, нажимая на ролик и выступы, двигает планку 6 в продольном напра-
влении, а так как на этой планке укреплена стеклянная пластинка с прицельной маркой,
перемещается и последняя, устанавливая соответственно показаниям шкалы углы прицели-
вания. Для возможности согласования линии прицеливания в вертикальной плоскости, при
помощи небольшого червячного механизма перемещается рычажок 4; так как соприкосновение
его с выступом планки происходит по наклонной плоскости, то при сдвиге его в сторону планка
займет другое положение в ее продольных салазках, тем самым изменив начальное положение
прицельной марки.
239*
Зазоры при этом выбираются той же рабочей пружиной, которая двигает планку в обрат-
ном направлении при установке углов прицеливания.
В горизонтальном направлении выверка производится перемещением вбок верхних сала-
зок с планкой, несущей марку, в нижних, поперечных салазках. Это перемещение осуще-
ствляется также небольшим червячным механизмом за рукоятку 7. Головка закрепляется
в маске орудия при помощи цапф 8 и зажимается винтом.
Шкала и марка имеют ночное освещение, для чего в корпусе головки делается окно 9,
закрытое стеклом. Окуляр прицела снабжен круглым наглазником, который служит, главным
образом, для защиты глаза от постороннего света, в то время как упором, фиксирующим поло-
жение головы при прицеливании, служит налобник, закрепленный на корпусе прицела.
Налобник этого прицела очень удобен; он достаточно жесткий, чтобы фиксировать поло-
жение головы в более или менее определенном месте, и в то же время достаточно мягок, чтобы
не наносить сильных ударов при качке и тряске Форма его такова, что он не давит на виски
и лоб стрелка, в то же время охватывая их достаточно плотно. Закрепление налобника таково,
что он может переставляться для возможности вести прицеливание как правым, так и левым
глазами: при этом свободный глаз экранируется специальной шторкой, прикрепляемой кноп-
просто переставляется также для
правого и левого глаз.
Окуляр прицела имеет
диоптрийную подвижку в
пределах ± 4 диоптрии. При-
цел весит около 12 кг. Он
снабжен защитным устрой-
ством для предохранения
стрелка от прямого попада-
ния пули или осколка сна-
ряда во входное отверстие
прицела. Для этого позади
качающейся головки непо-
средственно к корпусу ее
прикреплена броневая за-
слонка 70, качающаяся вме-
сте с головкой и, следова-
тельно, расположенная всег-
да против отверстия в бро-
невых деталях установки
орудия.
Такой прицел устано-
влен в немецком танке Т-3
для наводки орудия и спа-
ренных с ним пулеметов.
Более совершенными,
но в то же время и зна-
чительно более сложны-
ками, которая очень легко и
Рис. 220. Танковая панорама
ми и дорогими прице-
лами являются танковые
панорамы.
Танковая панорама, изображенная на рис. 220, крепится в крыше
башни танка таким образом, что наружу выступает только ее головка. При
этом иногда головка делается съемной для того, чтобы в случае поражения ее
легко можно было заменить другой, запасной.
Окуляр панорамы и все рукоятки управления, чаким образом, помещаются
внутри башни и, нужно сказать, занимают много места в машине, так как пери-
скопичность панорамы довольно значительна. Панорама служит прицелом для
орудия, жестко скрепленного с башней танка в горизонтальной плоскости и
вращающегося по горизонту только вместе с башней. Иногда рядом с орудием
располагается пулемет (даже два), жестко связанный с ним в так назы-
ваемой спаренной установке, причем прицеливание для стрельбы из пулемета
производится той же панорамой.
Принципиальное устройство прицельной панорамы весьма сходно с устрой-
ством командирской панорамы, описание которой приведено выше (гл. 18,
§ 4). Оптические системы их (гл. 17, § 1) отличаются разными характе-
ристиками, принципиальное же их устройство совершенно одинаково.
Однако различное назначение этих двух приборов сказалось в их конструк-
ции: характерной особенностью прицельной панорамы является связь с оружием,
240
т. е. с пушкой и пулеметом. Эта связь осуществляет согласованное качание
орудия и прицельной линии панорамы на углы места цели. Необходимость в ней
вызвана тем, что панорама закрепляется не на орудии, а совершенно независимо
от него в крыше башни. Связь оформлена конструктивно по принципу парал-
лелограмма.
На рис. 220 8 — малая сторона параллелограмма, относящаяся к меха-
низму панорамы, равная и одинаково направленная относительно оси качания
таковой же у оси вращения орудия. Эги два плеча, соединенные друг с другом
при помощи тяги, являющейся третьей стороной параллелограмма, обеспечи-
вают одинаковые углы наклона орудия и линии прицеливания панорамы при ну-
левой установке. Четвертую сторону параллелограмма заменяет сам корпус
башни, не допускающий изменения расстояния между осями вращения орудия
и плеча 8. В корпусе панорамы заключен механизм, передающий углы наклона
плеча 8 головной призме.
Так как визирная линия всегда отклоняется на угол, в два раза больший
угла наклона призмы, то передающий механизм должен работать с передаточным
отношением 2:1. Конструкция этого механизма выполняется различными спо-
собами, но при любом способе она, кроме выполнения своей основной функции,
должна решать следующие задачи:
1) при любом угле места цели (а они могут быть как положительные, так
и отрицательные, т. е. направлены кверху от горизонта и книзу) должна быть
возможность добавления к нему любого угла прицеливания, при помощи соот-
ветствующего механизма;
2) установка любого угла места цели не должна препятствовать круговому
обзору и отсчету горизонтальных углов.
Эти задачи в разных прицелах решаются по-разному. Общее во всех этих
механизмах то, что к ним предъявляются большие требования в смысле точности
их работы и что, в связи с этим, они оказываются очень сложными и занимают
много места, чем сильно увеличивают габариты прибора.
Танковая панорама служит не только для прицеливания, но также и для наблюдения,
причем конструкция ее позволяет вести круговой обзор по всему горизонту, т. е. на 360°. При
вращении колеса 7 (рис. 220) за рукоятку 2 головка панорамы вращается вокруг вертикальной
оси, обеспечивая круговой обзор при неподвижном окуляре, а следовательно, и глазе наблю-
дателя.
Но в момент прицеливания визирная линия должна находиться в строго определенном
положении относительно орудия. Для этого в приборе имеется защелка J, фиксирующая это
согласованное направление. Данная панорама приспособлена и для возможности стрельбы
непрямой наводкой, т. е. по каким-либо точкам отметки. Отсчет горизонтальных углов в гра-
дусах и минутах производится по шкале 4 в нижней части окна. Для того чтобы облегчить
наблюдателю определение направления движения визирной линии — вправо или влево, шкалы
окрашены: для вращения направо — в красный цвет и влево — в белый. В прицелах имеются
иногда также шкалы для стрельбы из пулемета и горизонтального отсчета с ценою деления
1 1
в окружности или в Q0QQ — в зависимости от принятой системы отсчета углов.
Для поисков цели в вертикальной плоскости механизм передачи углов места цели от орудия
может быть отключен при помощи винта, и тогда рукояткой 5 можно перемещать визирную
линию по вертикали, причем отсчет этих углов производится по шкале б. Установка углов
прицеливания непосредственно в метрах дистанции производится вращением рукоятки 7.
Механизмы, предназначенные для установки углов прицеливания, являются вторым
отличительным признаком прицельной панорамы по сравнению с командирской.
Чтобы наблюдение можно было производить как правым, так и левым глазами, налобник
прибора сделан переставным. Закрепляется налобник в том или ином установленном положении
винтом 9.
Оптическая система данной панорамы характеризуется следующими дан-
ными: увеличение 1,2х, угол поля зрения 58°, диаметр выходного зрачка
5 мм. (Бывают панорамы с увеличениями до 2,5х).
В поле зрения прибора видна прицельная марка и в середине поля — неболь-
„ 120
шое перекрестие с делениями, причем горизонтальный штрих имеет по
делений окружности вправо и влево от центра, а вертикальный — по 5е вверх
и вниз.
16 Оптика в военном деле—215.
241
Для работы с прибором ночью он оборудован электрическими лампочками, заключенными
в соответствующие патроны, причем лампочка, помещающаяся в патроне 10, освещает одно-
временно шкалы в поле зрения прицела и наружную шкалу угла боковых поправок 77. Лам-
почка в патроне 72 освещает шкалы 13 и 74 углов прицеливания орудия и пулемета.
Танковая панорама служит также и для приема целеуказания от командира танка.
Процесс наводки орудия на цель происходит следующим образом: получив команду — указа-
ние деления шкалы горизонтальной наводки и цвет шкалы (белый или красный, что означает
вправо или влево), а также угол по вертикали, — стрелок колесом 7, при выведенной из
сцепления защелке 3, устанавливает горизонтальный угол, а рукояткой 5 при освобожден-
ном плече 8 устанавливает вертикальный угол, тем самым совместив прицельную линию
с целью. После нахождения таким образом указанной командиром цели необходимо
навести на нее орудие или пулеметы. Поворотным механизмом башни стрелок вращает всю
башню в том же направлении, в то же время перемещая визирную линию колесом 7 в обратном
направлении, не теряя цель из поля зрения до тех пор, пока защелка 3 не встанет на свое место.
Продолжая действовать поворотным механизмом, стрелок совмещает вертикальный штрих
перекрестия с целью, чем заканчивается горизонтальная наводка. Действуя аналогично подъем-
ным механизмом орудия и рукояткой 5 рычага, стрелок осуществляет вертикальную наводку,
после чего производится окончательная наводка с учетом углов прицеливания и боковых по-
правок.
§ 8. Морские прицелы
Выше, в разделе приборов визирования (гл. 21, § 8) было сказано не-
сколько слов об условиях стрельбы на море. Из примеров визирных приборов,
приведенных там, следует, что в некоторых случаях одного прицельного прибора
для наводки недостаточно. Такими случаями является залповая стрельба крупно-
калиберных орудий башенных установок. Здесь необходим целый комплекс
приборов, определяющих данные для наводки орудия и осуществляющих ее.
Нужны не только те приборы, о которых было сказано, но и ряд других,
например: угломер курса цели, прибор для определения изменения расстояний
и т. д. Таким образом прицела для башенных орудий как единого целого при-
бора не существует.
Но для имеющихся на крупных кораблях, а также на более мелких воен-
ных судах, отдельных орудий, предназначенных для более близких и мелких
целей (например подводных лодок и катеров противника), имеются прицель-
ные трубы, устанавливаемые непосредственно на орудиях. К числу таких труб
относится прямая прицельная труба с панкратическим увеличением (в данном
случае от 4 до 20х). Величина угла поля зрения при этом меняется в пределах
от 12°,5 до 2°,5.
Окуляр прицельной трубы снабжен механизмом диоптрийной установки
и сменными светофильтрами в так называемой револьверной обойме, являющейся
постоянной принадлежностью прибора и несущей в себе несколько стекол раз-
ных цветов, каждое из которых может быть установлено перед окуляром поворо-
том обоймы, аналогично барабану револьвера. Светофильтры служат для умень-
шения (в случае необходимости) яркости изображения цели и для уничтожения
мешающего наблюдению влияния дымки, легкого тумана и т. д.
Окуляр снабжен также мягким резиновым наглазником. На небольшом крон-
штейне имеется второй, «слепой», наглазник для второго глаза. Наглазники
защищают глаза стреляющего от попадания бокового света, а также от водяных
брызг и ветра.
Объектив прибора защищен от брызг довольно длинной блендой, т. е. трубой,
выдающейся вперед от объектива. В поле зрения прицельной трубы, как и во
всех приборах, предназначенных для наводки огнестрельного оружия, имеется
прицельная марка, которая может быть выполнена в любом виде.
Имеются также прицельные трубы, окуляры которых не направлены по оси
трубы, а вынесены вбок под прямым углом к ней или под углом 100°. Это де-
лается обычно из соображений более удобного размещения команды орудия.
Панкратическое увеличение этих труб осуществляется за счет изменения
расстояния между линзами оборачивающей системы и их смещения относительно
окуляра и объектива.
212
Рис.
221. Морской прицел
(Оффичине Галилео)
Эти трубы составляют лишь визирную часть прицельного механизма, который
является чисто механическим устройством, осуществляющим наводку трубы и
орудия в различных направлениях.
Примером более современных и более усовер-
шенствованных прицелов для отдельных орудий на
корабле является прицел для 130 миллиметрового
орудия итальянской фирмы Оффичине Галилео. При-
цел предназначен для установки непосредственно на
станине орудия и состоит из двух отдельных опти-
ческих приборов, определенным образом связанных
друг с другом и с орудием.
Общая схема работы прицела представляется
в следующем виде: правый прибор—это панорама,
линия визирования которой может перемещаться
в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Ме-
ханизм перемещения в вертикальной плоскости
связан с механизмом вертикальной наводки орудия.
Левый прибор, являющийся прямой зрительной
трубой, свободно качающейся в вертикальной пло-
скости, связан с орудием механизмом горизонталь-
ной наводки и с правым прибором — механизмом
установки углов боковых поправок и упреждений.
На правом приборе имеются две рукоятки, связанные механизмами установки
углов целика и углов прицеливания с линией прицеливания прибора, причем
углы целика тем же механизмом связи
левого прибора с правым могут переда-
ваться с правого на левый.
С прицелом работают три человека.
Один из них устанавливает по шкалам
на приборе, при помощи упомянутых
двух рукояток, углы прицеливания и
целика, получая указания об их вели-
чине с командного пункта при помощи
электропередатчиков.
Наводчик правого прибора, вращая
штурвал вертикальной установки орудия,
совмещает линию прицеливания с изо-
бражением цели по вертикали. Тем са-
мым он придает орудию необходимый
угол возвышения, так как линия прице-
ливания перемещается на углы места
цели вместе с орудием, а угол прицели-
вания добавляется установщиком при-
цела. Величины обоих этих углов сумми-
руются алгебраически с помощью диф-
ференциального механизма, заключен-
ного в корпусе правого прибора.
Наводчик левого прибора, совмещая
прицельную линию своего прибора с изо-
бражением цели по горизонту, враще-
нием орудия вместе с прибором одно-
временно вводит и угол боковой поправки, внесенный ему установщиком при-
цела. Таким образом и производится наводка орудия, причем она может проис-
ходить во время стрельбы непрерывно.
Рассмотрим более подробно конструкцию приборов, составляющих прицел.
Общий вид правого прибора представлен на рис. 221. Оптическая система его, изобра-
женная схематически на рис. 222, состоит из сферического защитного стекла 7, верхней призмы
243
отражателя 2, призмы Дове 5, объектива 4, крышеобразной призмы 5, коллектива 6 и стекла
сетки 7, линз оборачивающей системы 8, 9 и окуляра 10.
Между верхней призмой-отражателем и призмой Дове может быть включена галилеевская
телескопическая система 77 с увеличением, меньшим единицы (т. е. дающая уменьшенное изо-
Рис. 223
бражение предметов). Между коллек-
тивом и окуляром расположена обо-
рачивающая система, состоящая из
двух линз 8 и 9, которые в случае
необходимости могут быть заменены
парой других линз простым поворотом
рычажка, связанного с ними.
Головная призма может качаться
вокруг горизонтальной оси, совпа-
дающей с серединой ее гипотенузной
поверхности, осуществляя вертикаль-
ную наводку, и вращаться вокруг
вертикальной оси, осуществляя на-
водку горизонтальную.
На стекле сетки 7 нанесено пере-
крестие, видимое в поле зрения оку-
ляра и совмещаемое при наводке ору-
дия с изображением цели. Штрихи
перекрестия сделаны самосветящи-
мися, а кроме того, в случае необхо-
димости они могут быть добавочно
освещены лампочкой через боковое
окно общепринятым способом.
Переменой линз оборачивающей
системы 8 и 9 можно получить два
различных увеличения прибора: 4х и
12х при выключенной галилеевской
системе 77.
При этом углы полей зрения бу-
дут соответственно 11° и 3°40' и
диаметры выходных зрачков — 5 и
2,5 мм.
Если включить галилеевскую си-
стему, то при установке оборачиваю-
щей системы на 4х увеличение, общее
увеличение прибора будет равно 1,3х, при угле зрения 30° и диаметре выходного зрачка
3,5 мм. При таком малом увеличении прибор работает в качестве искателя, чему способствует
большой угол поля зрения,
для обнаружения и прибли-
зительной наводки орудия,
уточняемой затем при боль-
ших увеличениях.
Прибору придаются не-
сколько светофильтров, на-
деваемых на окулярную
часть. Окуляр имеет меха-
низм диоптрийной подвижки
в пределах it 4 диоптрий.
На рис. 223 предста-
влена перспективная схема
оптической и механической
систем прибора. Рассмот-
рим механизм вертикальной
наводки прибора.
При помощи кулачко-
вого диска 7 этот механизм
соединяется с подъемным
механизмом орудия, кото-
рым последнему придается
необходимый угол возвыше-
ния. При помощи пары ко-
мических шестерен 2, а за-
тем дифференциального ме-
ханизма А, вращение пере-
дается на шестерню 3 и от нее на барабан 4. Этот барабан на внутренней поверхности имеет на-
резку, в которую входит цилиндр 5 своей нарезанной частью. Так как цилиндр не может вра-
щаться вместе с барабаном 4 из-за продольной шпонки, то он получает продольное перемеще-
Рис. 224
244
ние, отчего перемещается и зубчатая рейка 6, сцепленная зубцами с сектором 7 обоймы призмы
5, что вызывает качание призмы вокруг горизонтальной оси и, следовательно, вертикальную
наводку прицельной линии. С другой стороны, вращением маховичка 9 установщик вносит
в этот же механизм углы прицеливания, отсчитываемые на барабанчике 10 в угловых мерах,
а на втором барабанчике с винтовым пазом 11 —непосредственно в дальностях цели. Величины
этих углов тем же дифференциалом А алгебраически суммируются с получаемыми от орудия
углами места цели и описанным выше способом передаются на головную призму.
Механизм горизонтальной наводки состоит в следующем: вращая маховичок 12, уста-
новщик вносит отсчитываемые на барабанчике 13 величины углов боковых поправок и уп-
реждения (целик) в направление линии прицеливания в горизонтальной плоскости. При по-
мощи двух червячных механизмов вращение передается трубе 14, с которой связана та же
головная призма, вращающаяся таким образом вокруг вертикальной оси. Призма Дове 75
при этом с помощью своего дифференциального механизма 16 вращается в том же направ-
лении с половинной скоростью. На оси первого червяка сидит муфта сцепления с механиз-
мом горизонтальной наводки левого прибора. Ручка 17 служит для включения галилеев-
ской системы. Ручка 18 предназначена для переключения линз оборачивающей системы.
Левый прибор прицельного устройства представляет собой прямую
прицельную трубу с переменным увеличением (рис. 224). При помощи махо-
вичка 7 углы цели могут устанавливаться, в случае необходимости, на самом
приборе. Через соединительную муфту 2 величины углов цели передаются на
правый прибор.
Оптическая система прибора состоит из объектива, коллектива, линз
оборачивающей системы и окуляра. За коллективом расположено плоскопарал-
лельное стекло с нанесенной на нем прицельной маркой.
Линзы оборачивающей системы так же сменные, как и у правого прибора,
и с той же целью, т. е. для смены увеличений.
Прибор благодаря этому обладает двумя увеличениями: 4* и 12х.
Углы поля зрения при этом 11°иЗ°40', а диаметры выходных зрачков
5 и 2,5 м. Прибор снабжен мягкой подушкой, укрепленной на кронштейне
трубы. В эту подушку наводчик упирается головой, что позволяет ему наводить
трубу по вертикали без помо!ци рук, так как точной наводки в этой плоскости
от него не требуется.
В корпусе правого прибора имеются специальные отверстия для присоеди-
нения шлангов особого прибора, предназначенного для осушки воздуха внутри
прибора. Оригинально сделаны защитные стекла отсчетных шкал — в виде
цилиндрических линз, дающих увеличенное изображение (в одной плоскости)
штрихов и цифр и тем способствующих лучшему совмещению делений шкал
с индексами. Градуировка шкал приборов произведена согласно принятой в
армиях западных стран системе, по которой одно деление угломера равно
части окружности. Шкала углов прицеливания нанесена в пределах 0—900
делений угломера (т. е. около 50°). Шкала углов целика нанесена в пределах
0—800 делений (т. е. 45°). Шкала дистанций нанесена в кабельтовых в пре-
делах 0—107, т. е. до 20 км.
Выше было сказано, что установщик прицела и целика осуществляет уста-
новку по шкалам на приборе. Эта установка может быть значительно более меха-
низирована применением способа установки по совмещению на особом приборе,
связанном передачей как с командным постом, так и с приборами наводки. Для
возможности осуществления этого способа у приборов, составляющих прицел,
выведены наружу специальные валики с соединительными муфтами.
§ 9. Пулеметные прицелы для стрельбы по воздушным целям
Оптические прицелы для стрельбы по быстро движущимся целям на
близких и средних дистанциях устроены следующим образом: в поле зрения
прибора (прицельной трубки или призменного прицела) помещается сетка, на
которой нанесены несколько концентрических кругов и проведены радиусы.
Прицел вместе с пулеметом направляют так, чтобы изображение цели двигалось
по одному из радиусов к центру. Расстояния от каждой окружности до центра
245
пропорциональны скоростям движения цели. Огонь открывается в тот момент,
когда цель находится на окружности, соответствующей скорости ее действитель-
ного движения. Цель придет в какую-либо
точку в тот момент, когда туда долетят пули.
В большинстве случаев для стрельбы из
пулеметов по воздушным целям применяются
простые, не оптические, прицелы, основанные
на принципе построения угла упреждения
(см. далее, гл. 26, § 1).
На рис. 225 представлен пулемет с неопти-
ческим зенитным прицелом.
Прицел состоит, в основном, из переднего
визира с тремя кольцами, соответствующими
Рис. 225. Пулемет с неоптическим
зенитным прицелом
скоростям цели 70, 50 и 30 м в секунду, зад-
него визира, представляющего собой обычный
диоптр с механизмом боковой подвижки, и
прицельной линейки, по которой устанавли-
вается дальность цели.
Подобный этому, но более усовершенство-
ванный и потому более сложный зенитный
пулеметный прицел изображен на рис. 226 и
227. Передний визир 16—это стеклянная пла-
стинка с нанесенными на ней кольцами, аналогично первому прицелу. Пластин-
ка может быть быстро заменена другою с кольцами, рассчитанными на другие
скорости движения цели. Эта за-
мена производится с помощью ру-
коятки 17.
Задний визир 18 также состоит
из стеклянной пластинки с кружком
малого диаметра в качестве диоптра.
Эта пластинка скреплена наглухо
с основанием прицела консолью 19.
Передний визир может дви-
гаться в разных направлениях:
1) соответственно дистанциям
до целей передний визир вместе
с суппортом 12 перемещается
вдоль направляющей скобы 9
прицела при вращении ходового
винта 10 за рукоятку 11. Уста-
новка дистанций производится
вручную по линейке 20. Чем
дальше цель, тем ближе передний
визир подходит к заднему, вслед-
ствие чего увеличивается угловая
величина конуса и, следовательно,
величина угла упреждения;
2) при этом автоматически
устанавливается угол прицелива-
ния, благодаря тому, что по краю
клиновидной линейки 14 скользит
штифт суппорта и перемещает
держатель визира в направляю-
щих салазках 15 соответственно
Рис. 226. Зенитный пулеметный прицел Герца
дистанциям;
3) стекло переднего визира вращается в суппорте, оставаясь всегда
горизонтальным (соответственно принятой для стрельбы по воздушным целям
,246
гипотезе, что цель перемещается в горизонтальной плоскости), неза-
висимо от поворотов пулемета в вертикальной плоскости.
Рис. 227. Зенитный пулеметный прицел Герца
Это осуществляется при помощи системы тонких троссов 6, валика 7 и шки-
вов 75, 8 и 5,
Прицел крепится на рубашке водяного охлаждения пулемета коль-
цами.
Глава 26
ПРИБОРЫ УПРАВЛЕНИЯ ОГНЕМ ЗЕНИТНОЙ АРТИЛЛЕРИИ
§ 1. Стрельба по воздушным целям. § 2. Приборы для стрельбы зенитной
артиллерии. § 3. ПУАЗО Когнед-5. § 4. ПУАЗО Сперри Т-8. § 5. ПУАЗО Берког-5.
§ б. Сравнение различных типов ПУАЗО.
§ 1. Стрельба по воздушным целям
Условия стрельбы по воздушным целям и существующие для этого приборы
управления артиллерийским зенитным огнем (ПУАЗО) своеобразны и сложны.
Оптическое оборудование этих приборов в деле решения задачи встречи снаряда
с воздушной целью играет немаловажную роль. Это оборудование дает возмож-
ность определять (для условий видимой цели наиболее точно) исходные данные
стрельбы, а также ориентирует отдельные механизмы прибора, без чего невоз-
можно использовать работу счетно-решающей части ПУАЗО. По своему устрой-
ству отдельные оптические узлы указанных приборов аналогичны известным
схемам стереодальномеров, прицелов и визиров, изложенных в других разде-
лах этой книги. *
Цель зенитной артиллерии, как правило, — самолет. Он имеет небольшие
размеры и представляется точкой, летящей на большой высоте. Задача прицели-
* Так, например, стереодальномер, описанный выше (гл. 23, § 9 и 10), является состав-
ной частьк: некоторых моделей ПУАЗО. Его принципиальная схема при этом остается совер-
шенно без изменений.
247
вания усложняется тем, что самолеты противника могут летать на различных
высотах под неодинаковыми углами возвышения и с неодинаковыми скоростями.
Кроме того, они могут появляться с любых сторон по азимуту и, уклоняясь от
артиллерийского обстрела, стремятся совершать различные фигуры. За короткий
промежуток времени изменяются скорости полета, высота, направление
и т. д.
Естественно поэтому, что к приборам, обслуживающим зенитную артилле-
рию, предъявляются высокие требования по обеспечению скорострельности
батареи.
Пусть орудие находится в точке О (рис. 228). Самолет, когда его заметили,
находится в точке С. Допустим, что самолет летит прямолинейно и с постоянной
скоростью на одной и той же высоте Н по направлению на точку К. Пока орудие
будет наведено, самолет переместится в точку Св. В эту же точку, предположим,
удалось направить и
орудие, готовое к
выстрелу. Однако
производить выстрел
и посылать снаряде
точку Св не имеет
смысла. Снаряд до-
летит до указанной
точки, но самолет за
это время уйдет из
нее. Так, например,
при скорости само-
лета 60 м/сек. и вре-
мени полета снаряда
8 сек. самолет пере-
местится на расстоя-
ние 480 м.
Необходимо най-
ти в пространстве
некоторую другую
точку (на чертеже
точку Су), куда сле-
дует заранее навести
орудие и в опреде-
ленный момент сде-
лать выстрел, чтобы в этой точке и произошла встреча снаряда с
целью.
Современные снаряды зенитной артиллерии снабжены специальными
устройствами, посредством которых разрыв происходит через наперед заданное
время с момента вылета из орудия. Зная: 1) расстояние и скорость полета сна-
ряда, т. е. его баллистические качества, 2) начальную скорость вылета снаряда,
т. е. баллистические свойства данного орудия, и, наконец, 3) сопротивление
внешней среды, т. е. направление ветра, плотности воздуха и т. д., можно заблаго-
временно установить снаряд на определенное расстояние для разрыва (что-
бы и область радиуса действия разрыва была еще поражающей).
Такие устройства в снарядах носят название «дистанционной трубки», или
просто «трубки».
Следовательно, задача встречи снаряда с целью дополняется новым требо-
ванием: надо знать упрежденное расстояние Dv, по которому устанавливается
дистанционная трубка.
Сущность задачи зенитной стрельбы, как видно из предыдущего, заключается
в том, что на будущем курсе цели находят такую точку Су, до которой от момента
выстрела и снаряд и цель летели бы одинаковый промежуток времени. Положе-
ние этой точки Су в пространстве относительно стреляющей батареи и опорных
248
точек местности, выражаемое координатами, определяется путем предваритель-
ных вычислений. При этом решается так называемый упредительный
треугольник, на чертеже Св ОСу. Данными для подобных вычислений служат
начальные, или входные, координаты.
Принятые в зенитной артиллерии определения, необходимые для уяснения
начальных и упрежденных координат, выражены на приведенном рис. 228.
Точка Св, где находится цель в момент выстрела, называется настоящей
точкой, точка Су, согласно предыдущему, носит название упрежденной
точки. В этой точке снаряд при своем разрыве должен встретиться с целью.
Выстрел производится в тот момент, когда цель находится в точке Св, т. е. в на-
стоящей точке. Любые промежуточные точки С19 С2 и т. д., в данный момент
времени расположенные по курсу цели, называются текущими точками.
Расстояние D есть наклонная дальность, соответственно d — гори-
зонтальная дальность, Н — высота полета. Вертикальный угол,,
обозначенный буквой е, называется настоящим углом места цели.
Вертикальная плоскость, проходящая через цель, носит название плоскости
цели. Угол р, расположенный в горизонтальной плоскости, отсчитывается от
какого-либо опорного пункта М местности по азимуту. Угол £ отсчитывается
от горизонтальной плоскости Р, которая носит название горизонта ору-
дия. В этой же плоскости для упрощения чертежа лежат опорный пункт М
местности и точка О.
Перечисленные выше данные е, р, Н и D составляют настоящие коор-
динаты, или, соответственно, текущие координаты, если они отнесены к те-
кущей точке. Положение цели в пространстве определяется какими-либо тремя
независимыми координатами. Такими координатами, согласно сделанным выше
обозначениям, являются: psD; реЯ; pstf или $dH и др.
Для производства стрельбы необходимо найти упрежденный азимут ру, угол'
возвышения гу и упрежденную дальность Dy. Зная эти последние, очевидно,
легко произвести по ним установку орудия и трубки и затем в определенный
момент произвести выстрел. Момент времени для выстрела, в свою очередь,
зависит от найденных значений упрежденных координат.
Однако для решения упрежденных координат, кроме начальных данных,
необходимо знать или предвидеть поведение самолета: будет ли самолет лететь
прямолинейно по определенному, заранее выбранному курсу, или он будет
менять его. Противник может делать всевозможные повороты с изменением курса
и скорости, чтобы стреляющая батарея не смогла иметь достаточных данных
к его поражению. Наблюдатель при этом может только делать предположения
или принимать некоторые допущения. Такие предположения о будущем пове-
дении цели, основанные на ее поведении за прошедший промежуток времени,,
называются гипотезами.
Гипотезы, принятые в зенитной артиллерии, обосновываются тактикой авиа-
ции. Авиация прежних лет для выполнения своих боевых задач по бомбомета-
нию или аэрофотосъемке применяла горизонтальные полеты на прямолинейном*
курсе. Поэтому ранее других возникла гипотеза о прямолинейном и равномер-
ном перемещении цели в горизонтальной плоскости. Эта трехчленная гипотеза
к настоящему времени устарела, так как изменились методы и тактика бом-
бометания; кроме того, повысился потолок полета, увеличились скорости всех
типов самолетов и их маневренность. Указанная гипотеза, еще, правда,
не потеряв своего практического значения, соответственно заменяется новой:
за упредительное (т. е. будущее) время цель движется прямолинейно*
в любой плоскости. Наряду с ней имеют место и другие, например: за упредитель-
ное время цель движется по дуге окружности с постоянной скоростью и на по-
стоянной высоте.
Какая-либо из этих гипотез кладется в основу при решении задачи встречи.
Следует заметить, что вычисление, выполненное в соответствии с одной гипотезой^
не может с достаточной точностью обеспечить стрельбу по цели, перемещающейся
по другой гипотезе. Наиболее вероятной явится гипотеза, которая может
24$
обобщить все возможные другие. Однако приборы, построенные по такой
универсальной гипотезе или обеспечивающие решение задачи встречи по любой
из нескольких известных гипотез, — пока представляются весьма сложными.
§ 2. Приборы для стрельбы зенитной артиллерии
Приборы, применяемые для стрельбы зенитной артиллерии, можно распре-
делить на три группы; при этом, в зависимости от способов * стрельбы: таблич-
ного, графического или автоматического, используются те или иные приборы
соответствующих групп. Эти группы следующие:
1. Приборы, непосредственно определяющие настоящие координаты поло-
жения цели в пространстве. Сюда относятся теодолиты различных типов,
в том числе и аэрологические, зенитные угломеры, визиры, высотомеры
и, наконец, дальномеры. ** Из числа последних наибольшее распространение
для этих надобностей в настоящее время получили дальномеры-высотомеры
стереоскопического типа.
С помощью указанной группы приборов определяются следующие коорди-
наты: угол места цели е, азимут р, наклонная дальность D, а также высота Н.
Зная угол места цели и наклонную дальность, легко найти горизонтальную даль-
ность d или высоту Н. Современные оптические дальномеры снабжены специаль-
ными устройствами для автоматического определения высоты цели на основе
измеренной наклонной дальности.
Вертикальные углы движущейся цели, т. е. углы места, определяются обычно
'точнее, чем азимут. Это происходит потому, что углы места изменяются, как
правило, с меньшей угловой скоростью, чем азимут, и, следовательно, их легче
измерять.
2. Ко второй группе относятся приборы, определяющие режим движения
цели, т. е. параметры ее, содержащие скорость и направление полета. При этом
измеряются путевые Q и курсовые q углы цели (рис. 228). К указанной группе
приборов относятся курсомеры и скоромеры различных систем. ***
Согласно предыдущему, упрежденные координаты цели получаются на основе
той или иной гипотезы. При этом способ решения может быть графическим или
аналитическим. Пользуясь данными, полученными с помощью приборов, ука-
занных в первых двух группах, способ решения упредительной точки обычно
бывает табличный, (т. е. по заранее рассчитанным таблицам) или графический,
по номограммам совместно с дополнительным графическим построением.
3. Третью группу составляют приборы для определения упрежденной точки.
Юни по существу содержат первые две группы приборов в смысле опреде-
ления начальных координат и параметров, а также включают в себя устройства
для дальнейшего расчета упредительного треугольника. Таким образом третья
труппа приборов, объединяя две предыдущие, вместе с тем облегчает и ускоряет
процесс вычисления. Кроме того, само решение становится более точным. Ско-
рость решения имеет огромное значение. Из всего сказанного выше явствует,
что для возможности поражения авиации с ее современными летными качествами,
данные решения должны быть получены практически мгновенно.
К третьей группе относятся различные системы приборов управления
артиллерийским зенитным огнем, которые известны под сокращенным назва-
нием ПУАЗО. Если первые две группы приборов — измерительные, то ПУАЗО
являются упредительными. Помимо оптических узлов, они содержат разнообраз-
ные множительные, суммирующие, т. е. счетно-решающие и построительные
механизмы, а также следящие системы, достаточно сложные и подчас громоздкие
по своему устройству. Однако это окупается тем, что они обеспечивают автомати-
* Под способом стрельбы здесь понимаются различные существующие методы для по-
строения упредительных треугольников и нахождения упредительных координат.
** О теодолитах см. гл. 20, § 3—8, о зенитных угломерах —гл. 21, § 3 и, наконец,
о дальномерах-высотомерах — гл. 23, § 14.
*** См., например, курсомер-скоромер, гл. 21, § 5.
250
ческие способы стрельбы. Все прицельные данные получаются немедленно,
введена почти полная механизация процесса вычислений и, зачастую, синхрон-
ная* передача данных на стреляющую батарею. При решении упредительного
треугольника приборы третьей группы должны учитывать также баллистиче-
ские поправки орудия, снаряда и внешней среды. Кроме того, на орудия пере-
даются данные для установки дистанционной трубки. Приборы этой группы
иногда называют командными или центральными.
Существует большое количество конструкций ПУАЗО, основанных на раз-
ных гипотезах движения цели. Интерес к этим приборам по вполне понятным
причинам весьма велик. Производством ПУАЗО в настоящее время заняты почти
все мировые фирмы точной, оптико-механической и электротехнической инду-
стрии. Достаточно указать, что из числа известных насчитывается более 20 раз-
личных типов конструкций; некоторые из них уже устарели.
Для общей характеристики ПУАЗО далее кратко будут рассмотрены неко-
торые из распространенных типов этих приборов.
Общая схема решения задачи встречи для основных ПУАЗО рисуется следую-
щим образом. С помощью измерительных, в частности оптических устройств, не-
посредственно определяются настоящие координаты цели. Результаты этих изме-
рений периодически или непрерывно воспроизводятся на счетно-решающей
части прибора. Последнее дает возможность определить параметры движения
цели. Затем методом, например, экстраполяции, на основе принятой гипотезы,
происходит решение упредительных координат. При этом вводятся еще балли-
стические поправки на орудия стреляющей батареи и применяемые типы сна-
рядов. Кроме того, как отмечалось, учитываются поправки на плотность воз-
духа, направление ветра и т. д.
§ 3. ПУАЗО Когнед-5
ПУАЗО Когнед-5 в сравнении с приборами подобного назначения, нодругих
систем относится к числу приборов с конструкцией открытого типа. Ряд его меха-
нических устройств и счетно-решающих механизмов вынесен наружу. Обслужи-
вающий персонал составляет 8—10 чел., каждый из которых выполняет опре-
деленную работу. Этот прибор (рис. 229) в основном обслуживает средние и
тяжелые орудия сухопутной зенитной артиллерии ПВО.
Прибор достаточно громоздкий, его вес достигает тонны. На массивной
подставке расположена система счетно-решающих механизмов совместно
с 4-метровым стереовысотомером. Для выверки высотомера по дальности
предусматривается специальный коллиматор-выверитель. Последний распола-
гается горизонтально над тубусом дальномера.
В основу построения Когнед-5 принята гипотеза о прямолинейном и равно-
мерном движении цели за упредительное время в любой плоскости. Вычисления
на приборе осуществляются в цилиндрической системе координат. Входными
данными для решения задачи встречи служат высота цели Н, азимут р и угол
места 6. Как было выяснено ранее, эти данные все время меняются. Искомыми
же данными являются упрежденный азимут, угол возвышения и установка
дистанционной трубки.
Для получения достаточного представления об устройстве ПУАЗО остано-
вимся несколько подробнее на примере Когнед-5 как образце, наиболее полно
решающем задачу встречи. Принципиальная схема работы Когнед-5 такова
(рис. 230). Определяется скорость движения цели V и упредительное
время ту. Перемножением последних получается путь цели за упреди-
тельное время. Эту величину Уту в определенном s масштабе прибора,
♦ От греческих слов: — вместе и ypdvoc — время. Синхронная связь обеспечивает
полную одновременность и согласованность в действии нескольких механизмов.
251
Рис. 229. ПУАЗО Когнел-5
Рис. 230. Принципиальная схема
работы ПУАЗО Когнед-5
в виде отрезка, откладывают по направле-
нию курса цели от ее настоящей точки С.
Указанным действием получают упрежденную
точку цели C'v как проекцию на горизон-
тальную плоскость. Упрежденная горизон-
тальная дальность dy получится, если соеди-
нить точку C'v с местом пребывания прибора,
т.е. с точкой О. В настоящее значение азиму-
та р вводят поправку на его упреждение, на
чертеже величину Др — и получают упрежден-
ный азимут ру. Остальные искомые данные
получаются на основании измеренных теку-
щих высот Н и углов места е.
Схематический чертеж Когнед-5 (вид
сверху) представлен на рис. 231. Для
построения настоящей точки служит кур-
совая каретка 7; ее ось вращения изобра-
жает настоящую точку. Линия визирования стереовысотомера параллельна
прямой, соединяющей ось вращения курсовой каретки с осью вращения
Рис. 231
252
всего прибора. При этом необходимо, чтобы азимут положения на приборе ка-
ретки был равен азимуту цели. С помощью маховика 2 весь прибор вращается
вокруг вертикальной оси. Для наводки служат два оптических визира, оси
которых параллельны оси стереовысотомера. Наблюдая в левый визир, вращают
указанный маховик 2 и совмещают перекрестие с целью. Так как при этом пово-
рачивается весь прибор, то ось вращения курсовой каретки автоматически уста-
навливается по азимуту цели. Одновременно другой наводчик, наблюдая в пра-
вый визир, с помощью маховика 3 устанавливает стереовысотомер по высоте.
Последнее осуществляется путем поворота стереовысотомера вокруг горизонталь-
ной оси его вращения (т. е. по углу места) до совмещения центра сетки
визира с изображением цели. При этом вращается барабан 4, на котором нане-
сены кривые равных высот, представляющие собою график так называемых изо-
высот. С помощью изовысотных кривых выражается зависимость горизонталь-
ной дальности от угла места цели. Для определения настоящей горизонтальной
дальности вращают маховик 6 и этим самым перемещают указатель 5 вдоль
образующей барабана до совмещения его с той кривой, которая соответствует
высоте, указанной на шкале высотомера. В процессе дальнейшей работы это
совмещение необходимо непрерывно поддерживать. Поэтому специальный наблю-
датель-стереоскопист, пользуясь стереовысотомером, непрестанно дает необхо-
димые данные измерения.
При вращении маховика 6 перемещается также кран 7, связанный с осью
курсовой каретки. Конструкция Когнед-5 обеспечивает то, что расстояние оси
курсовой каретки до вертикальной оси вращения всего прибора в принятом
масштабе поддерживается равным настоящей горизонтальной дальности цели.
Так как при углах места меньше 15° определение горизонтальной дальности
по высоте связано с большими ошибками, то ее определяют по наклонной даль-
ности и высоте. В этом случае стереовысотомером пользуются как дальномером.
В свою очередь, барабан 4 горизонтальной дальности, кроме изовысотных кри-
вых, вычерченных черной краской, имеет еще семейство изодистанционных кри-
вых. Последние выполнены в системе прямоугольных координат подобно кривым
изовысот, но нанесены красной краской. Работа обслуживающего персонала
производится в порядке, аналогичном указанному выше.
Для определения курсами скорости цели предусмотрен курсограф 8, имею-
щий вид горизонтально расположенного диска, изготовленного из матового
стекла. Когда прибор поворачивается вокруг вертикальной оси, т. е. по азимуту,
этот диск вращается с той же скоростью, но в обратном направлении. Поэтому
любая линия, нанесенная на диске, всегда остается параллельной самой себе
(т. е. своему начальному направлению) до поворота всего прибора.
При вращении маховика 6, одновременно с поворотом барабана настоящей
горизонтальной дальности 4, по диску курсографа перемещается специальный
карандаш. Его движение ориентировано в направлении радиуса диска и вместе
с тем параллельно линии визирования высотомера. По текущей горизонтальной
дальности и текущему азимуту этот карандаш вычерчивает на матовом стекле
курс цели. Под стеклянным диском расположен второй металлический диск,
который имеет ряд параллельных линий. Последние, по замыслу конструкции
Когнед-5, параллельны направляющему ребру курсовой каретки. Путем пово-
рота нижнего диска относительно верхнего так, чтобы прямые металлического
диска были параллельны курсу, вычерченному карандашом на верхнем диске,
курсовая каретка устанавливается по направлению истинного курса цели.
Тахометр 9 предназначен для измерения и установки на приборе скорости
цели. Его диск вращается посредством часового механизма. При помощи махо-
вика 10 изменяется скорость вращения этого диска. При работе на описываемом
ПУАЗО скорость вращения диска тахометра уравнивают со скоростью движения
его стрелки. Маховик 10 через систему механических передач связан также с ука-
зателем скорости шкалы курсовой каретки. Вместе с тем он связан со скорост-
ным графиком, нанесенным на особое устройство в виде клина на каретке.
Поэтому на каретке отмечается измеренная скорость цели. В качестве
253
дополнительного устройства для измерения скорости цели Когнед-5 имеет еще
так называемый графический скоромер. Пользуясь последним, также можно
носить необходимые изменения данных на курсовой каретке.
Таким образом на курсовой каретке непрерывно строится настоящий вектор,
началом которого является ось ее вращения. Направление ребра каретки есть
направление вектора, а длине вектора, т. е. скорости цели, отвечает установка
скоростного графика.
Для определения упрежденной точки служит командный барабан 77. На его
поверхности в системе прямоугольных координат нанесены кривые изохрон.* По
оси абсцисс, параллельной образующей командного барабана, отложены зна-
чения упрежденной горизонтальной дальности, а по оси ординат — значения
высот. Общим названием «высотное хозяйство» обозначается группа шкал
и маховиков 12. При вращении одного из маховиков этой группы деталей пово-
рачиваются один ее диск со шкалой высот и одновременно командный ба-
рабан. Деление шкалы диска, отвечающее измеренной высоте цели, совмещают
с индексом.
В результате командный барабан повернется так, что кверху обратится та
его кривая, которая имеет одинаковое значение с указанием диска высоты. Упре-
жденная точка получится, если с помощью маховика 13 повернуть командный
барабан вокруг его вертикальной оси до совмещения одноименных изохрон на
этом барабане и на скоростном графике курсовой каретки. Вертикальная ось
командного барабана совпадает с осью вращения всего прибора. До совершения
указанного поворота горизонтальная ось командного барабана параллельна
вертикальной плоскости визирования прибора. В этом, т. е. в исходном своем
положении, верхняя образующая барабана проходит через настоящую точку.
При вращении маховика 13, когда упомянутые изохроны совмещены, на прини-
мающем диске орудия происходит изменение прицельных данных стрельбы на
величину упрежденного азимута. Настоящий азимут отмечается на принимаю-
щем диске орудия еще при выполнении горизонтальной наводки прибора. Команд-
ный барабан в это время должен находиться в своем исходном положении.
Для определения угла возвышения имеется барабан 74; рядом с ним
помещен второй барабан 75, вырабатывающий установку дистанционной трубки.
При вращении маховика 16 вдоль этих барабанов дл» углов возвышения и уста-
новки трубки перемещаются специальные указатели. Движение последних
происходит пропорционально упрежденной горизонтальной дальности. При вра-
щении маховика 77 и тем самым повороте барабана углов возвышения 74 до
совмещения с указателем той изовысотной кривой, которая соответствует изме-
ренной высоте цели, автоматически изменяется установка высоты на принимаю-
щем диске орудия. Поступая аналогичным образом, с помощью маховика 18
производят выработку установки трубки. Через синхронную связь одновременно
изменяется ее установка на механическом установщике трубки у орудия.
ПУАЗО Когнед-5 учитывает также поправку на необходимое время заря-
жания орудий стреляющей батареи. Среднее время заряжания для данной си-
стемы орудий определяется предварительно путем хронометража. Эта поправка
после соответствующей переработки на приборе автоматически вводится на меха-
нический установщик дистанционной трубки.
Для определения поправок на плотность воздуха, начальную скорость и
деривацию в приборе предусмотрены три таблицы 19. Эти поправки находятся
в зависимости от метеорологических условий и от средней начальной скорости
движения снарядов орудий данной батареи, которые должны быть известны
заранее. Результаты решений с помощью указанных таблиц 19 вводятся в спе-
циальные дифференциалы решающих механизмов прибора.
Поправки на изменение высоты цели определяются на одном из дисков меха-
низма «высотного хозяйства». После этого они также вводятся в дифференциал
* Более подробные сведения см., например, А. В. 3 а р е м б а [27], Стрельба зенитной
артиллерии.
254
также непрерывно вводится в прибор. Высота цели измеряется отдельно на
дальномере-высотомере, расположенном где-либо поблизости от основного
прибора. Дальномер-высотомер с базой 4 м обычно входит в комплект
этого ПУАЗО. Все необходимые установочные шкалы, маховики управ-
ления, переключатели и другие устройства расположены по боковым стен-
кам ящика. Главнейшими из этих устройств соответственно рис. 232, где
показан вид слева — сзади, являются следующие: 3 — шкала и маховик
высоты; 4 — шкала и маховик корректуры настоящей высоты; 5 — маховик
азимута для грубой наводки; <5 — шкала и рукоятка корректуры азимута; 7—ма-
ховик угла места; 8—шкала настоящего угла места цели; 9—маховик и шкала
корректуры угла возвышения; 10—маховик горизонтальной дальности; 77—уста-
новка изменения скорости дальности; 72—шкала и маховик корректуры дистан-
ционной трубки. С другой стороны прибора, на рисунке не показанной, располо-
жены прочие устройства для механического управления, в частности рычаг
для включения тахометра, рукоятки и шкалы скоростей, а также маховик и
шкала настоящего азимута. Прибор обеспечивает основные требования работы
ПУАЗО, изложенные в предыдущих параграфах.
Сперри Т-8 имеет следящие электрические устройства: сервомоторы и
тахометры, работающие с помощью часовых механизмов. Множительные меха-
низмы, коноиды и другие специальные устройства обеспечивают механическое
решение задачи встречи. Это, в свою очередь, облегчает работу обслуживающего
персонала и сокращает его до 4—5 чел. Следует заметить, что для эксплоа-
тации приборов этой же американской фирмы Сперри, но другой модели,
например ПУАЗО Т-6, — необходимо 10 чел.
Выработанные на приборе Т-8 данные посредством синхронной передачи
поступают на орудия стреляющей батареи. Поправка на ветер также учиты-
вается, но приближенно.
Сперри Т-8 относится к числу сравнительно простейших образцов команд-
ных приборов. Общий его вес, вместе с тумбой, равен около полутонны. Для
работы описываемой системы требуется переменный ток 115—140 в. с частотой
60 периодов в секунду. Это обусловливает наличие дополнительного электро-
оборудования—двигателя и генератора, вырабатывающих указанное напря-
жение.
Следует отметить недостатки ПУАЗО Сперри Т-8. Так, не вводится перемен-
ная высота. Если следовать современной гипотезе о перемещении цели в любой
плоскости, то текущая высота должна была бы непрерывно поступать в при-
бор. Кроме того, система Т-8 дает только грубо приближенный учет попра-
вок на плотность воздуха, начальную скорость снаряда и на запаздывание
в установке дистанционной трубки. Наконец, сервомоторы понижают надежность
работы прибора, а при повреждении питающей электрической цепи последний
становится и вовсе непригодным к работе.
К числу достоинств Сперри Т-8, помимо указанного выше небольшого
габарита и веса, относится также возможность учета параллакса, т. е. смещения
прибора относительно орудий стреляющей батареи. Кроме того, эта система
командного прибора позволяет вести стрельбу как по воздушным, так и по на-
земным целям.
§ 5. ПУАЗО Берког-5
Конструкция прибора Берког-5 (рис. 233) — закрытого типа. Он пред-
ставляет собою прямоугольный ящик, в котором сосредоточены счетно-решаю-
щие механизмы. Последние являются относительно несложными, их система
передач в основном осуществляется посредством тяг на блоках. Ящик с ме-
ханизмами расположен на одной подставке совместно с 4-метровым дальномером-
высотомером.
Перевозка прибора производится на специальной прицепке к грузовику.
Конструкция прицепки позволяет быстрый переход с походного положения на
256
прибора. В результате уже упрежденная высота поступает на барабан трубки
и барабан угла возвышения.
Корректура при стрельбе производится после предварительного анализа
первой серии выстрелов и вводится в прибор непосредственно.
Для установки Когнед-5 можно выбрать место на расстоянии до 300 м
относительно стреляющей батареи. Это расстояние учитывается при работе
на приборе. Синхронная связь питается постоянным током напряжением 26 в.
Для ориентирования прибора на местности служит панорама.
Описываемый ПУАЗО, как указывалось выше, относится к числу наиболее
совершенных приборов управления артиллерийским огнем. Однако он требует
от обслуживающего персонала достаточной натренированности. Большой вес
и габариты Когнед-5, а также открытый тип конструкции являются его недо-
статком. Сводка основных технических характеристик этого прибора предста-
влена ниже (стр. 258).
На основе Когнед-5 разработано несколько новых моделей командных
приборов, так, например, ПУАЗО, который был принят на вооружение
германской армии. В отличие от конструкции Когнед-5 с его графиками сов-
мещения— высотного и скорости цели, в этом ПУАЗО для решения задачи
встречи применен множительный уеханизм. Последний, в частности, служит
для согласования времени перемещения цели и движения снаряда. Преду-
смотрено также отдельное устройство для учета пикирования и кабрирова-
ния цели. По своему внешнему виду этот ПУАЗО в общем похож на Когнед-5.
Подставка, выполненная по типу подставки, изображенной на рис. 233,
позволяет устанавливать прибор на специальную тележку для перевозок.
В походном положении, вместе с тележкой, вес достигает 3240 кг.
Число обслуживающего персонала для этого прибора составляет 13 человек.
§ 4. ПУАЗО Сперри Т-8
На рис. 232 представлен прибор Сперри Т-8. В основание
ния принята гипотеза о прямолинейном, горизонтальном и
движении цели за упредительное
время. Задача встречи решается
геометрическим методом в прямо-
угольной системе координат. Спер-
ри Т-8 учитывает только прибли-
женные поправки на деривацию и
ветер.* По своему внешнему виду
он представляет прямоугольный
ящик, расположенный на мас-
сивной тумбе. В верхней части
ящика имеются два визира. Один
из них 1 служит для наводки по
азимуту. Значение последнего не-
прерывно вводится на счетно-ре-
шающий механизм прибора. Другой
визир 2 предназначен для измере-
ния угла места, величина которого
его построе-
равномерном
* Прибор Т-8 является дальнейшим
развитием и некоторым упрощением
ПУАЗО других моделей фирмы Сперри,
в частности Т-4 и Т-б. В построительных
схемах этих образцов командных прибо-
ров, а также в модели М-4 и последую-
щих новейших, ей аналогичных, приме-
нена система прямоугольных координат.
255
рабочее. При этом платформа прицепки, как можно видеть на приведенном ри-
сунке, осаживается на землю. Объединение в одной конструкции дальномера-
высотомера вместе с центральным счетно-решающим прибором при эксплоата-
ции облегчает целеуказание. Обслуживающий персонал для Берког-5 со-
стоит из 7 чел.
Задача встречи решается геометрическим методом в цилиндрической системе ко-
ординат. При разработке этого ПУАЗО в основу положена гипотеза о прямоли-
нейном равномерном перемещении цели в любой плоскости. Входными данными
являются азимут цели р, угол места е и высота Н. Основной частью счетно-ре-
шающего механизма служит построитель, предназначенный для построения
упредительного треугольника. Он состоит из линейки так называемой упрежден-
ной горизонтальной дальности и специальной обоймы. В последней сосредото-
чены устройства для определения скорости цели, линейка упрежденного вектора
и график времени полета.*
На орудия стреляющей батареи данные с этого прибора передаются не путем
синхронной передачи, как это имеет место в описанной выше конструкции Ког-
нед-5, а непосредственно по телефону.
Рис. 233. ПУАЗО Берког-5
ПУАЗО Берког-5 можно сравнивать, например, с прибором этого же
типа, но другой модели, в частности с М-3. Его основные технические характе-
ристики указаны в представленной ниже сводке. По своему наружному виду
модель М-3 сходна с Берког-5 и также имеет тяговую (троссиковую) передачу.
Последняя, упрощая механическую схему устройства, в то же время приводит
к большим ошибкам, понижающим надежность системы в работе. Кроме того,
конструкция не учитывает смещения прибора относительно батареи. Эти недо-
статки являются общими для обеих указанных моделей. Однако Берког-5 имеет
достоинства—облегченный вес и упрощенную принципиальную схему конструкции.
Это, в свою очередь, позволило сократить число обслуживающего персонала
до 7 чел. Недостатки прибора Берког-5 влекут за собою грубый или недоста-
точно полный учет различных поправок, что, в свою очередь, приводит
к ошибкам, возникающим при решении задачи встречи. Более полно решают
эту задачу другие образцы приборов типа Берког, которые по существу
являются развитием упомянутых систем Бс-рког-5 и М-3. Таковыми, в част-
ности, являются Берког М-4 и М-8. Последние, однако, весьма громоздки
и широкого распространения не получили.
* Более подробно см. Н. И. Пчельников [37].
17 Оптика в военном деле—215. 257
§ 6. Сравнение различных типов ПУАЗО
Приводим сводку главнейших технических характеристик некоторых
систем ПУАЗО, в основном для разобранных выше типов. Последние пред-
назначены, главным образом, для тяжелой зенитной артиллерии.
Таблица 14
Системы ПУАЗО Основные тех- нические характеристики Когнед-5 Цейсса (Германия) Берког М-3 Цейсса (Германия) Сперри Т-8 (США) Виког Цейсса (Германия) Упрощен, вспомог. ПУАЗО гер- манской армии (Цейсса)
Пределы работы по вы- соте До 10 000 М До 6 500 м До 8 000 м До 10 000 м До 8 000 М
Пределы работы по го- ризонтальной дальности . . „ 12 000 м „ 12 000 м „ 12 000 м „ 12000 м „ 10 000 м
Скорость цели горизон- тальная „ 150 м/сек. „ 120 м/сек. „ 125 м/сек. „ 125 м/сек. w 125 м/сек.
Скорость цели верти- кальная „ 60 м/сек.
Учет смещения ПУАЗО относительно батареи (па- раллакс) „ 300 м Не учиты- „ 2 000 м „ 300 м -
> Время полета снаряда . . w 30 сек. вает До 30 сек. „ 30 сек. „ 30 сек. „ 30 сек.
Вес прибора без при- цепки Ок. 950 кг Ок. 500 кг Ок. 500 кг Ок. 600 кг Ок. 200 кг
Обслуживающий персо- нал 8—10 чел. 10 чел. 4—5 чел. 6 чел. 9 чел.
Прибор, указанный в последней графе таблицы, представляет собой упрощен-
ный ПУАЗО и предназначен для тех случаев, когда основной командный прибор
рыбыл из строя, или почему-либо не подготовлен к работе. Подобного рода при-
боры носят название вспомогательных; они достаточно просты по
своей конструкции, удобны в обслуживании и сравнительно несложны в изго-
товлении, но зато проигрывают в точности решения задачи встречи.
Ни один из перечисленных выше ПУАЗО, вообще говоря, не имеет особых
преимуществ перед остальными. Только в особых случаях эксплоатации может
отчетливо выделяться совершенство системы одного прибора по сравнению с дру-
гим. Если имеется преимущество в точности и надежности работы, то при этом
приборы отличаются сложностью конструкции, они трудны в изготовлении
и, следовательно, имеют большую стоимость. Различные типы ПУАЗО отличаются
степенью трудности работы обслуживающего персонала, а отсюда возрастают
требования к тренированности наблюдателей. Большой обслуживающий пер-
сонал, даже если работа каждого из номеров строго дифференцирована и про-
ста по выполнению, — также не может быть отнесен к числу достоинств данной
модели командного прибора.
Из предыдущего изложения видно, что по расположению оптических устройств
ПУАЗО можно распределить на две основные группы.
1. Приборы, счетно-решающая часть которых непосредственно соединена
с дальномером-высотомером и визиры горизонтальной и вертикальной наводки
находятся на дальномере. Корпус со счетно-решающими механизмами этих
приборов при работе всегда поворачивается по азимуту вместе с дальномером-
высотомером, так как обе эти части расположены на одной подставке. Достоин-
ством этого типа является облегчение целеуказания, — когда измерение всех
,входных параметров наверняка ведется для одной и той же цели. Из числа
разобранных образцов к таким приборам относятся модели Когнед и Берког.
;258
2. Вторую группу ПУАЗО составляют системы, центральная счетно-решающая
часть которых отделена от дальномера-высотомера. Данные измерения высоты
или дальности поступают в центральный прибор либо посредством синхронной
связи, либо по телефону. На корпусе центрального прибора обычно располо-
жены визиры по углу места и азимуту. Представителем такого рода образцов
являются, например, указанные выше системы Сперри. Встречаются также мо-
дели, для которых угол места и азимут вводятся от устройств, расположенных
отдельно. Подобного рода центральные приборы могут отличаться небольшими
габаритами и весом. Тактическим преимуществом их является возможность
вести работу из-за укрытий. Вспомогательные ПУАЗО обычно относятся к этой
второй группе командных приборов. Уместно заметить также, что новейшие
системы ПУАЗО приспособлены к тому, чтобы все необходимые входные данные
получать от радиолокаторов.
Раздел XI
ОПТИЧЕСКИЕ ПРИЦЕЛЫ В АВИАЦИИ
Глава 27
БОМБАРДИРОВОЧНЫЕ ПРИЦЕЛЫ
§ 1. Бомбардировочные прицелы. §2. Требования, предъявляемые к бомбарди-
ровочному прицелу. § 3. Основные понятия из аэронавигации. § 4. Основные фор-
мулы для расчета угла прицеливания при бомбометании с горизонтального полета.
§5. Способы осуществления линии визирования в прицелах бомбометания. § б. Зритель-
ные трубы прицелов бомбометания. § 7. Принципиальные схемы определения при-
щельных данных в прицелах разных типов: А. Прицелы боевого курса. I. При-
целы базисного курса: а) база известна, б) база неизвестна, в) автоматические
1Герц-Бойкова и ОПБ-2. II. Прицелы временного типа: a) D-4, б) Герц R. III. При-
целы синхронного типа: а) синхронный Сперри, б) ЛОТФЭ-6, в) ЛОТФЭ-7. Б. При-
целы векторного типа. I. Бомбардировочные визиры (ОПБ-1). II. Векторные
^прицелы. § 8. Вертикали: а) самолетные, б) пузырьковые, в) маятниковые, г) гиро-
скопические (Сперри). § 9. Учет бокового смещения бомбы. § 10. Амортизация при-
целов. §11. Бомбометание с пикирования. § 12. Тренировочная и контрольная аппа-
>ратура: а) батчлер, б) тренажер Виккерса, в) фотобомбометание. § 13. Заключение.
§ 1. Бомбардировочные прицелы
Бомбардировочная авиация является одним из самых главных средств напа-
дения на вражеские территории.
Эффективность бомбардировки зависит от того, насколько близко от наме-
ченной цели упала бомба, т. е. от точности прицеливания.
Можно считать, что трудности прицеливания при стрельбе из орудий, уста-
новленных на неподвижной или медленно перемещающейся платформе, незначи-
тельны по сравнению с теми трудностями, которые имеют место при авиационном
бомбометании. Бомбометание с прямолинейного полета можно сравнивать со
стрельбой из орудия, имеющего постоянный (отрицательный) угол возвышения
и азимут и установленного на колеблющейся и перемещающейся с громадной
скоростью платформе, причем скорость платформы подвержена некоторым нере-
гулярным колебаниям.
Пусть бомбардир, вместо того чтобы сбросить бомбу в определенный момент
времени t, сбросил ее с некоторым запозданием, равным Д/ = 0,2 сек. При
скорости самолета W = 150 м/сек. это запаздывание внесет ошибку в попадание,
равную 0,2 • 150 = 30 м.
При стрельбе с судна, перемещающегося со скоростью 40 узлов (20,6м/сек.),
такое же запаздывание внесет ошибку в попадании, равную 4 м. Малые началь-
ные скорости бомб и, следовательно, большое время падения Т, неточное зна-
чение скорости самолета W в момент сбрасывания вносят значительные ошибки
в прицеливание; поэтому обеспечить ту же точность стрельбы, которая имеет
место в артиллерии при стрельбе с неподвижного основания, весьма трудно и
даже, может быть, невозможно.
Рассмотрим следующий пример. При стрельбе из пулемета на дистанцию
1200 м время полета пули составляет около 2,8 сек. Пусть стрельба ведется
260
с судна, идущего со скоростью 40 узлов; если ошибка в определении скорости
судна равна 5%, то ошибка попадания, вызванная неправильным определением
скорости, будет равна
AA = AW.T = ^^-.2,8 = 2,9 м.
При бомбометании с горизонтального полета с высоты Н — 1200 м время падения
бомбы будет около 16,2 сек. Если путевая скорость самолета W = 150 м/сек.
определена с той же погрешностью 5%, то ошибка попадания будет равна
ДА = • 150 • 16,2 = 121,5 м.
Недостаток точности прицеливания стремятся, по возможности, компенсиро-
вать повышением разрушительного свойства бомб, последовательным (серия) или
одновременным (залп) сбрасыванием бомб и бомбометанием целой группой са-
молетов.
§ 2. Требования, предъявляемые к бомбардировочному прицелу
1. Прицел должен, по возможности, точно решать задачу прицеливания, т. е.
правильно определять момент сбрасывания.
2. Прицел должен быть прост в обращении, чтобы работа с ним не тре-
бовала ни дополнительных расчетов, ни большого количества трудно запоминае-
мых операций, которые штурман может позабыть или перепутать; работа послед-
него с прицелом должна быть доведена почти до степени условного реф-
лекса.
3. Прицел должен быть достаточно прочен и надежен. Вибрации, возникаю-
щие вследствие работы винтомоторной группы, толчки и удары, возникающие
при взлете и посадке, ускорения, развивающиеся на самолете при криволинейном
полете (на виражах), при выходе из пикирования,—не должны влиять на точность
работы механизмов. Работа при низких температурах требует особой термиче-
ской прочности. Необходимо, чтобы прицел мог безотказно работать при широком
диапазоне температур (-|-40о до — 60°). При этом приспособление, обеспечиваю-
щее это условие (обогрев), должно действовать автоматически.
Понижение давления с увеличением высоты Н до 10 000—12 000 м также
не должно оказывать влияния на точность работы механизма прицела. В опти-
ческих прицелах должно быть обращено внимание на то, чтобы при резких изме-
нениях высоты (при спуске) не происходило запотевания оптики: прицел должен
быть достаточно герметичен и предварительно осушен, чтобы выпадение влаги
не происходило на внутренних частях оптики, где удаление ее связано с большими
трудностями.
4. Получение необходимых прицельных данных должно требовать, по возмож-
ности, наименьшей затраты времени, т. е. весь процесс прицеливания должен за-
нимать минимум времени — 20—30 сек., иначе увеличивается вероятность
сбитая самолета как огнем зенитной артиллерии, так и неприятельскими истре-
бителями.
5. Желательно, чтобы определение прицельных данных возможно было про-
изводить на широком участке боевого пути, т. е. чтобы случайное закрытие цели
облаками не мешало прицеливанию.
б. Прицел должен решать задачу прицеливания как для неподвижных, так
и движущихся целей (суда), как при дневном, так и при ночном бомбоме-
тании.
7. Во многих автоматических прицелах применяют двигатели (часовые меха-
низмы, электромоторы) для приведения в действие механизма прицела. Необ-
ходимо, чтобы в случае отказа двигателя все же возможно было производить
прицеливание вручную, не пользуясь двигателем.
261
8. Из-за ограниченности места габариты прицела не должны быть слишком
велики, чтобы они не мешали другой работе штурмана, в частности стрельбе
из переднего пулемета и наблюдению за передней полусферой.
9. Необходимо, чтобы вовремя прицеливания между штурманом и летчи-
ком была тесная связь, чтобы летчик видел цель и мог, пользуясь ука-
заниями штурмана, направлять самолет на цель. В настоящее время принята
в основном так называемая раздельная наводка, которая заключается в том,
что пилот производит боковую наводку, т. е. подбирает соответствующий курс,
тогда как штурман производит наводку по дальности, т. е. определяет тот
момент, когда необходимо сбросить бомбу. На рис. 234 представлен вид перед-
ней кабины германского бомбардировщика. Из рисунка видно, что пилот и
штурман помещаются в одной застекленной кабине, из которой они оба могут
наблюдать за целью. Пилот, пользуясь специальным визиром, находящимся
с.его левой стороны, подбирает соответствующий курс с тем расчетом, чтобы
пройти над целью, тогда как штурман, пользуясь прицелом, определяет момент
сбрасывания бомбы. Из рисунка видно, что для улучшения обзора приборная
доска приподнята вверх; поэтому она не мешает летчику следить за целью.
Рис. 234. Передняя кабина бомбардировщика
В некоторых современных образцах, например в американском прицеле Норден,
прицел связывают с автопилотом. При выходе на боевой курс летчик выключает
ручное управление самолета и включает автопилот, которым управляет штур-
ман, наблюдающий за целью через прицел. При такой схеме управления как
боковая наводка, так и наводка по дальности производятся штурманом —
бомбардиром.
10. Прицел должен быть, по возможности, прост в изготовлении, чтобы заводы
могли в случае надобности быстро наладить массовое их производство для по-
полнения их естественной убыли и легкой замены требующих ремонта частей.
Как видно из краткого перечисления, эти требования жестки и даже
некоторым образом противоречат друг другу. Так, например, ускорение про-
цесса прицеливания и упрощения конструкции уменьшает точность прицели-
вания. Поэтому при выборе типа прибора приходится находить некоторое
компромиссное решение, определяемое условиями эксплоатации, иногда с
учетом психологического элемента.
Так, например, при бомбометании со средних высот, на которых самолет
имеет большую вероятность быть сбитым огнем зенитной артиллерии, необхо-
димо ускорить процесс прицеливания, доведя его почти до автоматизма и идя
даже на некоторое увеличение погрешности бомбометания, которое компенси-
руется увеличением числа сброшенных бомб. Конструкция прицела должна
262
быть, по возможности, проще, чтобы было легко восполнить естественную
убыль при сбивании самолетов.
Для бомбометания с больших высот, где самолет имеет меньшую вероят-
ность быть сбитым, можно, для увеличения точности, усложнить конструкцию
прицела и методику работы с ним. Сложность конструкции не является ста-
бильным фактором, она определяется рядом чисто производственных возмож-
ностей, наличием достаточно квалифицированных кадров, оборудования, при-
способлений, степенью освоения данной конструкции.
§ 3. Основные понятия из аэронавигации
Прежде чем перейти к вопросам решения задачи прицеливания, необходимо
вкратце коснуться некоторых понятий из аэронавигации.
а) Высота полета Н.
Высота полета над целью является одной из величин, которые необходимо
знать, чтобы решить задачу прицеливания. В настоящее время в основном высота
определяется по специальному прибору
альтиметру (высотомеру), в отсчет кото-
рого вносится ряд поправок, зависящих
от атмосферных условий и от рельефа
местности. В дальнейшем мы будем по-
лагать, что высота полета над горизон-
том цели нам известна.
б) Воздушная скорость v
(рис. 235).
Самолет перемещается относительно
воздушной среды с некоторой, так назы-
ваемой воздушной, скоростью опреде-
ляемой по специальному прибору —
указателю скорости, в отсчет которого
вносится ряд поправок, зависящих от
атмосферных условий и высоты полета.
В дальнейшем, когда это будет необхо-
димо, воздушная скорость будет предпо-
лагаться известной. Воздушная скорость
направлена приблизительно параллель-
но продольной оси самолета. Угол а'
между продольной осью самолета и на-
правлением воздушной скорости называется углом аэродинамиче-',
ского сноса. В дальнейшем будем полагать, что этот угол равен нулю,
или каким-либо образом учитывается. Угол £ между направлениями меридиана1-
и воздушной скоростью называется курсом самолета.
в) Вектор ветра и (рис. 235).
Сама воздушная среда, а вместе с ней и самолет перемещаются относительно
земли с некоторой скоростью, образующей с направлением меридиана угол 8.
В аэронавигации угол 8 показывает направление ветра.
Скорость и направление ветра на различных высотах определяются с земли’
из так называемых шаропилотных наблюдений; для определения скорости и на-
правления ветра в полете разработаны различные аэронавигационные методы.
Скорость и направление ветра изменяются от места, времени дня и высоты полета.
Как правило, с увеличением высоты скорость ветра увеличивается.
г) Путевая скорость w.
Под действием воздушной скорости и ветра самолет перемещается относи-
тельно земли с некоторой путевой скоростью w по так называемой линии
пути. Угол рп между меридианом и линией пути называется путевым
углом.
263
Путевая скорость связана с воздушной скоростью и скоростью
ветра соотношением
w2 = и2 + v2 + 2и • v • cos е, (3,1)
где е = 6—р есть угол между направлениями ветра и воздушной скорости;
этот угол в дальнейшем будем называть бортовым углом ветра.
Угол а между направлениями путевой и воздушной скорости называется
углом сноса
а = Рп - Р (3,2)
sina = — sine. (3,2')
Угол сноса тем меньше, чем меньше и сравнительно с V; он равен нулю, когда
воздушная скорость параллельна направлению ветра (е = 0; е = 180°), при
е 90° он имеет наибольшее значение.
Путевая скорость и угол сноса либо вычисляются (графическим путем)
на основании известных значений v и и, либо определяются опытным путем
специальными аэронавигационными методами.
нйылто
В действительности самолет даже при так называемом горизонтальном, пря-
молинейном полете не летит прямолинейно с постоянной скоростью. Вследствие
метеорологических факторов и качества пилотирования центр тяжести самолета
перемещается по некоторой сложной периодической кривой, двоякой кривизны,
среднее направление которой при достаточной длине может быть принято за ту
линию пути, о которой упоминалось выше.
На рис. 236 представлены найденные из опыта значения р, v, Н, за промежу-
ток времени 5 минут. Из графиков видно, что курс, воздушная скорость и высота
полета изменяются в довольно значительных пределах; так, например, за про-
межуток времени 40—60 сек. курс изменился на 13°, скорость на 10 км/час, а
высота на 40—50 м.
В случае полета на большие дистанции такого рода периодические колебания
не оказывают большого влияния на аэронавигационные расчеты, так как при
достаточно длительном промежутке времени ввиду периодичности и случай-
ности отдельные отклонения компенсируются. При бомбометании, где процесс
прицеливания занимает несколько десятков секунд (30—60 сек.), вышеуказан-
ные колебания оказывают значительное влияние, ухудшая меткость бомбометания.
§ 4. Основные формулы для расчета угла прицеливания при бомбометании
с горизонтального полета
Здесь мы выведем основные формулы бомбометания, ограничиваясь простей-
шим случаем бомбометания по неподвижной цели.
264
Весь процесс прицеливания может быть разбит на две части: боковая наводка
и наводка по дальности.
Боковая наводка заключается в подборе такого курса самолета, чтобы при
правильной наводке по дальности бомба попала в цель.
Пусть самолет, находящийся в точке С (рис. 237), летит с курсом Его
путевая скорость направлена по линии Cw^ Цель находится в точке Ц. Будем
полагать, что бомба при своем падении не испытывает какого-либо сопротивле-
ния со стороны окружающего воздуха; по закону инерции она будет иметь ту-
же горизонтальную скорость w, что и самолет, и поэтому во время падения будет
перемещаться по линии CS’. Для того чтобы сброшенная бомба могла попасть
в цель Ц, необходимо подобрать такой курс, при котором линия пути проходила
бы над точкой цели. Это и является задачей боковой наводки, или, как иногда го-
ворят, задачей навигацион-
ного треугольника.
Задача наводкиподаль- zz
н о с т и или задача прицель-
ного треугольника состоит в
определении момента сбрасывания
бомбы, или, что то же самое, в
определении угла визирования,
под которым должна быть видна
цель в момент сбрасывания. Этот
угол называется углом при-
целивания ©и отсчитывается
от вертикали.
Рассмотрим падение бомбы в
безвоздушном пространстве, или,
что то же самое, падение бомбы
с идеальными баллистическими
свойствами.
Так как по условию бомба не
испытывает сопротивления со сто-
роны окружающего воздуха и по
закону инерции перемещается в
горизонтальном направлении со скоростью, равной путевой скорости самолета,,
то ясно, что во время своего падения она будет все время находиться на одной
вертикали с самолетом; в тот момент, когда она достигнет цели Ц, самолет будет
находиться над ней. Горизонтальное перемещение бомбы за время падения равно
A9 = wT0
где То — время падения с данной высоты Н.
Величина горизонтального перемещения бомбы за время падения называется
относом бомбы.
Из предыдущего рассуждения ясно, что угол прицеливания ©о будет опре-
деляться равенством
tg©o = 7p. (4>О
При падении бомбы в безвоздушном пространстве
То = /^, (4,2)
где g — ускорение силы тяжести.
Например, при Н = 2000 м,
ro=yrw=20’2 сек-;
265
при w = 100 м/сек.
, 2020
tg ?о — 200
% = 48°.
В действительности бомба, сброшенная с самолета, при своем движении
испытывает сопротивление со стороны окружающего воздуха, поэтому ее время
падения Т с данной высоты будет больше времени падения Топри падении ее
в безвоздушном пространстве, и относ бомбы А будет меньше относа До-
.__________________________ Разность (Т — То) зависит от
Г* wT _ баллистических свойств бомб. У
- нас они характеризуются временем
падения бомбы с высоты /У—2000 м,
при воздушной скорости 40 м/сек.
Эта величина называется харак-
теристическим време-
нем и обозначается через 6 (для
бомбы с идеальными баллистиче-
скими свойствами 6 = 20,2 сек.).
Характеристическое время при-
меняемых в настоящее время бомб
колеблется в пределах
20,35 сек. 6=^22 сек.
В США баллистические свой-
ства бомбы принято характеризо-
вать по ее предельной (максимальной) скорости. (Это та скорость, с которой
будет падать бомба, после того как сила сопротивления воздуха уравновесит
силу тяжести и наступит равновесие.)
В табл. 15 даны значения •ипр. для различных значений 0.
Таблица 15
9 сек. «пр. м/сек. 9 сек. «пр. м/сек.
20,5 460 21,5 222
20,75 340 21,75 205
21,25 250 22 190
21,5 250
Угол прицеливания при бомбометании в плоскости ветра, т. е. когда воз-
душная скорость параллельна путевой скорости, может быть определен следую-
щим образом (рис. 238). Пусть с самолета, находящегося в точке Сь сброшена
бомба. За время падения Т самолет переместился из точки Ct в точку С2, пройдя
путь
СХС2 = wT. (4,3)
Вследствие сопротивления со стороны окружающего воздуха бомба в своем
горизонтальном движении будет отставать от самолета и в момент падения ее
в точку цели Ц она будет видна сзади самолета под некоторым углом 7, называе-
мым углом отставания.
Из рис. 238 видно, что
tg?o = -H =—= 77 — tgT, (4,4)
где
А = 7Y tgy (4,5)
есть линейное отставание бомбы.
•266
В баллистических таблицах для каждого типа бомб даются значения Т и Д
(1) в зависимости от Н пг^. Поэтому, определив w и Н, штурман может вычислить
угол ®0. Значения Т для данного типа бомбы и данного Н мало зависят от воздуш-
ной скорости, тогда как значения т, сравнительно мало изменяясь от Н, довольно
значительно зависят от v.
Вот некоторые данные для бомбы с 0 = 21 сек.
H в м v в км/час T сек. T
10 000 220 31,3 3°50'
10 000 360 31,6 6°45'
5000 220 34,4 3°45'
5000 360 34,7 7°
Из приведенного примера видно, что при изменении скорости с 220 км/час
до 360 км/час время падения изменилось лишь на 0,3 сек., тогда как угол отста-
вания изменился на 3°, ут
т. е. увеличился почти
вдвое; в то же время
при постоянной скорости
v = 360 км/час, при изме-
нении высоты от 5000 до
10 000 м угол отстава-
ния изменился лишь на
15'.
Рассмотрим условия
прицеливания при боко-
вом ветре (рис. 239).
Пусть самолет, нахо-
дясь в точке А, сбросил
бомбу. Если бы не было
ветра, то за время паде-
ния бомбы самолет пере-
местился бы в точку В.
Под действием ветра са-
молет за время Т пере-
местился из точки В В рис 239
точку С на отрезок СВ =
= иТ, где и — скорость ветра; таким образом фактический путь самолета за
время Т равен АС — wT.
Если бы не было ветра, то бомба, сброшенная в точке А, упала бы в точке Ц'.
Расстояние Ц’ В', как было указано выше, является линейным отставанием бомбы
Ц'В' = A =
Под действием ветра бомба за время Т переместится на отрезок Ц'Ц = СВ =
= иТ и упадет в точке Ц, лежащей с подветренной стороны относительно проек-
ции А'С. Из построения видно, что Ц' Ц\\СВ\\С' В' и отрезок ЦС = Ц'В'.
Опустим из точки Ц перпендикуляр ЦЕ' на линию А'С', а из точки Е' восста-
новим перпендикуляр ЕЕ'. Отрезок ЦЕ' называется смещением бомбы.
Из чертежа видно, что
ЦЕ' — &sina = d. (4,6)
Угол, под которым виден отрезок ЦЕ' из точки Е, называется углом сме-
щения бомбы у. . Из чертежа видно, что
. d Asina ,
tgP- = ^- = —^- = tg-psin a.
(4,7)
267
Так как у обычно не велико, то можно считать, что
у = 7 • sin а.
Таким образом, чтобы бомба упала в цель, самолет должен пройти не над
целью, а имея ее несколько сбоку с подветренной стороны. Линия рр', парал-
лельная проекции А' С и проведенная через точку Ц, называется линией
разрывов. Плоскость АЕОЦ, проведенная через линию пути АС и линию
разрывов рр’, называется плоскостью бомбометания. Вертикаль-
ная плоскость АА'СС', проходящая через линию пути, называется плос-
костью боевого пути. Таким образом угловое смещение бомбы равно
углу между плоскостью боевого пути и плоскостью бомбометания.
Из точки А' восстановим перпендикуляр A'D до пересечения с линией рр'.
Получившуюся точку D соединим с А. Нетрудно видеть, что
£ A'AD = у.
Угол ЦАО называется углом прицеливания при бомбометании
с боковым ветром.
Из чертежа видно, что wT-b-cos а ,. Q.
tg?o =-----н----• (4,8)
COS у
Так как угол у. мал, то на практике угол прицеливания рассчитывается по
формуле
WT — Д • COS а
tg<Po == --н------’
или по еще более упрощенной формуле
Рассмотрим частный пример.
Положим: Н — 10 000 м, v = 100 м/сек. (360 км/час), и =15 м/сек., е = 90°.
6 = 21 сек.
Рассчитаем прицельные данные.
w2 = V2 + и2 = 10000 4- 225 = 10 225 м2
w = 101,1 м/сек.
sin а = цур-р ~ 0,148
а = 8°,5; cos а = 0,99.
Из баллистических таблиц находим, что при v = 100 м/сек. и Н = 10 000 м
Т = 5кек.; Д= 1184 м; р = 6°45';
подставляя числовые значения, получаем
d= 1184-0,148 = 175,5 м
tgy = 0,01755; у = 1°
{g?o =----Лообб-----= 0,397; <р0=21,7.
Из рассмотрения условий построения прицельного и навигационного тре-
угольников видно, что всякий прицел должен иметь следующие основные узлы
268
1. Счетно-решающий механизм, при помощи которого определяются прицель-
ные данные, т. е. момент сбрасывания бомб и требуемый курс.
2. Узел, осуществляющий линию визирования, т. е. определяющий напра-
вление прямой, соединяющей самолет с выбранным ориентиром или целью.
3. Узел, фиксирующий направление вертикали, т. е. направление, от которого
отсчитываются углы визирования и прицеливания.
4. Узел, определяющий наклон плоскости визирования при бомбометании
с боковым ветром. В дальнейшем мы рассмотрим наиболее интересные и часто
встречающиеся виды этих узлов.
§ 5. Способы осуществления линии визирования в прицелах бомбометания
По роду осуществления линии визирования, прицелы могут быть разбиты на
следующие три группы: 1) механические, 2) коллиматорные, 3) телескопи-
ческие.
Рис. 240
Рис. 241
1) В механических прицелах линия визирования осуществляется двумя
визирами (рис. 240)—верхним А и нижним В, находящимися на некотором расстоя-
нии Л друг от друга (например, в прицеле 8ТАё наименьшее расстояние между
визирами 150 мм). Форма визиров различна. В некоторых прицелах каждый
визир представляет рамку с натянутой проволочкой, в середине которой поме-
щен шарик. Для возможности работы в ночных условиях шарик покрывается
светящимся составом или освещается лампочкой. Для определения углов сноса
и подбора курса устанавливается курсовая нить, представляющая собой,
натянутую проволочку. Оба визира и курсовая нить расположены в одной пло-
скости; при визировании наблюдатель устанавливает глаз таким образом, чтобы
видеть одновременно совмещенными рассматриваемый ориентир и оба визира.
Прямая, проходящая через эти три точки, является линией визирования. Такой
способ осуществления линии визирования имеет тот недостаток, что наблюда-
телю приходится одновременно рассматривать три предмета, находящиеся на раз-
личном расстоянии: верхний визир, нижний визир идалекий ориентир. Как изве-
стно, глаз при рассматривании близких предметов производит усилие аккомодации,
которое зависит от расстояния до предметов. При наблюдении мы не можем
одновременно одинаково отчетливо видеть все три предмета, находящиеся
на различном расстоянии.
Такие визиры удобны в условиях ночного бомбометания, так как в них
отсутствуют потери света, неизбежные в оптических системах; при слабых яркостях
цели при бомбометании в ночных условиях это обстоятельство весьма важно.'
269
К механическим прицелам относятся прицелы: НВ-5, Вимперис, STAe,
D 4 и др. В немецком прицеле ЛОТФЭ-7 для бомбометания в ночных усло-
виях наряду со зрительной трубой предусмотрен визир.
2) У коллиматорных прицелов исключена ошибка
। * визирования, вызванная несовмещением визиров с плоскостью
«ж» 1У"Я₽ цели. Схема оптики прицела показана на рис. 241. В фокальной
। плоскости объектива О находится сетка R, освещенная лампой.
Т сет*° Сетка состоит из светлых штрихов, нанесенных на темном
। фоне. Лучи, выходящие из сетки, отразившись от отражающей
оПоричийаюш гРани призмы М, падают на объектив О, пройдя который, идут
далее параллельным пучком и затем падают на плоскопарал-
лельную стеклянную пластинку JV. Часть лучей проходит через
пластинку, а часть, отразившись, попадает в глаз наблюдателя,
который видит находящееся на бесконечности изображение осве-
система
фокусный
уровень
[объектив
неподвижная
г" призма
'к поворотная
L пРизма
защитное
стекло
Рис. 242
щенных штрихов сетки. Одновременно через то же стекло N на-
блюдатель рассматривает местность;таким образом наблюдатель
видит совмещенными в одной плоскости (на бесконечности) изо-
бражение штрихов сетки и наблюдаемый объект. Если абер-
рация объектива не велика, то положение глаза наблюдателя
в пределах диаметра зрачка выхода объектива не влияет на
взаимное расположение рассматриваемого ориентира и штрихов
сетки, следовательно, в этом случае точная установка глаза не
имеет значения; например, при диаметре зрачка выхода объек-
тива 50 мм наблюдатель может смещать глаз в пределах этой величины, не
теряя видимости центра сетки.
В этом заключается большое преимущество коллиматорных прицелов перед
визирами, где необходима строгая фиксация положения глаза. Изменение углов
визирования достигается путем поворота
плоскопараллельной пластинки вокруг оси
К; при этом изображение визирной марки
будет перемещаться по местности. Большим
достоинством коллиматорных прицелов
являются небольшие потери света по сра-
внению с телескопическими прицелами.
Как видно из схемы, потери света про-
исходят, главным образом, вследствие отра-
жения от двух поверхностей плоскопарал-
лельной пластинки N, что составляет около
8% от яркости падающего пучка. Вслед-
ствие малых потерь света коллиматорные
прицелы применяют для ночного бомбо-
метания, когда яркость цели весьма незна-
чительна. Во избежание ослепления бом-
бардира светлыми штрихами сетки при на-
блюдении цели в ночных условиях, лампа
имеет регулировку силы света в весьма ши-
роких пределах: обычно она производится
с помощью балластного реостата, включае-
мого в цепь лампы; также применяются
цветные светофильтры, включаемые между
лампою и сеткой. Для уменьшения сле-
пимости в центре сетки часто делается
Рис. 243
разрыв штрихов. Центр разрыва
является следом линии визирования.
3) Телескопические прицелы. В прицелах этого вида изображение
объекта рассматривается через зрительную трубу. Для удобства обзора в большин-
стве прицелов нижняя головка несколько высовывается из-под днища самолета,
что позволяет, вращая весь прицел вокруг оси, производить круговой обзор
270
местности. Этим преимуществом механические и коллиматорные прицелы не
обладают.
Принципиальная схема оптики прицела ОПБ-1 представлена на рис. 242;
аналогичные схемы применены в прицелах Герц-Бойкова, Герц R, ОПБ-2:
и ряде других прицелов.
Параллельные лучи, идущие от рассматриваемого объекта, проходят через
защитное стекло и падают на вращающуюся прямоугольную визирную призму,
гипотенуза которой служит зеркалом. Визирная призма служит для забрасыва-
ния луча визирования под определенным углом к
вертикали в интервале от—15 до 4-75°. Отразив-
шись от зеркальной поверхности призмы, лучи
падают на неподвижную призму. На рис. 243 изо-
бражена отдельно система двух нижних призм.
Вращение визирной призмы в прицеле ОПБ-1 осу-
ществляется специальным приводом, путем враще-
ния барабана углов визирования. В прицеле ОПБ-2,
Герц-Бойкова и других визирная призма через лен-
точную тягу связана с счетно-решающим механиз-
мом автоматики прицела. Так как при повороте зер-
кала на угол а отраженный луч поворачивается
на угол 2а, то угол поворота визирной призмы
вдвое меньше угла поворота визирного луча.
Пройдя через призмы, лучи попадают на объек-
тив и дают обратное изображение наблюдаемого
Рис. 244
объекта в фокальной плоскости объектива. В прице-
лах ОПБ-1, Герц-Бойкова, ОПБ-2, Герц R в фокальной плоскости помещен
фокусный уровень, пузырек которого служит маркой вертикали. Фокусный
уровень в то же время является коллективом, не влияющим на величину и поло-
жение изображения, но направляющим главные лучи пучков в отверстие обора-
чивающей системы. Без коллектива увеличились бы диаметры отверстий линз
оборачивающей системы, т. е. увеличились бы габариты прицела, что является
нежелательным. В системах, не имеющих фокусного уровня, вблизи фокальной
плоскости объектива устанавливается специальная коллективная линза.
называемый курсовой
деления с оцифровкой от 4-75 до —15°.
Пройдя коллектив, лучи попадают на первую
линзу оборачивающей системы; фокальная плоскость
этой линзы совмещена с фокальной плоскостью объек-
тива, поэтому лучи, прошедшие через эту линзу, да-
лее идут параллельным пучком. Затем лучи падают
на вторую линзу оборачивающей системы, пройдя
которую дают изображение рассматриваемого объекта
и марки вертикали в фокальной плоскости этой
линзы. В этой же плоскости у некоторых прицелов
помещена окулярная сетка. Вид сетки различен. На
рис. 244 представлен вид окулярной сетки прицела
ОПБ-1, а на рис. 245 — прицела ОПБ-2. В прицелах,
у которых марка вертикали осуществляется фокусным
уровнем, окулярная сетка имеет продольный штрих,
чертой. В прицеле ОПБ-1 на периферии сетки нанесены
Перемещающийся по краю поля зрения
индекс указывает по этой шкале угол визирования. Это позволяет штурману,
не отрывая глаза от окуляра и тем самым не меняя аккомодации глаза, в любой
момент отсчитать угол визирования. В прицеле ОПБ-1 курсовая черта опреде-
ляет плоскость визирования, т. е. изображение следа луча визирования на гори-
зонте цели при изменении угла визирования будет перемещаться вдоль курсо-
вой черты.
Сетка и находящееся в той же плоскости изображение рассматриваемого
объекта и марки вертикали рассматривают через окуляр. Окуляр может пере-
271
мещаться в продольном направлении и устанавливаться по глазу на резкость
изображения. Перемещение окуляра обычно около ±4 диоптрий (D).
На рис. 246 представлена схема оптики американского синхронного прицела.
Параллельные лучи падают на входную прямоугольную визирную призму П1(
которая вращается вокруг оси, перпендикулярной плоскости чертежа, при
помощи специальной тяги от счетно-решающего механизма прицела. Пройдя через
призму П1( лучи падают на неподвижную призму П2, а затем на объектив Об и
дают в его фокальной плоскости изображение рассматриваемого
объекта; в плоскости изображения помещена сетка, связанная
с вертикалью. Вблизи сетки установлен коллектив К. Далее
лучи падают на первую линзу оборачивающей системы Об,,
пройдя которую идут параллельным пучком и проходят через
отклоняющую призму П3, которая поворачивает пучок на 45°, 1
через вторую линзу оборачивающей системы Об2 и дают изобра-
жение объекта в плоскости диафрагмы D; наконец, через окуляр
Ок, изображение рассматривается как лупой. Для наблюдения z
под собой (при угле визирования <? = о) в системе применена
ромбическая призма, ко-
торая в случае надоб-
\ ности (при измерении
угла сноса) вводится в
пучок лучей, как это по-
казано пунктирной ли-
нией.
Ввиду больших габа-
ритов прицела и неудоб-
ного расположения от-
дельных узлов зрачок
выхода прибора смещен
в сторону относительно
оси вращения прицела.
Для того чтобы зрачок
выхода прибора при его
вращении мог оставаться
неподвижным, примене-,
на отклоняющая призма
П3, смонтированная вме-
сте со второй линзой .
оборачивающей системы
и окуляром Ок в общую
оправу. Эта оправа мо-
жет вращаться как целое
вокруг оси нижней теле-
скопической системы, со-
стоящей из объектива,
коллектива и первой
линзы оборачивающей системы. При этой схеме, при вращении корпуса прицела,
штурман, удерживая верхнюю часть зрительной трубы прицела, совмещает зра-
чок глаза со зрачком выхода прицела.
На рис. 247 представлена схема оптики немецкого прицела ЛОТФЭ-7.
Стрелками в кружках обозначено направление осей изображения после про-
хождения пучком различных узлов оптической системы. Лучи, идущие от
рассматриваемого объекта, проходят через призму-куб П1Г которая состоит
из двух прямоугольных призм, склеенных посеребренными сторонами (гипоте-
нузами) друг с другом. Призма-куб поворачивает изображение лишь в одном
направлении, как это показано на рисунке. Далее лучи проходят через
объектив Об, коллектив К и дают изображение рассматриваемого объекта в пло-
об.
об
8
К
Рис. 247. Опти-
ческая схема при-
цела ЛОТФЭ -7
Ok
од,
К
об
К
Рис. 246. Оптическая схема американского
синхронного прицела
272
скости нитей маятника, затем падают на первую линзу оборачивающей системы
Об1г пройдя которую идут параллельным пучком и проходят через призму Дове
П2, которая поворачивает изображение на 90° в том же направлении, как и призма-
куб. После призмы Дове лучи проходят через вторую линзу Об2 оборачивающей
системы и в плоскости сетки дают прямое изображение наблюдаемого объекта,
которое рассматривается через окуляр Ок, как через лупу. Окуляр может пере-
мещаться вдоль оси для установки сетки на резкость изображения по глазу на-
блюдателя.
§ 6. Зрительные трубы прицелов бомбометания
Малая точность прицеливания, вызванная различными неучитываемыми
факторами, допускает сравнительно малые увеличения зритель-
ных труб, которые обычно лежат в пределах 1,25 — 2х. Неболь-
шие увеличения могут применяться потому, что задачей зрительной трубы
в данном случае является в основном лишь осуществление линии визи-
рования, а не задача визуальной разведки. Средняя квадратичная ошибка
визирования при наблюдениях с неподвижной трубой колеблется в пределах
15" 50"
-р-----р-, где Г — увеличение зрительной трубы. В прицелах бомбо-
метания ошибка в отчете углов визирования допускается до 10—15'. Уве-
личение Г = 1,2х никакого улучшения различительной способности сравни-
тельно с невооруженным глазом не дает. Опыты показывают, что различаемость
объектов при наблюдении с самолета через зрительнуютрубус увеличением Г= 1,2х
во многих случаях хуже, чем при наблюдении невооруженным глазом. Приня-
тое значение Г — 1,2х вызвано тем, что при наблюдении через зрительную трубу
с увеличением Г = Iх наблюдаемые объекты кажутся уменьшенными. Чтобы
наблюдаемые через зрительную трубу объекты представлялись в натуральную
величину, необходимо, как показывает опыт, применять увеличение Г=1,2—1,3х.
Повышение увеличения неизбежно связано с уменьшением поля зрения прицела,
что неудобно в эксплоатационном отношении. Поле зрения прицела в среднем ле-
жит в пределах 30—35°. У немецкого прицела ЛОТФЭ-7 применен широкоуголь-
ный окуляр Эрфле, что позволяет при увеличении Г = 2Х иметь поле зрения 35°.
В последнее время вследствие повышения высоты бомбометания намечается
стремление ввести сменные увеличения около 1,3х и 4х.* Введение дополнитель-
ного большого увеличения вызвано тем, что при наблюдении с больших высот
при больших углах визирования цель плохо заметна. Так как вибрации при-
цела, вызванные работой винто-моторной группы, могут сильно ухудшить каче-
ство изображения, то при введении большого изображения необходимо улуч-
шить амортизацию прицела.
Если диаметр выходного зрачка системы больше диаметра зрачка глаза или
равен ему, то яркость изображения на сетчатке при наблюдении через систему
равна яркости изображения на сетчатке при наблюдении невооруженным глазом
(если не учитывать потерь света при его прохождении через оптическую систему).
При работе с дневным светом диаметр зрачка глаза колеблется от 2 до 4 мм, а при
ночных наблюдениях—до 7—8 мм. Но даже при наблюдении в дневных условиях
желательно иметь диаметр зрачка выхода прицела 6—7 мм, так как при меньшем
диаметре зрачка выхода даже при наличии наглазника наблюдатель не сразу
совмещает зрачок глаза со зрачком выхода прибора.
Большое количество поверхностей и возникающие при этом потери при отра-
жении значительно уменьшают пропускание (К) зрительной трубы.
Как показывают расчет и измерения, в прицелах типа ОПБ-1, Герц-Бойкова
и ДР- К £*0,40 — 0,38.
Для увеличения пропускания в настоящее время применяется про-
светление оптики, т. е. специальная обработка поверхностей, благодаря
которой уменьшается коэффициент отражения (подробно см. т. I, гл. За, § 8).
* О сменных увеличениях см. гл. 16, § 8.
18 Оптика в военном деле—215.
273
Оптические характеристики зрительных труб прицелов
бомбометания в настоящее время уже достаточно определились. В табл. 16
приведены основные данные наиболее распространенных типов прицелов.
Таблица 16
Наименование прицела Увеличение4 Поле зрения в градусах Диаметр выход- ного зрачка в мм Примечание
ОПБ-1 1,2 32 7
ОПБ-2 1,2 32 7,3
Герц-Бойкова . . 1,5 30 6
Герца 1,5 30 7,2
Сперри 1,4 25 6
ЛОТФЭ-7 2 35 7 Оптика про-
) светлена
Требования к качеству изображения и разрешающей
способности зрительных труб прицелов бомбометания обычно не велики.
Пониженные требования вызваны тем, что зрительная труба служит в основном
для осуществления линии визирования, а не для рассматривания деталей объекта.
Исходя из того, что увеличение зрительной трубы примерно 1,2—1,5х, ее пре-
дельный разрешаемый угол допускается порядка 35—45", т. е. значительно
больше того, который мог бы быть получен, исходя из теоретических соображе-
ний. Как было указано выше,* предельный разрешаемый угол е связан с диа-
метром d действующего отверстия объектива формулой
е"
138" .
d ’
из вышеприведенной таблицы видно, что диаметр действующего отверстия объек-
тива зрительной трубы прицела ОПБ-1 равен
d — 7 мм х 1,2 — 8,4 мм.
Таким образом предельный разрешаемый угол е" может быть равен
s =-8j=6, 5.
В прицеле ЛОТФЭ-7, как показывают измерения, предельный разрешаемый
угол в центре поля зрения около 24", тогда как на основании теоретической
формулы имеем
п 138"
14 ~ 9> 9.
При переходе от центра поля зрения к краю, предельный разрешаемый угол
обычно увеличивается, разрешающая способность уменьшается; так, для при-
цела ЛОТФЭ-7 для угла поля зрения 8° предельный разрешаемый уголоколо45",
а на краю поля зрения больше 75". Малая разрешающая способность на краю
поля зрения вызвана применением широкоугольного окуляра.
Зрительные трубы применяются лишь в условиях дневного бомбометания,
когда освещенность местности достаточно велика. Как показывает опыт,
в ночных условиях, при малой освещенности опознаваемость цели при наблю-
дении ее через зрительную трубу весьма низка. Это объясняется, с одной
стороны, тем, что вследствие поглощения света в оптической системе яркость
изображения почти в два раза меньше яркости объекта, а с другой — малым
полем зрения телескопического прицела. В дневных условиях опознавание
цели происходит путем обнаружения в районе цели мелких деталей цели.
В ночных условиях вследствие малой яркости и малой контрастности с фоном
мелкие опознавательные признаки незаметны и опознавание цели приходится
* См. гл. 16, § 10.
274
производить по другим признакам, иногда лежащим на большом удалении друг от
друга и от центра цели, так, например, по скрещению и направлению дорог,
по излучинам рек, по расположению общих пятен. Каждый отдельный при-
знак не дает возможности опознать цель. Это можно сделать только по их
совокупности, совместно с аэронавигационными данными. При наблюдении
невооруженным глазом все отдельные раскиданные визуальные признаки про-
сматриваются сразу во всей совокупности, тогда как при наблюдении через зри-
тельную трубу бомбардир видит лишь отдельные фрагменты общего движуще-
гося пейзажа и не в состоянии опознать цель.
В некоторых прицелах применяются сменные светофильтры, как, например, оранжевый
(ОС-1), желто-зеленый (ЖЗС-З) (см. т. I, гл. 4, § б). Толщина светофильтров 3—4 мм. Эти
светофильтры вставляются либо между последней линзой окуляра и выходным зрачком,
либо между окуляром и оборачивающей системой. —
Задача светофильтра — уменьшить яркость фона и улучшить видимость цели срезанием'
дымки (см. т. I, гл. 11, § 6). Установка оранжевого светофильтра при наблюдении объектов
на фоне ярко освещенной снежной поверхности улучшит видимость, так как этот свето-
фильтр до известной степени поглощает синеватый фон дымки, которая очень заметна в сол-
нечные дни при снежном покрове, и в то же время снижает общую яркость фона.
Применение этих светофильтров в летнее время на средних широтах заметного улучше-
ния видимости цели и увеличения дальности видимости цели не дает. Это объясняется тем,
что при отсутствии снежного покрова яркость фона не велика; при введении светофильтра
яркость цели и фона еще более снижается; получающееся при введении светофильтра неко-
торое увеличение контраста не компенсирует снижения разрешающей способности глаза
наблюдателя, вызванного уменьшением яркости. Штурман находится в застекленной кабине,
где яркость освещения довольно велика; при быстрых переходах от наблюдения невоору-
женным глазом к наблюдению через трубу, где яркость изображения вследствие поглоще-
ния в системе и введения светофильтра значительно снижена, меняются условия адаптации,
которые вследствие кратковременности наблюдения не успевают принять стабильных зна-
чений. При наблюдении с самолета в летне-осенних условиях горизонтальная дымка обычно
имеет желтоватый оттенок и вызвана наличием в атмосфере частичек пыли, дыма и др.
Применение оранжевого светофильтра для срезания дымки и тем самым увеличения даль-
ности видимости эффекта не дает.
При наличии дымки выгоднее для улучшения видимости цели увеличить высоту полета,
так как уменьшение угла визирования значительно улучшает видимость цели. В тех слу-
чаях, когда прицеливание происходит по объектам, расположенным на водной поверхности,
значительное улучшение видимости может принести установка поляризационного свето-
фильтра, с помощью которого можно уничтож гь изображение слепящей солнечной дорожки.
Плоскость поляризации светофильтра должна быть расположена перпендикулярно плоскости
визирования.
§ 7. Принципиальные схемы определения прицельных данных
Как было указано в § 4, процесс прицеливания может быть разбит на две
части: боковая наводка и наводка по дальности.
Боковая наводка, если не учитывать бокового смещения бомбы
состоит в подборе такого курса самолета, при котором линия пути проходила
бы через точку цели.
Существует ряд способов подбора курса; мы рассмотрим метод под-
бора курса путем измерения угла сноса, при этом будем полагать, что цель видят
одновременно как штурман, так и пилот. При этом условии задача боковой
наводки значительно облегчается. Пусть на самолете перед штурманом и пилотом
установлены в вертикальном положении плоские проволочные контуры (визиры),
которые могут вращаться вокруг вертикальной оси; такой визир, установленный
с левой стороны пилота, изображен на рис. 234 (а).
Если наблюдатель установит глаз таким образом, чтобы нити контура каза-
лись совмещенными, то плоскость контура явится плоскостью визирования.
Оба визира связаны между собой синхронной связью, т. е. при повороте штурман-
ского визира на некоторый угол а на тот же угол поворачивается визир
пилота.
Угол поворота визиров может отсчитываться по специальному лимбу. При
нулевом отсчете плоскости обоих визиров совпадают с вертикальной плоскостью,
275.
параллельной продольной оси самолета, т. е. параллельной вектору воздушной
скорости. Пусть в начале прицеливания или, как говорят, при входе в зону при-
целивания, курс самолета и плоскость визирования направлены на цель. Угол
сноса равен а. Штурман, установив глаз таким образом, чтобы нити визира каза-
лись совмещенными, и наблюдая за движением земных ориентиров, будет видеть,
как они, перемещаясь по направлению к самолету, в то же время пересекают
плоскость визирования, например справа налево. Вращая визир вокруг верти-
кальной оси, штурман может установить его плоскость параллельно видимому
движению земных ориентиров; нетрудно видеть, что угол разворота визира ра-
вен углу сноса а. Синхронно с разворотом визира штурмана на тот же угол повер-
нется визир пилота, который, увидев, что цель сошла с плоскости визирования,
разворачивает самолет до тех пор, пока цель вновь не совместится с плоскостью
визира, и в дальнейшем, изменяя в небольших пределах курс, удерживает цель
в этой плоскости. В этом в основном заключается процесс боковой наводки.
Колебания самолета вокруг продольной и вертикальной осей будут вызывать
видимое смещение цели относительно плоскости визира. Неопытный пилот,
полагая, что эти смещения цели вызваны неправильным подбором курса, будет
стремиться, изменяя курс, совместить цель с плоскостью визира, чем вызовет
больший отход цели. Опытные пилот и штурман отличают периодические, слу-
чайные смещения цели, вызванные колебаниями самолета, от систематического
смещения, вызванного неправильным курсом, но для этого требуется значитель-
ная совместная тренировка.
Как было указано выше, при бомбометании с боковым ветром самолет должен
пройти несколько сбоку от цели, чтобы плоскость, проведенная через линию
пути и линию разрывов, образовала с вертикальной плоскостью угол равный
и ~ у • sin а.
Это боковое смещение линии пути можно учесть, если визиры штурмана и
пилота при повороте вокруг вертикальной оси на угол сноса одновременно пово-
рачиваются в соответствующем направлении вокруг горизонтальной осина угол и.
Задача наводки по дальности заключается в определении
момента сбрасывания, т. е. того момента, когда линия визирования образует
с вертикалью угол прицеливания, определяемый формулой
Штурману из показаний аэронавигационных приборов и баллистических
таблиц известны v,H, Т, Д, следовательно, для расчета угла прицеливания необ-
ходимо каким-либо образом определить w.
По схеме определения w прицелы можно разбить на 2 группы:
/ ИЛ
А. Прицелы, в которых определение w или 1-^-) и построение угла прицели-
вания производится на боевом пути. ' 7
Б. Прицелы так называемого векторного типа, в которых определение при-
цельных данных для данного курса производится путем расчета или автомати-
ческого построения на основании заранее измеренных значений скорости и на-
правления ветра (и, S).
А. Прицелы, определяющие прицельные данные на боевом пути, являются
счетно-решающими механизмами, в которых при помощи той или иной кинема-
тической схемы решается задача встречи снаряда с целью, в предположении,
что самолет движется прямолинейно, с постоянной скоростью, на постоянной
высоте. Оптическая часть прицелов имеет второстепенное значение, и ее задачей
является осуществление линии визирования. Поэтому при рассмотрении кине-
матических схем в ряде случаев будем определять линию визирования положе-
нием двух визиров, верхнего и нижнего. Прямая, проходящая через эти два
визира, осуществляет линию визирования.
276
Для упрощения мы будем полагать для ряда случаев, что угол отставания
7 = 0; также будем считать, что самолет неподвижен, а цель перемещается
к самолету со скоростью w.
Имеется весьма большое количество различных типов прицелов, решающих
прицельные данные на боевом пути; по способу решения этой задачи прицелы
могут быть разбиты на следующие основные группы:
I. Прицелы базисного типа, где определение прицельных данных
производится путем измерения времени пролета некоторой базы; эта группа
может быть разбита на две подгруппы: а) база известна, б) база неизвестна.
К приборам базисного типа относятся также автоматические прицелы: в) Герц-
Бойкова, и однотипный с ним ОПБ-2.
II. Прицелы временного типа, где определение прицельных данных
производится путем измерения пути самолета в течение заданного времени.
III. Прицелы синхронного типа, где определение прицельных данных
производится путем измерения скорости сближения цели с самолетом.
Рассмотрим принципиальные схемы отдельных прицелов указанных групп.
I, а. Прицелы, определяющие прицельные данные путем
измерения времени пролета известной базы.
Пусть в точке О мы имеем верхний неподвижный визир (рис. 248), на некото-
ром расстоянии h по линейке L может перемещаться второй визир В. Прямая ОВ,
проведенная через оба визира, определяет линию визирования. Точка М есть
след линии визирования на горизонте цели. Прямая ОО О" есть вертикаль.
Точка О" есть след вертикали на горизонте цели.
Установим визир в некоторое положение т и в тот момент, когда какой-либо
ориентир придет в точку М, пустим в ход секундомер. Когда ориентир придет
в точку О", остановим
секундомер, пусть он
отработал время t. Отре-
зок О' т = Ь равен
(7,1)
Установим теперь визир
В в точке и, находя-
щейся от О' на расстоя-
нии а, равном
а==-г- = ?7-Т./г. (7,2)
Нетрудно видеть, что
след линии визирования
отстоит от точки О на
расстоянии, равном от-
носу бомбы
= А -- wT,
и угол, образуемый линией визирования с вертикалью, равен углу прицеливания:
Рис. 248. Принципиальная схема прицела, определяющего'
прицельные данные путем измерения времени пролета
известной базы (STAe)
Такая схема осуществлена во французском прицеле STAe; в нем для упро-
щения расчета расстояния а база b выбрана следующим образом:
b = h±
(7,Г)
где hk— постоянное число, равное 1050 мм/сек., й = 150 мм, к = 7 сек.
Подставляя (7,Г) в (7,2), получаем
с“-р- (7,2')
217
В прицеле на линейке L нанесена базовая шкала, оцифрованная значениями
времени Т и выполненная по такому расчету, что расстояние от точки О' до точки,
имеющей оцифровку Тсек., равно Ь=—^~.
Кроме этой шкалы, параллельно ей нанесена шкала высот, соответствующих
данному времени падения бомбы с 6 = 21 сек. Эта шкала употребляется в том
случае, когда у штурмана нет таблиц времен падения.
Порядок работы с этим прицелом следующий. Штурман, вращая рукоятку,
устанавливает указатель визира на делении, соответствующем времени падения
бомбы с данной высоты. В тот момент, когда выбранный ориентир придет на луч
визирования, он пускает в ход секундомер, а когда ориентир придет на линию
вертикали 00', останавливает его. Затем, вращая рукоятку, штурман уста-
навливает указатель визира на деление, соответствующее времени t, отра-
ботанному секундомером.
В тот момент, когда цель совместится с лучом визирования, штурман сбрасы-
вает бомбу.
Оценим время прохождения выбранного ориентира базы Ь; это время равно
w h w * Т * h tg<? ’
где к — 1 сек. В табл. 17 даны значения t для различных Н при w — 100 м/сек.
для бомбы с 9 — 21 сек.
Таблица 17
1000 3000 6000 10000
t сек. . . . 4.7 1 | 8,0 12,3 13,5
Как видно из таблицы, времена прохождения выбранным ориентиром базы b
сравнительно невелики, и поэтому ошибки в отсчете времени пролета базы вы-
зовут значительные ошибки в определении относа бомбы; при уменьшении вы-
соты Н влияние ошибки в отсчете времени Д/ будет расти. Определим ошибку
относа бомбы ДА, вызванную ошибкой Д/ в отсчете времени t пролета базы;
At мы принимаем равным 0,3 сек.
Из (7,2') имеем
Да _Д/ __ДА
а ~Т~ ~А 1
где А — относ бомбы, или ДА = А • -* .
Подставляя из баллистических таблиц численные значения А для 6 — 21 сек.,
получаем для Н — 1000 м и w = 100 м/сек. (360 км/час)
ДА = 1326 • ^ = 85 м.
Принято считать, что для хорошо подготовленных экипажей при скорости
самолета свыше 250 км/час вероятная ошибка относа определяется следующей
эмпирической формулой
ДАвер.= 10/7+ 16,
где Н — высота, выраженная в километрах.
Применительно к нашему случаю (Н = 1000 м)
ДАвер. =26 м.
Из сравнения обоих значений ДА видно, что прицелы этого типа на малых
высотах не обеспечивают достаточной точности.
I, б. Прицелы, определяющие прицельные данные пу-
тем измерения времени пролета неизвестной базы (напри-
мер прицел STAe).
27Я
£^0,
A-W7
Рис. 249. Принципиальная схема прицела базисного типа,
определяющего прицельные данные путем измерения времени
пролета неизвестной базы (STAe).
JU t-Q
Рис. 250. Принципиальная схема автомати-
ческого прицела базисного типа (Герц-
Бойкова и ОПБ-2).
Пусть на линейке L (рис. 249) установлены два визира Вг и В2, которые могут
перемещаться вдоль линейки, при этом всегда
О В2 = ВгВ2.
Визиры Вг и В2 расположены на линейке таким образом, что линии визирования
ОВ± и ОВ2 образуют с вер-
тикалью углы, заведомо
большие угла прицелива-
ния. Следом линий визиро-
вания на горизонте цели
являются соответственно
точки Ci и С2.
Из подобия треуголь-
ников ясно, что
где О" — след вертикали
на горизонте цели.
У штурмана имеется так
называемый реверсивный
секундомер (у которого
стрелка может вращаться
как вперед, так и назад).
На секундомере имеется
подвижной индекс И, кото-
рый может быть установлен
на любом участке цифер-
блата; этот индекс уста-
навливается на время па-
дения бомбы Т; в начальном положении стрелка секундомера установлена на нуль.
В тот момент, когда цель совместилась с линией визирования OBlt т. е. совмести-
лась с точкой С1я штурман пускает в ход секундомер. Пусть в момент совмещения
цели с линией визирования ОВ2, т.е. когда
цель пришла в точку С2, показание стрел-
ки секундомера было (Т-Н) сек. Таким
образом расстояние Сг С2 равно
С1С3=^(Т —0;
так как О" С2 = С^, то ясно, что для
того, чтобы бомба попала в цель, ее
необходимо сбросцть через t секунд после
ее прохода через точку С2, ибо через t се-
кунд расстояние цели от следа вертикали
будет равно
w*(T + /) — wt — wT.
Для того чтобы определить точку
сбрасывания, штурман в момент пересе-
чения целью точки С2 пускает секундо-
мер в обратный ход, и когда стрелка
секундомера совместится с индексом И,
сбрасывает бомбу.
I, в. Автоматические при-
целы. Принципиальная схема прицелов
ОПБ-2 и Герц-Бойкова представлена на рис. 250. Вокруг точки О вращается
линейка Л, постоянно опирающаяся на штифт гайки Г, которая с постоянной
скоростью перемещается по винту В, вращаемому часовым механизмом М. Винт В
может поворачиваться вокруг точки D и устанавливаться под углом отставания 7
к вертикали; направление линейки Л является направлением луча визирова-
279
ния, след которого на горизонте цели есть точка С. Проведем из точки О пря-
мую ОЕ, параллельную винту В; точка Е является следом луча отставания.
Из рисунка видно, что расстояние ЕС равно
ЕС =L =------——г , (7,3>
cos 7 • v • t ’ \ /
где с — расстояние от точки О до винта В, называемое базой, v — скорость гайки
по винту, a t — время, отсчитываемое от момента, когда линейка Л совпадала
с направлением базы с, т. е. была горизонтальна.
Отработаем заранее часовым механизмом время падения бомбы Т; в этом
случае линия визирования займет некоторое определенное положение и расстоя-
ние ЕС будет равно
<7>3')
Цель, приближаясь к самолету, в некоторый момент совместится с устано-
вленной ранее линией визирования. Пусть штурман в этот момент пустил в ход
часовой механизм. След луча визирования начнет приближаться к вертикали,
и расстояние ЕС через т секунд после пуска в ход часового механизма будет
равно
т __ СВ 1 /7 о"\,
cosy, v ’ (Т + т)' ’ 7
где время т отсчитывается от момента совпадения цели с линией визирования.
Вместе с линией визирования в том же направлении со скоростью w переме-
щается цель. Ее расстояние от следа вертикали будет равно
£ —------(7,4)
cos y • v • T v ’ /
Можно показать, что след луча визирования и цель, разойдясь после момента
первого совпадения, через некоторый промежуток времени т0 вторично совме-
стятся. Чтобы определить момент второго совпадения, приравняем друг другу
уравнения (7,3) и (7,4); после несложных преобразований получим, что проме-
жуток времени между первым и вторым совпадениями равен
т0 ------СЛ - — Т. (7.5)
u cos y • w • v • Т \ /
Если подставим значение т0 в уравнение (7,4), получим, что в момент второго
совпадения расстояние от цели до следа луча отставания будет равно
Lq—wT,
а от следа вертикали
A — Lq — Н tg у = 'wT — А.
Таким образом бомба должна быть сброшена в момент второго совпадения
цели с линией визирования.
Схема оптики прицела была представлена на рис. 242.
В последних образцах прицелов ОПБ-2 база с могла изменяться от 3 до 12 мм;
скорость гайки по винту была равна 0,2 мм.
Как видно из (7,5), при данных Н, w, Г, величиной базы с можно изменять промежу-
ток времени между первым и вторым совпадениями. Из уравнения (7,3") имеем, что скорость
движения следа визирного луча по горизонту цели равна
_ dL _ сН_______1 /7 6)
ат cos yv (Т4-т)2*
280
Как видно из (7,6), скорость следа визирного луча по мере возрастания т уменьшается-
Для того чтобы имело место второе совпадение цели со следом визирного луча, необходимо,
соблюдение следующего условия
(dL\ __ сН 1
т = cos7с* * Т2
При соблюдении этого неравенства визирный луч обгонит цель, а затем вновь начнет к ней
приближаться.
Время т0 между первым и вторым совпадением цели с визирным лучом называется
мертвым промежутком; величину базы подбирают такой, чтобы мертвый промежуток был
около 10—15 секунд. При малых значениях т0 при вторичном совпадении цели с визир-
ным лучом разность скоростей цели и визирного луча будет невелика, вследствие чего момент
второго совпадения будет определен со значительной погрешностью, что приведет, в свою
очередь, к ошибке в определении точки сбрасывания. В прицелах ОПБ-2, Герц-Бойкова
маркой визирного луча является центр пузырька фокусного уровня, который в условиях
вибрации может быть определен с погрешностью 10—15'. Если относительная угловая ско-
t/cp
рость цели и визирного луча в момент сорасывания равна —L. то ошибка в определении
момента сбрасывания равна
М = ДФ : ,
‘ at
где Дф — ошибка в определении центра пузырька фокусного уровня.
Ошибка в определении точки сбрасывания и, следовательно, ошибка относа бомбы равна*
ДА = ^ДГ
Рассмотрим частный пример. Пусть Н = 3000 м; т> = ш=150 м/сек.; 6 = 21 сек. Из
баллистических таблиц имеем: А = 3270 м, т=13°,5; Т = 26,6 сек.: о0 = 47°,5.
Вычислим минимальное значение с; имеем
dL сН 1
—-- —— --- ------- • --
dt cos у • v Т~
w cos7№ 150 • 0,97 • 0,2 • 26,62
C — -----!-- —-----------------------= 6,9 MM.
// 300U
Выбираем величину мертвого промежутка т0 = 15 сек.; величина базы с будет равна
с= + = 10 5 мм
Линейная скорость следа визирного луча в момент второго совпадения равна
dL wT .
^-= — = 93,э м/сек.
dt Т 4-т0
Относительная скорость движения цели и следа визирного луча равна
Относительная угловая скорость движения цели равна
= — fw— -~\ cos2 ф0 : Н = 0,0080 рад/сек. или,
dt\dt)
выражая угол в минутах,
dv /
-- ~ 27 мин/сек.
dt
Принимая ошибку визирования ДФ=10', имеем, что ошибка в определении момента сбра-
сывания равна
ДГ = ^ = 0,37 сек.
и ошибка попадания ДА = 150 • 0,37^60 м; эту ошибку надо считать довольно большой,
так как в окончательную ошибку бомбометания еще войдут ошибки, вызванные погреш-
ностью вертикали, первого совпадения, и инструментальные ошибки самого прибора.
281
Прицелы ОПБ-2 являлись ранее одним из самых распространенных типов прицелов, но
>в настоящее время, вследствие значительного возрастания скоростей самолета эти прицелы
почти не употребляются, так как принятые в них параметры счетно-решающего механизма
не обеспечивают достаточной точности.
II, а. Прицелы временного типа. К прицелам этого типа относится
американский прицел D-4, принципиальная схема которого приведена на рис. 251.
По винту Л при вращении рукоятки Р в противоположных направлениях
перемещаются два визира Вх и В2 таким образом, что при движении визира
слева направо визир В2 перемещается справа налево со скоростью в К раз мень-
шей (в прицелах D-4 К = 3). В начальный момент (t = 0) визир Вх находится
на вертикали ОО', а визир В2 — на некотором максимальном удалении. В тот
момент, когда цель (или какой-либо другой ориентир) совместится с линией визи-
рования ОВ2, штурман пускает в ход секундомер и, вращая рукоятку Р, удер-
живает цель на линии ОВ2 в течение времени Т/К. След линии визирования за
это время переместится на отрезок С^С2, равный
с 'С ' —
С1 С2 —•
Так как визир Вгперемещается со скоростью в К раз большей, то след линии
визирования ОВг за это время переместится на отрезок
Таким образом линия ОВг даст направление линии прицеливания, т. е. бомба
должна быть сброшена, когда цель совместится с линией визирования OBV
Рис. 251. Принципиальная схема прицела временного типа
(американский прицел D-4)
У прицелов D-4 время промера, равное Т/3, при малых высотах будет слишком
.малым, и поэтому ошибки в отсчете времени вызовут большие ошибки относа
бомбы. В некоторых прицелах (например Герц-Клементи), работающих по та-
кому же принципу, время промера взято постоянным.
II, б. Прицел Герц-R можно отнести к типу базисно-временных прицелов;
он позволяет автоматически сбрасывать бомбы в нужный момент вне зависимости
от видимости цели в момент сбрасывания. Принципальная схема представлена
на рис. 252. По винту Л± перемещается гайка Г\, несущая винт Л2, вдоль
которого под действием механизма Мх, перемещается с постоянной скоростью v
гайка Вх, являющаяся нижним визиром; линия ОВГ является линией визирования.
С винтом Л2 кинематически связан винт Л3, по которому перемещается гайка Г2.
В гайке Г2 под действием механизма М2 вращается винт Л4, вдоль которого со
скоростью v перемещается гайка В2. Винты Л2 и Л3 связаны между собой таким
образом, что при перемещении гайки Гх на некоторый отрезок I на ту же длину,
но в противоположном направлении переместится гайка Г2. Вначале луч визи-
282
рования устанавливают под некоторым определенным углом предварительного
визирования <?х, определяемым равенством
где а — расстояние гайки 1\ от линии вертикали, v— скорость перемещения
гайки по винту, Т — время падения.
Винт Лг вначале находится на вертикали 00'. В момент прихода цели на ли-
нию визирования ОВХ штурман, следя за целью, начинает вращать рукоятку Р,
перемещая в течение некоторого времени t гайку Г\ вдоль винта Лг (приближая
ее к вертикали 00'); в это время винт Л4 перемещается в противоположном на-
правлении, удаляясь от вертикали 00'. С момента совмещения цели с линией визи-
рования начинает работать механизм Л42, перемещая гайку В2 по винту Л4 со
скоростью За промежуток времени t винт Л2 переместится на отрезок b и займет
положение Л2, винт Л4 займет положение Л'4, а гайка В2 — положение В'2.
Нетрудно видеть, что прямая 0В2 образует с вертикалью 00' угол, равный углу
прицеливания; действительно
Рис. 252. Принципиальная схема прицела базисно-временного типа (Герц - R)
из подобия треугольников имеем
ь v - т . нь
w • t Н ’ w • и • Т *
Подставляя значение t в (7,7), получаем
. WT
Таким образом линия 0В2 будет образовывать с вертикалью угол, рав-
ный углу прицеливания,в каждый момент времени. Совершенно не обязательно
непрерывно следить за целью в течение времени t, необходимо лишь, чтобы в
283
момент прекращения вращения рукоятки Р цель и линия визирования ОВГ были
совмещены. В момент прекращения вращения рукоятки Р механизм М2 останав-
ливается и начинает работать механизм который перемещает гайку Вг со
скоростью v по линейке. Через некоторый промужуток времени t2 линия визи-
рования совместится с линией прицеливания ОВ2, в этот момент цель будет нахо-
диться от следа вертикали О(У на расстоянии, равном wT и бомба должна быть
сброшена. Промежуток t2 определяется подобно тому, как это делалось в случае
прицела Герц-Бойкова, так как момент прекращения вращения рукоятки Р
соответствует моменту первого совпадения в прицеле Герц-Бойкова, а совпаде-
ние линии визирования ОВ'^с линией прицеливания ОВ2 соответствует второму
совпадению цели с линией визирования в прицеле Герц-Бойкова,
Поэтому промежуток t2 определяется по формуле
( ----т.
- w • v • Т
Основное различие между обычным прицелом Герц-Бойкова и прицелом
Герц-R заключается в том, что в прицеле Герц-Бойкова момент сбрасывания
определяется моментом вто-
рого совпадения цели с ли-
нией визирования, и если
в это время цель будет за-
крыта облаком, то штурман
Не сможет определить мо-
мент сбрасывания; в при-
целе Герц-R первое сов-
падение определяется ба-
зой а, которую можно в
известных пределах выби-
рать; момент второго сов-
падения цели с линией ви-
зирования штурман также
может в известных преде-
лах выбрать по желанию;
после вторичного совпаде-
ния цели с линией визиро-
вания прицельный тре-
угольник является уже по-
строенным, и механизм без всякого дальнейшего участия штурмана укажет ему
момент сбрасывания бомбы. Это свойство прицела представляет его большое
тактическое преимущество.
III. Прицелы синхронного типа. Счетно-решающий механизм
этих прицелов может быть разбит на три основных узла: 1) следящий механизм,
W
при помощи которого путем наолюдения за целью определяется отношение -р,
/ w\
2) построительныи механизм, который на основании полученного значения Н)
и установленного в соответствующем масштабе времени падения Т строит угол
прицеливания и 3) механизм, указывающий момент сбрасывания, т. е. момент,
когда угол визирования станет равным углу прицеливания.
111, а. А м е р и к а н с к и й синхронный прицел типа Сперри
(рис. 253). Пусть мы имеем фрикционный диск £>, приводимый во вращение мото-
ром М. При помощи специального регулировочного устройства число оборотов
мотора 7И, а вместе с этим и диска D, может изменяться. Выберем число оборотов
диска D равным
где К — постоянный коэффициент, определяемый конструкцией прицела. С дис-
ком D связан фрикционный ролик Р, который при помощи рукоятки синхрони-
284
зации Л2 может перемещаться вдоль радиуса диска D. Фрикционный ролик Р
связан с цилиндрическим валиком Б, вращающим винт линейки вдоль кото-
рой перемещается, как гайка, нижний визир В. Линия ОВ является линией визи-
рования. С роликом Р связан указатель У, который перемещается вдоль линейки
Л2. Когда ролик Р совмещается с центром диска £>, то указатель У находится
на одной вертикали с верхним визиром О.
Визир В при помощи дифференциала при вращении рукоятки С может не-
зависимо от вращения валика Б получать дополнительные перемещения вдоль
винта Л2,
Нетрудно видеть, что скорость движения визира по винту Л2 равна
v = pN • р,
где р — коэффициент пропорциональности, зависящий от шага винта Л2, ир —
расстояние ролика Р от центра диска D. Если, вращая рукоятку винта Л2, мы
установим ролик в таком положении, что цель синхронно перемещается со сле-
дом луча визирования, то скорость движения визира В будет равна
wh Р • К • р
н т
Мы можем так подобрать конструктивные элементы нашего механизма, чтобы
было соблюдено равенство
рК=\.
В этом случае
Нетрудно видеть, что при этом направление ОУ образует с вертикалью 00'
угол прицеливания ?0
1 Р wT
tg?o = l = 7r.
Поэтому, если при достижении синхронизации штурман, вращая рукоятку
дифференциала С, совместит цель с линией визирования, то в дальнейшем цель
все время будет совмещена с линией визирования; бомба должна быть сброшена
в тот момент, когда визир В совместится с указателем У. Сбрасывание бомбы
может быть произведено автоматически, путем включения специального контакта.
В некоторых образцах прицела Сперри применена так называемая автосин-
хронизация, заключающаяся в следующем: штурман устанавливает время падения
бомбы и, вращая рукоятку синхронизации Л2, устанавливает ожидаемый угол
прицеливания, затем, вращая рукоятку С углов визирования, совмещает линию
визирования с целью. При неполной синхронизации через некоторый определен-
ный промежуток времени х цель сойдет с линии визирования и будет находиться
на расстоянии Дот следа луча визирования. Для того чтобы произвести синхро-
низацию, штурман вновь вращает рукоятку синхронизации до совмещения цели
с линией визирования. При вторичном совмещении цели с линией визирования
автоматически достигается синхронизация.
Схема автоматики следующая: рукоятка синхронизации через систему ше-
стерен связана с ходовым винтом Л3, вдоль которого перемещается нижний
визир. Связь между рукояткой синхронизации и винтом Л.} включается
лишь при нажиме рукоятки Л2; таким образом при вращении нажатой рукоят-
ки одновременно происходит перемещение линии визирования и изменение
скорости движения визирного луча, так как при этом перемещается ролик Р.
Пусть передаточное число шестерен связи равно q; таким образом при переме-
щении нижнего визира на отрезок Д5 фрикционный ролик переместится на отре-
зок -у. Если скорость цели w, то в масштабе прибора скорость движения цели
будет равна:
г'ц = w .
285
Пусть скорость движения нижнего визира равна &ь; за промежуток времени ‘с = -~
изображения цели и след визирного луча разойдутся в масштабе прибора на
отрезок
Л / ft \ д«т
где т — некоторое постоянное число.
При вторичном совмещении цели с линией ви-
зирования ролик переместится на отрезок
А Да Дг/Т
Q mq *
Соответственно с этим скорость движения ви-
зирного луча изменится на
Av — у-
или
Др —Av - Т.
Приравнивая значение Ар в двух последних урав-
нениях, получаем
т. е. то значение передаточного числа шестерен
Рис. 254. Вид прицела Сперри связи, при котором получается автосинхронизация
при заданном значении т.
На рис. 254 изображен вид прицела сверху; виден ряд шкал, а именно: 1—
углов визирования; 2—углов прицеливания, 3— углов сноса, 4 — воздушных
скоростей, 5 — 7 — критических скоростей, 6 — высот.
Рис. 255. Принципиальная схема прицела синхронного типа (ЛОТФЭ-б)
II 1,6. Прицел Л О Т Ф Э-6 (рис. 255). По винту 23, вращаемому
с постоянной скоростью, перемещается гайка 2, палец которой скользит по
шлицу линейки Л, вращающейся вокруг точки О. Линия ОП является линией
286
визирования. Вращение линейки Л через паразитную шестерню Пш передается
на визирную призму зрительной трубы прицела, при этом угол поворота визир-
ной призмы вдвое меньше угла поворота сектора С. Поворот сектора С через
систему шестерен передается на передвижную марку 3, находящуюся в поле
зрения зрительной трубы прицела. Таким образом каждому углу ® соответствует
определенное положение марки 3 в поле зрения прицела.
Вращение винта 23 производится через фрикционный ролик ФК, который
вращается шаровым (грибовидным) фрикционом Шс-, он, в свою очередь, вра-
щается часовым механизмом. Шаровой фрикцион может поворачиваться
вокруг оси С, перпендикулярной плоскости чертежа, и тем самым изменять ско-
рость вращения винта 23.
Скорость гайки 2 по винту 23 равна
v — a • N • — • sin В,
Г1
где а — шаг винта 23, N — число оборотов шарового фрикциона в единицу
времени, гоигх—соответственно радиусы шарового фрикциона и фрикционного
ролика, 0 — угол между направлением оси вращения шарового фрикциона и
плоскостью фрикционного ролика.
Таким образом при изменении угла 0 скорость гайки по винту может изме-
няться. Винт 23 может получить дополнительное вращение через дифферен-
циал 21 и 22. При вращении барашка 5 углов визирования через диффе-
ренциал 22 гайка 2 получает дополнительную скорость, независимо от ско-
рости вращения винта 23. При вращении барабанчика б через дифферен-
циал 21 винт 23 получает дополнительное вращение, в то же время через
коническую шестерню 7 штанга А перемещается вдоль своей длины и тянет
за собой палец п, поворачивая тем самым шаровой фрикцион Шс. Когда точка р
штанги А совмещена с осью вращения Е сектора Q, тогда ось вращения шарового
фрикциона совмещена с линией касания фрикционного ролика Фк и скорость
движения гайки 2 равна нулю. Когда расстояние между точками Е и р равно d,
тогда скорость движения гайки 2 по винту 23 равна
где D — расстояние от центра кривизны шарового фрикциона до пальца л.
Таким образом скорость v пропорциональна расстоянию d w&Mpy точками
Е и р.
Если штурман, вращая барашек 6, синхронизирует скорость движения
гайки 2 с движением цели, то ясно, что
v___h
w Н 9
ИЛИ
**^J^.d = Cd.
Н h hrj)
где С — постоянный коэффициент пропорциональности.
Таким образом расстояние Ep = d пропорционально .
Построение угла прицеливания осуществлено следующим образом. Вокруг точки Е вра-
щается штанга Н, несущая сектор Q.Штанга имеет вырез,в котором находится палецК. Вокруг
точки р, укрепленной на штанге А, вращается штанга N, имеющая вырез, в котором находится
палец К. При вращении барашка 77 штанга N поворачивается относительно горизонтального
направления на угол отставания у. Перпендикулярно к штанге А установлен винт М, вращаемый
через коническую шестерню барашком 72. По винту М перемещается гайка L, несущая шлиц,
через который пропущен пален К. Расстояние рМ пропорционально — . Нетрудно видеть, что
287
’8 этом случае угол, образуемый направлением ЕК с горизонтальной линией, равен углу при
щеливания.
Действительно (см. рис. 256)
. RR (w , 1 \ 1 х
tg <Ро — ER “ \7Т — tg 7 ТГ т~ н tg7‘
Построенный таким образом угол прицеливания передается на специальный индекс 7, нахо-
дящийся в поле зрения прицела (рис. 255). Левый индекс, представленный на рис. 255,
является индексом углов прицеливания. Левый индекс после синхронизации устанавли-
вается против некоторого определенного деления шкалы, находящейся в поле зрения при-
цела, и показывает угол прицеливания. Правый индекс показывает угол визирования в каж-
дый данный момент. Бомба сбрасывается при совмещении обоих индексов.
В прицеле ЛОТФЭ-6, как и в прицеле Сперри, также применена автосин-
хронизация. В отличие от прицела Сперри, время т между первым и вторым
,т-—г совмещениями цели с линией визирования здесь остается
постоянным, независимо от времени падения бомбы. Для
хД получения синхронизации штурман, вращая барашки 6
(JbL-r_________и устанавливает ожидаемый угол прицеливания и,
; вращая барашек угла визирования 5, совмещает цель
[ с линией визирования. Через промежуток времени т,
£ ; вращая барашек 6, штурман вновь совмещает цель с
L bL линией визирования. После второго совмещения синхро-
I ^—4у низация является достигнутой. Как указывалось выше,
Л/ L------2------J при вращении барашка 6 через дифференциал 27 и ко-
ническую шестерню 7 происходит одновременно пере-
Рис- 256 мещение гайки 2 по винту 23 и поворот шарового фрик-
циона. Пусть при перемещении гайки 2 на отрезок Да
происходит перемещение штанги А на длину Q^-, где к — постоянное число*
Для выполнения условия автосинхронизации имеем уравнение, определяющее
передаточное число,
к а • N • г0
,__i: • а • N га
К г D
В прицеле время т равно 5 сек.
111,в. Прицел ЛОТФЭ-7 (рис. 257—259) также принадле-
жит к типу синхронных. Параллельный пучок от рассматриваемого
объекта падает на призму-куб, которая вращается с переменной угловой,
скоростью, зависящей от угла визирования. Вращение визирной призмы
осуществляется через качающийся рычаг, касающийся тангенсного кулачка,
который вращается с постоянной угловой скоростью пропорционально
Форма тангенсного кулачка такова, что скорость следа визирного луча постоянна.
Вращение кулачка через систему шестерен и два грибовидных фрикциона про-
исходит от мотора с постоянным числом оборотов (3000 об/мин.). Постоянное
число оборотов осуществляется при помощи центробежного контактного регу-
лятора. Задача грибовидных фрикционов — ввести в механизм прицела скорость
W
вращения кулачка, пропорциональную и установить угол прицеливания.
Рассмотрим схему действия обоих фрикционов. Вращая рукоятку установки
высоты, мы поворачиваем левый фрикцион, устанавливая в нем передаточное
число, пропорциональное Одновременно с установкой высоты на централь-
ном коноиде устанавливается При вращении рукоятки синхронизации про-
исходит поворот правого фрикциона, вследствие чего изменяется скорость вра-
щения левого фрикциона и выходного валика, вращающего тангенсный кулачок.
Вращением рукоятки синхронизации штурман добивается синхронизации дви-
•288
жения цели и следа визирного луча, т. е, того, чтобы скорость вращения выход-
ного валика была пропорциональна
Так как скорость вращения выходного валика не должна зависеть от времени
падения Т, то ясно, что перемещение поводка, поворачивающего правый фрик-
цион, должно быть пропорционально т. е. тангенсу угла прицеливания, так
как только при этом условии скорость вращения выходного валика будет про-
порциональна
wT 1 __ w
7Г * Т~Н •
Рис. 257
Величина перемещения поводка передается на центральный коноид, с которого^
таким образом, снимается произведение
т. е. путевая скорость, которая указывается на шкале Поворот рукоятки
синхронизации через систему шестерен передается на червячную шестерню,
которая несет ось с замыкающим контактом сбрасывания. Червячная ше-
стерня получает дополнительное вращение от рукоятки установки угла отста-
вания и упреждения на серию; таким образом ось, несущая замыкающий кон-
19 Оптит а в военном деле—21'.
28Э
такт сбрасывания, после синхронизации поворачивается на угол, пропорциональ-
ный углу прицеливания.
Выходной валик, вращающий призму-куб через систему шестерен, вращает
лимб углов визирования и связанный с ним скользящий контакт сбрасывания.
При совмещении обоих контактов
бомба сбрасывается автомати-
чески.
С рукояткой синхронизации
через планетарные шестерни свя-
зана рукоятка углов визирования,
поэтому при повороте рукоятки
синхронизации, кроме измене-
ния скорости вращения выход-
ного валика, одновременно про-
исходит изменение угла визиро-
вания.
При вращении рукоятки углов
визирования, вызывающем измене-
ние углов визирования, постоян-
Кромка лимба
Рис. 258
Продольная нить
перекрестья
Проколоко но которой
укрепляется индекс
*гло& Ьизирс&зния
Индекс углоЬ дозирования
Индекс сбрасывания г лиг на пом
предупреждения
Деления шкалы у г под
визирования
Поперечная нить
перекрестья
ная скорость вращения выход-
ного валика не изменяется, т. е. изменения угла прицеливания не про-
исходит.
На рис. 258 представлен вид поля зрения окуляра прицела; в нем
видно перекрестие нитей. Обе нити для устранения влияния колебаний самолета
подвешены маятниковым способом, так что
при наклонах до 10° линия визирования
сохраняет свое положение в пространстве.
Затем видны деления угла визирования, по
которым индекс сбрасывания с сигналом пре-
дупреждения указывает угол прицелива-
ния. Индекс угла визирования неподвижно
укреплен в поле зрения на тонкой прово-
локе.
На рис. 259 представлен общий вид верх-
ней части прицела. Прицел установлен на
трехкронштейной фундаментной раме так,
что может поворачиваться вокруг верти-
кальной оси; он устанавливается при помощи
трех пружинных амортизаторов на непо-
движно укрепленную опорную раму и закре-
пляется задвижками. Фундаментная плита
имеет два юстировочных винта, которыми
прицел можно поворачивать на zt 3° для
юстировки его относительно продольной оси
самолета.
Основные технические данные прицела
Рис. 259. Верхняя часть прицела
ЛОТФЭ- 7
следующие:
Вес 22 кг
Полная длина 650 мм
Высота над целью при работе без синхронизации от 100 до 850 м
» » » » » с синхронизацией от 850 до 7000 м
Путевая скорость самолета от 150 до 600 км/час
Угол визирования относительно вертикали:
для зрительной трубы от 4-80 до —20°
для дублера » от Ц-80 до 0°
Угол сноса, нормально устанавливаемый, до it 20°
Отставание от 0 до 0,25 Н
Упреждение на серию от 0 до 0,3 Н
Пределы стабилизации маятника в любую сторону 10®
290
Питание происходит постоянным током напряжением от 24 до 30 вольт. Мощность мотора
33 ватта. Полная потребляемая мощность без обогрева около 75 ватт, а с обогревом — около
160 ватт.
Недостатком рассмотренного прицела ЛОТФЭ-7 является наличие в нем
маятниковой вертикали (см. ниже, стр. 298), значительно снижающей точность
прицеливания. Проведенные испытания показывают, что точность с прице-
лом ЛОТФЭ-7 с маятниковой вертикалью такая же, что и с прицелом
ОПБ-2, который имеет значительно более простую конструкцию. Таким
образом сложность конструкции не оправдывается. Поэтому в следующих
образцах ЛОТФЭ-7 применена гироскопическая верти-
каль, что увеличивает точность прицеливания. Для
уменьшения износа гировертикаль включается лишь
перед выходом самолета на боевой курс. Гировертикаль
специальным механизмом соединена с указателем пово-
рота. Этот механизм выключает гировертикаль (аррети-
рует) во время виража.
Б. Прицелы векторного типа. Как уже
раньше указывалось, в этих прицелах построение угла
прицеливания производится либо путем расчета, либо
автоматически, на основании заранее определенных значе-
ний скорости и направления ветра. Прицелы векторного
типа можно разбить на две группы : I—прицелы, которые
требуют предварительного расчета и установки прицель-
ных данных, для наперед заданного курса; такие прицелы
называются бомбардировочными визирами;
II—в екторные прицелы, в которых построение угла
прицеливания производится автоматически для любого
курса после введения в механизм прицела заранее опре-
деленных значений скорости и направления ветра.
I. Одним из представителей группы бомбардировочных
визиров является широко распространенный прицел ОПБ-1
(оптический прицел бомбометания 1, рис. 260), который
является угломерным прибором, позволяющим измерять
углы от +75 до—15° в вертикальной плоскости и от Одо
360° в горизонтальной плоскости. Отсчет вертикальных
углов производится от вертикали, обеспечиваемой в при-
целе пузырьком фокусного уровня. Отсчет горизонтальных
углов производится от оси самолета по лимбу пяты, на
которой устанавливается прицел в рабочем положении.
Прицел представляет перископическую трубу (длина трубы
у образца ОПБ-1м^Ю80мм, ауобразца ОПБ-1ам^890мм),
устанавливаемую в отверстии пола фюзеляжа; визир- рис 2б0 Прицел
ная головка выведена наружу, и бомбардир может векторного* типа опб-i
вести через окно наблюдение за местностью. С прицелом
ОПБ-1 можно выполнить бомбометание с горизонтального полета с любых высот
и при любых скоростях. Схема оптики прицела была представлена на рис.
242, 243. Основные оптические характеристики прицела следующие:
Увеличение прицела Г = 1,2х
Поле зрения 2 и = 32°
Диаметр выходного зрачка 7 мм
Удаление выходного зрачка от последней поверхности окуляра от 37 до 42 мм
Расход диоптрийной шкалы ±4 0.
На рис. 261 представлен вид верхней головки визира, а на рис. 262 —
ее схема. На верхней части укреплен окуляр, на оправе окуляра укреплен рези-
новый наглазник, предохраняющий глаз от ушиба. Ниже втулки окуляра
помещено установочное кольцо, которое может поворачиваться вокруг вертикаль-
291
ной оси прицела. На кольце нанесена градусная шкала, деления которой
имеют разбивку от —5 до -|-б0о.
Установка необходимого положения кольца производится по шкале и индексу.
Для того чтобы повернуть установочное кольцо, нужно нажать на рычаг сто-
пора, преодолевая при этом упругость пружины.
В средней части верхней головки имеется кронштейн, на котором укреп-
ляется коробка для секундомера. Секундомер удерживается в коробке кольце-
вой крышкой. К верхней головке прикреплена коробка барабана углов визиро-
вания. Барабан имеет круговую шкалу с разбивкой от 4-75 до —15° и может
поворачиваться вокруг своей оси приблизительно на 340°.
На коробке барабана имеется индекс, против которого отсчитываются углы
визирования. С барабаном связан индекс в виде петельки, расположенной в пло-
скости окулярной сетки. Вид сетки был
представлен на рис. 244. По диаметру
сетки нанесена курсовая черта, а по окруж-
ности— оцифрованная через 5° в пределах
от 4-^5 ДО—15° круговая шкала сетки,
аналогичная шкале на барабане углов ви-
зирования. На курсовой черте нанесены
градусные деления по 13° в обе стороны
от середины курсовой черты. Через центр
курсовой черты, перпендикулярно к ней,
нанесена черта, разделенная на градусы (по
13° вправо и влево от центра).
Рис. 262
Рис. 261. Верхняя головка прицела ОПБ - 1
По круговой шкале сетки перемещается индекс в виде петельки, связанной
с барабаном углов визирования. Шкала барабана, круговая шкала сетки и пере-
дача от барабана к визирной призме рассчитаны так, что неподвижный индекс,
служащий для установки шкалы барабана, и петелька на круговой шкале сетки
показывают одну и ту же величину вертикального угла относительно того пред-
мета, изображение которого совмещено с центром пузырька фокусного уровня.
Подобная конструкция позволяет не отрывать глаза от окуляра для отсчета
угла визирования. С установочным кольцом связан треугольник, перемещаю-
щийся при вращении кольца по круговой шкале сетки; отсчеты положения кольца
по наружному индексу и по круговой шкале сетки по треугольнику совпадают.
При совмещении петельки с треугольником чувствуется легкое заедание и щел-
чок. В этот момент угол визирования равен углу, отмеченному треугольным
индексом.
Для обеспечения работы с прицелом в ночных условиях имеются 4 электро-
лампочки: одна из них служит для освещения штрихов сетки, другая освещает
*292
шкалы барабана угла визирования, секундомер и установочное кольцо, третья
освещает лимбы пяты, четвертая служит для подсвечивания пузырька уровня.
При помощи реостата, укрепленного на головке, можно регулировать освещен-
ность штрихов сетки и пузырька фокусного уровня. Для уменьшения слепи-
мости, создаваемой светящимися штрихами сетки и краем пузырька фокусного
уровня, перед лампочками установлены красные светофильтры. На верхней
головке расположен выключатель для включения лампочек. Для обеспечения
работы механизмов прицела при низких температурах прицел снабжен авто-
матической электрообогревательной системой.
Кроме отеплительного и осветительного устройств, на прицеле смонтиро-
вано еще кнопочное управление, имеющее три кнопки: одна кнопка бомбо-
сбрасывателя и две кнопки (с надписями «вправо» и «влево») сигнального при-
способления, облегчающего выход самолета на боевой курс. С сигнальным
приспособлением связан щиток с двумя цветными лампочками, находящимися
перед пилотом; нажимая ту или другую кнопку, включают на щитке пилота
ту или другую лампочку, сигнализируя тем самым пилоту о необходимости
разворота вправо или влево. Вся электросхема питается от источника постоян-
ного тока напряжением 24 в.
Прицел устанавливается на пяте, которая служит для измерения горизон-
тальных углов.
Пята состоит из металлического корпуса, к которому привинчена неподвиж-
ная круговая шкала; концентрично с этой шкалой находится внутренняя шкала,
укрепленная на оправе; при нажиме педали она может поворачиваться вокруг
вертикальной оси.
На оправе внутренней шкалы укреплены два гнезда, в которые встав-
ляются цапфы карданного кольца прицела.
Корпус пяты врезается в пол кабины штурмана и привинчивается специаль-
ными болтами. Пята укрепляется на полу кабины самолета так, чтобы линия,
проходящая через деление 0-180 неподвижной шкалы, была параллельна про-
дольной оси самолета.
Порядок работы с прицелом следующий: штурман в районе цели каким-либо
аэронавигационным способом определяет скорость и направление ветра и задается
направлением боевого пути самолета, после чего для заданного пути вычисляет
путевую скорость, угол сноса, курс самолета и угол прицеливания; треугольный
индекс в поле зрения прицела устанавливается по круговой шкале на вычислен-
ный угол прицеливания ?0- При подходе к цели штурман разворачивает прицел
на угол сноса и путем взаимодействия с летчиком выводит самолет на цель так,
чтобы подход к цели был с заданного направления. Вращая барашек углов визи-
рования, штурман закидывает луч визирования вперед на угол 20—30°, боль-
ший угла прицеливания. Когда изображение цели приблизится к пузырьку
уровня, штурман, удерживая пузырек уровня на курсовой черте, вращает бара-
шек углов визирования с таким расчетом, чтобы изображение цели находилось
на 4—5° впереди пузырька уровня. В момент совмещения петельки с треуголь-
ником штурман прекращает вращение барашка и, когда изображение цели
совместится с центром пузырька фокусного уровня, сбрасывает бомбу. Недо-
статком подобного визира является необходимость выхода на цель с заранее
заданного направления, что в боевых условиях не всегда удобно и возможно.
Этим недостатком не обладают векторные прицелы.
II. Сущность всякого векторного прицела заключается в том, что
заранее до выхода на цель на прицеле в соответствующем масштабе устанавли-
вается величина воздушной скорости, средняя скорость падения бомбы ин, сред-
няя скорость отставания и направление ветра S. Затем построительный меха-
низм прицела при выходе на цель строит для любого курса прицельные данные,
не требуя от штурмана никаких дальнейших промеров или расчетов.
Построительный механизм векторного прицела состоит из двух основных
агрегатов: построителя навигационного треугольника и построителя прицель-
ного треугольника.
293
Задача построителя навигационного треугольника состоит в том, чтобы для
заданного направления линии пути построить по данным v, 8 и и путевую ско-
рость W.
На основании полученной таким образом путевой скорости w построитель
прицельного треугольника строит угол прицеливания. Так как величина путе-
вой скорости зависит от угла между вектором ветра и воздушной скоростью, то
в прицеле должно быть введено приспособление для стабилизации в простран-
стве направления вектора ветра.
В большинстве случаев вектор ветра стабилизируют при помощи гироскопа.
Существуют две основных разновидности векторных прицелов: решающие при-
цельные данные для фактического курса самолета и решающие прицельные
данные для пути, направленного вдоль плоскости визирования.
Основным преимуществом векторного прицела является простота работы
штурмана и пилота при выходе на цель с любого, заранее неизвест-
ного направления. Недостатком векторного прицела является необходимость
предварительного определения ветра. Если в районе цели и районе опреде-
ления ветра ветры различные, то это введет ошибку в бомбометании.
§ 8. Вертикали
Рис. 263
Как было указано в § 1, углы прицеливания отсчитываются от верти-
кали. Потому в каждом прицеле должно быть осуществлено приспособление,
g которое каким-либо способом указывало бы на-
правление линии вертикали. Те приспособления,
которые осуществляют в прицеле направление
вертикальной линии, в дальнейшем мы будем
называть просто вертикалями.
Применяющиеся в прицелах бомбометания
вертикали можно разбить наследующие группы:
1) самолетные, 2) пузырьковые, 3) маятни-
ковые, 4) гироскопические.
1) В прицелах с первой группой вертикалей
последняя обеспечивается путем предваритель-
ной установки прицела по круглому или двум
взаимно перпендикулярным цилиндрическим
уровням. Самолетную вертикаль обычно имеют
прицелы, жестко крепящиеся на самолете, как,
например, НВ-5, STA6, Вимперис и др.
Перед выходом на бомбометание штурман, действуя установочными винтами,
выставляет прицел по уровню и в дальнейшем считает, что отмеченное в прицеле
направление вертикали остается постоянным. Угловые колебания самолета при
заданном горизонтальном режиме полета обычно не велики (1,5'—3°), и поэтому
самолетные вертикали могут с достаточной точностью применяться в жестко
крепящихся прицелах векторного типа.
2) В прицелах с пузырьковой вертикалью применены так на-
зываемые фокусные уровни. Схема вертикали представлена на рис. 263, а, б.
В фокальной плоскости объектива Об установлен сферический уровень; радиус
кривизны рабочей поверхности R, по которой перемещается пузырек, равен
фокусному расстоянию / объектива. Центр кривизны рабочей поверхности сов-
мещен с задней узловой точкой объектива. Таким образом рабочая поверхность
уровня совмещена с плоскостью изображения, даваемого объективом. Из рис.
263, б видно, что при повороте объектива и уровня на некоторый угол изобра-
жение рассматриваемого объекта не смещается относительно пузырька, центр
которого служит маркой вертикали. Если радиус кривизны не равен фокусному
расстоянию объектива, то при повороте объектива вместе с уровнем на угол а
294
изображение рассматриваемого объекта сместится относительно центра пузырька
на угол
Если положить допустимую ошибку в показания вертикали Д«= 15', то допустимая
разность (/—R) при а = 1б° и /' =60 мм равна
/ R = 16 _ • 60 Ci 1 мм.
Рассмотрим положение изображения пузырька уровня на горизонте цели
при углах визирования, отличных от нуля.
Пусть прицел (рис. 264) повернут относительно вертикали вокруг гори-
зонтальной оси, параллельной плоскости визирования, на некоторый
малый угол Дф. При этом повороте пузырек сместится с курсовой черты
к, и его смещение, выраженное в радиальной мере, будет равно Д!>. При
вращении визирной призмы след ви-
зирования, являющийся изображе-
нием центра курсовой черты, будет
по горизонту цели описывать прямую
линию АВ, совпадающую с изображе-
нием курсовой черты, а изображение
центра пузырька уровня по горизонту
цели будет описывать кривую ли-
нию — гиперболу.
При угле визирования <р изобра-
жение центра пузырька уровня будет
лежать в точке Е, при этом
Z ВОЕ = Дф.
Из чертежа видно, что при малых Дф
ВЕ = — • Дф.
COS <Р ’
Вводя обозначения
АВ~у; ВЕ — х,
после небольших преобразований приходим к известному уравнению гиперболы
у2 ^2
(Дф • Н)« — Н» = 1 ’
т. е. изображение центра пузырька при изменении угла визирования будет опи-
сывать гиперболу.
Движение изображения центра уровня пузырька по гиперболе влияет на боко-
вую наводку. Пусть курсовая черта прицела параллельна вектору путевой скоро-
сти, пузырек уровня смещен относительно курсовой черты на угол Дф. Пусть при
некотором угле визирования ® изображение какого-либо ориентира совмещено
с центром пузырька уровня. Так как след пузырька уровня при изменении угла
визирования описывает гиперболу, то при изменении угла визирования, проис-
ходящем вследствие движения самолета, наблюдаемый ориентир будет иметь
боковое смещение перпендикулярно направлению курсовой черты; на-
блюдателю будет казаться, что самолет летит криволинейно, т. е. что курс
самолета изменяется. Поэтому необходимо при работе с прицелом пузырек уровня
удерживать на курсовой черте.
Стабилизация визирной линии фокусным уровнем применена в ряде прицелов,
имеющих массовое распространение: ОПБ-1, ОПБ-2, Герц-Бойкова, Герц-R и др.
295
Жидкость
капилляр
Рис. 265
Большим преимуществом фокусного уровня является его прочность и про-
стота изготовления. В качестве наполнителя применяются различные жидкости:
спирт, погоны нефти, водный раствор хлористого лития с добавлением пропило-
вого спирта. Выбор жидкости определяется температурным коэффициентом рас-
ширения, вязкостью и температурным коэффициентом вязкости. У спирта и у
погонов нефти вязкость и температурный коэффициент вязкости невелики, но
они имеют большой температурный коэффициент расширения, вследствие чего
диаметр пузырька весьма значительно увеличивается при понижении темпера-
туры. Для регулировки диаметра пузырька разработаны специальные приспособ-
ления, позволяющие уменьшать объем камеры с напол-
пузырек нителем при понижении температуры.
боздухо Раствор хлористого лития имеет малый коэффициент
температурного расширения; так, при температуре + 15°
диаметр пузырька не более 3,5 мм, а при температуре
4~ 40° не более 5 мм. Недостатком уровней с литие-
вым наполнителем является большой температурный ко-
эффициент вязкости, вследствие чего при низких темпе-
ратурах пузырек теряет подвижность, и при вращении
прицела вокруг осей карданного подвеса смещается' в поле зрения прицела
незначительно и подходит к положению равновесия медленно. При нормаль-
ной температуре 4-15---[-17° при наклоне прицела на 4—5° пузырек проходит
дугу в 3° в течение 1 сек., а при температуре —40° ту же дугу проходит в течение
5—7 сек.
В табл. 18 даны значения коэффициента вязкости в пуазах* для различных
температур одного из образцов с литиевым наполнителем и для бензина.
Малая подвижность пузырька при неизбежных колебаниях прицела в руках
наблюдателя может привести к значительным ошибкам бомбометания; при
низких температурах она может быть в известных пределах уменьшена введе-
нием отепления. Так, например, при температуре —50°С при обогреве прицела
пузырек, возвращаясь в положение равновесия, проходит дугу в 3° за 2,5—
3,5 сек.
На рис. 265 представлен разрез уровня
прицела ОПБ-1. Уровень состоит из двух
линз—выпукло-вогнутой и плоско-выпуклой,
которые сварены друг с другом так, что между
ними остается пустое пространство около 2 мм
толщиной. Это пространство заполняется
жидкостью, а затем запаивается. Уровень
такой конструкции не требует регулировки
размеров пузырька. Заполнение уровня про-
изводится не полностью, а так, что между
стеклами остается маленький пузырек воз-
духа. Жидкость, которой заполняют уровень, состоит из водного раствора хлори-
стого лития с добавлением пропилового спирта. Эта жидкость бесцветна и не-
значительно меняет свой объем относительно ампулы уровня.
Пузырек фокусного уровня является сферическим маятником, на который
воздействуют ускорения, развивающиеся на самолете. Если ускорение направ-
лено горизонтально, то угол отклонения пузырька от вертикального направле-
ния определяется формулой
Таблица 18
•уо LiCl Бензин
+50 0,017 0,0045
+20 0,031 0,005
0 0,074 0,006
—25 0,27 0,011
—50 2,28 0,028
tga = /C,
где к — ускорение, выраженное в долях земного ускорения.
3) Следующим видом вертикали является маятниковая вертикаль; ею снаб-
жены немецкие прицелы ЛОТФЭ-6, ЛОТФЭ-7, американские прицелы D-4 и др.
* Вязкость измеряется силой, выраженной в динах, которую надо приложить к поверх-
ности в 1 см2, чтобы заставить ее двигаться параллельно другой поверхности, находящейся
на расстоянии 1 см, со скоростью 1 см/сек. Единица вязкости — пуаз.
296
В ранних образцах некоторых немецких прицелов и аэронавигационных?
визиров применялся сферический маятник. Как видно из рис. 266, на котором пред-
ставлена схема аэронавигационного визира Цейсса, изображение рассматриваемого
объекта получается на сферической стеклянной пластинке, являющейся частью
маятника. Пересечение двух перпендикулярных штрихов, нанесенных на пла-
стинке, определяет направление верти-
кали. Радиус кривизны стеклянной пла-
стинки равен фокусному расстоянию
объектива. Изображение задней узловой
точки объектива совпадает с точкой пе-
ресечения осей вращения маятника; рас-
стояние от центра вращения маятника до
стеклянной пластинки равно фокусному
расстоянию объектива. Для демпфирова-
ния возникающих колебаний применена
вязкая жидкость, в которую погружен
нижний конец маятника.
В некоторых образцах маятниковых
вертикалей демпфирование осуществляет-
ся токами Фуко; нижний конец маят-
ника снабжен медной пластинкой, кото-
рая колеблется между полюсами магнита
или электромагнита. Демпфирование то-
ками Фуко имеет большое преимущество
перед жидкостным демпфированием, так
СбетофилЬтр
Рис. 266. Схема аэронавигационного визира
Цейсса
как оно не зависит от температуры.
Демпфирование подбирается таким, чтобы свободные колебания маятника-
были близкими к апериодическим.
Период собственных свободных колебаний маятника около 1—1,5 сек. Для-
уменьшения влияний колебаний самолета на положение вертикали было бы же-
лательно иметь период свободных колебаний по возможности больше
(40—50 сек. и даже больше). Пределом, ограничивающим период свободных коле-
баний, является момент трения, возникающий в подшипниках
маятника. Период колебаний физического маятника определяется,
уравнением
Рис. 267
7 = 2^1/^,
Г Mgh.9
где / — момент инерции,
М — масса маятника,
g — ускорение силы тяжести,
h — расстояние от оси вращения до центра тяжести подвиж-
ной системы.
Из формулы видно, что для увеличения Т надо уменьшить h (при
Л = 0, Т = оо), но это ведет к уменьшению того статического мо-
мента Р = Mgft.sina (рис. 267), под действием которого маятник
возвращается в
Уменьшение статического
Если F— момент трения, то
положение равновесия.
момента ведет к увеличению угла застоя маятника.
угол застоя а0 определяется равенством
F = Mgh • а0
и
_ F
а° Mgh ’
из формулы видно, что при постоянных F и М с уменьшением h увеличивается а0.
В среднем угол застоя маятника лежит в пределах 15—10'. При вибрации угол*
застоя уменьшается до 5'.
29Г
Если крестовина сферического маятника смещена относительно курсовой
черты, то, подобно пузырьку фокусного уровня, она при изменении угла визиро-
вания описывает по горизонту цели гиперболу. В немецких прицелах ЛОТФЭ-6,
ЛОТФЭ-7 и других для устранения ошибок гиперболы применены два раз-
дельных плоских маятника, из которых один управляет движением продольной
нити, а другой — поперечной. Маятник, управляющий движением продольной
нити перекрестия, снабжен специальным приспособлением, устраняющим ошибку
гиперболы.
Кинематическая схема такого устройства представлена на рис. 268. Точка
вертикали определяется пересечением двух нитей маятника ab и cd, управляе-
мых каждая отдельным маятником. Нить cd реагирует посредством маятника
1 на колебание вокруг поперечной оси самолета; нить ab через маятник 2—
на колебания вокруг продольной оси.
Нити расположены в фокальной плоскости объектива. Корпус маятника 2
перемещается в неподвижных направляющих посредством эксцентрика 3. При
перемещении корпуса маятника изменяется длина I поводка, входящего в вижу К.
При подобной схеме отклонение нити ab пропорционально углу отклонения
маятника 2 и длине /поводка. Эксцентрик 3 посредством шестерен 4, 5 повора-
чивается на угол, пропорцио-
нальный углу визирования ®.
4 При боковом крене самолета
или при повороте прицела,
-плечо / отклоняется на угол
U крена самолета, заставляя
Г всю рамку, несущую нить ab,
мятник! отклоняться на некоторый
угол в подшипнике О.
Нетрудно видеть, что, для
того чтобы изображение кре-
стовины описывало прямую
линию, длина поводка I
должна, в зависимости от угла
визирования <р, изменяться по
закону
х пойодок
- К
' маятник t
Рис. 268
l=f cos ®.
Это выражение определяет профиль эксцентрика 3.
Пузырьковая и маятниковая вертикали обладают весьма существенным
недостатком, снижающим точность бомбометания: под влиянием ускорений,
развивающихся на самолете, марка вертикали отклоняется от направления
истинной вертикали. Ускорения развиваются на самолете как на виражах, так
и при горизонтальном полете, при возникновении от каких-либо причин (напри-
мер ошибка пилотирования, порыв ветра и др.) колебаний самолета. Период
колебаний самолета—несколько десятков секунд, тогда как период колебаний
маятника — около 1—1,5 сек., поэтому маятник, подобно акселерометру (изме-
рителю ускорения) в каждый момент показывает направление равнодействующей
ускорения силы тяжести и возникшего ускорения самолета. Так как величина
и направление ускорения меняются, то марка вертикали совершает относительно
среднего положения некоторые колебания. Средняя амплитуда этих колебаний
около 30', а средний период около 25—30 сек. Эти цифры грубо ориентировоч-
ные и дают лишь порядок встречающихся величин. Вследствие колебаний верти-
кали наблюдателю кажется, что цель перемещается по полю зрения прицела
с переменной скоростью. Среднее направление, относительно которого происходит
колебание вертикали, может быть принято за направление истинной вертикали.
Подобные колебания могут привести к значительным ошибкам бомбометания.
4) Для уменьшения колебаний марки вертикали в некоторых прицелах
ХЛОТФЭ-7D, Сперри, Норден и др.) применены гироскопические
238
вертикали. Гироскопом называется тело вращения, масса которого £ основном
сосредоточена в некоторой плоскости, перпендикулярной оси вращения, а центр
тяжести лежит на оси вращения. В частности, это может быть маховик, масса
которого в основном сосредоточена на ободе, вследствие чего увеличивается мо-
мент инерции I относительно оси вращения. Гироскоп, приведенный в быстрое
вращение, обнаруживает весьма интересные свойства, которые используются
в аэронавигационных приборах. На рис. 269 представлен общий вид гироскопа.
Тело вращения М вращается вокруг оси 00, которая связана с внутренним коль-
цом Kt, кольцо Ki может вращаться вокруг
оси XX' в наружном кольце /<2; само кольцо
А'2 может вращаться вокруг оси Y Y'; цапфы
оси YY' укреплены на жестком основании.
Если центр тяжести гироскопа находится на
пересечении осей XX' и YY', то такой гиро-
скоп называется астатическим. Если
центр тяжести лежит на некотором расстоя- 1
нии от точки пересечения осей XX' и YY',
то такой гироскоп называется гироско-
пическим маятником. Теория ги-
роскопа весьма сложна,
здесь динамику гироскопа
ном, схематическом виде.
Напомним некоторые теоремы кинема-
тики и динамики. Вращение тела отно-
сительно какой-либо оси может быть изображено вектором, направленным вдоль
оси вращения. Положительным направлением вектора выберем такое, при кото-
ром, если смотреть на вращающееся тело с конца вектора, вращение тела пред-
ставится происходящим против часовой стрелки. Во вращающемся теле рассма-
тривают так называемый вектор момента количества движения
Я = /ш,
равный произведению момента инерции тела относительно оси вращения на его
угловую скорость ~
дн
и мы рассмотрим
в весьма упрощен-
с
о
г.
Рис. 269
Рис. 270
<о. Вектор момента количества движения параллелен вектору
угловой скорости. В динамике доказы-
вается, что скорость изменения количества
движения равна моменту силы, действую-
щей на тело,
р
д/ ~ ’
ДН = р. А/.
(8,1)
Рис. 271
Пусть к оси вращающегося гироскопа в
направлении, перпендикулярном плоскости
чертежа, приложена сила, создающая неко-
торый момент, вектор которого лежит в
плоскости чертежа (рис. 270). Вектор мо-
движения изменит свое направление в пространстве и займет
мента количества д_____________ _______г .
положение Н2, повернувшись в плоскости чертежа на некоторый малый угол Да.
Из рисунка видно, что при малом Да
ДН = ЯДа=р. Af,
ИЛИ
ДН г* и До ____ г t
где я’ —угловая скорость вращения гироскопа вокруг оси YY'. Таким образом
если к оси вращения гироскопа приложена сила, создающая некоторый момент,
299
то гироскоп начнет поворачиваться с угловой скоростью а' или, как говорят,
прецессировать в плоскости, перпендикулярной направлению приложенной
силы. Если действие силы прекратится, то прекратится прецессионное вращение
гироскопа.
Применим наши рассуждения к волчку, который представляет собой частный
случай гироскопа, когда ось вращения подперта в какой-либо точке, а центр
тяжести лежит выше точки опоры (рис. 271). Обозначая массу вращающегося
тела через М, имеем, что на тело действует постоянный момент
P = Mg • sin у • /,
где I — расстояние от точки опоры до центра тяжести, и 7 — угол, образуемый
осью вращения волчка с вертикалью. Под действием момента Р ось гироскопа
повернется вокруг точки О на угол Да в направлении, перпендикулярном пло-
скости чертежа. Полагая Да бесконечно малым, получаем
Mg -sin7.1 = 1 (8,2)
Так как направление момента всегда остается перпендикулярным оси гиро-
скопа, то ясно, что ось гироскопа будет прецессировать, описывая круговой
конус с углом 2у. Определим период вращения. Пусть отрезок ОЕ, совпадающий
с осью вращения и проходящий через точку опоры, определяет величину век-
тора момента количества движения. В этом случае отрезок ЕЕг, при малом Да,
представляет приращение вектора 7® и в то же время путь, проходимый концом
вектора за промежуток времени М. Из чертежа видно, что
ЕЕг = I ♦ <о • Да = СЕ1Д,г),
но
CEr = 0Et • sin 7 = / • а> • sin 7
и
Да = Дт) • sin 7.
Подставляя в (8,2) значение Да, получаем
Mg sin 7 • I — 1<х> • sin 7 • ,
или
Дт1__ -__W
д/ " I <0 ’
где -д’ есть угловая скорость вращения оси волчка вокруг вертикальной оси.
Период оборота будет равен
т = 2;=2я.-Д-.
V Mg • /
Пусть мы имеем гироскоп, момент инерции которого равен
7 = 2452,
М=400,
® = 2я • п,
где п — число оборотов в 1 сек., равное 200 об./сек. и 1 = 1 мм = 0,1 см.
Подставляя численные значения, получаем
„ 4^-2452 - 200 Q 1О
400-981 -0,1 8 мин- 13 сек.
800
Таким образом ось волчка будет совершать полный оборот вокруг линии
вертикали за 8 мин. 13 сек.
Если центр тяжести помещен ниже точки опоры, то подобный волчок можно
назвать гироскопическим маятником с периодом колебания
2тс/<о
и возвращающим моментом Р1, который в нашем случае равен 40 г/см.
Подобный гироскопический маятник будет обладать большим восстанавли-
вающим моментом, чтобы иметь возможность преодолеть момент трения в под-
шипниках. Изготовить обычный маятник с таким периодом колебания, но не-
больших размеров и веса, представляется невозможным, так как он имел бы
весьма малый восстанавливающий момент, т. е. настолько большой угол за-
стоя, что фактически находился бы в безразличном равновесии.
Недостатком астатического гироскопа является то, что если его ось
вследствие каких-либо причин была отклонена относительно вертикали на угол
7, то этот наклон будет оставаться постоянным; по-
этому необходимо гироскоп снабдить специальным
коррекционным приспособлением, которое возвращало
бы отклоненный гироскоп в вертикальное положение.
Рассмотрим подробнее гировертикаль типа Сперри
с воздушномаятниковой коррекцией. На рис. 272 пред-
ставлен общий вид узла гировертикали. В корпусе 7
находится гироскоп, который при помощи стержней 2
соединен со стойкой 5. Корпус гироскопа установлен
в карданном подвесе. Вся система, состоящая из кор-
пуса гироскопа, стержня и стойки, представляет па-
раллелограмм; при повороте корпуса 7 на некоторый
угол на тот же угол поворачивается стойка 5. В верх-
ней части стойки в оправе жестко укреплена сетка
4 с двумя взаимно перпендикулярными штрихами;
пересечение штрихов определяет марку вертика-
ли. В нижней части стойки находится объектив 5,
укрепленный в трубе, которая является частью зри-
тельной трубы прицела. Стойка может вращаться отно-
сительно объектива. Центр вращения стойки совпадает с задней узловой точкой
объектива. Сетка расположена в фокальной плоскости объектива. Радиус кри-
визны сетки равен фокусному расстоянию объектива. При подобном соединении
стойки с гироскопом и соответствующей начальной юстировке линия, соединяю-
щая заднюю узловую точку объектива с центром перекрестия, будет параллельна
оси гироскопа, и если ось гироскопа вертикальна, то и линия, соединяющая
заднюю узловую точку объектива с центром перекрестия, также будет верти-
Рис. 272. Гировертикаль
типа Сперри
калька.
Вся система сбалансирована таким образом, чтобы она находилась в безраз-
личном положении, т. е. чтобы центр тяжести системы совпадал, по возможности,
с центром пересечения осей карданного подвеса.
В корпусе установлен электромотор, на якорь которого жестко насажена мас-
сивная бронзовая чаша. При включении тока якорь мотора вместе с чашей раз-
вивает большое число оборотов (16 000—20 000 об./мин.).
Для приведения оси гироскопа в вертикальное положение имеется специаль-
ное корректировочное приспособление, состоящее из 4 маятников, перекрываю-
щих отверстия в нижней части корпуса. При быстром вращении якоря воздух,
свободно поступающий через верхние отверстия в корпусе, отжимается вниз
(см. рис. 273, на котором стрелками показано движение воздуха) и нагнетается
в коррекционную камеру, представляющую собой полый цилиндр с 4 вертикаль-
ными щелевидными отверстиями. Последние расположены на концах двух взаимно
перпендикулярных диаметров поперечного сечения камеры. Над отверстиями
301
подвешены маятниковые заслонки. Противоположные заслонки сидят на одной
оси и имеют в нижней части против щелей вырезы, направленные в противопо-
ложные стороны. При вертикальном положении корпуса гироскопа маятнико-
вые заслонки перекрывают каждое отверстие на половину его ширины. Воздух,
нагнетаемый в нижнюю часть корпуса, выходит равными частями через все
4 отверстия. Так как при этом реактивные моменты, создаваемые струями, равны
по величине, но противоположны по знаку, то вертикальное положение не будет
нарушено. Если под действием каких-либо возникших на самолете ускорений
какая-либо пара спаренных маятников отклонится от вертикального положения,
то одно из отверстий сделается больше другого, вследствие чего реактивные мо-
менты уже не будут равны между собой, и под действием равнодействующего
момента гироскоп начнет прецессировать, т. е. поворачиваться вокруг той оси
карданного подвеса, которая параллельна оси вра-
щения отклоненной пары маятников. Направление
Рис. 273. Коррекционная ка-
мера гировертикали Сперри
вращения гироскопа совпадает с направлением пово-
рота заслонок. Прецессионное
вращение гироскопа прекра-
тится, когда сравняются реак-
тивные моменты, что произой-
дет, когда ось гироскопа ста-
нет параллельной маятникам.
Угловая скорость враще-
ния гироскопа зависит в не-
которых пределах от угла
поворота маятников; при ма-
лом угле отклонения маятни-
ков скорость прецессии мала,
по мере увеличения угла
отклонения скорость прецес-
сии увеличивается; после не-
которого определенного угла
отклонения скорость прецес-
сии остается постоянной.
При прямолинейном по-
лете, вследствие возникнове-
ния ускорений, маятниковые
заслонки колеблются около
некоторого среднего напра-
вления истинной вертикали.
Ось гироскопа стремится сле-
довать за этими колебаниями,
Рис. 274
но вследствие малости углов отклонения и малой продолжительности этих отклоне-
ний ось гироскопа не успевает следовать за маятниковыми заслонками, а колеблется
около некоторого среднего направления на значительно меньшие углы, около
5—10'. В этом запаздывании гироскопа относительно маятников заключается
основное преимущество гировертикали — ее остойчивость. При виражах, когда
возникают достаточно длительные ускорения, ось гироскопа успевает откло-
ниться на некоторый угол. После окончания виража, когда заслонки уже успели
прийти в вертикальное положение, ось гироскопа будет находиться еще в откло-
ненном положении и медленно возвращаться к вертикальному. Поэтому при
виражах гировертикаль необходимо арретировать и освобождать ее лишь при
выходе на прямолинейный курс.
Так как с увеличением высоты плотность воздуха уменьшается, то вследствие
этого уменьшается реактивный момент, что ведет к уменьшению угловой скорости
прецессии; это обстоятельство приводит к увеличению угла застоя.
В некоторых аэронавигационных визирах применяют гироскопические маят-
ники, т. е. гироскопы, у которых центр тяжести смещен ниже плоскости кардан-
302
ного подвеса. Период колебания маятника выбирается порядка нескольких
минут (3—5'). При отклонении подобного маятника от вертикали он возвращается
к вертикальному направлению, описывая спиральные конусы.
В настоящее время в основном применяются гиромоторы трехфазного токаг
питаемые специальным преобразователем, который, в свою очередь, питается от
самолетной сети.
Мы рассмотрели различные схемы стабилизации визирной линии, при
которой при колебаниях прицела визирная марка не смещается относи-
тельно визируемого объекта, но смещается относительно диафрагмы поля
зрения. Кроме стабилизации визирной линии существует стабилизация
поля зрения. При подобной стабилизации при колебании прицела изобра-
жение визируемого объекта не смещается ни относительно визирной марки, ни
относительно диафрагмы поля зрения. Имеется ряд
различных схем стабилизации поля зрения. Про-
стейшей является схема, предложенная в свое время
Люжолем (рис. 274). Объектив представляет собою
сферический маятник, центр вращения которого
совпадает с фокусом объектива. Из схемы видно,
что при вращении прицела изображение объекта
не будет смещаться относительно жестко укреплен-
ной крестовины сетки и что при наклоне прицела
оптическая ось объектива делается непараллельной
оптической оси остальной части системы, вслед-
ствие чего она должна иметь апертурные углы боль-
шие, чем для трубы с неподвижным объективом.
Далее мы видим, что при повороте прицела
происходит смещение выходного зрачка. Если /'—
фокусное расстояние объектива, а — предельный
угол поворота объектива, то смещение зрачка вы-
хода в одну сторону от оптической оси равно
где Г — увеличение.
Если взять данные прицела ОПБ-1, то, полагая
Г = 1,3х, /' — 62 мм, а = 15°, имеем
. 62 • 0,25 . _
А = j-j— — 12 мм.
Полагая диаметр зрачка выхода d — 7 мм,
имеем, что полные пределы перемещения зрачка
выхода равны
(Г = 31 мм.
| Оёор.сиьг, ,
9
«К22221222
Нолл.
Стайилизс*
узел
т-» Объект^
Рис. 275
Таким образом система, имеющая действующий зрачок выхода 7 мм, должна
быть рассчитана на зрачок выхода примерно 40 мм.
На рис. 275 представлена схема стабилизации, предложенная В. Н. Чурилов-
ским и М. А. Резуновым. В обычную схему оптики прицела внесен дополнитель-
ный стабилизационный узел, расположенный между коллективом и первой
линзой оборачивающей системы. Узел состоит из двух одинаковых плосковог-
нутых и двух плоско-выпуклых линз, симметрично расположенных относительно
некоторой точки С. Плоско-вогнутые линзы жестко связаны с остальной оптикой
прицела. Обе плоско-выпуклые линзы жестко связаны между собой и предста-
вляют сферический маятник с центром вращения в точке С. Из схемы видно,
что при любом положении прицела стабилизационный узел в целом представляет
плоскопараллельную пластинку, а каждая половина узла, состоящая из плоско-
выпуклой и плоско-вогнутой линз,—стеклянный клин с переменным углом от-
клонения; углы отклонения обоих клиньев равны между собой и направлены
в противоположные стороны. При наклоне прицела относительно вертикали на
303
угол а каждая половина стабилизационного узла образует стеклянный клин
<см. рис. 276) с преломляющим углом, равным а, и углом отклонения а (л — 1).
Подобная система из двух клиньев смещает изображение; величина смещения
зависит от величины преломляющего угла а клиньев и расстояния между ними.
Для соблюдения стабилизации необходимо, чтобы смещение изображения было
равно
/=/•«. (8,3)
Из рис. 276 видно, что величина смещения, вызванная поворотом
внутренней части стабилизирующего узла на угол а, равна
y" = d' а • (л— 1),
(8,4)
тде d — промежуток между клиньями, л — показатель преломления. Приравни-
вая (8,3) и (8, 4), получаем следующую зависимость между d и /
Полагая л= 1,5, получаем
Рис. 276
d ~ 0^5 ~ 2/*
Недостатком схемы является введение в систему
восьми дополнительных поверхностей, что умень-
шает пропускание оптики прицела.
При больших углах отклонения а возникают
значительные аберрации, вследствие этого предель-
ный угол а пр. действия подобной системы
около zt 4,5°.
Мы рассмотрели ряд различных вертикалей; есте-
ственно.возникает вопрос, какой же тип вертикали
наиболее желательно устанавливать в прицелах.
Наибольшей остойчивостью обладает гироскопиче-
ская вертикаль, но она сложна в изготовлении и
требует бережного и внимательного отношения.
Маятниковые и в особенности пузырьковые
вертикали значительно менее остойчивы, но они
проще, дешевле в изготовлении и поэтому полу-
чили значительное распространение.
Рассмотрим влияние типа вертикали на точность
бомбометания. Так как в маятниковой и пузырько-
вой вертикалях осуществлен принцип маятника
с малым периодом колебания, то здесь мы рассмотрим лишь два типа верти-
кали — маятниковую и гироскопическую.
Определим ошибку относа бомбы, вызванную тем, что направление, указы-
ваемое маркой вертикали, не совпадает с направлением истинной вертикали.
Пусть ?0 (рис. 277) — угол прицеливания, установленный в прицеле, отсчи-
тываемый от вертикали.
Если бы не было ошибки вертикали, то бомба была бы сброшена в точке С
и относ бомбы был бы равен
А = ОЦ.
Если ошибка вертикали Дер, то в момент совмещения линии визирования
с целью луч визирования будет образовывать с вертикалью угол (<р + Д<р),
а самолет будет находиться в точке С', откуда штурман сбросит бомбу.
304
Так как траектория бомбы не изменится, то ясно, что ошибка относа будет
равна
ДА = ДС = СС*.
Из чертежа видно, что
ЛА = Н.(8.5)
Из формулы видно, что ошибка относа А увеличивается с возрастанием вы-
соты и увеличением угла прицеливания.
Рассмотрим влияние ошибки вертикали на точность прицеливания в случае
автоматических прицелов, в частности в прицеле ОПБ-2.
Как было указано выше, § 7, формула (7,3), уравнение движения визирного
луча в прицеле ОПБ-2 при у = 0 имеет вид
(8,6)
где L — расстояние от следа визирного луча до
v — скорость гайки по винту, t — текущее
время. Если отсчет времени вести от
момента первого совпадения цели с линией
визирования, то уравнение (8, 6) принимает
вид
следа вертикали, с — база
(8,6')
где Т — время падения бомбы.
Уравнение движения цели имеет вид
L, —Lo — wt,
(8,7)
где D п и
= (8,6") Рис. 277
Вторичное совпадение цели с лучом визирования произойдет
х, определяемый уравнением
Нс _____ Нс
V • (Т -h т) V • Т U
Из (8,8) получаем
Н с
Х =------~ — 1 .
w • v • Т
в момент
(8,8)
Скорость движения визирного луча равна
dL Нс 1
dt v ’ (Т + tf *
(8,9)
_ Нс
L~v^T+t)f
V ♦ / *
В момент второго совпадения скорость движения визирного луча будет равна
dL w2- v. Тг wT
ИГ Нс T-f-x ’
(8,9')
тогда как скорость цели будет равна чю.
Поэтому относительная скорость цели и визирного луча равна
Угловая скорость относительного движения цели и визирного луча будет
равна й<о cos2o0 wz ,Q ...
dt = —fr-T+^ (8-и>
20 Оптика в военном деле—215,
305
Пусть за время между первым и вторым совпадениями марка вертикали откло-
нилась от положения вертикали, или от начального положения, на некоторый
угол Дф.
Тогда можно полагать приблизительно, что второе совпадение наступит
позже или раньше рассчитанного времени на промежуток
А А dw Т 4- т
Дт = Дй : г=——
‘ dt w • т
COS2 Фо
(8,12)
. • н
C0S2©« ’
За время Дт самолет пролетит путь
ЛА — w • Дт = T-i
т
который равен ошибке в относе бомбы.
Таким образом изменение положения марки вертикали вносит дополнитель-
ную ошибку в относе бомбы, тем большую, чем больше отношение т. е.
чем меньше время, затрачиваемое на определение прицельных данных по отно-
шению к времени падения. Аналогичный вывод мы можем сделать и для других
автоматических прицелов, решающих прицельные данные на боевом пути, как,
например, синхронные, временные, базисные.
Для всех видов автоматических прицелов изменение положения вертикали
за время определения прицельных данных приводит к неправильному опреде-
лению путевой скорости и, как следствие, к неправильному определению угла
прицеливания. В прицелах векторного типа изменение положения вертикали (Д<0
на точность прицеливания влияния не оказывает, так как путевая скорость опре-
деляется на основании заранее измеренных данных.
Поэтому автоматические прицелы требуют применения более устойчивой
вертикали, чем векторные прицелы.
Чем меньше время т, необходимое для определения прицельных данных,
и чем больше время падения Т, тем устойчивее должна быть вертикаль. Поэтому
в автоматических прицелах целесообразно применять гироскопическую верти-
каль, тогда как для векторных прицелов при бомбометании со средних высот
можно применять маятниковую или пузырьковую вертикаль.
§ 9. Учет бокового смещения бомбы
Выше указывалось, что при бомбометании вне плоскости ветра самолет
должен пройти не над целью, а имея ее несколько сбоку, на величину смещения
бомбы ЦЕ' (рис. 239). Угол ц между плоскостью боевого пути АА' СС и пло-
скостью ADLfE бомбометания называется углом смещения бомбы и
определяется равенством
tgu = tgy • sin а.
В некоторых прицелах (например ОПБ-1) поправку на боковое смещение
бомбы штурман оценивает на-глаз, т. е. прицеливание ведет не по точке цели,
а по точке, несколько смещенной в сторону.В других прицелах вводится поправка
на боковое смещение бомбы. Основная схема ввода поправки такова, что пло-
скость визирования тем или иным способом наклоняется на угол у,; штурман,
наблюдая в прицел, при правильной боковой наводке видит цель, перемещающуюся
по курсовой черте, т. е. лежащей в плоскости боевого пути, в то время как в
действительности цель находится сбоку, перемещаясь по линии разрывов.
Есть ряд схем (способов) наклона плоскости визирования, а именно:
1) путем смещения объектива (прицелы ОПБ-2, Герц-Бойкова, ЛОТФЭ-б),
2) путем смещения марки вертикали (ЛОТФЭ-7),
3) путем смещения марки вертикали и наклоном всего прицела (некоторые
опытные образцы),
4) наклоном визирной призмы.
зов
1) Первую схему рассмотрим на примере прицела ОПБ-2.
На неподвижном основании (рис. 278), укреплены две параллельные друг другу направ-
ляющие 2, параллельные курсовой черте прицела. В направляющих скользит ползун 5,
несущий наружное кольцо 4. В наружном кольце вращается внутреннее кольцо со штифтом
6, который с помощью специального поводка связан с наружной трубой прицела. Внутреннее
кольцо имеет две направляющие 7, между которыми заключена оправа объектива 5; последняя
имеет ползуны 9, которые скользят в направляющих
70, укрепленных на основании 7. Направляющие
10 перпендикулярны направляющим 2. Наружное
кольцо 4 посредством винта 7 7 перемещается на
отрезок /.tg? в направлении, указанном стрелка-
ми, при этом движении центр колец 4 и 5 сме-
щается относительно объектива 9, но сам объектив
остается неподвижным относительно основания 7. При
развороте прицела на угол сноса внутренняя труба
поворачивается относительно неподвижной наружной
трубы. При этом повороте кольца 4 и 5 поворачиваются
одно относительно другого, вследствие чего объектив
сместится вдоль направляющих 10 в сторону поворота
основания 7.
2) В прицеле ЛОТФЭ-7 наклон плоскости ви-
зирования осуществляется путем смещения про-
дольной нити маятника.
Необходимая величина смещения вводится
при помощи коноида. При вращении прицела
на угол сноса а происходит смещение коноида
вдоль оси вращения. Величина смещения определяется масштабом прибора и
пропорциональна sin а. При вращении йижнего барашка угла отставания
происходит поворот коноида вокруг его вертикальной оси, чем вводится в ме-
ханизм узла величина, пропорциональная / • tgy. В результате этих двух пе-
ремещений качающийся рычаг, касающийся поверхности коноида, пово-
рачивается и перемещает
продольную нить маятника на величину,
пропорциональную /tgy . sin а.
Как в первом, так и во втором способах
наклона плоскости визирования имеет место
ошибка гиперболы, т. е. при изменении
угла визирования изображение марки верти-
кали описывает по горизонту цели гипербо-
лу.
3) В одном из опытных образцов в поле зре-
Рпс. 279
дольной нитью маятника,
ка гиперболы.
ния прицела помещена курсовая черта, след
которой по горизонту цели определяет след
плоскости визирования. Кроме курсовой черты, в
поле зрения прицела видны нити маятника; при
наклоне плоскости визирования продольная нить
маятника смещается в направлении, перпендику-
лярном плоскости визирования на величину
/fgy sin а, при этом штурман наклоняет прицел
так, чтобы курсовая черта совместилась с про-
При соблюдении этих условий исключается ошиб*
4) Наклон плоскости визирования путем наклона визирной призмы осуще-
ствлен в синхронных прицелах Сперри (рис. 279).
Визирная призма 1 поворачивается вокруг оси на угол при этом происхо-
дит наклон плоскости визирования. При этом способе наклона плоскости визиро-
вания не возникает ошибки гиперболы, т. е. изображение марки вертикали при
изменении угла визирования перемещается по горизонту цели по прямой А А',
но возникает поворот изображения, т. е. изображение продольной нити марки
вертикали образует с линией АА' некоторый угол и.
307
При угле визирования <? = 0 угол определяется равенством
& r COS Р-
Поворот визирной призмы осуществляется при помощи так называемого
синусного механизма. На рис. 280 представлена принципиальная кинематиче-
ская схема этого узла. Механизм связан с корпусом прицела, вращающимся
на неподвижном относительно самолета основании. При вращении маховичка
сноса происходит поворот прицела на угол а и через систему передач на тот же
угол происходит поворот рамки 6, несущей ходовой винт. По ходовому винту
перемещается гайка, палец которой входит в вертикальную прорезь ползуна 8,
который скользит в неподвижных направляющих; перемещение гайки по винту
осуществляется через систему передач от шестерни ~
Ползун
i'Oakd
McNcoftuk сноса
Подшипник
-п
Визирная призма
Рис. 280
рамка
12. Ось вращения шестерен
10 и 77 совпадает с осью
подшипника рамки 6. Пол-
зун 8 несет на своем кон-
це палец 75, входящий
в вилку тяги. Нижний ко-
нец тяги представляет ци-
линдрическую оправу, не-
сущую визирную призму;
оправа призмы вращается
вокруг оси, перпендику-
лярной плоскости чертежа.
При перемещении гайки
по винту на величину
h tgy (где h — постоянная,
определяемая масштабом
прибора), вводимую с по-
мощью шестерни 72, па-
лец, скользя в вертикаль-
ной прорези ползуна 8
при наклоне рамки 6 на
угол сноса, сдвинет пол-
зун в неподвижных нап-
равляющих на величину
h ZgT sina. Ползун через
палец 13 повернет тягу
относительно вертикального положения на угол
i /ztgYSina .
Ц-------= tg Y Sina
Таким образом механизм точно решает зависимость, определяющую теоре-
тическое значение угла наклона плоскости визирования, но так как в механизм
через шестерню 12 вводится приближенное значение угла отставания, то в ре-
зультате вырабатывается угол наклона плоскости визирования, отличный от
теоретического. Максимальная ошибка будет около 7'.
§10. Амортизация прицелов
При работе винтомоторной группы самолет и находящиеся в нем приборы
испытывают вибрацию, т. е. колебание со сравнительно большой частотой и
малой амплитудой. Частоты вибрации v = изменяются в широких пределах
от 1200 колебаний в минуту (v = 20 гц) до 12000 колебаний в минуту (v = 200 гц),
Рабочий диапазон частот можно считать лежащим в пределах 15 — 60гц.
Основная частота колебания в большинстве случаев равна числу оборотов
308
вала мотора и вызывается неуравновешенностью вращающихся частей
мотора.
Амплитуда вибрации изменяется в среднем от 1,0 до 0,1 мм и зависит от типа
самолета, от условий амортизации мотора на подмоторной раме, от уравновешен-
ности вращающихся масс мотора, от места и способа подвески приборов. Так
как вибрации самолета вредно действуют на механизмы приборов (в частности
прицелов), то последние для уменьшения амплитуды вынужденных колебаний
подвешиваются или устанавливаются на специальных амортизирующих под-
ставках или подвесах, которые осуществляются путем установки пружин или
резиновых прокладок между подвешиваемым прибором и вибрирующим основа-
нием (рис. 281). (Недостатком резины является то, что она твердеет при
низких температурах.) Неизбежные трения в связях
во многих случаях обеспечивают достаточное затухание
колебаний.
Качество амортизирующего подвеса определяется отно<
шением
К =^, (10,1)
где а' — амплитуда вынужденного колебания амортизирован-
ного прибора, а — амплитуда вынужденного колебания виб-
рирующего основания; чем меньше К, тем лучше амортизирующие свойства
подвеса. В механике доказывается, что если пренебречь затуханием подвеса,
то величина К определяется уравнением
(Ю,2)
Амортизируемый
пpubop
Пружина
Ыюирующее основание
Рис. 281 •
где То и Т — соответственно периоды свободных колебаний подвеса и вынужден-
ных Колебаний вибрирующего основания и v, — соответствующие им частоты
колебаний. Под собственным периодом колебания понимают тот период, с кото-
рым колеблется система, выведенная из положения равновесия и предоставленная
самой себе.
Из формулы видно, что при резонансе, т. е. когда период свободных колеба-
ний (То) подвеса равен периоду вынужденных колебаний (Т) вибрирующего
основания, К = оо, т. е. амплитуда
амортизированного прибора станет
равна бесконечности; таким образом,
амортизатор не уменьшит амплитуду
колебаний, а, наоборот, увеличит. В
действительности, вследствие неизбеж-
ных сопротивлений в системе, коэффи-
циент К при Т = То будет иметь не-
которое конечное значение, но больше
единицы. На рис. 282 представлен
график значений К для одного из
амортизаторов, употребляющихся для
установкиприборов, на самолете, взависимости отчастотывынужденныхколебаний.
Из рисунка видно, что при v = 6 гц К=2, таким образом, при v=6 гц ампли-
туда вынужденных колебаний подвешенного прибора будет в 2 раза больше ампли-
туды вибрирующего основания. Как указывалось выше, рабочий диапазон частот
лежит в пределах 15 — 60 гц; из чертежа видно, что для этих частот коэф-
фициент амортизации лежит в пределах 0,7—0,1.
Таким образом амортизатор необходимо подбирать так, чтобы период сво-
бодных колебаний прибора, подвешенного на амортизирующем подвесе, был
значительно больше периода вынужденных колебаний. В условиях самолета
амортизаторы с частотой свободных колебаний около 8 гц могут считаться удо-
309
влетворительными. При дальнейшем уменьшении частоты свободных колебаний
подвешенная система делается чересчур мягка и эластична, что имеет свои неудоб-
ства, так как при случайных толчках амплитуда свободных колебаний может
быть велика. Прицел ЛОТФЭ-7, установленный на трехпружинных амортизато-
рах, имеет частоту свободных колебаний около 8 гц.
На разрешающую способность оптических приборов влияют не линейные
вибрации прибора, а так называемые угловые, или вращательные, колебания.
Под линейными колебаниями мы понимаем такие, при которых прибор, в част-
ности оптическая ось прицела, перемещается
параллельно самому себе. Так как амплитуда
линейных вибраций чрезвычайно мала сравни-
тельно с расстоянием до рассматриваемого
предмета, то ясно, что линейная вибрация не
будет влиять на разрешающую способность.
При угловых вибрациях прицел и, в частности,
его оптическая ось совершают периодические
вращательные движения около некоторого
среднего направления, вследствие чего изобра-
будет перемещаться в поле зрения трубы относи-
Рис. 283
жение наблюдаемого объекта
тельно некоторого среднего положения.
Пусть, например, зрительная труба (рис. 283) колеблется с угловой ампли-
тудой а, увеличение трубы — Г. В этом случае пучок лучей, выходящий из
зрительной^ трубы, будет поворачиваться относительно оптической оси
~ " то отно-
угловой
на угол аГ. Если оптическая ось глаза наблюдателя неподвижна,
сительно нее выходящий пучок будет совершать колебание с
амплитудой
а' = а (Г— 1).
(Ю,3)
Таким образом при рассматривании удаленного источника света наблюда-
тель увидит не точку, а размытое изображение полоски шириной а (Г—1). Из
формулы (10,3) видно, что чем больше Г, тем больше вели- __
чина а'. Поэтому для того чтобы использовать разре-
шающую способность зрительной трубы, необходимо / х
уменьшить амплитуду угловых вибраций а, что можно
сделать путем правильного распределения масс отно-
сительно места крепления прицела. Пусть мы имеем
зрительную трубу (рис. 284), подвешенную на оси, перпен- I Г~Т
дикулярной плоскости чертежа, вокруг которой она мо- ’о
жет свободно поворачиваться; пусть центр тяжести трубы i
С будет находиться ниже точки подвеса; в этом случае, [
при линейных колебаниях подставки /7, на которой с
укреплена ось О, возникнут угловые вибрации зрительной
трубы, т. е. она будет совершать вращательное колебание
вокруг оси О. Это произойдет потому, что центр тяжести С I
по закону инерции будет стремиться остаться неподвижным. \ \
Амплитуда угловых вибраций а0 связана с амплитудой ли- \_/
нейных вибраций а уравнением Рис. 284
% 1\С1 * ~j~2 ^2 >
где К — коэффициент пропорциональности, То и Т — соответственно периоды
свободных и вынужденных колебаний. Из формулы видно, что а0будет
равна нулю, когда расстояние / от центра тяжести до оси вращения
будет равно нулю. В этом случае зрительная труба при вибрации подставки
будет перемещаться параллельно самой себе, т. е. совершать линейные
вибрации, которые не ухудшают качества изображения. Так как линейные
вибрации вредно влияют на механизм прицела, то сама подставка должна
быть амортизирована для уменьшения амплитуды линейных вибраций.
зю
Как указывалось в § 7, прицел ОПБ-2 устанавливается в амортизирующей
пяте при помощи карданного подвеса. Центр тяжести прицела лежит выше и
несколько сбоку относительно точки пересечения осей карданного подвеса. При
этом креплении линейные вибрации в горизонтальной плоскости основания
пяты вызывают вращательные колебания прицела вокруг его оптической
оси.
При малом увеличении зрительной трубы вращательные вибрации незна-
чительно ухудшают различительную способность, но при большом увеличении
их влияние сказывается заметно.
Поэтому необходимо при конструировании прицела, по возможности, так
распределить отдельные его массы, чтобы равнодействующая реакция точек
крепления тела прицела к подвесу совпадала с центром тяжести прицела.
§11. Бомбометание с пикирования
В последние годы, в особенности с началом германской агрессии в 1939 г..
получило широкое применение бомбометание с
бомбометания этого вида является наличие в
момент сбрасывания некоторого угла пики-
рования X. Это — угол между плоскостью
горизонта и траекторией самолета, вдоль ко-
торой направлена воздушная скорость. В даль-
нейшем будем предполагать, что направление
воздушной скорости параллельно продольной
оси самолета.
Для выполнения бомбометания с пикирования
необходимо выполнить следующий маневр: само-
лет подходит к точке В (рис. 285), с которой
начинается вход в пикирование. Этот процесс
происходит по некоторой криволинейной траек-
тории до точки С; начиная с этой точки, траекто-
рия пикирующего самолета может быть принята
за прямую. В точке D самолет сбрасывает
вой выходит из пикирования. Для расчета
пикирования. Особенностью
бомбу и по некоторой кри-
бомбометания с пикирования
необходимо знать потерю высоты при выполнении различных элементов полета,
V км/час.
Рис. 286
скорость самолета v на отдельных
участках траектории, горизонталь-
ные проекции траекторий входа
и пикирования. Эти величины мо-
гут быть получены при испыта-
нии самолета в воздухе. Для
этой цели при определенных
условиях (начальная высота, угол
пикирования, величина пере-
грузки при выходе из пикиро-
вания) выполняют несколько поле-
тов на самолетах данного типа и
при этом производят непрерывную
регистрацию показаний высото-
мера, указателя скорости, указа-
теля угла пикирования и акселе-
рометра. На основании этих пока-
заний строят график траекторий
самолета к плоскости горизонта для любого момента от начала входа
в пикирование до конца маневра.
На рис. 286 приведен примерный график, полученный при подобных
испытаниях. По оси абсцисс нанесено время в секундах, отсчитываемое
311
от начала маневра, по оси ординат — скорости v, высоты /7, углы наклона
а и проекции горизонтального перемещения. Из графика видно, что
область пикирования, соответствующая прямолинейной траектории под по-
стоянным углом 85° к горизонту, получается через 10 сек. после входа в пики-
рование. Выход из пикирования начинается на 15-й секунде, когда начинает
уменьшаться угол X.
На основании подобных графиков и баллистических таблиц производится
расчет бомбометания при пикировании.
Рассмотрим схему прицеливания при отсутствии ветра. Пусть BD
(рис. 287) прямолинейный участок траектории; в точке D самолет сбросил бомбу;
продолжим направление BD до пересечения с горизонтом цели в точке С. Если бы на
сброшенную бомбу не действовала сила тяжести и сопротивление воздуха, то
бомба упала бы в точке С. В действительности бомба после отрыва от самолета
полетит по некоторой кривой DL( и упадет в точке цели Ц. Отрезок ЦС назы-
вается линейным упреждением бомбы по дальности (обо-
значается Ч7). Угол CDU = бд,—угол упреждения по дальности. Отрезок ЕЦ,
Рис. 288
В
равный расстоянию от точки цели до проекции точки сбрасывания, как и в
случае бомбометания с горизонтального полета, называется относом бомбы Д.
В баллистических таблицах для каждого угла пикирования, высоты сбрасы-
вания и скорости v даются значения относа А и времени падения; по этим дан-
ным легко рассчитать угол упреждения.
Из рисунка имеем
7/C = T = //.ctgX — А
^д = 90° —X —
где
tg?==4/H.
Пусть, например,
Х = 70°; 6 = 20,5 сек.; /7 = 2000 м; ^сбрасыв. = 140 м/сек.
Определим угол упреждения. Из баллистических таблиц имеем
Л = 508 м; 7=11,5 сек.; t« = = ^ =0,254; о=14°15'.
фд = 90°-(70°+ 14Ч5')=5°45'; Т = 220 м.
Рассмотрим бомбометание в плоскости ветра. Пусть (рис. 288) в точке D самолет
сбросил бомбу; при отсутствии ветра она \пала бы в точке К, но за время паде-
ния ее снесет на отрезок п7\ где и— скорость ветра, и она упадет в точке Ц.
312
Поэтому относ бомбы будет равен Аг= А + иТ, соответственно линейное
упреждение = Т — иТ. Угол прицеливания определяется уравнением
угол упреждения <рд = 90° — л — Пусть при тех же прочих условиях, как
и для 1-го примера: ^=10 м/сек. В этом случае имеем
д1 = 508-4- 10- 11,5 = 623; ?1=17°18',
41д = 9О° —70°—17°18' = 2О42'; 4^ = 105 м.
Рассмотрим условия прицеливания при боковом ветре; сперва будем,
полагать, что направление ветра перпендикулярно линии пикирования. Пусть
в точке D самолет сбросил бомбу (рис. 289). За время падения Т бомба будет
снесена в направлении, перпендикулярном линии курса, на отрезок С\Ц = иТ.
Угловая величина отрезка СХЦ равна
, иТ
= cos ср.
При углах пикирования, больших 60°, cos ? можно с достаточной степенью*
точности приравнять единице. В этом случае получаем для бокового угла упре-
ждений
Если курсовой угол ветра £ не равен 90°, то его можно разложить на две
составляющие: параллельную и перпендикулярную курсу. В этом случае углы
упреждения будут
, иТ sine
фд==90°-Х-?1,
, А + иТ COS г
------•
Для бомбометания с пикирования употре-
бляют коллиматорные прицелы, подобные тем,
которые приме гаются при стрельбе из неподвиж-
ного оружия. (См. выше рис. 241.)
При повороте зеркала вокруг оси изображе-
ние крестовины перемещается по азимуту. Пе-
ред бомбометанием штурман заранее определяет
вектор ветра и задается линией боевого пути, по этим данным рассчитывает боевой
курс и соответствующие ему углы упреждения '{-б и фд. Затем,поворачивая зеркало,
устанавливает его таким образом, чтобы луч визирования образовывал с про-
дольной осью самолета соответственно углы е}б и <рд. Для установки этих углов-
прицел имеет соответствующие лимбы и барабаны с делениями. У некото-
рых прицелов зеркало поворачивает луч только вокруг одной оси О. Боковые
углы упреждения в этом случае определяют по угломерной сетке.
Пилот должен на прямолинейном участке траектории направить самолет
таким образом, чтобы изображение цели находилось на изображении крестовины
сетки или несколько сбоку (для прицелов, у которых зеркало поворачивается
только вокруг одной оси), при достижении заданной гысоты сбрасывается
бомба.
Нами здесь не рассматривался вопрос об определении и расчете точки входа
в пикирование, так как он не имеет непосредственного отношения к прицелам,
пикирования.
313;
§ 12. Тренировочная и контрольная аппаратура
Как было указано, для успеха бомбометания необходима тщательная
подготовка экипажа как в воздухе, так и на земле на специальной тренировочной
Рис. 290. Схема работы батчлсра
аппаратуре.
Здесь мы рассмотрим два образца
наземной тренировочной аппаратуры.
1. Батчлер (рис. 290).
Схема аппарата следующая: на
некоторой постоянной высоте h над
движущимся полотном установлена
кабина, в которой находится трени-
рующийся штурман с прицелом. Ка-
бина может поворачиваться вокруг
вертикальной оси. Полотно приво-
дится в движение мотором, вращаю-
щим катки, скорость движения по-
лотна wn может в известных преде-
лах изменяться. Подобная схема ими-
тирует полет самолета на некоторой
высоте Н и при путевой скорости w,
направленной вдоль движения по-
полотну опреде-
лотна. Задаваясь w и Н, мы должны при данном h сообщить
ленную скорость wn, равную
к w
= fl. -н-.
Пусть,
тогда
/? = 2м, w = 150 м/сек., /7 = 6000 м,
^ = 6000- = o см/сек-
Под полотном расположена лампочка, которая связана с временным механиз-
мом; на нем устанавливается время паде-
ния бомбы Т. В кабине штурмана имеется
бомбосбрасыватель. При нажатии кноп-
ки бомбосбрасывателя пускается в ход
Рис. 291
Рис. 292
временной механизм, который через время Т включает электролампочку под по-
лотном, указывающую то место, где должна находиться в этот момент цель при
правильном прицеливании. Лампочка смонтирована на специальной каретке, кото-
рая перемещается вдоль движения полотна и устанавливается на расстоянии
314
(линейное отставание бомбы в масштабе прибора), от следа вертикали, опущен-
ной из центра пяты прицела. Кроме того, каретка связана тросом с кабиной.
При повороте кабины на угол сноса а лампочка перемещается в направлении,
перпендикулярном движению полотна, на отрезок d'n = Ап sin а, равный в масшта-
бе прибора смещению бомбы. На рис. 291 представлен общий вид тренажера
для одновременной работы 4 человек.
2. Тренажер Виккерса.
Так как в батчлере полотно движется в одном направлении с постоянной
скоростью, то при помощи его производится лишь тренировка прицеливания по
дальности.
Тренажер Виккерса позволяет производить как боковое прицеливание, так
и прицеливание по дальности; он состоит (рис. 292) из проекционного аппарата,
расположенного над горизонтальным экраном, на котором проектируется диа-
позитив с изображением на нем местности. На некоторой высоте над экраном
расположен помост, на котором находятся штурман с прицелом и пилот (на
рисунке штурман представлен лежащим). Пилот по указанию штурмана управ-
ляет педалями, регулирующими движение диапозитива, и таким образом как бы
управляет «самолетом».
Диапозитив в проекционном аппарате при помощи
может поворачиваться вокруг некоторой неподвижной
которой на экране совпадет со следом вертикали, опу-
щенной с помоста, играющего роль самолета. При
нажиме пилотом педалей происходит поворот диапо-
зитива, и изображение местности поворачивается, т. е.
наблюдается -картина, подобная той, которая имеет
место при действительном развороте самолета. Диа-
позитив в особой каретке может перемещаться по двум
взаимно перпендикулярным направляющим хх' и уу'
(рис. 293); при повороте диапозитива одновременно
поворачиваются обе направляющие. jr
Воздушная скорость vn в масштабе прибора всегда
имеет одно направление. Специальным механизмом
воздушная скорость -ип разлагается по осям уу' и хх
(рис. 293) на две составляющих: vx = -ип sin ф и
vy — -ип cos ф, где ф — угол между направлением воз-
душной скорости -ип и изображением на экране на-
правляющей уу'. К этим составляющим приба-
реверсивного мотора
точки, изображение
вляются автоматически заранее установленные постоянные слагаемые скоро-
сти ветра а
Hv = nnsin В,
uy = un cos В.
Таким образом диапозитив в направляющих уу' и хх' перемещается со ско-
ростями, равными проекции путевой скорости
<шхп = «ип sin + nnsin S
<Шуп = COS COS О.
Движение диапозитива по направляющим производится мотором, вращаю-
щимся с числом оборотов, пропорциональным -ип. Тренажер имеет временной
механизм, связанный с бомбосбрасывателем. На временном механизме устанав-
ливается время падения бомбы Т. При нажиме кнопки бомбосбрасывателем вклю-
чается временной механизм, который выключает через время Т мотор, переме-
щающий каретку, и одновременно включает лампу, помещенную в точке отста-
вания бомбы. По отклонению цели от лампочки судят о правильности прице-
ливания.
315
Для контроля бомбометания и тренировки в летных усло-
виях (фотобомбометания) применяются специальные аэрофотоаппараты.
Имеются различные виды подобной аппаратуры: фотокамеры, монтированные
вместе с прицелом, — фотобомбардиры, или отдельные фотоаппараты. При фото-
бомбометании сбрасывание бомб не производится, а оно заменяется фотографи-
рованием местности в момент условного сбрасывания и через Т секунд — в мо-
мент условного падения бомбы. Если за время условного падения бомбы самолет
летел с тем же курсом и с той же скоростью и высотой, что на боевом курсе, то
на основании обоих снимков можно рассчитать высоту полета, путевую скорость,
угол сноса и другие прицельные параметры.
На рис. 294 представлен общий вид подобной камеры фирмы Цейсс — «лот-
камера».
Подобной камерой можно проконтролировать результаты фактического бомбо-
метания в полигонных условиях, производя второй снимок в момент разрыва
бомбы. В боевых условиях мало
вероятно, чтобы пилот после сбра-
сывания бомбы продолжал в тече-
ние времени падения бомбы лететь
на том же курсе, на той же высо-
те и с той же скоростью; более
вероятно предположить, что для
уменьшения вероятности сбития
после сбрасывания бомбы пилот
резко изменяет курс и скорость.
Поэтому для контроля бомбоме-
тания в боевых условиях необхо-
Рис. 294. Лоткамера Цейсса димо применять камеры с широ-
коугольными объективами (с боль-
шим полем зрения, примерно 100°) или оптическую ось обычной аэрофотока-
меры устанавливать не вертикально, а наклонно, под углом отставания
40—45°, т. е. получать не плановый снимок, а перспективный. Вопрос
о целесообразности фотокамер для контроля результатов собственного бомбо-
метания еще окончательно не решен. Дым и пыль от разрывов бомб часто
маскируют результаты бомбометания; во многих случаях предпочитают по-
сылать специальный самолет для фотографирования результатов бомбометания.
§ 13. Заключение
Мы рассмотрели ряд различных типов прицелов для бомбометания
с горизонтального полета. Естественно задать вопрос, в каком направлении
должны развиваться дальнейшие работы по созданию прицелов бомбометания.
На этот вопрос нельзя ответить определенно, так как в зависимости от условий
бомбометания требования к прицелу будут различны. Мы рассмотрим совершенно
ориентировочно те требования, которым, по нашему мнению, должен удовлетво-
рять прицел для высотного бомбометания.
Безусловно, этот прицел должен быть автоматический и принадлежать к группе
синхронных прицелов, так как этот вид позволяет решать прицельные данные на
любом участке боевого пути и сбрасывание бомбы здесь происходит автоматически.
Для стабилизации визирной линии должна быть применена гировертикаль, так
как на нее менее всего влияют колебания самолета, вызванные атмосферными
условиями и ошибками пилотирования. Гироскоп должен являться гиромаятни-
ком с гравитационной коррекцией. Большое развитие автоматики и телемеха-
ники позволяет, по нашему мнению, решить вопрос об отделении визирной части
от счетно-решающего механизма и узла вертикали, которые должны быть свя-
заны между собой электросинхронной связью. При подобном разделении визир-
ная часть может быть достаточно легкой, быстро съемной, иметь малые габариты
316
и поэтому не загромождать кабины штурмана. Счетно-решающий механизм
и узел вертикали могут быть в этом случае помещены в другом, более просторном
месте самолета и быть менее ограниченными в габаритах и весе. В настоящее
время стабилизируется в основном только марка вертикали; колебания само-
лета вокруг вертикальной оси («рысканья»), как правило, не учитываются. Как
показывают исследования, большая ось эллипса рассеяния при больших высо-
тах направлена перпендикулярно линии боевого пути, т. е. главное рассеивание
наблюдается вследствие ошибок в решении навигационного треугольника. По-
этому необходимо стабилизировать курсовую черту, чтобы случайные колеба-
ния самолета вокруг вертикальной оси не сказывались на подборе курса.
Боковая наводка должна производиться штурманом, для чего прицел дол-
жен быть связан с автопилотом. При входе в зону прицеливания управление
самолетом переходит к штурману, который с помощью автопилота подбирает пра-
вильный курс. При решении прицельного треугольника предполагается, что
самолет летит на заранее заданной высоте Н. Необходимо, чтобы счетно-решаю-
щий механизм был связан с альтиметром и указателем скорости, с помощью
которых автоматически вводились бы при изменении высоты и скорости соответ-
ствующие коррективы в решении прицельного треугольника.
При больших высотах и скоростях отчетливая видимость цели имеет большое
значение. Необходимо, чтобы оптическая схема визира обеспечивала достаточ-
ную видимость цели. Для наблюдения за целью, кроме чисто оптических методов,
в особенности в ночных условиях, необходимо использовать радиолокацион-
ные методы, так как они позволяют видеть цель независимо от метеорологиче-
ских условий и освещенности. В этой области улучшения видимости цели еще
предстоит большая работа.
Глава 28
ПРИБОРЫ ВОЗДУШНОЙ СТРЕЛЬБЫ, АЭРОНАВИГАЦИОННЫЕ И ДЛЯ
КОРРЕКТИРОВКИ АРТСТРЕЛЬБЫ
§ 1. Прицелы воздушной стрельбы. §2. Учебно-тренировочные и вспомогательные
приборы § 3. Аэронавигационные приборы. § 4. Корректировка артстрельбы
с самолета.
§ 1. Прицелы воздушной стрельбы
Совокупность приспособлений для крепления на самолете стрелкового ору-
жия, питания его патронами, органов управления стрельбой и ряда других
устройств носит название пулеметной или пушечной установки. Установки делятся
на подвижные и неподвижные. Наводка неподвижного оружия производится
непосредственно самолетом при помощи его органов управления. Стрельбу ведет
летчик. Подвижное оружие наводит стрелок или радист.
В зависимости от расположения на самолете, подвижные установки разде-
ляются на турельные (башенные с круговым обстрелом), носовые (кормовые),
люковые, купольные (линзовые) и др.
Применяют следующее оружие: легкие пулеметы (калибр 6,5—8 мм), тяжелые
пулеметы (калибр 11,2—13,2 мм) и мелкокалиберные пушки калибром 20—37 мм.
Применявшиеся одно время безоткатные пушки больших калибров распростра-
нения не получили. В последнее время введены в употребление реактивные сна-
ряды, применявшиеся еще во время первой мировой войны в опытном по-
рядке.
Представление о расположении оружия на самолете можно получить из рас-
смотрения рис. 295, на котором изображен многоместный истребитель и бомбар-
дировщик «Фоккер Г-1».
Существенными отличиями баллистики воздушной стрельбы от баллистики
наземной артиллерийской стрельбы являются наличие скорости оружия в момент
317
Пиремет
?Пулемета
£0' ?3мм
Рис. 295
выстрела, составляющей любой угол с направлением начальной скорости пули
и соизмеримой с ее величиной, и изменение высоты, с которой производится
стрельба, так как в зависимости от высоты меняются давление, температура и
плотность воздуха.
Само по себе давление атмосферы на полете снаряда (пули) сказывается не-
значительно и потому в расчет не принимается; изменение температуры сказы-
вается непосредственно на изменении начальной скорости (для пули калибра
7,62 мм понижение температуры за-
ряда на 1° снижает г/0 на 1 м в се-
кунду) и косвенно на изменении
плотности воздуха, пропорционально
которой меняется сопротивление сре-
ды перемещению снаряда и, как функ-
ция от этого, — время полета t или
средняя скорость снаряда (пули) т/ср.
на данную дистанцию.
На рис. 296 приведен график за-
висимости средней скорости полета
пули калибра 7,62 мм от дистанции
стрельбы D для разных высот Я, из
которого видно, что 'Ucp. для реальных
дистанций стрельбы от 100 до 500 м
и высот от 0 до 8000 м меняется весьма значительно, а обратно пропорционально
т7ср. меняется угол упреждения, т. е. угол, под которым нужно поместить цель
по отношению к оси оружия в момент выстрела, чтобы пуля попала в цель.
Кроме того, к начальной скорости пули ^ов момент выстрела геометрически
прибавляется скорость самолета vc и пуля летит по диагонали параллелограмма,
построенного на этих скоростях, со скоростью vol, причем принимается, что сред-
няя скорость ее , , д7.
^ср.=г-ср.^^ср. 1 +^! , (1,1)
и ось пули совпадает по направлению с траекторией полета.
Здесь кср.—средняя скорость пули на данную дистанцию без учета влияния
скорости самолета vc', ^'ср.—та же скорость с учетом влияния vc, а Дч?0 — разность
между ^01 и Vq, для стрельбы
вдоль по оси самолета — равна
скорости его vc.
В действительности явление
значительно сложнее, — пуля,
вращающаяся со скоростью око-
ло 200 000 об/мин., является
свободным гироскопом, и потому
ее ось совмещается с направле-
нием траектории, описывая спи-
раль затухающей прецессии.
Угол прицеливания также
зависит от приращения началь-
ной скорости и выражается сле-
дующей формулой
а' = а 1-2^). (1,2)
Здесь а — угол прицеливания
а'—тот же угол с учетом влияния vc.
Формулы (1,1) и (1,2) могут быть выведены теоретически в предположении,
что сопротивление среды движению пули пропорционально квадрату скорости
и коэффициент пропорциональности, связывающий силу сопротивления со ско-
ростью, постоянен, т. е. не зависит от этой скорости.
318
без учета влияния скорости самолета ^с, а
В остальном баллистика воздушной стрельбы не отличается от баллистики
зенитной стрельбы, к которой мы и отсылаем читателя в случае надобности.
В общем случае воздушной стрельбы, помимо учета собственной скорости,,
необходимо учитывать скорость цели, для чего в настоящее время, как правило,,
применяется только один из возможных методов построения прицелов — метод
кольцевого прицела, сущность которого можно уяснить из рис. 297.
Чтобы цель, двигающаяся со скоростью г/ц, встретилась с пулей в точке цу>
необходимо произвести выстрел при нахождении цели в точке ц0 под углом,
упреждения к оси оружия ф, выражаю-
щимся следующим образом:
sin ф = sin q — (1,3)
vcp.
В случае курсового угла цели q =90°,
sin Ф = —. Угол Ф не зависит от того,
т Рср. т 9
как летит цель—горизонтально,вертикально
или в каком-либо промежуточном напра-
влении. Если упредительный треугольник вращать вокруг линии ОЩГ
(рис. 298), то линия OL(V опишет конус, образующие которого будут соответство-
вать линиям прицеливания при различных расположениях скорости цели в про-
странстве. Это значит, что для прицеливания по движущейся цели, можно пользо-
ваться точками круга, с угловым диаметром, равным удвоенному углу упрежде-
ния, совмещая цель с кругом (кольцом) и направляя ось цели (фюзеляж) к центру
круга.
При курсовых углах цели д, отличных от 90°, углы упреждения будут соот-
ветственно в sin q раз меньше. Наблюдаемое положение цели, по которому опре-
и курсовой угол, называют ракурсом,
цели. Ракурс численно равен синусу
курсового угла цели, и каждому его
значению соответствует свое упреди-
. тельное кольцо. Обычно в кольцевом
\___ прицеле ракурс делят на четыре чет-
j верти, чему соответствуют курсовые
углы 0,15, 30, 48 и 90°, а также углы
дополнительные до 180°.
Следовательно, сущность прицели-
вания по кольцевому методу состоит
в том, что на-глаз определяют ракурс
цели, соответственно которому совме-
щают цель с одним из 4 колец (напра-
вляя фюзеляж к центру), большее из
которых рассчитывается в зависимости от скорости цели передней скорости полета
снаряда (пули), т. е. в зависимости от высоты, дистанции, начальной скорости,
температуры и пр. для </=90°. Понятие о прицеливании по кольцевому методу
дают рис. 298, а и б.
Кроме учета при прицеливании скорости цели необходимо учитывать по-
правку на угол прицеливания, зависящую, в общем случае, от дистанции стрельбы
и угла места цели. Принимают, что равным дистанциям соответствуют одинако-
вые снижения траектории. Деривацией, численно незначительной на малых ди-
станциях стрельбы, обычно пренебрегают. Влияние ветра на прицеливание
учитывают только при стрельбе по наземным целям, так как при стрельбе с само-
лета по самолету ветер проявляется как перемещение среды вместе с находящи-
мися в ней самолетами и, следовательно, на прицеливании никак не сказывается.
Классическим образцом прицела для стрельбы из подвижных установок
самолета является мушка-флюгер, сущность которого можно понять из рассмо-
319^
трения рис. 299. На одном конце двуплечего рычажка имеется яблочко мушки,
«а другом — оперение, благодаря которому рычажок (флюгарка) устанавли-
вается приблизительно по направлению полета. Длина рычажка N' М' от шаро-
вого шарнира до яблочка в масштабе представляет скорость самолета, а длина
ON' (О — центр колец прицела) — начальную скорость пули.
\
I /
|/
*
Рис. 299
/
/X
ж
4*"
Таким образом получается треугольник скоро-
стей ON'M', составленный из отрезков ON', N'M'
и ОМ', соответствующих векторам v0, vc и г»01. Угол
N’OM' равен угловому относу а.
При стрельбе по неподвижной цели прицелива-
ние совершается по линии ОМ’, на которой рас-
полагается глаз стрелка, в случае же движущейся
цели последняя выносится от центра кольца на
величину углового упреждения, как и в ранее
рассмотренном случае кольцевого прицела.
Установочное рас-
стояние Прицельная линия
На рис. 300 можно видеть такое соединение мушки-флюгера и кольцевого
прицела. Мушка-флюгер является простейшим векторным прицелом, в котором
лектор скорости самолета стабилизируется в пространстве флюгером.
В современных подвижных стрелковых установках поток воздуха, обтекаю-
щий их, не бывает параллельным скорости самолета, что влечет иногда значи-
Рис. 301. Неоптический прицел
дельные ошибки. Поэтому в последнее время преимущественно применяется так
называемая стабилизация вектора скорости самолета не при помощи флюгера,
отжившего свой век, а путем механической связи линейки, выражающей вектор
скорости самолета, с осью фюзеляжа, которая принимается совпадающей со ско-
ростью самолета.
Наглядное представление о неоптическом прицеле такого типа дает рис. 301.
320
Линейка 7 (см. схему на рис. 301), в масштабе представляющая собой
вектор скорости самолета гс, при помощи валиков 2 и 4 и пар шестерен 3 и 5,
последняя из которых жестко связана с самолетом, удерживается параллельной
оси самолета. По ней может переставляться стойка 7 с шарниром О", явля-
ющимся началом вектора г01, конец которого находится в шарнире И", при®
крепленном к орудию. К линейке О"Н" прикреплен кольцевой прицел, откло-
няющийся на угол относа от оси оружия. Перемещением шкал 8 и 13 в зави-
симости от высоты полета смещаются шкалы 9 и 72; угол прицеливания вводят
в прицел подъемом шарнира О", а среднюю скорость полета снаряда — измене-
нием длины прицельной линии в зависимости от дальности. Вращением кольца
14 меняется диаметр упредительного кольца; оно составлено из ряда ябло-
Рнс. 302
Рис. 303. Схема прицела Алькан
7— сетка; 2 — призма; 3— объектив коллиматора;
4—полупрозрачное зеркало; 5 — кронштейн сетки;
6— ползунок; 7— карданов подвес кронштейна сетки;
8— шарик; 9—вал; 10—червячное колесо; 77 — червяк;
72 — рычаг; 73 — трос; 14 — наклонная пластинка;
15 — щуп; 16 — кулачок
чек, сидящих на стерженьках и вращающихся на осях, укрепленных в обойме,
в зависимости от скорости цели.
Прицел вместо v'ср. строит гср.
Неоптические прицелы требуют от стрелка при прицеливании строгой фикса-
ции глаза, а также его аккомодации на близкие кольцо и мушку и далекую
цель одновременно, что затруднительно, особенно при необходимости быстрого
прицеливания, как в случае воздушной стрельбы. Поэтому в настоящее время
применяются преимущественно оптические или коллиматорные при-
целы, неоптическими пользуются лишь в качестве дублеров. Примером коль-
цевого коллиматорного прицела для неподвижных установок стрелкового ору-
жия может служить германский прицел Реви C/12 С фирмы Oigee (рис. 302).
Изображение кольцевой прозрачной сетки, освещаемой электролампочкой,
при помощи объектива, в фокальной плоскости которого помещена сетка, отбра-
сывается в бесконечность. При помощи плоскопараллельной стеклянной пла-
стинки, служащей полупрозрачным зеркалом, изображение это может быть
наложено на рассматриваемую местность. Для наблюдения на ярком фоне неба
21 Оптика в военном деле— 215.
321
применен выдвигающийся при помощи рукоятки почти нейтральный светофильтр.
Прицел крепится к самолету при помощи легкосъемного соединения. Регули-
ровка прицела по направлению осуществляется вращением винтов, головки
с накаткой которых стопорятся от самопроизвольного отворачивания пружинами.
Регулировка по высоте осуществляется вращением винта внутри прицела, с по-
следующим зажимом винтом. Освещение сетки регулируется реостатом. На слу-
чай отказа электроподсветки имеется откидной неоптический дублер. Для предо-
хранения пилота от ударов о прибор при грубой посадке имеется войлочная,
обшитая кожей подушка. Визир такого типа, прикрепленный к линейке О"Н"
(рис. 301) взамен неоптического кольцевого визира, может быть применен для
стрельбы из турельных установок.
Другим образцом такого прицела может являться прицел фирмы Алькан, схема
которого дана на рис. 303. Коллиматорная сетка 7, расположенная в фокаль-
ной плоскости объектива 3 и снабженная упредительными кольцами на скорость
цели, качается на кронштейне рычага 5, конец которого укреплен на кардановом
подвесе 7, при помощи эксцентрично расположенного по отношению к валу 9
шарика 8 и ползушки б, скользящей в пазе рычага 5. Шарик движется по по-
верхности цилиндра вследствие поступательного и вращательного движений
вала 9, ось которого отстоит от центра шарика на величину эксцентриситета,
равную 1,5 мм. Вал с шестерней 10 приводится во вращение червяком 11 при
вращении турели от его вращения и от его поступательного перемещения вслед-
ствие вытяжки троса 13 через рычаг 12 при качании пулемета на шворне.
При изменении углов места вращением кулачка 16 наклоняется пластинка 14,
по которой скользит щуп 15, двигающий поступательно вал 9. В зависимости
от изменения скорости самолета весь механизм с валом 9 перемещается относи-
тельно карданового подвеса вращением маховичка. Для выборки мертвых
ходов между шариком 8 и ползушкой 6, щупом 15 и пластинкой 14, а также
для натяжки троса 13, применены пружины. Прицел крепится к турельной голо-
вке при помощи болтов, входящих в амортизованные резиной гнезда. Движе-
ние шарика 8 по поверхности цилиндра, вместо поверхности шара, вносит прин-
ципиальную ошибку, значительную при больших углах места цели.
На самолете предпочтением пользуются коллиматорные прицелы тогда, когда
они обеспечивают лучший обзор благодаря неограниченному полю зрения при-
цела. Однако в ряде случаев их применение невозможно, и тогда употребляются
прицелы перископического типа.
§ 2. Учебно-тренировочные и вспомогательные приборы
Для возможности тренировки в воздушной стрельбе в условиях полета, но
без расходования патронов, применяются фотострелки или кино-
пулеметы.
Фотострелок является простейшим
длиннофокусным фотоаппаратом, позво-
ляющим фиксировать на пленке ряд по-
ложений цели относительно оси оружия
в момент «выстрела», путем впечатыва-
ния на снимок, одновременно с целью,
специальной сетки. Примером такого
прибора может служить фотострелок
Строганова, схема которого изображена
на рис. 304. Однако приборы такого типа
последнее время вытеснены кинопулеме-
тами, которые в отличие от первых позволяют фиксировать на фотопленке, вместо
одного «выстрела», целую очередь. На рис. 305 дана кинематическая схема кино-
пулемета, фиксирующего на пленке, помимо цели и кольцевой сетки, время
съемки каждого кадра. Он имеет следующие данные:
Число кадров в секунду 13—17
Ширина пленки 35 мм, с размером кадра 24 X 24 мм
Рис. 304
322
Выдержка 1/100 сек.
Число кадров в кассете 200
Движение от электромотора мощностью 1/50 л. с. при 9000 об/мин.
Вес 3—3,5 кг
Фокусное расстояние объектива № 1 10,43 см при светосиле 1 : 3,5.
Работает кинопуле-
мет при замыкании цепи
электромотора нажатием
на гашетку пулемета.
Грейфер своим ведущим
зубом при качании от
вращающегося кулачка
перемещает пленку на
один кадр, после чего
отводится от пленки,
освобождая стопорящий
пленку зуб контргрей-
фера; в это же время
производится экспози-
ция при проходе мимо
фильмового окна сектор-
ного выреза обтюратора.
Для изучения или
дешифрирования сним-
ков, сделанных фото-
стрелком или кинопуле-
метом, требуются спе-
циальные приборы, поз-
воляющие легко рас-
сматривать снимки и
производить необходи-
мые измерения. В каче-
стве таких приборов
применяют проекцион-
ные фонари со специаль-
ными сетками или ми-
кроскопы. Методика де-
шифрирования в основ-
Рис. 305. Кинематическая схема кинопулемета
7—трехлинзовый объектив № 1; 2 —призма-куб с посеребренной
гипотенузной гранью; 3 — фильмовое окно с сеткой; / — часы-секундомер;
5 — кольцевое стекло с циферблатом; б— прямоугольная призма;
7— объектив № 2 для получения изображения стрелок часов на пленке;
8— редуктор; 9-11 зубчатая передача на кулачок грейфера; 12 — двойной
кулачок грейфера, верхняя часть которого служит для качания грейфера,
13 — грейфер, при качании перемещающий пленку; 14—планка грейфера,
a-точка качания грейфера, с — ось вращения кулачка; 15 — вырез в
грейфере для нижней части кулачка, служащий для его поступательного
перемещения; 16 — колено грейфера; 17 — зуб для перемещения пленки;
18—цилиндрический выступ для воздействия на контргрейфер 19; 20 —
пружина контргрейфера; 27 — стопорящий пленку зуб контргрейфера;
22—передача на ведущую бобину 10, связанную с вращающей осью
фрикционно; 23 — подающая бобина; 24— обтюратор, вращаемый
передачей 26 от мотора; 25 — вырез обтюратора; 27 — счетчик кадров
ном состоит в следующем: 1) оценивают в угловой мере отклонения цели от пе-
рекрестия сетки по направлению оси цели и перпендикулярно к нему, 2) изме-
ряют размеры цели на снимке и по ним определяют дальность и курсовой угол
в момент производства снимка,
3) вычисляют величину углового
упреждения и 4) определяют
ошибки прицеливания: продоль-
ную — как разность между вы-
численным и измеренным упре-
ждением и поперечную — как
боковое отклонение креста от
продолжения оси цели на снимке
(рис. 306).
Для согласования осей ору-
жия и прицела мсжет произво-
Рис. 306 диться огневая и холодная при-
стрелка. Первая требует расхода
патронов, специального оборудования и сравнительно длительного времени. Вто-
рая производится при помощи оптического прибора, так называемой «трубки хо-
323
Рис. 307. Разрез трубки для холодной пристрелки
1 — корпус; 2 — объектив; 3 — прямоугольная призма; 4— сетка; 5 —
окуляр; 6 — диоптрийное кольцо для установки окуляра по глазу
наблюдателя в пределах ± 6 диоптрий; 7 — цилиндрический стержень
трубки, диаметром 7,60 мм, для оружия калибра 7,62 мм; 8—выступ для
упора в дульный срез; 9 —насадка, диаметром 19,9 мм, для оружия калибра
20 мм; 10—фиксатор, крепящий насадку; 7 7 —плоские пружины для
устранения люфта при работе
лодной пристрелки». Сущность метода холодной пристрелки состоит в том,
что в канал ствола дульной части оружия вставляется визирная трубка, прицель-
ная линия которой параллельна цилиндрической ее части, вставленной в ствол
с легким трением. Визирная ось трубки совмещается с одним из яблочек пристре-
лочной мишени, а визирная ось прицела—с другим яблочком, причем расстояние
между прицельными яблочками пристрелочной мишени рассчитывают в зависи-
мости от заданной дистанции пристрелки (обычно 400—500 м) и расстояния от
оружия до пристрелочной мишени. Устройство такой трубки можно видеть на
рис. 307. Оптические данные следующие:
Увеличение 5х Диаметр выходного* зрачка 3 мм
Поле зрения 7°20' Вес трубки без футляра 415 г
В поле зрения трубки имеется сетка, состоящая из перекрестия с делениями
ценой 5' в пределах ±3° по каждой из осей перекрестия.
Эффективность воздушной стрельбы на больших дистанциях весьма невысока.
Это объясняется большими ошибками в определении условий стрельбы на-глаз,
в первую очередь, скорости цели, ее ракурса, а затем и дистанции стрельбы.
Совокупность этих
ошибок создает боль-
шое рассеивание цели,
значительно большее
собственного рассеи-
вания оружия, в ре-
зультате чего эффек-
тивность становится
низкой. Попытки по-
высить точность этих
определений путем
усложнения прице-
лов, введение в них
дальномерных, скоро-
мерных, курсомерных
и тому подобных аг-
регатов, до сих пор
не привели к положи-
тельным результатам,
повидимому вследствие чрезвычайной скоротечности воздушного боя и весьма
быстрого изменения параметров цели. Как уже говорилось, главнейшими ошиб-
ками, определяющими большое рассеивание при воздушной стрельбе, являются
ошибки в определении скорости цели, ее ракурса, а затем дистанции до цели.
При глазомерных определениях этих величин принимают в среднем срединные
ошибки равными 10, 15 и 20% (для дистанций порядка 600 м) соответственно.
При величине упредительного угла порядка 10—15° ошибки от каждой из этих
причин достигают 1—1,5°, что позволяет пренебрегать целым рядом ошибок
от неучета других параметров стрельбы, в силу своих относительно малых вели-
чин мало влияющих на общую суммарную ошибку стрельбы, как, например:
изменение высоты полета, температура, изменение своей скорости, угла прице-
ливания в зависимости от дистанции, высоты, собственной скорости и угла места
цели, разгар ствола оружия и т. п. Однако в ряде случаев учитывают, по воз-
можности, отдельные из перечисленных величин. В силу указанного реальными
дистанциями воздушного боя следует принять дистанции порядка 300—400 м,
что обусловливает большие угловые скорости и, как следствие, трудность при-
целивания.
§ 3. Аэронавигационные приборы
Для ведения самолета на далекие цели пользуются аэронавигационными при-
борами, позволяющими работать, пользуясь для ориентировки земными ориен-
тирами или светилами. В качестве аэронавигационных визиров для работы по
324
земным ориентирам преимущественно применяются бомбардировочные прицелы.
Только в некоторых специальных случаях, как, например, для определения
в полете навигационных элементов летчиком, применяются специальные визиры,
не получившие распространения. В качестве примера можно привести аэровизир
Цейсса, схема которого представлена на рис. 308, а и б.
Шкала вертикальных углов в виде прозрачных штрихов прорезана на непро-
зрачной поверхности стеклянного цилиндра, подвешенного как маятник в точке
О, находящейся на оси цилиндра. В той же точке О расположена главная точка
объектива, дающего изображение шкалы, освещаемой лампой, в бесконечности.
За объективом расположены призма и полупрозрачное зеркало. Глаз наблюда-
теля видит участок шкалы ab наложенным на местность.
При наклоне прибора на угол а, как показано на рис. 308, б, наблюдатель
увидит участок шкалы ed под углом а к вертикали, так как шкала удерживается
в прежнем положении маятником, и,
следовательно, ориентир, находящийся
по отношению к наблюдателю под углом
а, совместится с изображением деления
шкалы /. Предметы, видимые по отноше-
нию к ориентиру / под углом 0, совме-
стятся с изображением штриха е. Таким
образом наблюдатель всегда увидит на-
ложенным на местность участок светя-
щейся шкалы; совмещая с делениями
шкалы какие-либо ориентиры, изме-
ряют углы этих ориентиров с вертикалью.
Перед полупрозрачным зеркалом q мо-
жет быть поставлена телескопическая
трубка с увеличением.
В качестве другого примера можно
указать на аэронавигационный визир
фирмы Нистри, позволяющий опреде-
лять путевую скорость самолета синхронизацией движения изображения цели и
подвижной марки в поле зрения оптического визира, скорость которой регули-
руется специальным механизмом с фрикционной передачей из диска и подвижного
ролика. Поворотом визира вокруг вертикальной оси, до получения параллель-
ности движения цели и марки, определяют угол сноса и затем, пользуясь заранее
рассчитанными графиками, определяют величину и направление ветра.
Для астрономической ориентировки применяются авиасекстанты, подробно
разобранные выше (гл. 22, § 8).
§ 4. Корректировка артстрельбы с самолета
Приборы для корректирования артиллерийской
стрельбы с самолета до сих пор, несмотря на наличие большого
числа различного типа опытных образцов, распространения не получили. В ка-
честве одного из примеров такого типа приборов можно привести прибор англий-
ской фирмы Хьюзе, изображенный на рис. 309а. Сущность работы с прибором
уясняется из рассмотрения схемы, приведенной на рис. 3096.
Изображение сетки в полярных координатах, нанесенной на диске 1 картушки
компаса, при помощи объектива, состоящего из линз 4 и 6, призм 3, 7и8иполу-
прозрачного зеркала 2, накладывается на местность в трансформированном виде
в зависимости от установленных высоты полета Н и дальности до цели D (угла
визирования). Цель совмещается с центром сетки Ц; тогда, наблюдая разрывы
снарядов, можно оценить их отклонение от цели, пользуясь разграфленной сеткой.
Площадь, покрываемая сеткой, разделяется на ряд кольцевых зон, пронумеро-
ванных от центра к периферии, которые, в свою очередь, разделяются радиаль-
ными линиями на 12 поясов. Каждая ячейка определяется номерами кольцевой
325
зоны и пояса, например, точка М может быть указана ячейкой 5—2. Линия
ОЦ в масштабе представляет собой наклонную дальность до цели, а линия ОА
высоту полета. В точке О расположена главная точка объектива, фокусное рас-
стояние которого равно ОЦ и изменяется при изменениях высоты и дальности
передвижением линзы объектива 4 от специального привода. Линза 5 и призмы 3,
7, 8 служат для оборачивания изображения. В зависимости от освещенности
фона местности перед зеркалом 2 могут быть включены один или два светофильтра
различной плотности. Прибор устанавливается на борту или в кабине самолета;
во втором случае он требует для своего применения большого выреза или засте-
кления в полу кабины.
Другим примером может служить корректировщик фирмы Цейсс ЛФ-2,
перископического типа (рис. 310), требующий для своей установки на
Рис. 309а. Корректировщик Хьюзса
7— котелок компаса; 2 — каретка с гайкой;
3 — маховик винта горизонтальных даль-
ностей; 4 — трубка-основание с защелкой;
5 — стойка с рейкой и шкалой высоты; 6 —
маховик с шестерней; 7 — коллиматор с
переменным фокусным расстоянием; 8 —>
откидная рамка со светофильтром; 9 —
ползун фокусирующей линзы; 10 — рычаг
с кулачком для подвижки линзы при
изменении фокусного расстояния объектива
коллиматора; 7 7 — качающаяся направляю-
щая рычага 10
самолете незначительного отверстия в полу
кабины. Наблюдение ведется через панкрати-
ческую трубу с увеличением, меняющимся от
2 до 10 при полях зрения от 34 до 7° соответ-
ственно. В головной части прибора поворот-
ная призма позволяет визировать при углах
от 10 до 76°.
Вся труба может вращаться вокруг верти-
кальной оси в пяте. Для плавности хода
вращение трубы передается на легкий махо-
вик, расположенный в пяте, с большим пере-
даточным отношением, равным 600. Пята
амортизирует вибрации самолета при помощи
набора резиновых колец.
В фокальной плоскости окуляра располо-
жена подвижная сетка, дающая в поле зре-
ния прибора трансформированную, в зависи-
мости от вертикального угла визирования на
цель, сетку квадратов со стороной, равной
100 м. При изменении высоты полета от 1000
до 5000 м устанавливается соответствующее
увеличение перемещением линз оборачиваю-
щей системы. В нижней головке прибора рас-
положен компас со светящейся шкалой, изо-
бражение которой при помощи призмы вво-
дится в оптическую систему. Рядом с компа-
сом находится маятник, на сетке которого
нанесены два концентрических прозрачных
кружка, освещаемые лампочкой, изображение
которых также вводится при помощи отражения от грани призмы в оптиче-
скую систему, обеспечивая «маятниковую вертикаль» прибора.
В фокальной плоскости окуляра, помимо сетки трансформированных квад-
ратов, расположена еще одна сетка, для определения курса цели, состоящая
из радиального штриха через все поле зрения с кольцом в центре. Трансфор-
мированная сетка квадратов оцифрована по направлению плоскости визирования
(по курсовой черте) в тангенсах углов визирования, что вместе с компасом
обеспечивает целеуказание относительно точки нахождения прибора.
Корректировка стрельбы производится следующим образом: установив вы-
соту полета, удерживают прибор вертикально путем совмещения светящегося
кружка маятника с центром поля зрения и приводят цель в центр поля зрения,
вращая прибор вокруг вертикальной оси. Наблюдая центр группы разрывов
снарядов, оценивают его продольное и боковое отклонения от центра сетки
в сотнях метров по числу квадратов.
Вместе с направлением линии самолет — цель полученные координаты откло-
нений передают на батарею сигналами или по радиоканалу.
326
Сетка квадратов на местности, проектируясь на картинную плоскость (пер-
пендикулярно к лучу визирования), изображается в виде трапеции, изменяющей-
ся в зависимости от вертикального угла визирования. В приборе это осуще-
ствляется тем, что, вместо прямолинейных боковых сторон трапеции, на сетке
Рис. 3096
Рис. 310. Кор-
ректировщик
ЛФ-2
наносятся кривые по размерам оснований трапеции, проходящих через центр
поля зрения. В результате имеются незначительные отклонения размеров тран-
сформированной сетки квадратов от их истинного значения.
Раздел XII
ПРОЖЕКТОРЫ
Глава 29
ОСНОВЫ РАБОТ ПРОЖЕКТОРНЫХ СИСТЕМ
§ 1. Составные части прожектора. § 2. Перераспределение светового потока при
прохождении оптической части прожектора. § 3. Общие свойства прожекторных
отражателей. § 4. Типы стеклянных отражателей. § 5. Металлические отражатели.
§ 6. Условия, которым должны удовлетворять стеклянные отражатели. § 7. Диоп-
трическая и катадиоптрическая системы. § 8. Источники света, применяемые
в прожекторах. § 9. Дуги высокой интенсивности. § 10. Лампы накаливания.
§ 11. Газосветные лампы. § 12. Источники света с газообразным горючим. § 13. Сила
света прожектора. § 14. Влияние прозрачности атмосферы на яркость прожек-
торного пучка. § 15. Дальность действия прожектора.
§ 1. Составные части прожектора
В этой главе мы рассматриваем такие оптические приборы, которые концен-
трируют широкий световой пучок, идущий от какого-либо источника света, в до-
статочно узкий пучок и отбрасывают его в заданном направлении. Такие при-
боры носят общее название прожекторов.
По роду службы их можно разбить на следующие группы:
I. Прожекторы дальнего действия, предназначаемые для
освещения отдаленных предметов.
II. Прожекторы ближнего действия, предназначаемые для
освещения сравнительно близких предметов и больших поверхностей.
III. Светосигнальные приборы, предназначаемые для световой
сигнализации; к этой группе относятся также маяки и авиамаяки.
Каждый такой прибор состоит из следующих частей: источника света или
первичного излучателя, оптической части и корпуса, в котором монтированы
источники света, оптическая часть и различные вспомогательные части прибора.
В качестве источника света в прожекторах и светосигнальных приборах
применяют главным образом: а) дуговые лампы с нормальными угольными элек-
тродами; б) дуговые лампы со специальными угольными электродами (дуги
высокой интенсивности); в) электрические лампы накаливания; г) газосветные
лампы.
Устройство оптической системы прожектора может быть следующих трех
видов:
А. Катоптрическая система, в которой перераспределение светового потока
производится с помощью зеркал. Такие оптические системы называются отра-
жателями.
Б. Диоптрическая система, в которой перераспределение светового потока
производится с помощью системы линз.
В. Катадиоптрическая система, в которой перераспределение светового потока
происходит с помощью линз и зеркал.
328
§ 2. Перераспределение светового потока при прохождении оптической части
прожектора
Пусть на расстоянии L (рис. 311) от источника света С, сила света которого
равна I, расположен экран Р. Для простоты рассуждения допустим, что источ-
ник света имеет форму шара, равномерно излучающего во все стороны. Если
диаметр шара d, то площадь его сечения равна £ = а яркость В =-^
стильб; откуда
I = B-S = B~. (2,1>
Если L весьма велико сравнительно с размерами источника света (шара),
то можно считать справедливым закон обратных квадратов. Тогда освещенность
на экране Р будет равна
Е = ^: (2,2)
Весь световой поток F, падающий в этом случае на экран Р, будет опреде-
ляться видимыми от источника света угловыми размерами этого экрана, т. е.
телесным углом <о, под которым из центра источника света виден экран. Световой
поток от источника с интенсивностью I свечей, идущий внутри телесного
угла определяется формулой
Поставим между источником и экраном простую собирательную линзу
с диаметром D на таком расстоянии I от источника, чтобы его изображение рас-
полагалось на самом экране Р на расстоянии L' от линзы, или на расстоянии
L — l-\-L' от источника. Эта линза существенным образом перераспределит
и изменит характер светового потока, идущего от источника. Из хода лучей
(рис. 312), видно, что если из источника на линзу падает световой поток F внутри
телесного угла 2 (угла, под которым из центра источника видна линза), то весь
этот световой поток концентрируется на экране Р. За линзой имеем новый поток
F', который идет также расходящимся, но угол его расхождения определяется
размерами источника. Действительно, пучки света от крайних точек А и В источ-
ника пойдут в направлениях' АО и ВО (где О — оптический центр линзы). Телес-
ный угол 2', внутри которого будет теперь расходиться световой поток, будет
угол, под которым из центра О виден источник света.
Таким образом от источника идет световой поток
F=/2. (2,4)
Через линзу проходит световой поток
F'=qnF, (2,5)
где ця — коэффициент пропускания света линзой.
Если мы этот световой поток разделим на телесный угол 2, то получим, со-
гласно общему определению светового потока (2, 3), силу света такого источника,
32»
который эквивалентен нашей системе (источник с линзой). Назовем эту силу
света через /прож.,’ ее величина определяется из формулы
^прож. — уГ' •
Так как угол 2’, всегда значительно меньше угла 2, то находим, что /прож.>Л
т. е. что линза, собирая световой поток в меньший угол, как бы увеличивает
интенсивность источника и тем самым увеличивает освещенность экрана. Осве-
щенность Е' экрана теперь будет иная. В самом деле, прожектор эквивалентен
источнику света с интенсивностью /прож., поэтому
= (2,7)
Деля равенство (2,7) на (2,2), получим
= = (2,8)
т. е. освещенность экрана увеличилась в К раз. Эта величина называется коэф-
фициентом усиления прожектора.
Подсчитаем его для нашего простого случая. Из формул (2,6), (2,4) и (2,5)
легко получим, что
I пР ож.== Яп • (2,9)
Определим углы 2 и 2'. Для определения угла 2 проведем из точки О (рис. 312)
сферу радиусом I. Величина телесного угла определяется как частное от деления
площади сферической поверхности, которую отсекает от сферы этот телесный
угол, на квадрат радиуса сферы. С достаточной степенью точности мы можем
принять, что величина этой сферической поверхности равна сечению AB = d
источника света, т. е. телесный угол
Точно таким же образом, проводя сферу из центра источника и беря площадь
сечения линзы вместо участка сферической поверхности, получим
где D — диаметр линзы. Подставляя эти значения 2 и 2' в формулу (2,9), по-
лучим
^ПРОЖ. ==ТисТ. <?Л • (2,10)
Принимая во внимание (2,8), получаем коэффициент усиления прожектора
к <2’Н)
На основании равенства (2,1), получаем из (2,10) для силы света прожектора
следующую формулу, которая нам понадобится в последующем,
^пРож. == В -j- . (2,12)
Мы разобрали очень простой случай, но принципиальные рассуждения
остаются теми же для любой оптической системы прожектора. Для любого про-
330
жектора мы имеем формулу (2,12) для
циента усиления.
В современных прожекторах этот
В общем случае вместо дл входит q —
силы света и формулу (2,11) для коэффи-
коэффициент достигает значения 9000.
коэффициент пропускания всей системы.
§ 3. Общие свойства прожекторных отражателей
Прожекторные отражатели бывают металлические и стеклянные. Стеклянный
отражатель (рис. 313) ограничен двумя поверхностями вращения — передней
(лицевой) АВ и задней или тыльной CD.
Задняя поверхность посеребрена. Ось вращения обеих поверхностей 00 есть
оптическая ось отражателя. Точка пересечения оси отражателя с его лицевой
поверхностью (Е) называется центром отражателя.
Диаметр всей лицевой поверхности отражателя называется фактическим
диаметром (£>ф). Край отражателя закрыт кольцевой кромкой, которая не-
обходима для удержания отражателя в оправе. Диаметр свободной поверхности
отражателя называют номинальным диаметром (DH); номинальный
диаметр меньше фактического на 5—10%.
С
Рис. 313
Рис. 314
Толщина стеклянного отражателя % выбирается такая, чтобы обеспечива-
лась его прочность: для малых отражателей она равна примерно 8% их фокус-
ного расстояния, для больших отражателей — около 2%. Под фокусом отра-
жателя понимают ту точку на оптической оси, в которую следует поместить
источник света, чтобы получить наиЛучшее использование светового потока.
Положение этой точки зависит от аберраций отражателя и от вида первичного
излучателя; расстояние от точки фокуса до передней поверхности отражателя
называют его фокусным расстоянием.
Отношение номинального диаметра к фокусному расстоянию отражателя
называется относительным отверстием. В стеклянных отража-
телях оно достигает 2,1—2,5, а в металлических (автофары) доходит до 7.
Телесный угол, под которым видно из фокуса отверстие отражателя, назы-
вается углом охвата. Угол охвата обычно характеризуется плоским
углом охвата <о и определяет величину светового потока, который падает от
источника света на отражатель. Если бы источник света, помещенный в фокусе
безаберрационного отражателя, был точкой (что в действительности невозможно),
то отраженные лучи шли бы параллельным пучком с одним и тем же поперечным
сечением, равным световому отверстию отражателя. Такой прожектор, в виду
малости освещаемой площади, был бы к тому же непригоден для осветительных
целей. На самом деле из прожектора всегда выходит расходящийся световой
пучок в виде конуса с малым углом и при его вершине. Этот угол называют
331
углом рассеяния прожектора; он определяется размерами светящегося
тела, помещенного в фокусе отражателя (рис. 314).
С достаточной степенью точности можно считать, что
d
п =
1 ’
(3,1)
где d — диаметр светящегося тела и / — фокусное расстояние отражателя.
Обычно угол рассеяния у прожекторов дальнего действия бывает около
2—3°, а у прожекторов с дугой высокой интенсивности не превосходит 2°.
Величина и определяет диаметр освещенной площади. Действительно, на
расстоянии L от прожектора диаметр освещенного круга равен
DK = uL = ±L.
(3,2)
Вследствие того, что яркость источника света не во всех точках его поверх-
ности одинакова, освещенность мишени внутри круга с диаметром Ок изменяется,
Рис. 315
уменьшаясь от центра к краям, и сила света прожектора /Прож. на краях пучка
меньше, чем в середине.
В силу этого угол и, определяемый выражением (3,1), называют теорети-
ческим углом рассеяния. Для практических целей вводят понятие
о полезном угле рассеяния, причем различают полезный угол
рассеяния ближнего действия и полезный угол рассеяния дальнего действия.
Полезным углом рассеяния ближнего действия Uo,i принято считать тот угол,
внутри которого сила света прожектора превышает 0,1 максимальной величины.
Полезным углом рассеяния дальнего действия ио,5 считают тот угол, внутри
которого сила света превышает 0,5 максимальной величины. На рис. 315 дана
кривая распределения силы света прожектора Сперри диаметром 750 мм, в зави-
симости от угла, образуемого направлением лучей с осью. Из рисунка видно,
что теоретический угол рассеяния (п0 = 100') мало отличается от угла рассея-
ния ближнего действия («од = 93'). По оси ординат отложена величина /Прож.
в миллионах свечей.
Каждый отражатель имеет сферическую аберрацию, которая обус-
ловлена формой поверхностей отражателя. Могут быть аберрации расчетные, т. е.
такие, которые оказалось невозможным устранить при расчете отражателя,
и аберрации, обусловленные дефектами производства. Эти последние встреча-
ются, главным образом, у отражателей с несферическими поверхностями, которые
труднее изготовлять, чем сферические. Вследствие аберраций отдельные лучи
пучка, падающего на отражатель параллельно оси отражателя будут после
332
отражения пересекать ось отражателя в различных точках. Совокупность этих
лучей образует некоторую поверхность вращения, называемую каустикой
(рис. 316). Наиболее узкая часть каустики (ДА) называется шейкой кау-
стики, или кружком наименьшего рассеяния. Точки пересечения лучей,
отраженных от различных кольцевых зон отражателя, называются зональ-
ными фокусами.
Продольной аберрацией некоторых зон отражателя называется
расстояние зонального фокуса от фокуса отражателя. Аберрационная погреш-
ность отражателя может быть допущена тем большая, чем больше размеры источ-
ника света. Окончательного суждения о размерах допустимой аберрации еще
не имеется, но приближенно считается, что диаметр кружка наименьшего рас-
стояния не должен быть больше диаметра источника света.
Вследствие аберраций лучи от точечного источника света, помещенного
в фокусе отражателя, после отражения пойдут расходящимся пучком, причем
угол рассеяния иав будет равен
где da6 — диаметр кружка наименьшего рассеяния. Таким образом вследствие
аберраций к углу рассеяния и, определяемому размерами источника света,
прибавляется угол рассеяния иаб, вызываемый аберрациями, и в первом прибли-
жении полный угол рассеяния будет
U1==U-|iUa6 (3,3)
Соответственно с этим увеличивается и диаметр освещаемой прожектором
площади. Так как световой поток, испускаемый источником и падающий на
отражатель, остается без изменения, но распределяется прожектором на большую
площадь, то ясно, что аберрации отражателя уменьшают силу света прожектора.
Вместо коэффициента прозрачности оптической системы прожектора,
q, в случае отражателя входит коэффициент отражения «], который зависит от
качества посеребренного (отражающего) слоя отражателя.
Обычно для стеклянных посеребренных отражателей величина ц колеблется
в пределах 0,85—0,93. Иногда коэффициент отражения называют коэффи-
циентом полезного действия отражателя.
§ 4. Типы стеклянных отражателей
В настоящее время в прожекторах дальнего действия и в некоторых сигналь-
ных аппаратах применяются отражатели трех типов.
а) К первому типу принадлежат параболические отражатели,
у которых передняя и задняя поверхности являются параболоидами вращения.
Фокус параболоида, образующего переднюю поверхность, обычно совпадает
с фокусом отражателя; это делается для уменьшения рассеяния лучей, отражен-
ных от передней поверхности. Ход луча в таком стеклянном отражателе показан
на рис. 317. Луч РгА от точечного источника света, находящегося в фокусе отра-
жателя, падает на переднюю поверхность Ри где частично (4%) отражается,
частично (96%) преломляется. Если фокус передней поверхности отражателя
совпадает с фокусом всего отражателя, то луч, отраженный от передней поверх-
ности, пойдет параллельно оси отражателя (согласно известному свойству пара-
болы). Преломленный луч АВ, дойдя до задней поверхности Р8, отразится от
нее и пойдет по направлению ВС. На передней поверхности он преломится и
пойдет по направлению CS2.
Вследствие двукратного преломления у передней поверхности, луч CSt будет
образовывать некоторый угол 8 с осью отражателя. При соответственно выбран-
ных параметрах и толщине отражателя угол 8 может быть сделан достаточно
малым, например около 5'.
333
В настоящее время размеры стеклянных отражателей стандартизованы.
В табл. 19 приведены главнейшие размеры параболических отражателей стан-
дартных типов.
Таблица 19
N f »н f Pl
1 100 105 4,0 47,4 2,1 101,5 102,8
2 130 134 4,0 58,0 2,2 116,0 121,7
3 150 154 4,0 67,4 2,3 141,6 142,8
4 200 204 4,0 97,4 2,1 204,3 202,9
5 250 254 4,0 107,4 2,3 221,7 222,9
6 450 499 8,0 192 2,3 384,0 394,2
7 600 638 8,0 242 2,5 484,0 494,2
8 750 800 11,0 299 2,5 598,0 612,1
9 900 946 и,о 364 2,5 728,0 742,1
10 1500 1560 14,0 636 2,3 1272,0 1289,9
11 2000 2060 17,0 843 2,4 1686,0 1707,8
В этой таблице: DH — номинальный диаметр, D$— фактический диаметр,
d0 — толщина в центре, / — фокусное расстояние, — относительное отвер-
стие, Рх — параметр параболы передней поверхности, Ps — параметр параболы
задней поверхности.
Отражатели 1—5 применяются, главным образом, в светосигнальных аппа-
ратах; б—7 — в светосигнальных аппаратах и прожекторах; 8—11 — в про-
жекторах дальнего действия.
б) Ко второму типу отражателей принадлежат такие, у которых задняя по-
верхность не параболоид, а рассчитана так, что луч CS2 (рис. 317) после выхода
из отражателя идет параллельно его оси (8 = 0).
Передняя поверхность отражателя является параболоидом вращения, фокус
которого совпадает с фокусом отражателя. Отражатели этой группы будут иметь
преимущества перед первой группой только в том случае, когда аберрации, полу-
чающиеся вследствие дефектов изготовления, малы сравнительно с расчетными
аберрациями параболических отражателей.
в) К отражателям третьего типа принадлежат сферические отражатели,пред-
ложенные Манженом. Такой отражатель представляет собой выпукло-вогнутый
мениск; центр кривизны вогнутой лицевой поверхности совпадает с фокусом
отражателя (рис. 318).
334
Конструктивные данные одного из первых отражателей Манжена следующие:
Радиус кривизны передней поверхности ........... 1200 мм
Радиус кривизны задней поверхности 1600 »
Толщина на краю................................... 48 »
Толщина в центре.................................. 25 >>
Диаметр отверстия................................ 900 »
Относительное отверстие......................... 0,75
У этих отражателей толщина сильно изменяется от центра к краю, что умень-
шает термическую прочность. При сильных нагревах от дуговой лампы отража-
тели часто лопаются. Разница толщины
отражателя Манжена при диаметре
900 мм достигает 23 мм, тогда как у па-
раболического отражателя того же диа-
метра разница толщины всего лишь 3 мм;
в то время как у последнего относи-
тельное отверстие равно 2,5 : 1, у отра-
жателя Манжена оно равно 0,75 : 1.
Неравномерность толщин отражателя
сильно увеличивает его вес. При одном
и том же относительном отверстии, рав-
ном 1,9, отражатель Манжена весит в 6
раз больше параболического отража-
теля. По своей конструкции отражатель
Манжена не может иметь относительного отверстия больше 2:1, тогда как у стек-
лянных параболических отражателей оно достигает 2,5 : 1. Вследствие этих
недостатков отражатели Манжена не употребляются в прожекторах дальнего
действия и применяются лишь в малых светосигнальных приборах (например
светосигнальные аппараты Люкас).
§ 5. Металлические отражатели
Металлические отражатели применяются в настоящее время, главным об-
разом, в прожекторах заливающего света или в прожекторах
_ с углом рассеяния 10—12° (автофары, паровозные фонари
и др.) и имеют преимущество перед стеклянными в отноше-
/ нии своей прочности.
/ / У металлических отражателей зеркальная поверхность
f 240°/ либо покрывается слоем серебра, либо, для повышения
г/_________ механической прочности отражающего слоя, хромируется.
«ss* В случае посеребренной поверхности отражающий слой
*— \ покрывается слоем прозрачного лака.
\ Источником света у прожектора с металлическим отра-
\ жателем обычно служит электрическая лампа накалива-
ния. Аберрации металлических отражателей значительно
u f *! больше, чем стеклянных, что объясняется процессом
Рис. 319 их изготовления и требованиями, к ним предъявляе-
мыми (большой угол рассеивания). В качестве
примера приведем данные металлического хромированного отражателя диаметром
£) = 350 мм от автофары (рис. 319): фокусное расстояние /' = 48 мм, отно-
сительное отверстие =4,8, коэффициент отражения «] = 0,65. Диаметр круж-
ка рассеяния равен 12 мм. Поэтому угол рассеяния отражателя даже при точеч-
ном источнике света будет около 14°. Продольная аберрация равна 0,15 /,
тогда как у стеклянного отражателя, при относительном отверстии у=2,5:1,.
она порядка 0,01 и даже меньше.
Этот отражатель имеет в центре «слепое» отверстие D2, которое служит для
укрепления источника света; £)2 = 55 мм.
335
Металлические отражатели обладают большой механической прочностью:
«осколки снаряда, попавшие в отражатель, не выводят его из строя, в то время
как стеклянные отражатели разбиваются. Вследствие этого некоторые фирмы
предлагали снабжать металлические отражатели дуговой лампой и использовать
для прожекторов дальнего действия. Однако окислы азота, образующиеся при
горении дуговой лампы, разрушают отражающий металлический слой.
Было предложено золотить переднюю поверхность, так как золото более
стойко против окислов азота. Коэффициент отражения серебра почти одинаков
для всех длин волн видимого спектра, для золота же он увеличивается по мере
возрастания длины волны. [См. табл. 20, где даны значения коэффициента
отражения (в процентах) золота, серебра, хрома и алюминия для различных
длин волн].
Таблица 20
к \ в микронах Коэффициент^, отражения 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70
Золото 36,8 47,3 74,7 85,6 88,3 92,3
Серебро .... 90,6 91,8 92,5 93,0 93,6 94,6
Хром 70 69 68 65 64 64
Алюминий . . . 90 90 90 89 88 86
Максимум энергии излучения угольной вольтовой дуги лежит в оранжевой
части спектра (X = 0,625 р.), а для дуг* высокой интенсивности — в сине-фиолето-
вой части спектра (X = 0,45 ^). Если эти данные сопоставить со значениями коэф-
фициента отражения серебра и золота, приведенными в табл. 20, то станет ясно,
что позолоченный отражатель невыгодно применять с дугой высокой интен-
сивности. С другой стороны, световой пучок от позолоченной поверхности более
богат лучами с большей длиной волны, пучок же от посеребренного отражателя
относительно богаче голубыми и фиолетовыми лучами (с меньшей длиной волны).
Известно, что в атмосфере эти последние претерпевают большее рассеяние, т. е.
для них атмосферный воздух менее прозрачен; поэтому можно ожидать, что
позолоченный отражатель вследствие этого свойства может получить некоторые
преимущества.
Опыты, произведенные с металлическими позолоченными отражателями,
выявили следующие их недостатки:
1) отражатель при нагревании деформируется, что вызывает увеличение
аберраций;
2) вследствие незащищенности отражающего слоя от воздействия продуктов
горения вольтовой дуги и атмосферного воздуха отражатель покрывается нале-
том, уменьшающим коэффициент отражения. Через 100 часов горения налет
настолько сгущается, что коэффициент отражения падает до половины началь-
ной величины;
3) вследствие мягкости и незащищенности слоя он вскоре покрывается пят-
нами и царапинами.
Все эти недостатки металлических отражателей не позволяют применять их
в прожекторах дальнего действия.
§ 6. Условия, которым должны удовлетворять стеклянные отражатели
а) Стекло. Состав стекла отражателей соответствует обычному зеркаль-
ному или оконному стеклу; есть основания считать, что некоторые фирмы поль-
зуются стеклом пирекс (ругех), у которого термический коэффициент расширения
почти в 3 раза меньше, чем у обычного стекла. Коэффициент поглощения стекла
336
отражателей колеблется в пределах 1—3% на 1 см. Чем толще отражатель, тем
меньше должен быть коэффициент поглощения. Показатель преломления стекла
около 1,52.
При рассматривании отражателя в торец (параллельно поверхности) наблю-
дается большое количество свилей. Так как эти свили направлены в стекле вдоль
луча или образуют с ним малый угол, то они мало влияют на форму выходящего
пучка света. Если свили заметны при рассматривании отражателя перпендику-
лярно его поверхности, то они будут рассеивать лучи неправильным образом.
Такие свили нежелательны; можно допустить лишь слабые, едвазаметные невоору-
женным глазом. То же самое относится к слабым волосяным царапинам, види-
мым невооруженным глазом.
Пузырчатость стекла уменьшает коэффициент полезного действия отража-
теля, так как место, занятое пузырем, не участвует в образовании прожектор-
ного пучка, а рассеивает лучи во все стороны. Кроме того, пузырь может умень-
шить термическую стойкость отражателя.
Точно так же для сохранения термической стойкости совершенно не допу-
скаются посторонние включения в стекле в виде камней и белых кусочков непро-
варенной шихты стекла.
Чрезвычайно большое значение для прочности отражателей имеет отжиг
стекла. Плохой отжиг обнаруживается по оставшемуся двойному лучепреломле-
нию. Исследования показали, что остаточное лучепреломление в отражателях
весьма незначительно и колеблется в пределах 2—11 injx/сл/. Для сравнения
укажем, что в обыкновенном зеркальном или оконном стекле оно порядка 40—
50 т^/см; в оптическом 2—10 mji/сл/.
б) Отражатель. Обе поверхности отражателя должны быть отполи-
рованы до полного уничтожения следов предыдущей шлифовки. Царапины на
поверхности стекла и выколки на фасках при сильном нагревании отражателя
во время работы могут дать трещины. Поэтому не заматированные выколки
размером больше 2 мм в отражателях не допускаются.
На задней поверхности отражателя наносится однородный слой металличе-
ского серебра. Толщина серебряного слоя достигает 0,5—1 р.. Слой этот должен
быть нанесен так, чтобы между ним и стеклом не оставалось никаких посторон-
них частиц и чтобы не было мест отставания слоя и желтых пятен.
Для защиты серебряного слоя на него гальваническим путем наносится слой
меди. Медный слой должен покрывать всю заднюю поверхность отражателя и
огибать ее, по крайней мере, на г/4 толщины отражателя. Поверх медного слоя
накладывается в несколько слоев лак для защиты зеркального слоя от сырости
и газов. Часто для этого употребляют бакелитовый лак с каким-либо наполни-
телем.
Последнее время начинает применяться алюминирование малых стеклянных
отражателей, т. е. в качестве отражающего слоя применяется алюминий, который
наносится на переднюю поверхность отражателя путем испарения его в
вакууме.
Преимущество подобных отражателей состоит в том, что рабочей является
передняя поверхность и, таким образом, облегчается и ускоряется процесс изго-
товления отражателя. Наличие одного отражения уменьшает аберрации отража-
теля (уменьшается угол рассеяния, обусловленный аберрациями) и тем самым
увеличивает силу света прожектора. Жароупорность таких зеркал весьма
высока; без каких-либо последствий для величины коэффициента отражения
они выдерживают нагревание до 350—450°. Как видно из табл. 20, коэффи-
циент отражения алюминия немного меньше коэффициента отражения се-
ребра.
Недостатком алюминиевых слоев является их малая устойчивость к раствору
поваренной соли (морской воды).
В литературе имеются указания на возможность изготовления подобным же
методом зеркал с отражающим слоем из родия. Подобные зеркала имеют коэф-
фициент отражения лишь немногим меньше, чем зеркала со слоем алюминия,
22 Оптика в военном деле—215
337
в то же время они являются химически абсолютно стойкими (родий — аналог
платины), жароупорными, механически прочными.
Уход за стеклянными отражателями. Необходимо сле-
дить за тем, чтобы передняя поверхность отражателя была всегда чиста от влаги,
пыли и налетов, образующихся при горении углей. Для чистки рекомендуется
пользоваться специальной эмульсией, состоящей по весу из тонкого осажден-
ного мела и 4/5 воды. На 1 л эмульсии следует прибавить 40 см8 винного спирта.
Этим составом следует осторожно, с помощью губки или ваты, смочить переднюю
поверхность отражателя, а когда жидкость высохнет, протереть стекло мягкой
чистой тряпкой (бумазеей, фланелью). Протирку производить от центра отража-
теля к его краям. Необходимо особенно следить за чистотой тряпки, так как
случайные песчинки царапают поверхность; использование обычной ветоши для
этой цели совершенно не допускается.
§ 7. Диоптрическая и катадиоптрическая системы
Простейшим видом прожектора диоптрической системы является плоско-
выпуклая линза, в фокусе которой помещен источник света. Эта линза ставится
плоской стороной к источнику, что уменьшает абер-
рации и дает возможность довести угол охвата w до
35°. Для дальнейшего уменьшения аберрации и уве-
личения угла охвата Френель предложил ступенча-
тые линзы. Разрез профиля ступенчатой линзы дан
на рис. 320. Этот профиль состоит из центрального,
элемента АА', представляющего разрез плоско-выпук-
лой линзы, и ряда ступеней. Криволинейная часть
каждого элемента является дугой окружности. Ра-
диусы и положения центров кривизны каждого эле-
мента подобраны так, чтобы лучи из источника света,
помещенного в фокусе линзы, после преломления вы-
ходили из линзы приблизительно параллельным пуч-
ком. Две других линии профиля каждого элемента
являются прямыми линиями. В некоторых случаях
' Г оба эти ребра перпендикулярны друг другу (профиль
Френеля), в других — образуют острый угол (про-
Рис. 320 филь Аллара). Этот косо срезанный профиль делается
для облегчения линз, так как нижняя часть каждого
элемента (например сектор СТА) не участвует в образовании прожекторного
пучка.
При вращении ступенчатого профиля вокруг
горизонтальной оси О получается так называемая
полизональная линза, а при вращении ступенча-
того профиля вокруг вертикальной оси поясные
линзы. В зависимости от угла поворота профиля
вокруг вертикальной оси определяется угол рас-
сеяния поясной линзы в горизонтальной плоскости.
Угол охвата о> диоптрического профиля порядка
80°. Для дальнейшего увеличения угла охвата
применяют катадиоптрические элементы.Раз-
рез такого элемента дан на рис. 321. Криволинейная
Рис. 321
часть профиля АВ представляет дугу круга; другие
две линии AD и BD—прямые. На рисунке показан ход лучей в таком элементе.
Число катадиоптрических колец определяется формой пламени и расположением
горелки. Так, в линзе маяка Далена (рис. 322) имеется 4 катадиоптрических
кольца, расположенных только на нижней части аппарата. Это сделано для ис-
пользования лучей, идущих вниз от находящегося наверху источника света. Угол,
охвата линз Френеля с катадиоптрическими элементами достигает 160—170°.
338
Линзы Френеля, применяемые на маяках, состоят из отдельных стеклянных
полированных колец. Линзы указанного на рис. 322 профиля страдают суще-
Рис. 322
ственным недостатком: в
ступенях линз накапли-
вается грязь, что умень-
шает полезное действие
всей системы. Поэтому в
последнее время на же-
лезнодорожном транспорте
для светофоров стали ши-
роко применяться ступен-
чатые прессованные линзы
(рис. 323) выпуклоступен-
чатого профиля. У этих
линз ступени расположены
внутри фонаря, а внешняя
Рис. 323
поверхность очерчена плав-
ной выпуклой кривой.
Иногда для увеличения угла охвата в
светофорных фонарях применяют две ступен-
чатые линзы, расположенные одна за другой
ступенями внутрь промежутка (рис. 324);
здесь внутренняя линза 2 дает мнимое изображение источника света 4 в фокусе
передней линзы 7; 3—дополнительный рассеиватель. Такие системы имеют угол
охвата до 150° (рис. 324), угол рассеяния около 3°.
§ 8. Источники света, применяемые в прожекторах
Главнейшими источниками света, применяемыми в прожекторах, являются
вольтова дуга с угольными электродами, дуга высокой интенсивности, лампы
накаливания, а в маячных огнях — также ацетиленовые лампы.
Вольтова дуга с угольными электродами представляет собой газовый
разряд между двумя электродами, находящимися на некотором расстоянии
друг от друга. Для поддержания этого разряда между электродами необхо-
дима разность потенциалов ид.
Для угольной дуги наименьшее значение гд равно 35 вольт.
При постоянном токе поверхность анода (бомбардируемая потоком
электронов, двигающихся с большими скоростями от поверхности катода)
накаливается до температуры 3750—4200°, более высокой, чем темпера-
тура катода (3300°). На раскаленной поверхности анода образуется кратер,
который испускает 85% всего светового потока, даваемого дугой. Из
остальных 15% раскаленный катод дает 10% и светящиеся газы дуги —
5%. Вольтова дуга может возникнуть и поддерживаться лишь при раскален-
339
ном катоде, который является источником электронов. Поэтому при зажига-
нии дуги угли сближаются до соприкосновения, отчего образуются местные
нагревания отдельных участков катода. Если катод раскален, то дуга может
возникнуть и без соприкосновения электродов, что наблюдается в случае
угольной дуги, питаемой ~
Рис. 325
переменным током.
При колебаниях напряжения на электродах в
случае переменного тока мы имеем моменты отсут-
ствия напряжения, в эти моменты дуга тухнет; однако
в следующий момент времени, когда опять появляет-
ся разность потенциалов, дуга зажигается за счет
того, что электроды раскалены и еще не остыли.
Каждой длине дуги I соответствует некоторая раз-
ность потенциалов v^. Зависимость между и I вы-
ражается следующей приближенной формулой
v^ — a + bl,
(8,1)
где аиЬ— постоянные, зависящие от сорта угля, состава фитиля угля, атмо-
сферного давления и других причин.
Значение балластного сопротивления. Пусть мы имеем воль-
тову дугу, питаемую источником тока, напряжение которого равно напряже-
нию, необходимому для поддержа-
ния дуги данной длины, т. е.
1U0
^0 =^-
во
При сгорании углей расстояние
I увеличивается и для поддержания
дуги необходимо либо непрерывно
сводить угли, либо повышать на-
пряжение генератора.
Если взять генератор, у кото-
рого напряжение на зажимах"^
г»о > то при дуге определенной
длины последовательно с ней
должно быть введено балластное^
сопротивление (реостат R, рис. 325).
Сила тока i во всей цепи будет опре-
деляться по закону Ома формулой
(8,2)
1 r + R ’
где г — сопротивление дуги. По-
' теря напряжения в реостате при
этой силе тока будет
90
70
60
50
30
20
10
О 4 д 12 16 20 24 28 32
амперЬ/
Рис. 326
iR = v0— va. (8,3)
По мере сгорания углей увеличивается г, а поэтому, как видно из уравнения (8,2),
уменьшается i. С уменьшением i уменьшается падение напряжения в реостате и,
сдедовательно, увеличивается падение напряжения на дуге (у0). Таким образом
потере сгорания углей напряжение на дуге автоматически увеличивается в соот-
ветсгрци с основным уравнением (8,1).
Црй введенном реостате непрерывной подачи углей не требуется, а достаточно
иметь механизм для периодической подачи углей, что осуществить значительно
легче. Чем больше балластное сопротивление, тем устойчивее горит дуга, но
340
тем больше потеря мощности. Балластное сопротивление поглощает у обычных
угольных дуг около 50% мощности, а у дуг высокой интенсивности—около 30%.
Если, поддерживая длину дуги постоянной, увеличивать силу тока, то падение
напряжения на дуге будет уменьшаться.
На рис. 326 представлены вольтамперные характеристики, т. е. зависимость
напряжения на электроде от силы тока в дуге, для дуг различной длины — от
1 до 7 мм. Эти кривые показывают, что с увеличением силы тока напряжение
на электродах уменьшается непрерывно и плавно, но при некоторой силе тока
напряжение на дуге резко падает. В этот момент дуга перестает спокойно гореть
и начинает шипеть. Полу-
чается ослабление силы + У
света, дуга горит неспо-
койно, и угли сгорают бы-
стрее. Для прекращения
шипения дуги можно раз-
двинуть угли; тогда мы, не
изменяя силы тока, пере-
ходим на более высокую
кривую (рис. 326). Можно
также увеличить балласт-
ное сопротивление и умень-
шить силу тока; тогда мы
передвинемся по кривой
влево.
Для устойчивости го-
рения дуги положительный
уголь обычно снабжают
фитилем. Вдоль оси угля высверлено цилиндрическое отверстие, которое запол-
няется прессованной склеенной массой порошков разных составов; это и есть
фитиль угля. Обычно масса фитиля менее плотна, чем стенки угля, и обла-
дает меньшим сопротивлением.
\ Светотехническая характеристика угольной дуги.
При увеличении силы тока происходит увеличение силы света дуги. Увеличение
силы света происходит, главным образом, за счет увеличения диаметра кратера
дуги, яркость которого остается постоянной. В табл. 21 приведены данные силы
света и яркости кратера В простых углей в зависимости от силы тока дуги для
трех пар углей разного диаметра и разной нормальной силы тока iH.
Таблица 21
i d -j- = zu мм d — — 9 мм zH = 90a d + = 28 мм d— = 14 мм zH== ПОа d “j-=38 м м d — = 20 мм /H = 150a
I свеч. В св/см2 I свеч. । В св/см2 / свеч. В св/см2
60 5 200 15000 4 000 12500
80 8 000 17200 8 000 — .— •—
100 11000 19 000 11 000 14 500 8300 14800
120 14 500 20500 — 1 12 000 15 000
140 — — 16 000 17 000 14 800 ♦ 15 400
160 — — i — 16 200 I 15 600
180 — 22500 i 20000 20 000 15 700
200 i — 1 i 1 22 500 15 800
Как видно из таблицы, для первой пары углей яркость В остается почти
постоянной, медленно возрастая от 15 000 до 20 000 св/см2 при изменении силы
света почти в три раза. Для второй пары имеем изменение яркости от 12 500 до
20 000, в то время как сила света возрастает в 5,5 раза; для толстых же углей
341
яркость кратера меняется на 6% при возрастании силы тока в два раза, а силы
света — в 2,7 раза.
Плотность тока в дуге, т. е. сила тока на 1 мм поверхности кратера дуги по-
рядка 0,15— 0,17 а/мм; световая отдача 12—14 люмен на ватт, т. е. на каждый
ватт затраченной энергии дуга отдает в виде светового потока 12—14 люмен.
На рис. 327 дана кривая распределения силы света в горизонтальной плоскости
угольной дуги 200 а. Из рисунка видно, что максимальная сила света лежит
в направлении 35° от оси углей и спадает на 50% при угле 60°. Этим видом кривой
светораспределения объясняется то, что угол охвата стеклянных отражателей
обыкновенно не превышает 125°.
Угли, применяемые в обыкновенных дугах, должны удовлетворять следующим
условиям:
1) они должны быть совершенно прямыми;
2) поперечное сечение угля по всей длине должно иметь форму круга;
3) концы положительного и отрицательного углей должны быть заострены
в виде усеченного конуса;
4) торцевые концы углей должны быть срезаны под прямым углом к обра-
зующим цилиндра;
5) при горении дуги колебания силы тока и напряжения не должны превос-
ходить 1,5%;
б) фитиль не должен выкрашиваться, а омедненный слей отрицательного
угля не должен разрываться по длине;
7) скорость сгорания углей не должна быть больше 50 мм/час.
§ 9. Дуги высокой интенсивности
Светотехнические данные дуги. Выше мы видели, что про-
стое увеличение силы тока в дуге не дает значительного повышения яркости
кратера. Увеличение силы света может проис-
М ходить за счет увеличения диаметра кратера,
что сопряжено с переходом к толстым углям.
Сила света прожектора пропорциональна
яркости источника; поэтому уже давно про-
р__________________________ водились работы по изысканию средств для
повышения яркости кратера без значитель-
ного увеличения силы тока и без перехода к
толстым углям. В этом направлении следует
Рис. 328 отметить работы О. Луммера, которые пока-
зали, что яркость кратера дуги значительно
увеличивается, если дуга горит при повышенном давлении. Например, при давле-
нии 6 атм. яркость В= 120 000св/см2, а при давлении 22 атм. В = 284000 св/см3.
Вследствие трудности создания повышенного давления в некотором замкнутом
пространстве, где горит дуга, такие дуги применения не получили.
В 1916 г. Беку, Герцу и Сперри удалось получить значительное повышение
яркости дуги путем применения в фитильной массе положительного угля окисей
редких земель (тория, церия, лантана и др.) и увеличения плотности тока. При
горении дуги с такими углями (рис. 328) в фитиле положительного электрода
образуется глубокий кратер небольшого диаметра, имеющий форму усеченного
конуса. В устье кратера образуется облако светящегося газа, которое и является
главным световым очагом.
Это облако имеет яркость до 70 000 св/см3, яркость же стенок кратера всего
около 13 500 св/см3; таким образом общая яркость кратера достигает 83 500 св/см3,
т. е. в б раз больше яркости кратера обыкновенной дуги. Поэтому такая дуга и
получила название дуги высокой интенсивности.
Рис. 329 представляет для сравнения яркости и температуры различных
источников света: газовое 1 и ацетиленовое пламя 2, вольфрамовая нить
лампы накаливания 3, кратер обыкновенной дуги 4, дуга Бека-Сперри 5
342
и солнце 6. Мы видим, что яркость современных мощных дут высокой интен-
сивности довольно близко подходит
По своему спектральному со-
ставу хвет, излучаемый дугой вы-
сокой интенсивности, сильно отли-
чается от света, излучаемого обыч-
ной дугой. На рис. 330 по абсциссе
отложены длины волн в микронах,
по оси ординат — энергия в ват-
тах, излучаемая дугой, для данной
длины волны К.* Из рисунка видно,
что кривая излучения простой
дуги (кривая С) является плав-
ной кривой с максимумом около
к = 0,625 fi. Это — кривая излу-
чения раскаленного твердого тела
(температурное излучение). Кри-
вые А и В относятся к дугам высо-
кой интенсивности; они имеют ряд
максимумов и минимумов, что со-
ответствует не температурному из-
лучению, а излучению светящихся
газов. Положение максимумов за-
висит от состава газов. Наблю-
дается и общий подъем энергии
фиолетовой части спектра; этим
объясняется сильно слепящее дей-
ствие такой дуги, сопровождаю-
щееся поражение сетчатой оболочки,
глазами.
Для сохранения формы кратера при горении дуги высокой интенсивности
положительный уголь делается вращающимся вокруг своей оси со скоростью
1,5 об/мин. Для центрировки кратера отрицательный уголь также делается с
к яркости солнца.
Рис. 329
если смотреть на дугу незащищенными
лучшего образования клубка светящихся
16° к оси поло-
фитилем. Опыты показали, что для
газов необходимо отрицательному углю дать угол наклона а
жительного угля.
Плотность тока в дугах высокой интенсивности около 0,7—1,1 а/мм2, т. е.
в 4,5 раза больше плотности в обычной дуге. Возрастание силы света при повыше-
* Для перехода к световой энергии нужно интенсивности излучения для каждого малого
участка длин волн помножить на соответствующий коэффициент видности (т. I, гл. 7, § 12).
343
нии силы тока в дугах высокой интенсивности происходит как за счет увеличения
диаметра кратера, так и за счет увеличения количества светящихся газов в облаке,
что приводит к повышению яркости кратера.
На рис. 331 дана зависимость яркости В от силы тока. При изменении силы
тока в 1,7 раза яркость возрастает в два раза; этим дута высокой интенсив-
ности отличается от простой дуги.
Таблица 22
Г В ММ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
В св/см2 |89 200^76 500 66000 64 700 58500 46200 зз ооо| 18 300 9200 ! 6700
По всему кратеру яркость не постоянна, она меньше на краях кратера и больше
в его середине. Табл. 22 иллюстрирует это изменение, здесь даны значения яркости
В в св/см2 в зависимости отрасстояния г от центра кратера для дуги 150 а при
>ХЛ 90'
140
120
400
ео
60
40
20
О
20
40
60
60
400
420
UQ 90
напряжении 78,6 в. Величины яркости измерены
под углом 5° к оси положительного угля.
Кроме того, яркость каждого участка кратера
меняется в зависимости от направления. В сред-
нем, при расчете максимальной силы света прожек-
тора можно считать, что яркость кратера В =
= 83 000 св/см2.
На рис. 332 даны кривые светораспределения
в горизонтальной плоскости простых (кривые А и
В) и высоко интенсивных дуг (кривые С и £)).
Кривые А и С относятся к дугам 150 а; кривые В
и D — к дугам 200 а. Из рисунка видно, что, кроме
общего увеличения силы света, у дуг высокой интен-
сивности значительно меньше изменение силы света
при разных углах и более равномерное-распреде-
ление света, поэтому здесь можно использовать
бблыпие углы охвата, чем у обыкновенных, дуг.
В силу этого у отражателей с дугами высокой
интенсивности поверхности краевых зон должны
быть лучшего качества, чем у отражателей с обык-
новенной дугой. Тем не менее отражатели не мо-
гут использовать значительную часть светового по-
тока дуги высокой интенсивности, — ту часть, ко-
торая идет вне угла охвата отражателя. С этой
использования отражателем светового потока от
60е
О'
Рис. 332
точки зрения коэффициент
дуги высокой интенсивности меньше, чем при обыкновенной дуге.
В настоящее время продолжается разработка различных методов повышения
яркости кратера дуг высокой интенсивности.
Одним из путей является применение специальных углей с повышенной плот-
ностью тока. За границей появились конструкции прожекторов, снабженных
дугами высокой интенсивности на токи 200 а, 250 а и 300 а со специальными
углями с повышенной плотностью тока.
Так, например, угли Националь на силу тока 250 а имеют диаметр положи-
тельного угля 16 мм, отрицательного— 11 мм, т. е. такие же диаметры, как у дуги
на 150 а.
Если принять за 100% яркость центра кратера обычной дуги высокой интен-
сивности, то при том же диаметре углей яркость центра кратера дуги с углями
Националь будет 140%, т. е. яркость увеличивается почти в 1,5 раза.
Другим путем для повышения яркости кратера является воздействие на дугу
различных газов и паров, в частности светильного газа, спирта, водяных паров.
344
При воздействии на дугу водяных паров яркость кратера повышается приблизи-
тельно на 20—25%.
На яркость кратера влияет состав фитиля положительного угля; как было
указано выше, основным составом, определяющим яркость кратера, является
церий. Опыты показывают, что некоторого повышения яркости можно добиться
путем изменения содержания церия; вопрос об оптимальном содержании церия
пока остается открытым.
Угли дуг высокой и н т е н с и в н о с т и. В табл. 23 даны размеры
углей для прожекторов Сперри.
Таблица 23
Диаметр отраж. мм i в амп. V вольт Диаметры углей мм Длина углей см | Время горения в час. Сила света прожектора в млн. свечей
+ 1 Ч-
300 35 45 7 7 35 15 1 8
450 35 45 7 7 35 15 1 18
600 75 45 11 9,5 35 15 1,5 65
750 115 68 13,6 11 55 25 2 250
600 115 68 13,6 11 55 25 2 350
1500 150 78 ! 1 16 i 1 55 30 2 1200
Угли для дуг высокой интенсивности должны удовлетворять следующим.
Рис. 333
условиям:
1) они должны быть прямыми по всей своей длине, не иметь царапин или
выколок, которые могут быть причиной неравномерного горения углей;
2) продолжительность горения углей для
прожекторов с отражателями, диаметр кото-
рых 750 мм и больше, должна быть не
меньше, чем 13/4 часа;
3) конец положительного угля должен
быть заточен на конус;
4) фитиль положительного угля должен
проходить по всей длине угля, оболочка—рас-
положена концентрично с фитилем и быть
одинакового диаметра. Фитиль не должен
иметь трещин и пустых промежутков, должен
заполнять оболочку настолько прочно, чтобы
выдерживать без каких бы то ни было выкра-
шиваний те толчки, которым уголь может
подвергаться в условиях эксплоатации. Диаметр
фитиля должен составлять,
примерно, половину наружного диаметра угля;
5) отрицательный уголь должен быть изготовлен из твердого беспламенного
материала, не иметь трещин и пустот; по всей длине он должен иметь внутреннюю
сердцевину круглого сечения, из беспламенного материала;
6) при горении в нормальных условиях положительный уголь должен обра-
зовывать хорошо сформированный кратер, а отрицательный уголь —ясно выражен-
ный «отрицательный язык», излучающийся из его сердцевины. Дуга в нормальных
условиях горения не должна выделять большого количества сажи и белого налета.
Необходимым условием для работы прожектора с дугой высокой интенсив-
ности является усиленная вентиляция кожуха прожектора, так как продукты
горения, выделяющиеся в виде дыма, оседают на поверхности отражателя и ослаб-
ляют силу света прожектора.
Прожекторные лампы. Прожекторные лампы для дуг высокой
интенсивности должны допускать точную установку кратера в фокусе отражателя.
На рис. 333 даны значения силы света прожектора в зависимости от положения
источника света. По оси абсцисс отложены углы рассеяния а, а по оси ординат —
34$
сила света в миллионах свечей. Кривые А, В, С, D и др. дают значения
силы света прожектора для разных положений кратера относительно фокуса
отражателя. Как видно из рисунка, при смещении кратера на 3 мм от фокуса
{кривая В) сила света падает на 20%.
Прожекторные лампы бывают трех типов: 1) с ручной регулировкой, у которых
сведение углей и удержание кратера на месте производится вручную; 2) полу-
автоматические, у которых сведение углей и поддержание дуги производится
специальным механизмом, но точное удержание кратера дуги в фокусе отража-
теля производится от руки; 3) автоматические, которые обеспечивают, кроме
зажигания и поддержания дуги,
также автоматическое удержа-
ние кратера в фокусе отража-
теля.
В дугах без автоматической
регулировки поддержание кра-
тера в фокусе отражателя про-
изводится вручную; правиль-
ность положения кратера кон-
тролируется наблюдением изо-
бражения дуги на матовом
экране, помещенном в кожухе
прожектора; для этой цели дуга
при помощи специальной линзы
проектируется на матовый экран,
на котором штрихами отмечены
положения краев углей при
правильном положении кра-
тера.
Здесь будет рассмотрена автома-
тическая лампа 1,5-метрового зенит-
ного прожектора Сперри. На рис. 334
2 дана принципиальная схема этой
лампы. Шунтовой мотор 7 вращает
при помощи червячной передачи экс*
центрик 2, который при помощи по-
водка 3 заставляет двигаться шток 4
взад и вперед. Шток 4 несет две
группы собачек 5 и 75. Собачка 5 при
движении штока 4 скользит по напра-
вляющей 6 и захватывает зубья хра-
пового колеса 7, которое связано с
валом 5; этот вал при своем враще-
нии перемещает и вращает положи-
тельный уголь 10. Вращением экс-
центрика 13 можно регулировать число захватываемых зубьев храпового колеса 7. Таким
образом положительный уголь 10 перемещается толчками в одну сторону. На другом конце
штока 4 находятся две собачки 15, расположенные в различных, параллельных чертежу пло-
скостях. Каждая из собачек находится над одним из двух храповых колес 76 и 77, зубья кото-
рых направлены в противоположные стороны. Обе собачки связаны между собою пружиной
и касаются рамки направляющей 23. Сама рамка является рычагом якоря 20 электромагнита 27.
Рамка под действием притяжения электромагнита 21 и пружины 22 может перемещаться вверх
и вниз и доводить одну из собачек 75 до зацепления с зубьями одного из колес 16 или 77. При
зацеплении какой-нибудь собачкой одного из колес собачка, находящаяся против другого
колеса, отходит от зубьев. В зависимости от того, какая из собачек приходит в сцепление с
соответствующим колесом, колеса вращаются в ту или другую сторону, а вместе с ними вра-
щается в ту или другую сторону вал 18, перемещающий отрицательный уголь. Таким образом
отрицательный уголь может перемещаться в обе стороны толчками. При некотором среднем
положении направляющих 23 обе собачки 15 не будут задевать за зубья храповых колес, и
отрицательный уголь будет неподвижен. Ручки 24 и 25 допускают ручную подачу обоих углей.
Схема работы регулятора следующая: при разведенных углях напряжение на зажимах
лампы будет равно напряжению на зажимах генератора, и электромагнит 21 притянет якорь
20 \ вследствие этого собачка 15 начнет цепляться за зубья того храпового колеса, при вращении
которого происходит сближение углей. После того как угли сойдутся, напряжение на дуге
346
упадет, ток в электромагните 21 ослабнет, якорь под действием пружины отойдет, и нарушится
сцепление первой собачки с зубьями одного из колес. При этом может произойти сцепление
другой собачки с другим колесом, тогда вал 75 станет вращаться в обратную сторону и разводить
угли. При нормальном напряжении на дуге устанавливается равновесие между натяжением
пружины 22 и притяжением электромагнита 27, обе собачки будут находиться в таком поло-
жении, что не будут зацеплять за зубья храповых колес и отрицательный уголь не будет пере-
мещаться.
При нарушении равновесия в ту или иную сторону будет действовать одна из собачек,
вызывая подачу отрицательного угля вперед или назад.
Средняя скорость подачи положительного угля несколько меньше скорости сгорания,
поэтому кратер дуги будет постепенно при сгорании уходить назад от фокуса отражателя.
Как только он уйдет от фокуса на 0,4 мм, пучок лучей от него, пройдя через линзу 77, даст
изображение кратера на биметаллической пластинке 72,* что вызовет искривление пластинки
и замыкание контакта электромагнита 9, присоединенного к зажимам дуги. При этом якорь
электромагнита отодвинет направляющую 6, собачка 5 станет зацеплять больше зубцов, и
таким образом увеличится скорость подачи положительного угля. Как только кратер дуги
придет на свое место, изображение его сойдет с биметаллической пластинки, она охладится,
выпрямится и разомкнет контакт; от этого направляющая опустится и восстановится нормаль-
ная подача положительного угля.
Такой механизм удерживает кратер в постоянном положении с точностью
до 0,8 мм.
§ 10. Лампы накаливания
Лампа накаливания является в настоящее время одним из самых распро-
страненных источников света. Почти за 70 лет своего существования она претер-
пела значительные изменения и усовершенствования; так, например, первая
лампа Эдиссона (1879 г.) имела светоотдачу в 15 раз меньшую, чем современная
мощная прожекторная лампа. История развития и усовершенствования освети-
тельных ламп накаливания может быть иллюстрирована данными табл. 24.
Таблица 24
Наименование лампы Год Световая отдача лм/ватт
Первая лампа Эдиссона 1879 1,4
Лампа с карбонизированной нитью 1880 1,6
„ с нитью из обугленного волокна 1894 3,3
я с осмиевой нитью 1905 5,9
я с танталовой нитью 1906 5,9
, с нитью прессованного в вакууме вольфрама 1907 7,8
„ с нитью из протянутого вольфрама 1911 10
„ с нитью из вольфрама газополная 1913 10,8
„ биспиральная газополная 1935 13
В современных прожекторных лампах светоотдача достигает 23—24лм/ватт.
Основным ограничением дальнейшего повышения светоотдачи лампы накали-
вания служит предел возможного повышения температуры накала. Температура
плавления вольфрама составляет 3663° К, поэтому температура накала нити
вольфрамовых ламп не превосходит 3000—3100° К и светоотдача не идет
* Лампа, у которой регулировка положения кратера производится путем нагревания
биметаллической пластинки, называется лампой с термостатом. Биметаллическая пла-
стинка состоит из двух спаянных между собою по длине тонких пластинок, латунной и
стальной, обладающих различными коэффициентами расширения. Если такую пластинку
нагреть, то она изогнется в сторону металла с меньшим коэффициентом расширения (в
данном случае в сторону стали). Для того чтобы изменение температуры окружающего
воздуха не изгибало пластинки, устраивают тепловой компенсатор. Для этой цели части
А и В термостата связывают между собой мостиком С. По одну сторону мостика находятся
три параллельно расположенных биметаллических пластинки, в каждой из них сверху на-
ходится стальная, а снизу — латунная пластинка. По другую сторону перемычки нахо-
дятся тоже три пластинки, но с обратным расположением металлов. При общем изме-
нении температуры обе половины термостата изогнутся в разные стороны, но контакт К
не замкнется. При нагревании же только одной половины термостата произойдет изгиб
одной группы пластинок, и контакт К даст замыкание цепи.
347
выше 23—24 лм/ватт. Яркость нити газополных ламп 1100—1200 стильб,
но при перекале, при малом сроке службы достигает 3000 стильб.
Обычные осветительные лампы мало пригодны для получения направленного
прожекторного пучка, так как в них светящаяся фигура не образует подобной
кратеру дуги светящейся площадки, а состоит большей частью из спирали,
согнутой по кругу с довольно большим радиусом кривизны. Поэтому в прожек-
торах применяются специальные лампы, в которых светящаяся вольфрамовая
спираль состоит из отдельных секций, расположенных в одной вертикальной
плоскости. Для меньшего угла рассеяния и большей равномерности направлен-
ного пучка отдельные секции спирали располагаются, по возможности, ближе
одна к другой. Для ламп с подобным концентрированным расположением спи-
рали введено понятие габаритной яркости Вг, определяемое как отно-
шение максимальной силы света к площади габарита светящейся фигуры ab.
Такие лампы применяются в посадочных прожекторах заливающего
света, судовых прожекторах, аэромаяках и других осветительных приборах,
где требуется большая мощность светового потока.
В табл. 25 даны основные световые характеристики некоторых стандартных
прожекторных ламп Московского электролампового завода.
Таблица 25
V вольт р ватт ч лм/ватт Габариты свет, фигуры Габаритная яркость Вг
а мм 1 Ь мм
по 500 21,00 13 14,5 540
по 1000 22,2 18 13,5 839
по 1500 23,0 21,5 15,5 941
по 2000 23,7 32,5 13,5 973
по 3000 24,1 39 16 1010
220 500 19,6 16 14 455
220 j 1000 21,0 19,5 16 675
220 j 1500 f 21,7 26,5 16 675
Из таблицы видно, что при одинаковом напряжении световая отдача повы-
шается с увеличением мощности лампы; одновременно увеличивается габаритная
яркость. При одинаковой мощности световая отдача и габаритная яркость
больше у ламп с напряжением ПО в, чем у ламп с напряжением 220 в. По
сравнению с обычными осветительными лампами прожекторные лампы имеют
большую световую отдачу: так, например, у обычной осветительной лампы на
НО в мощностью Р= 1000 ватт световая отдача =19,0 лм/ватт, тогда как у про-
жекторной лампы той же мощности световая отдача = 22,2 лм/ватт.
Срок службы прожекторных ламп значительно меньше, чем обычных; для
ламп со световыми характеристиками, приведенными в табл. 25, срок службы
около 100 час., т. е. в 10 раз меньше срока службы нормальных осветительных
ламп.
Сила света ламп в вертикальной плоскости зависит от угла. На рис. 335
показано относительное распределение силы света ламп в вертикальной пло-
скости при горизонтальной силе света, принятой за 100%.
Горизонтальная сила света лампы любой мощности Р может быть вычисле-
на по формуле
тс *
Прожекторные лампы при горении необходимо устанавливать в некотором
определенном положении. На рис. 336 представлено нормальное положение
лампы при горении и допустимые углы наклонения лампы от этого положения.
31»
На рис. 337 и 338 представлены схемы двух прожекторных ламп, которые
предназначаются для самолетных посадочных прожекторов, применяемых
для освещения места посадки само-
лета, а также для других освети-
тельных приборов при необходимости
использовать лампы низкого напряжения
с большей яркостью светящегося тела.
Срок службы этих ламп около
30 час.
На рис. 339 представлен общий вид
прожекторной лампы, предназначенной
для буферного фонаря паровоза, а на
рис. 340 — лампы для лобового прожек-
тора, устанавливаемого на паровозах
и электровозах для освещения пути.
Для светофоров, служащих для авто-
блокировки железных дорог, разрабо-
таны специальные светофорные лампы
с низким напряжением, обусловленным
Рис. 336
необходимостью питания блок-участков от специальных аккумуляторов или
элементов большой емкости. На рис. 341 представлен общий вид светофорных
Рис. 337 и 338. Прожекторные лампы для
самолетных посадочных прожекторов
Рис. 339 и 340. Прожекторная лампа
для паровозов
ламп. Основные светотехнические характеристики всех этих ламп приведены
в табл. 26, 27 и 28.
349
Срок службы светофорных ламп мощностью 10, 15, 25 ватт не менее
1000 час., для лампы мощностью 50 ватт — не менее 400 час.
Необходимо учесть, что для полного использования светового потока,
излучаемого всякого рода прожекторной лампой, необходима правильная
установка ее в прожекторе. Ошибки в установке лампы вызывают значительное
уменьшение силы света прожектора.
Таблица 26
V вольт р ватт 1 лм/ватт Габариты свет. фиг. Габарита, яркость № рисунка лампы
а мм Ь мм
11 100 23,00 5 5 837 337
11 250 26,5 3 6,5 2934 338
23 100 20,5 5 6,5 546 337
23 250 24,5 6 8 1158 338
Таблица 27
V вольт Р ватт лм/ватт Габариты свет. фиг. № рис. лампы Срок службы в час.
а мм b мм
50 25 10,0 8 4 339 300
50 250 16 10 10 340 500
а б
Рис. 341. Светофорные лампы
Таблица 28
V вольт р ватт лм/ватт Габариты свет. фиг. № рисунка лампы
а мм Ь мм
12 10 7,8 3,8 2,4 341а
12 15 8,5 4,2 2,6 341а
12 25 9,0 5,0 3,5 341а
12 50 12,6 4 6 341 £
§ 11. Газосветные лампы
Как было указано выше, светоотдача ламп накаливания не идет выше 23—
24 лм/ватт. Дальнейший прогресс в области получения более экономических
источников света возможен путем использования света электрического разряда
в газе, в так называемых газосветных лампах. В этом направлении ведутся
в последнее время многочисленные работы. Газосветные лампы в последнее время
получают все большее распространение. Неоновые источники света приме-
няются в системе светооборудования аэролиний. Газосветные лампы с парами
350
натрия и ртути находят применение для целей наружного освещения, для осве-
щения автострад, мостов и даже внутреннего производственного освещения.
При обычных температурных излучателях (угольная дуга, лампа накаливания}
световой коэффициент полезного действия определяется формулой:
х2 = 0,7
J* V\ • • dx
J . dX
о
где — интенсивность излучения для данной длины волны Х;Х1 = 0,4у.И‘
Х2 = 0,7р.—длины волн на границах видимой части спектра; — коэффициент
видности для излучения данной длины волны X. В случае абсолютно черного*
тела с температурой Т = 6500° К (температура солнца) световой коэффициент
полезного действия не превысит 14%. Для вольфрамовой лампы с температурой
накала около 3300° максимальный и световой коэффициенты полезного действия
будет около 4,5%. Иная картина наблюдается в газосветных
источниках света; так, например, при известных условиях раз-
ряда в парах натрия возможно превращение до 80—90% подво-
димой мощности в излучение желтой линии натрия (X = 0,589 у.),
что будет соответствовать светоотдаче около 400 лм/ватт.
В обычных газосветных натриевых трубках светоотдача
не превышает 40—50 лм/ватт; световая отдача некоторых не-
оновых ламп порядка 35 лм/ватт.
Основное различие между этими двумя типами излучателей
заключается в том, что при температурном излучателе выде-
ляющаяся энергия распределена по широкому участку спектра
(теоретически от Х = 0 до X = оо), а используется лишь неболь-
шая часть этого участка от X = 0,4 р. до X = 0,7 р. в пределах
видимого спектра; в газосветных источниках при газовом раз-
ряде светятся лишь некоторые спектральные линии, которые
при соответствующем выборе газовой среды лежат в основном
в видимой части спектра, вследствие чего коэффициент полезного
действия значительно повышается.
В воздушном транспорте для целей сигнализации приме-
няются неоновые трубки. (Неон—это инертный газ, который
при разряде имеет оранжево-красную окраску свечения, обу-
словленную рядом интенсивных спектральных линий, лежащих
Рис. 342
в желтой и»
красной части спектра с максимумом излучения для длины волны около 0,64 у.).
Различают три вида неоновых газосветных трубок: лампы высокого напря-
жения с холодными электродами, лампы низкого напряжения с накаливае-
мым катодом, лампы безэлектродные.
На рис. 342 представлена неоновая трубка высокого напряжения. Трубка
наполняется неоном при давлении 2—17 мм ртутного столба. Для целей воздуш-
ного транспорта обычно применяют трубки диаметром 22 мм.
Для трубки переменного тока диаметром 20 мм на 1 погонный метр требуется
напряжение примерно 1000 в; эти трубки имеют электроды из железа, доста-
точно устойчивого в отношении распыления.
Трубки длиной 1,5—2 м при диаметре 8 мм требуют для горения напряжение
1500 вольт при силе тока 0,01а. Световая отдача неоновых трубок высокого
напряжения достигает 15 лм/ватт, яркость — около 0,25 стильб.
В трубке высокого напряжения весьма значительная часть энергии затра-
чивается на вырывание электронов из катода, таким образом вблизи электродоз
имеется значительное падение напряжения порядка нескольких сот вольт. Для
увеличения световой отдачи необходимо уменьшить это падение напряжения,
облегчив выход электронов из катода.
351
Как известно, раскаленные окислы щелочноземельных металлов (кальций,
барий, стронций и др.) облегчают выход электронов. Оказалось, что с примене-
нием подобных оксидных катодов свечение наступает при более низком напря-
жении.
Трубки пониженного напряжения резко отличаются от трубок высокого
напряжения. К неоновой разрядной трубке длиной 70 см и диаметром 20 мм,
вместо 1000 в, приключается всего 100 в. Потеря мощности у катода почти совер-
шенно отпадает при работе с нагреваемым оксидным катодом. Сила тока в подоб-
ных газосветных трубках была доведена до 100 а, причем мощность, затрачи-
ваемая на нагревание электродов, была около 100 ватт.
С применением накаливаемых катодов удалось значительно повысить яркость
неоновых трубок, доведя ее до 3—3,5 стильб.
В настоящее время продолжаются работы по увеличению яркости неоновых
трубок; так, например, применение тугоплавких трубок дает возможность повы-
сить яркость разряда до 18—20 стильб. Применением вделанной
вовнутрь металлической сетки, которая вызывает отшнуровыва-
ние разряда, можно еще более повысить яркость.
Поданным Пирани, при плотности тока до 400—500а/см2
можно получить яркость разряда порядка 300—600 стильб.
Третий тип—это так называемые индукционные (безэлектрод-
ные) лампы. На рис. 343 представлена схема включения подобной
лампы.
Безэлектродная лампа состоит из стеклянного шарика, диа-
метром несколько сантиметров, наполненного неоном, и системы
возбуждения переменным током высокой частоты. Стеклянный
шарик окружается витками соленоида, в котором возбуждается
переменное электромагнитное поле высокой частоты. В индук-
ционных лампах разряд происходит благодаря воздействию высо-
кочастотного электромагнитного поля на свободные электроны,
находящиеся в газе; эти электроны, бомбардируя атомы и мо-
лекулы газа, вызывают в нем усиленную ионизацию и разряд,
вследствие чего происходит свечение газа.
При применении подобной высокочастотной индукционной
лампы в аэромаяке с отражателем диаметром 60 см удалось полу-
чить силу света до 100000 свечей и даже несколько большую.
Яркость этих ламп в зависимости от вида разряда колеблется в
пределах от нескольких десятков до сотен стильб.
Для прожекторной техники, для всевозможных прожекторных устройств весьма
большой интерес представляют ртутные лампы сверхвысокого давления; у пос-
ледних образцов яркость достигала 180 000 стильб при световой отдаче около 55—
65 лм/ватт. В этих лампах давление паров .ртути достигает 100—200 атм.
Первые образцы ламп были разработаны по двум типам, с водяным охла-
ждением. Форсированное охлаждение позволяет допускать нагрузку до 660—
700 ватт на 1 см длины разрядного столба при напряжении от 400 до 600 вольт
на 1 см. Малая лампа представляет кварцевую капиллярную трубку с внутрен-
ним диаметром 2 мм и наружным 6 мм и длиной около 35—40 мм. С обоих
концов трубки заделаны 2 электрода из вольфрамовой проволоки, покрытой
оксидом. Внутрь трубки введена капелька ртути. Расстояние между электро-
дами не превосходит 20 мм. При горении лампы наблюдается сужение светящегося
ртутного столба, который стягивается до диаметра не более 1 мм.
Второй тип лампы отличается от первой большей длиной трубки, достигающей
150 мм и помещенной во вторую кварцевую трубку, служащую рубашкой для
охлаждающей воды. Необходимость применения кварца вызвана весьма высо-
кими давлением и температурой. В табл. 29 приведены некоторые данные
□тих ламп.
В дальнейшем путем применения трубок с более узким внутренним диаметром
была достигнута яркость 180 000 стильб.
Рис. 343
352
Таблица 29
Данные лампы
Тип лампы
1 I 11
Расстояние между электродами в мм ... .
Напряжение в вольтах...................
Сила тока в амперах....................
Мощность в ваттах......................
Световой поток в люменах...............
Светоотдача в лм/ватт .................
Яркость в стильбах ....................
20
1200
1,35
1450
80 000
55
40 000
150
6000
1,6
9 000
500 000
55
30 000
§ 12. Источники света с газообразным горючим
Источники света с газообразным горючим применяются в светосигнальных
маячных приборах. В настоящее время в качестве горючего газа применяют
в основном ацетилен.
Ацетилен представляет собою газ, имеющий
химическую формулу С2Н2; он добывается из кар-
бида кальция (СаС2) при воздействии на него водой.
Будучи смешан с воздухом в количестве более 5%
и менее 80% газа от объема смеси, образует взрыв-
чатую смесь.
Пламя ацетилена отличается большой яркостью
и высокой температурой. Вследствие дешевизны
эксплоатации и относительно высокой световой
отдачи ацетилен привлек вначале всеобщее внима-
ние; но вследствие его способности взрываться он
не находил себе широкого применения до тех пор,
пока не был разработан способ растворять его в аце-
тоне, вследствие чего он теряет способность взры-
ваться и делается поэтому годным к эксплоатации.
Опыты показывают, что ацетон обладает спо-
собностью поглощать ацетилен на каждую атмо-
сферу давления в 25 раз больше своего объема
при Т — 10°; при этом объем ацетона возрастает
всего на 4%. Благодаря этому в баллоне можно со-
брать значительно больше ацетилена, растворяя
его в ацетоне, чем просто наполняя баллон только
ацетиленом.
Для предотвращения взрыва свободного ацетилена баллоны, или, как их
называют, г азоаккумуляторы, наполняют пористой массой, имеющей пористость
80%. Назначение пористой массы заключается в том, чтобы воспрепятствовать
скоплению свободного сжатого ацетилена.
На рис. 344 представлена верхняя головка газоаккумулятора. Газоаккуму-
лятор снабжен мембранным винтом -и-10, которым регулируется подача газа
из аккумулятора через отверстие, имеющееся сбоку головки, вентиль закрывается
сверху пробкой Z/-14, имеющей винтовую нарезку. Отверстие для выхода газа
закрывается навертывающейся пробкой. При приключении баллона к трубо-
проводу пробка, закрывающая отверстие, вывинчивается и вместо нее ввинчи-
вается конец трубопровода. При помощи ключа А-130 можно открывать мем-
бранный вентиль.
Ацетилен применяется как в горелках с открытым пламенем, так и в горелках
с газокалильными ауэровскими сетками.
Яркость ацетиленового открытого пламени зависит от размеров пламени.
Так, для горелки завода Пинч ££=0,31—1,27. При ширине и высоте пламени 21мм
в направлении, перпендикулярном плоскости пламени, его яркость изменяется
23 Оптика в военном деле—215.
353
от 4,5 до 12 стильб. Наибольшая яркость наблюдается у самого отверстия, где
вырывается светящийся столб; по мере приближения к краям яркость пламени
уменьшается. Яркость пламени зависит от направления.
Максимальная яркость наблюдается в
направлении плоскости пламени, что про-
исходит за счет увеличения толщины пла-
мени в данном направлении, т. е. сказы-
вается объемное свечение газа. Таким обра-
зом малые размеры источника при наблю-
дении в плоскости пламени и тем самым ма-
лая сила света компенсируются до некото-
рой степени увеличением яркости. Поэтому
мы можем ожидать, что меридиональная
кривая распределения силы света будет
близка к окружности. На рис. 345 пред-
ставлена кривая распределения света по-
добной горелки в горизонтальной плоско-
сти; из рисунка видно, что сила света
остается приблизительно постоянной неза-
висимо от направления, колеблясь в пре-
делах 10—11, 5 св.; таким образом кривая
распределения света такой горелки не
подобна кривой распределения света,
которая получается при плоском источнике света, излучающем по закону
Ламберта.
Одним из преимуществ ацетиленовой горелки с открытым пламенем является
возможность получения довольно коротких вспышек порядка 0,1 сек.
В связи с высокой температурой пламени ацетилена применяются калильные
ацетиленовые горелки. Светящимся телом такой горелки является так называемая
калильная сетка, разработанная в
1891 г. физиком Ауэром. Остов сетки
делается из шелка, вискозы, бумажной
пряжи и пропитан азотнокислыми со-
лями редких земель—тория и церия.
Такого рода сетки уже давно приме-
няются в так называемом керосино-
Калильном освещении.
Главным затруднением в осущест-
влении ацетиленового газокалильного
освещения являлась необходимость
равномерного и постоянного смешения
ацетилена с воздухом и подачи такой
смеси при сравнительно большом да-
влении. Эта задача была разрешена
инженером Даленом, и аппараты с по-
добного рода горелками называются
огнями Далена.
На рис. 346 схематично предста-
влен светосигнальный аппарат с аце-
тиленовой калильной горелкой и про-
блесковым аппаратом А, Горелка
установлена в опрокинутом виде, вследствие чего достигается лучшее накали-
вание сетки.
Горелки и размеры калильных сеток бывают различны; чем больше их размер,
тем больше сила света, которая колеблется в пределах 18—83 свечи.
Яркость ацетиленовой калильной горелки в зависимости от ее размеров лежит
в пределах 25—80 стильб. Основным недостатком газокалильного освещения
351
является малая прочность сеток (колпачков), вследствие чего их нельзя оставлять
без наблюдения. В этом отношении горелки с открытым пламенем имеют значи-
тельное преимущество, так как они не требуют за собой непрерывного наблю-
дения и могут оставаться без присмотра в течение многих месяцев. Поэтому газовое
(ацетиленовое) освещение в основном применяется в трудно доступных, слабо
заселенных местах, где подача электроэнергии затруднена или невозможна
(буи).
§ 13. Сила света прожектора
В § 2 мы имели формулу (2,12) для силы света прожектора
^прож.==—4 В • q. (13,1)
Величина /прож.называется максимальной осевой силон света про-
жектораи выражается в свечах. Из этой формулы видно, что сила света 7Прож. не
зависит от силы света источника, а
только от его яркости и диаметра
отверстия прожектора. Это происхо-
дит потому, что сила света источни-
ка при его постоянной яркости воз-
растает только за счет увеличения
размеров источника, что, в свою
очередь, увеличивает только угол
рассеяния. Коэффициент q есть
коэффициент полезного
действия оптики прожек-
тора, он зависит от коэффициента
отражения, от диафрагмирования
поверхности отражателя, от коэф-
фициента пропускания защитных
стекол. В целом его величина равна
0,7—0,8.
Рис. 347
Для расчета освещенности, создаваемой прожектором на некотором рас-
стоянии L, можно применять формулу (2,7)
/прож.
только для расстояний L, больших некоторого расстояния La, называемого д и-
станцией оформления светового пучка прожектора. На более близ-
ких расстояниях мишень освещается не всем пучком лучей, идущих от отражателя.
Дистанция Lq может быть найдена следующим образом (рис. 347). Наблю-
датель, имея глаз на оптической оси прожектора, удаляется от него. Вначале
он будет видеть светлый участок в центральной части отражателя или линзы.
По мере удаления этот участок будет увеличиваться. Когда наблюдатель будет
находиться в точке М, он увидит светящейся центральную часть отражателя
размерами в половину диаметра всего видимого диска. Внешние части диска
в точку М лучей не посылают. При движении из точки М в точку Мо будут вклю-
чаться внешние части отражателя и, наконец, наблюдатель в точке Мо увидит
всю поверхность отражателя светящейся.
Расстояние точки Мо от центра отражателя и является дистанцией Lo офор-
мления светового пучка.Только в пределах угла N^MqN1 (показанного на рисунке
черным) работает вся поверхность отражателя; при расчете освещенности, давае-
мой прожектором, можно применять формулу обратных квадратов только с рас-
стояния Lq.
При шаровом источнике света дистанция оформления для прожекторов с
малым углом рассеяния (1—2°) может быть вычислена по формуле
, _£). (£2 + 4/2)
1-гЛ - г .
355
а при дисковом источнике
где d — диаметр источника света. За шаровой источник может быть принят
кратер дуги интенсивного горения, за дисковой — кратер обыкновенной дуги
и пламенного источника. Для боковых пучков, образующих с осью некоторый
угол, дистанция оформления наступает значительно дальше; практически счи-
тают, что весь пучок достаточно оформлен на расстоянии, в 5—10 раз большем
дистанции оформления осевой силы света.
Типичная кривая светораспределения прожектора с дуговой лампой была
дана на рис. 315, откуда видно, как сильно падает сила света в зависимости от
удаления от оси пучка.
Формула (13,1) дает максимальную осевую силу света; для расчетов часто
вводят расчетную силу света /расч> = 0,5/прОж.; средняя освещенность в этом
случае равна
Ерасч.=0,5^^. (13,2)
Для определения силы света прожекторов с поясными линзами применяется
следующая формула
ПОЯС. =:=: <7л^ dB,
где qn — коэффициент пропускания стекла линзы, Н — высота линзы, d—ширина
пламени источника, а В— его яркость. Для линз Френеля qn = 0,5.
Если принять за 100% полный световой поток, даваемый лампой прожек-
тора во всех направлениях, то световой jiotok, вышедший из прожектора, будет
составлять 45% для прожектора с обыкновенной дугой и около 21% для про-
жектора с интенсивной дугой. Главные потери светового потока происходят
вследствие того, что отражатель в свой угол охвата берет лишь часть всего све-
тового потока. Для примера вычислим: 1) диаметр круга, освещенного прожек-
тором с дугой высокой интенсивности на 150 а и отражателем диаметра 1,5 м
в углу рассеяния ближнего действия, и 2) освещенность цели, при дистанции
L = 3 км, без учета прозрачности воздуха.
Из табл. 19 имеем, что при диаметре отражателя, равном 1500 мм, фокусное
расстояние f= 636 мм; сила тока в дуге 150 а; при плотности тока 1 а/мм2
диаметр кратера будет равен
d = 2]/^=13,8 мм.
Так как угол рассеяния ближнего действия мало отличается от теоретического
угла рассеяния, то полагаем приблизительно
“«'=f = W = 0'0216
или, в градусной мере, «од = 1°15'.
По формуле (3,2) диаметр освещенного круга Z>K = 3000 • 0,0216 м = 65 м.
Для дуги высокой интенсивности при В = 830 св/мм и <? = 0,8 имеем по фор-
муле (13,1) для силы света прожектора:
/прож = 3J4^830 • 0,8= 1170- 10е свечей.
Освещенность [ио формуле (13,2)]
„ п г 1170 . 106
£ расч. = и, О---------------300СЯ-= люксов.
356
§ 14. Влияние прозрачности атмосферы на яркость прожекторного пучка
Яркость прожекторного пучка при прохождении через атмосферу уменьшается.
Молекулы водяного пара, воздуха, различные механические частицы (пыль,
дым), взвешенные в воздухе, задерживают часть
светового потока при его прохождении через
среду. Часть лучей поглощается этими части-
цами, а основная часть рассеивается ими во все
стороны.
Коэффициент прозрачности воздуха т изме-
няется в широких пределах, начиная с наиболь-
шего значения 0,95 при исключительно ясной
погоде.
Если цель находится на расстоянии L км, а
коэффициент прозрачности равен т, то освещен-
ность цели будет равна
E = tL{n^, 1Оо люкса. (14,1)
Вычислим освещенность цели в условиях
примера § 13; при т =0,8 имеем
Рис. 348
£расч. = 0,83 • 65 =0,51 -65 = 33 люкса.
Так как рассеяние света зависит от длины волны света, то прозрачность воз-
духа будет различна для различных длин волн, и спектральный состав про-:
жекторного пучка будет изменяться с увели-
чением пути луча.
На рис. 348 показаны кривые относи-
тельного распределения энергии по спектру
луча прожектора при различных расстоя-
ниях от него. Для каждого
случая за единицу принято
количество энергии, соот-
ветствующее длине волны
X = 0,55 р.; поэтому все
кривые в этой точке пере-
секаются. Если рядом с
прожектором (кривая А)
прожекторный пучок имеет
относительно немного жел-
тых и красных лучей, то с
увеличением расстояния
(кривые В, С, О, Ей F)
от 700 до 3500 м левая
часть кривых опускается,—
пучок беднеет фиолетовыми
лучами, в то время как
правая часть резко повы-
шается, — пучок обога-
щается красными лучами.
Рассеянная часть свето-
вого пучка создает свече-
ние столба атмосферы в пре-
делах прожекторного пуч-
ка, вследствие чего послед-
ний становится видимым
в темноте. При освещении
Рис. 350
357
воздушной цели зенитным прожектором наблюдатель видит освещенную цель
проектирующейся не на темном небе, а на фоне, имеющем некоторую яркость,
которая зависит от атмосферных условий, силы света прожектора, расположения
наблюдателя относительно прожектора. На рис. 349 точка П обозначает прожек-
тор, направляющий пучок с углом рассеяния и; в точке Ц находится цель,
которую рассматривает наблюдатель, находящийся в точке Н. Из рисунка видно,
что цель проектируется на фоне светящегося участка воздуха, длина которого
ИцАг! чем меньше расстояние а, тем больше длина светящегося участка
воздуха, на фоне которого проектируется цель, т. е. тем больше яркость фона.
На рис. 350 представлен график яркости фона в зависимости от расстояния
а, полученный опытным путем при одном из испытаний при безоблачном небе.
Из графика видно, что яркость фона уменьшается по мере увеличения а.
§ 15. Дальность действия прожектора
Рассмотрим здесь дальность действия светосигнальных аппаратов и про-
жекторов, предназначенных для освещения удаленных предметов. В первом
случае наблюдателю необходимо лишь увидеть свет светосигнального аппарата,
во втором случае он должен на освещенном фоне увидеть интересующие его
детали.
Видимость светосигнальных аппаратов. При рас-
сматривании сигнала ночью глаз наблюдателя видит на темном фоне светлую
точку. Видимость светового сигнала зависит от количества световой энергии,
приходящей в наш глаз. Не всякое количество пришедшей в глаз энергии спо-
собно вызвать раздражение, а только такое, которое не меньше некоторого ми-
нимального количества, называемого порогом раздражения.* Этот порог, в
свою очередь, зависит от яркости окружающего поля (поля адаптации) и от
продолжительности раздражения. Под порогом раздражения глаза для точеч-
ного источника света понимают ту наименьшую освещенность на зрачке,
которая необходима, чтобы создать раздражение на сетчатке. Если яркость
поля адаптации равна нулю, т. е. источник находится на абсолютно черном фо-
не, то порог раздражения равен
Ео = 2. 1СГ9 люкса. (15,1)
В обычных условиях наблюдения фон не является абсолютно черным и глаз
адаптирован на некоторую, иногда сравнительно большую яркость фона. Поэтому
для летных и морских условий порог раздражения принимается равным
Е1 = 0,2« IO"® люкса. (15,2)
Подставив это минимальное значение освещенности в формулу (14,1), получим
зависимость дальности видимости сигнала от силы света прожектора /прож. и
прозрачности воздуха
х£<£п£ОЖ.=0)2)
где /прож. выражено в свечах, a L—в километрах.
На рис. 351 дан график пределов видимости маяков при различных коэффи-
циентах поглощения атмосферы. По оси абсцисс отложена сила света маяков
в свечах; по оси ординат — пределы видимости. Кривые построены для разных
значений поглощения атмосферы от 0 до 50%.
Определим при помощи этого графика дальность видимости аэромаяка с лам-
пой накаливания, сила света которого 1 = 2,2 • 10е св. при прозрачности воздуха
*См. том I, гл. 7, § 12 и гл. 10, § 3.
358
т = 0,8 (поглощение 20%). Для кривой, соответствующей 20%, против абсциссы
2 200 000 имеем L=37 км.
При рассматривании сигнала через бинокль дальность увеличивается, так
как бинокль посылает в наш зрачок все количество света, которое попадает на
земли и R — радиус земли, равный 6360 км. В точке N на высоте Лх над по-
верхностью земли находится наблюдатель. Он будет видеть все световые сигналы,
которые идут не ниже линии AN, касающейся поверхности земли. Ясно, что
если сигнал расположен на поверхности земли, он не может находиться дальше
точки А от наблюдателя. Сигналы, расположенные дальше точки А, должны
быть приподняты над поверхностью земли; чем дальше удален сигнал, тем выше
он должен быть приподнят. Пусть сигнал S находится на высоте Л2 над поверх-
ностью земли. Подсчитаем наибольшее возможное расстояние L, когда этот сиг-
нал еще будет виден наблюдателю. Очевидно, это будет тогда, когда лучи от
этого сигнала пройдут по прямой SN, касающейся поверхности земли в точке А.
Искривление луча произойдет только вследствие атмосферной рефракции, ко-
торая обычно увеличивает дальность. Будем считать пока, что атмосферная
рефракция не влияет. Тогда находим, что
L = SA +AN = /(/? + Л2)2—Я2 + /(/? + Л1)2 —/?2 =
= /Ж+Л? + /2ЖТЛЛ
Так как величины йх и Л2 малы по сравнению с R, то можем их квадратами пре-
небречь, тогда
£=/21?(/Г1 + /Г2).
Подставляя вместо R его значение R = 6 360 000 м, получаем
L = V12720000-f- //?;) = 3570+ уТ2),
или, если и й2 выражать в метрах, a L — в километрах,
L = 3,57(/ft;+/^) км.
Считается, что атмосферная рефракция увеличивает дальность на 7%; тогда
получаем следующее значение географической дальности
L = 3,83 (Vih + VQ км.
359
Дальность действия прожекторов дальнего осве-
щения. Дальностью действия прожектора дальнего освещения считается то
максимальное расстояние, на котором освещаемая цель еще видна в луче прожек-
тора. Необходимо иметь в виду, что видимость цели зависит не только от осве-
щенности, создаваемой прожектором на этом расстоянии, но и от величины кон-
траста между целью и окружающим фоном. Контраст зависит также от того
угла, под которым видна цель. При большой угловой величине цели достаточен
контраст в несколько процентов, при малой угловой величине цели необходим
контраст в несколько сот процентов. *
Характерным примером зависимости контраста от угловой величины объекта
является видимость днем Луны и Венеры. Угловой диаметр Луны около
30 мин., а отношение яркости Луны и дневного неба,освещенного солнцем, со-
ставляет приблизительно 2 : 1, т. е. Луна в два раза ярче окружающего ее
фона — неба. Луну можно ясно видеть днем. Угловой диаметр Венеры око-
ло 1 мин., а контраст между нею и освещенным небом около 12, но вслед-
ствие малого углового диаметра Венеру днем увидеть весьма трудно. Таким
образом контраст 100% достаточен для больших объектов (Луна) и контраст
200% недостаточен для малых (Венера).
Фоном, на котором рассматривается цель, является окружающая местность
и видимый в воздухе след прожекторного пучка. Последний имеет большое зна-
чение для зенитных прожекторов. След прожекторного пучка, как мы выше
видели, есть следствие рассеяния взвешенными в воздухе мелкими частицами
лучей прожекторного пучка. Этот рассеянный свет создает сильный фон, чрез-
вычайно ослабляющий контрастность цели; цель становится видимой как бы че-
рез дымку или туман.
Видимость улучшается, если наблюдатель располагается дальше от про-
жектора; тогда он рассматривает цель через меньшую толщу световой дымки.
Улучшение видимости можно также получить, если освещать цель ближайшим
к наблюдателю краем прожекторного пучка; тогда почти вся толща пучка будет
находиться в стороне от цели. В силу этого при работе прожекторов с зенитной
артиллерией необходимо следить, чтобы между наблюдателем и целью не нахо-
дился прожекторный пучок.
Большое значение для видимости цели имеет ее окраска; например, люди
в серо-зеленой одежде на темном фоне ночью видны слабо, а на сером или зеленом
фоне — едва заметны. Блеск оружия, шанцевый инструмент, пуговицы, козырьки
фуражек резко заметны под прожекторным лучом. Видимость цели значительна
увеличивается, если цель движется. Группа людей, освещенная прожектором,
может быть и не обнаружена, если она неподвижна; если же люди будут шеве-
литься, то они будут замечены, даже если окраска их одежды совпадает с фоном.
Окраска предметов под действием прожекторного пучка часто кажется изме-
ненной. Желтый цвет кажется беловатым, светлозеленые цвета — желтоватыми.
Сухие дороги, песчаные поверхности, лужи, колеи, наполненные водой,
выделяются весьма резко, так же как и дома, каменные стены, заборы. Последние
весьма часто вводят в заблуждение наблюдателя и кажутся дорогами. Улицы,
мокрые после дождя, сырые земляные поверхности затрудняют наблюдение,
так как они едва различаются от окружающей местности и имеют туманный вид.
Небольшие неровности и углубления образуют с далее лежащей местностью
как бы одну ровную поверхность; возвышения, за которыми следуют глубокие
понижения, резко выделяются и кажутся выше, чем в действительности. Отдель-
ные деревья, покрытые густой листвой, мало выделяются на зеленом фоне. Сухие
голые деревья, частоколы, телеграфные столбы выступают весьма резко. Если
такие предметы стоят вблизи прожектора, то они сильно затрудняют наблюдение,
так как дают яркий отсвет.
Лес и заросли, пропускающие лучи в незначительном количестве, осложняют
наблюдение расположенных за ними предметов и часто делают наблюдение
* См. т. I, гл. и, § 2.
360
невозможным. Дым от разрывов снарядов в тихую погоду затрудняет наблю-
дения.
Расстояния предметов в прожекторном пучке кажутся измененными. Ярко
освещенные предметы, имеющие большой контраст, кажутся более близкими,
чем в действительности. Темные предметы, как то: деревья, кустарники, земля,
имеющие малый контраст с фоном, кажутся дальше, чем в действитель-
ности.
Для улучшения условий видимости большое значение имеет угол, образуемый
прожекторным пучком с поверхностью земли. На плоской ровной местности
и при низком положении прожектора луч почти от самого прожектора начинает
стелиться по земле. Незначительные неровности при этом дают длинные тени,
позволяющие противнику укрыться от луча прожектора. При таком косом осве-
щении уменьшается видимость предметов, мало выступающих в пучке прожек-
тора. Поэтому при наблюдении наземных целей желательно устанавливать про-
жектор на вышке.
Расчет дальности действия прожектора. Для опре-
деления дальности действия прожектора по различным целям Рей предложил
следующий способ: пусть мы имеем прожектор силой света I; при прозрачности
воздуха х освещенность цели будет равна [см. формулу (14,1)]
_ I zL
E = ~dt •
Если наблюдатель находится на расстоянии Lx от цели, то освещенность изобра-
жения цели на сетчатке будет равна
„ _ ?IZ^+L
Ес — /з ,
где р — коэффициент отражения цели. В частном случае, когда наблюдатель-
находится рядом с прожектором, L = L1 и
1. -2L
^с=Р
Видимость цели зависит от коэффициента отражения цели и контраста с окру-
жающим фоном. Рей ввел понятие эффективной освещенности е,
которая равна освещенности цели, умноженной на величину пропускания атмо-
сферы на пути от прожектора до цели и от цели до глаза наблюдателя; когда
наблюдатель находится рядом с прожектором, то
_,.2L
е / .
Для каждого вида цели и условий наблюдений эффективные освещенности были
определены опытным путем. Так, например, для самолета, окрашенного в
защитный цвет, при наблюдении невооруженным глазом е = 2 люкса, а
для светлоокрашенного самолета, в тех же условиях, е = 1,5 люкса. Зная
эффективные освещенности, легко определить необходимую силу света прожек-
тора при заданной дистанции и заданном пропускании атмосферы. Определим,,
например, силу света прожектора, необходимую чтобы заметить освещенный им
самолет, окрашенный в защитный цвет, при дистанции до цели 5 км и х = 0,8;.
имеем
25 • 10е ’
/=470-10® св.
Чаще ставится обратная задача: при заданной силе света прожектора, заданной
цели и известном состоянии атмосферы требуется определить дальность действия,
прожектора. Для решения этой задачи составлены таблицы значений у для-
различных целей (е) и различных типов прожекторов (7) (табл. 30, 31)..
ЗбЬ
Таблица 30
_ £
Отношения у для прожекторов с обыкновенной дугой при условии пользования
1 биноклем
№ п/п Объект наблюдения Диаметры прожекторов в см
60 75 90 110 120 . 150 200
1 Большой корабль . . 0,018 0,0135 0,0077 0,0049 0,0038 0,0025 0,0013
2 Эскадр, миноносец. . 0,054 0,0412 0,0233 0,0148 0,0116 0,0077 0,0040
3 Парусное судно с тем- ными парусами. . . 0,046 0,0352 0,0200 0,0128 0,0100 0,0066 0,0034
4 Красный буй 0,077 0,0588 0,0334 0,0213 0,0167 0,0111 0,0057
5 Чёрный буй 0,369 0,2820 0,160 0,1020 0,080 0,0534 0,0274
6 Рубка подводной лод- ки 0,385 0,2940 0,166 0,1061 0,0834 0,0555 0,0285
7 Самолет с защитной окраской 0,112 0,0884 0,050 0,032 0,0250 0,0167 0,0085
8 Самолет светлоокра- шенный 0,073 0,0558 0,0316 0,0202 0,0158 0,0105 0,0054
9 Цеппелин 0,035 0,0265 0,015 0,0096 0,0075 0,0050 0,0025
10 Группа пехотинцев на темном фоне .... 0,270 0,206 0,1165 0,0745 0,0585 0,0390 0,0200
11 Отряд пехоты в тем- ном обмундировании 0,138 0,1055 0,060 0,0383 0,0300 0,020 0,0102
12 Отряд кавалерии на темном фоне .... 0,108 0,0823 0,0467 0,0298 0,0233 0,0155 0,0080
13 Укрепления (форты) на светлом фоне. . 0,017 0,0135 0,0076 0,0049 0,0038 0,0025 0,0013
14 Деревни, мосты и пр. 0,020 0,0159 0,0090 0,0057 0,0045 0,0030 0,0015
Таблица 31
'Отношения ~ для прожектора с дугой высокой интенсивности, типа Сперри, при
1 условии пользования биноклем
№ п/п Объект наблюдения Диаметры прожекторов в см
60 75 90 110 150
55а 75а 75а 115а 115а 150а 150а 150а
1 Большой корабль . . 0,007 0,005 0,003 0,002 0,0013 0,0010 0,0007 0,0004
2 Эскадренный мино-
носец 0,022 0,016 0,010 0,006 0,0040 0,0031 0,0022 0,0012
3 Парусное судно с тем-
ными парусами. . . 0,019 0,013 0,009 0,005 0,0034 0,0026 0,0019 0,0010
4 Красный буй 0,312 0,150 0,222 0,107 0,143 0,068 0,080 0,038 0,0571 0,0274 0,0435 0,0213 0,0312 0,0150 0,0167 0,0080
5 Черный буй
6 Рубка подводной лод-
ки 0,156 0,111 0,071 0,040 0,0286 0,0222 0,0156 0,0082
7 Самолет с защитной
окраской 0,047 0,033 0,021 0,012 0,0086 0,0066 0,0047 0,0025
8 Самолет светлоокра-
шенный 0,030 0,014 0,021 0,010 0,013 0,006 0,007 0,004 0,0054 0,0025 0,0042 0,0020 0,0029 0,0014 0,0016 0,0007
9 Цеппелин
ТО Группа пехотинцев на
темном фоне .... 0,109 0,078 0,050 0,028 0,0200 0,0156 0,0109 0,0058
11 Отряд пехоты в тем-
ном обмундировании 0,056 0,040 0,026 0,014 0,0103 0,0080 0,0056 0,0030
12 Отряд кавалерии на
темном фоне .... 0,044 0,031 0,020 0,011 0,0080 0,0062 0,0048 0,0023
13 Укрепления (форты). 0,007 0,005 0,003 0,002 0,0013 0,0010 0,0007 0,0003
14 Деревни, мосты и пр. 0,007 0,006 0,004 0,002 0,0015 0,0012 0,0008 0,0004
Для значений (по формуле е t2L
I L2
•вычислены значения L для различных т. Для быстрого решения задачи составлены
номограммы (рис. 353). Здесь на вертикальной оси отложены значения , а на
«362
горизонтальной — значения т. Прямые линии дают зависимость j для различных
дистанций L. Определим, пользуясь этой номограммой, дальность действия про-
жектора Сперри D = 1500 мм
при наблюдении самолета, „ УГ„
окрашенного в защитный цвет,
при прозрачности воздуха 0,8.
Из табл. 31 имеем, что для та-
кой цели j = 0,0025. Отыски-
ваем на вертикальной оси но-
мограммы рис. 353 ординату,
соответствующую 0,0025, а на
горизонтальной оси—абсцис-
су, соответствующую т = 0,8;
точка пересечения будет на-
ходиться между двумя пря-
мыми, соответствующими ди-
станциям 5,5 и 6 км; можно
считать, что дальность дей-
ствия прожектора в этом слу-
чае будет равна 5,7 км.
Рассмотрим некоторые воз-
можности для увеличения
дальности действия прожек-
торов. Как было указано в
§ 14, рассеянный свет прожек-
торного снопа создает светлый
фон, на котором наблюдается
цель. Благодаря фону наблю-
дается контрастность и ухуд-
шается видимость цели. Из ри-
сунка 349 видно, что яркость
фона уменьшается с увели-
чением расстояния а между Рис. 353
наблюдателем и прожекто-
ром. Поэтому для улучшения различаемое™ необходимо располагать наблю-
дателя вдали от прожектора. Расчеты показывают, что для каждого значения а
имеется некоторая предельная сила
света прожектора /0 и дальнейшее
увеличение силы света не увеличи-
вает заметно дальности действия
прожектора. При этом чем меньше
а, тем меньше это предельное зна-
чение /0. Так, например, при
а = 3 м увеличение силы света
прожектора от 150 • 10® до 2000 • 10®
почти не увеличивает дальности
действия прожектора, тогда как
при а = 1000 м такое же изменение
силы света прожектора увеличи-
вает дальность действия почти на
40%. На рис. 354 представлены кри-
вые дальности действия прожекто-
ров по самолету в зависимости от силы света, при различных состояниях погоды.
Из рисунка видно, что начиная с некоторого предела (1000-10® св.) при данном
расстоянии а (а = 3 м) увеличение силы света не увеличивает дальности дей-
ствия прожектора.
363
(В более ранних образцах зенитных прожекторов применялось ручное управле-
ние прожекторов при помощи поворотной штанги длиной 3 м; в настоящее
время для увеличения дальности перешли на дистанционное управление, относя
пост наблюдения и управления от прожектора на 60 м.
Увеличение а, повышая дальность действия прожектора, имеет в то же время
и отрицательную сторону: с ростом расстояния между наблюдателем и прожек-
тором ухудшаются условия наблюдения за целью. При больших а порядка тысяч
метров как наведение на цель, так и сопровождение последней становится крайне
затруднительным.
На дальность действия прожектора оказывает влияние угол рассеяния про-
жектора; из рис. 347 видно, что чем меньше и, тем меньше тот участок светя-
щегося слоя атмосферы, на фоне которого просматривается цель; поэтому угол
рассеяния должен выбираться
минимальным, исходя из сообра-
жений необходимого поля осве-
щения.
На рис. 348 были показаны
кривые относительного распре-
деления по спектру луча про-
жектора при различных расстоя-
ниях от него.
Из графика видно, что вслед-
ствие рассеяния света в атмо-
сфере, по мере увеличения рас-
стояния в пучке уменьшается ко-
личество фиолетовых лучей и, и
происходит относительное возра-
стание количества оранжево-
красных лучей. Поэтому, чтобы
уменьшить рассеяние и тем са-
мым ослабить вредный фон, мы
должны иметь источник света
с таким спектральным составом,
при котором рассеяние было бы
наименьшим. Задача создания
подобного источника света с до-
статочно большой яркостью не
простая; возможно, что приме-
Рис. 355 нение газосветных ламп (неоно-
вых, натриевых, ртутных) с до-
статочно большой яркостью позволит разрешить эту задачу. Другим способом
уменьшения яркости фона может служить применение светофильтров, которые
поглощали бы лучи, неизбежно рассеивающиеся в атмосфере. Выше (§5) мы
упоминали о золоченых отражателях, у которых отражательная способность
больше в оранжево-красной части спектра. В стеклянных отражателях свето-
фильтром может служить окрашенное стекло самого отражателя.
Дальность действия прожектора увеличивается при наблюдении цели через
бинокль. Увеличение дальности действия основано на том факте, что разрешающая
способность глаза зависит от контраста между целью и окружающим фоном.
На рис. 355 представлен график зависимости предельного разрешаемого угла
глаза от контраста; на оси абсцисс отложены контрасты, а на оси ординат —
предельные разрешаемые углы. Из графика видно, что при К= 1,0 предельный
разрешаемый угол глаза при яркости цели 1,2 • 10“4 ст. около 9', тогда как при
контрасте 0,02 предельный разрешаемый угол около 120'.
При больших дистанциях до цели угловые размеры цели и ее контраст с фоном
малы; поэтому цель невооруженным глазом мы заметить не можем. Применяя
бинокль, мы увеличиваем видимые угловые размеры цели в Г раз (где Г — уве-
364
личение бинокля), оставляя практически контраст прежним. Пусть, например,
контраст цели с фоном 25%, а угловой размер цели 5'. Из рис. 355 видно, что
при этих условиях мы цель не увидим, так как минимальные угловые размеры
при этом контрасте должны быть 16', но если мы будем рассматривать цель через
бинокль с увеличением 6х, то видимые угловые размеры цели будут равны 30';
из графика видно, что цели с угловыми размерами 30' соответствует предельный
контраст 8%, а так как в действительности контраст равен 25%, то через бинокль
мы цель увидим.
В настоящее время для увеличения дальности действия прожектора приме-
няются специальные бинокли. Так, например, один из немецких образцов имеет
следующие данные: увеличение Г = 10х, поле зрения (окулярное) 80°, диа-
метр входного отверстия 80 мм.
Дальнейшее увеличение дальности действия возможно получить путем приме-
нения светофильтров, одеваемых на бинокль. Безусловно, на различаемость
самолета будет влиять окраска самолета. Если спектральная характеристика
будет близка к спектральной характеристике фона, то это ухудшит различаемость
цели (т. I, гл. 11, § 3).
Глава 30
ОПИСАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ПРОЖЕКТОРОВ И СВЕТОСИГНАЛЬНЫХ
ПРИБОРОВ
§ 1. Зенитные прожекторы. § 2. Прожекторы для освещения наземных целей;
§ 3. Оптические светосигнальные приборы для связи. § 4. Гелиографы. § 5. Маяки.
§ 1. Зенитные прожекторы
Для отыскания ночью самолетов в воздухе, что в настоящее время является
одной из самых основных задач прожекторного дела, выработан специальный
тип прожектора. Основными свойствами этого прожектора являются:
1) возможность бросать луч под любым углом к горизонту от 0 до 90°;
2) большая досягаемость луча и большая угловая скорость его вращения, для
возможности удержания в луче прожектора быстро перемещающегося в про-
странстве самолета;
3) наличие соединенного с прожектором звукоулавливателя, автоматически
направляющего луч прожектора;
4) подвижность не меньше, чем у войсковой зенитной артиллерии.
Автомобильная прожекторная 1,5-м етровая стан-
ция Сперри. Эта станция состоит из следующих частей: прожектора
Сперри с дугой высокой интенсивности на 150 а, звукоулавливателя Сперри,
поста управления и грузовика, на котором перевозится прожектор, пост
управления, кабельные катушки и который буксирует прицепку со звукоулав-
ливателем. Двигатель грузовика служит также двигателем генератора всей
установки. Мощность генератора 15 кв, сила света прожектора 800 млн св.,
угол рассеяния 2°, предельный угол возвышения 90°, дальность действия при
ясной погоде около 9,5 км.
Для улучшения работы прожектор имеет дистанционное электрическое упра-
вление на посту управления. Для работы со звукоулавливателем установлен спе-
циальный прибор — компаратор, при помощи которого и производится наводка
луча прожектора на воздушную цель, обнаруженную звукоулавливателем.
Требования, которым должно удовлетворять дистанционное управление,
следующие: оно должно допускать точное преследование цели при всех ди-
станциях и углах; оно должно обладать возможностью работать при всех
встречающихся на практике скоростях самолетов; чтобы избежать опасности
потери цели прожектором, система между постом управления и прожектором
должна обеспечивать изменение направления прожекторного луча скачками не
365
больше, чем на 5 угловых минут, т. е. приблизительно на г/4 ширины прожектор-
ного пучка; управление должно быть синхронным, т. е. прожектор должен
точно следовать за движениями, передаваемыми с поста управления.
Принципиальная схе-
Cmamu'L
Рис. 356. Принципиальная схема работы звукоулавливателя
Сперри
ма действия поста упра-
вления и синхронной
связи звукоулавливате-
ля Сперри изображена
на рис. 356.
•S Звукоулавливатель ме-
ханически связан с осью ро-
тора асинхронного мотора 7,
статор которого питается
% переменным однофазным то-
g § ком. Обмотка ротора 7 со-
(В 5 единена с обмоткой ротора
и другого асинхронного же
мотора 2, с осью которого
механически связана шкала
лимба 5, находящаяся на
пульте поста управления.
Статор мотора 2 питается
тем же переменным током,
что и статор мотора 7. В
этом случае под действием
переменного магнитного по-
ля статора в обоих роторах индуцируются электродвижущие силы; если оба ротора занимают
одинаковое относительное положение, то электродвижущие силы в обмотках обоих роторов
равны по величине, но противоположны по направлению, и ток в соединительном кабеле прохо-
дить не будет. Но если ротор мотора 7 сместить на небольшой угол по отношению к его статору,
то вследствие неравенства электродвижущих сил, индуцирующихся в обоих роторах, по соеди-
нительным проводам пройдет уравнительный ток, который заставит ротор мотора 2 занять
такое же положение, какое занимает ротор мотора 7, и, таким образом, каждому положению
звукоулавливателя будет соответствовать определенное положение лимба 5.
Для передачи показаний лимба на прожектор и для поворота прожектора пост управле-
ния снабжен маховичком, который через механическую передачу связан со специальным клю-
чом коммутатора 4, работающим на постоянном
токе. Схема коммутатора дана на рис. 357; он
снабжен двенадцатью неподвижными планками,
расположенными по окружности, и одним ры-
чагом, вращающимся на оси, связанной с ма-
ховичком поста управления. Рычаг этот через
неподвижное кольцо b приключен к одному из
полюсов цепи постоянного тока, а контактные
планки при помощи многожильного кабеля свя-
заны с тремя парами полюсов электромагнит-
ного двигателя 5 (рис. 356), ротор которого б
приводит в движение зубчатку прожектора 7, и,
таким образом, при вращении ротора электро-
двигателя прожектор вращается вокруг оси.
Якорь двигателя (слева на рис. 357) пред-
ставляет планку мягкого железа, которая уста- р
навливается вдоль силовых линий магнитного гис’ 0
поля, создаваемого полюсами двигателя. Как
видно из рисунка, при данном положении коммутатора ток проходит через электромагниты
1,1 и якорь занимает положение, указанное на рисунке. При вращении коммутатора по часовой
стрелке наступит момент, когда верхний конец коммутатора перейдет на планку 5, а нижний
будет еще находиться на планке 7, в этом случае ток пойдет через электромагниты 1,1 и 3,3 и
якорь встанет между этими электромагнитами. При дальнейшем вращении коммутатора ниж-
ний конец коммутатора сойдет с планки 7 и перейдет на планку 5, тогда как верхний конец
еще останется на планке 5, и в этом случае направление якоря будет 3,3. Таким образом при
вращении коммутатора получается вращающееся магнитное поле, за которым следует якорь
электродвигателя; при этом одному обороту коммутатора соответствуют два оборота якоря
Переход якоря двигателя из одного устойчивого положения в другое, соседнее с ним, соответ-
ствует при определенной передаче повороту прожектора на 7,5 угловой минуты. Для контроля
угла поворота прожектора зубчатка 7 (рис. 356) прожектора механически связана с осью ротора
синхронного мотора 8 обратного контроля, статор которого питается переменным током. Анало-
гично передаче от звукоулавливателя, обмотка ротора 8 соединена с обмоткой ротора мотора
366
обратного контроля, находящегося на посту управления, а ось мотора 9 механически связана
с лимбом обратного контроля 70, который расположен концентрично лимбу 3.
Таким образом при поворачивании прожектора поворачивается и лимб 70. Задача наблю-
дателя, находящегося у поста управления, — следить путем вращения маховичка за тем,
чтобы показания обоих лимбов были одинаковы. Такая схема применена в отдельности для
поворота прожектора в горизонтальной и вертикальной плоскостях; на пульте поста управле-
ния имеются для этого две группы лимбов.
Звукоулавливатель. Самым существенным в отражении воздуш-
ной атаки является время. С момента обнаружения самолета до момента сбрасы-
вания им бомб обычно проходит не более 4—5 мин. Из этого промежутка вре-
мени 50% должно быть использовано зенитной артиллерией, для отыскания же
самолета остается не более 2 мин. Ввиду малого угла рассеяния прожекторов
с дугами высокой интенсивности нахождение самолета лучом прожектора без
особых приспособлений чрезвычайно трудно. Не только одним прожектором,
но даже при помощи нескольких прожекторов редко удавалось заблаговременно
обнаружить воздушного противника. Поэтому прожектору необходимо придать
такой прибор, который позволил бы определить направление на невидимую цель
и направить на нее луч прожектора.
Такими приборами являются специальные звукоулавливатели.
Возможность определения направления на источник звука зависит от свойств
нашего слуха. Точность, с которой определяется направление, зависит от состоя-
ния органов слуха и от расстояния базы между
приемниками звуковых волн. Человек с нор-
мальным слухом определяет направление с точ-
ностью 10°. Для повышения этой точности при-
меняют специальные рупоры, которые позволяют
удлинить базу, насколько это возможно по кон-
структивным соображениям. Обычно употребля-
ются две пары рупоров: одна — для углов воз-
вышения, другая — для горизонтальных углов.
Звук, распространяемый самолетом, имеет
частоту от 70 до 250 периодов в секунду, по-
этому дальность действия звукоулавливателя
хорошо на эти частоты реагирует звукоулавливатель и насколько хорошо волны
этих частот распространяются в воздухе при данных атмосферных условиях.
В звуках, издаваемых моторами тяжелых самолетов-бомбовозов, преобладают
низкие частоты, тогда как у легких самолетов — высокие частоты. Поэтому,
если звукоулавливатель не воспринимает всех указанных частот, то слухач,
работающий на звукоулавливателе, не сможет различить бомбовозов от демонстра-
ционных самолетов, которые иногда сопровождают бомбовозы с целью ввести
в заблуждение противовоздушную оборону.
Современные звукоулавливатели-пеленгаторы определяют направление на
неподвижный источник звука с точностью до У4°; при движущемся источнике
ошибка в определении горизонтальных углов составляет 1,5°, а вертикальных —
около 3°. Максимальная дальность действия звукоулавливателя около 20 км,
но дальность, при которой может быть дано точное направление на цель, колеб-
лется в пределах 8—12 км в зависимости от атмосферных условий.
Корректор. Направление на самолет, определенное звукоулавливате-
лем, никогда не совпадает с направлением, в котором самолет в действительности
находится. Угловое расхождение между определяемым (кажущимся) и действи-
тельным направлениями, достигающее иногда 18—20°, вызывается следующими
тремя факторами: скоростью звука, ветром, который относит звук в сторону, и
температурной рефракцией, или преломлением звука при прохождении через
неравномерно нагретые слои воздуха, что также меняет направление распростра-
нения звуковых волн.
Так как прожектор находится на определенном расстоянии от звукоулавли-
вателя, то еще входит дополнительная поправка на смещение прожектора. На
рис. 358 дана схема расположения звукоулавливателя (D) и прожектора (E)„
Рис. 358
зависит от того, насколько'
367
Пусть, например, в момент, когда звуковая волна вышла из самолета, последний
находился в точке А. Так как скорость звука конечна, то за время перехода
звука от А в D (к звукоулавливателю) самолет перейдет в точку В. При наличии
же ветра во время движения звуковой волны из А в D она может быть отнесена,
например назад, и звукоулавливатель воспримет направление CD.
Таким образом показание звукоулавливателя надо исправить на угол CDB.
Если после этого прожектору Е будет дано направление EF, параллельное DB,
то вследствие того, что расстояние DE не очень мало по сравнению с расстоянием
DB, луч прожектора не осветит самолета; этот луч необходимо направить по
направлению BE, т. е. ввести еще поправку на угол BEF. Таким образом при-
давая направление прожектору, необходимо ввести поправки на запаздывание
звука (Z.ADB = а), на ветер (Z.ADC = Р) и на смещение прожектора, или
параллакс (Z BEF). Ошибкой на температурную рефракцию, т. е. на искривление
звукового луча в атмосфере, обычно пренебрегают. Все эти поправки вычисляются
автоматически специальным прибором, корректором, который вносит их непре-
рывно в показания слухачей. Эти поправки непрерывно добавляются к акусти-
ческим координатам (азимут и угол возвышения), получаемым со звукоулавлива-
теля, и пост управления получает уже то
направление цели, в котором цель в настоя-
щий момент находится и куда следует наво-
дить прожектор.
Трехосные прожекторы. При
освещении земных целей прожектор, главным
образом, приходится вращать вокруг верти-
кальной оси. При наблюдении за воздушными
целями (чтобы держать самолет в луче про-
жектора) необходимо все время поворачивать
прожектор вокруг вертикальной и горизон-
тальной осей в большом промежутке углов.
Пусть самолет идет по прямой линии. Для
наблюдателя, находящегося в точке Р
(рис. 359), прямой путь самолета будет проектироваться в виде дуги АВ на
небесной сфере. Если РХЕ—горизонтальная плоскость, то, чтобы перевести луч
из точки А в точку В, в обычных прожекторах необходимо сперва повернуть
луч вокруг горизонтальной оси на угол АС, а затем вокруг вертикальной оси
на угол СВ. Такого двойного поворота можно избежать, повернув горизонталь-
ную ось цапф таким образом, чтобы она была перпендикулярна плоскости АВР.
В этом случае при вращении прожектора вокруг этой оси лучи будут непрерывно
следовать за самолетом. Ряд фирм вырабатывает такие прожекторы, они назы-
ваются трехосными. В них лира прожектора может поворачиваться вокруг гори-
зонтальной оси, перпендикулярной плоскости лиры.
§ 2. Прожекторы для освещения наземных целей
1. Автомобильные прожекторы. Конструкции их весьма раз-
нообразны. Употребительны диаметры 110 или 150 см. Для улучшения видимости
желательно применение вышек, но применяются прожекторы и без них. Двига-
тель грузовика обычно является двигателем генератора.
2. Стационарные прожекторы. Под стационарными прожек-
торами понимают прожекторы, установленные неподвижно; применяются, глав-
ным образом, в крепостях, в частности для береговой обороны, и на морских су-
дах. Вследствие больших дистанций, на которых могут производиться действия
неприятельского флота, необходимо применять самые крупные размеры —
150—200 см.
, Управление такими прожекторами производится с поста наблюдения при
помощи дистанционного управления, аналогичного управлению зенитных про-
368
жекторов. Крепостной прожектор обычно монтируется на тележке, допускающей
закатывание прожектора в убежище.
К этой же группе обычно относятся полустационарные прожекторы, которые
находят применение в крепостных укрепленных районах; они подвозятся к своим
позициям на тракторах и устанавливаются на временных установках.
3. Конные прожекторные станции являются исторически
наиболее ранним типом полевых прожекторов; в настоящее время они почти
выходят из употребления. Обычно эти станции имеют прожектор 50, 60, 75 см.
Для улучшения видимости прожектор устанавливается на вышке 4—б м.
§ 3. Оптические светосигнальные приборы для связи
Рис. 361
1. Светосигнальный прибор СП-95 является светосигналь-
ным прибором ближнего действия. Общий вид прибора представлен на
рис. 360 и 361. Прибор состоит из металлического
кожуха 7, в котором наглухо установлен вогнутый
отражатель диаметром 95 мм. В фокусе отражателя
установлена лампочка 16. Нормальное напряжение
лампы 9 в; сила тока 0,38 а; потребляемая мощ-
ность около 3 ватт; сила света около 2,8 св. Фо-
нарь при помощи прилива 4 и колпачка 5 устанавли-
вается на штанге. При отпущенном зажимном винте 8
фонарь может поворачиваться для наводки в горизон-
тальной и вертикальной плоскостях. Внутри кожуха
в передней части расположены по окружности вы-
ступы 9, которые поддерживают вставляемые цветные
светофильтры и штору.
С наружной стороны кожуха укреплены выступы
10 для закрепления на фонаре стеклянной крышки.
На кожухе фонаря укреплена прицельная трубка 15.
Передний конец трубки закрыт пластинкой с кресто-
образным вырезом, а на заднем конце имеется малень-
кое круглое отверстие. Линия визирования прицель-
ной трубки должна быть параллельна оси светового пучка, выходящего из фонаря.
Для регулировки светового потока служит штора,
которая состоит из диска с шестью круглыми отвер-
стиями.
Диск с помощью рычажка может поворачиваться
относительно второго диска, находящегося над ним и
имеющего такие же отверстия. При вращении наруж-
ного диска размеры действующих отверстий, через
которые проходит световой пучок, могут измениться.
К заднему диску прикреплена заслонка, которая, при
вставлении в фонарь шторы, как бы охватывает элек-
трическую лампочку, перехватывает лучи, не отра-
женные зеркалом. Спереди фонарь закрывается стек-
лянной крышкой, которая закрепляется на фонаре
штыковым затвором. Между крышкой и шторой поме-
щаются целлулоидные светофильтры. Применяют три
типа светофильтров: зеленый, желтый и оранжевый.
Сигнализация происходит путем включения и вы-
ключения тока в лампочке при помощи ключа, по-
добного ключу Морзе. Источником электропитания
является батарея из 8 сухих элементов, соединенных
последовательно. Общее напряжение батереи в начале
работы 126 и в конце—8 вольт. Дальность действия прибора при средних атмо-
сферных условиях около 2,5 км днем и 8 км ночью.
24 Оптика в военном деле—215
369
2. Светосигнальный прибор Цейсса с отражате-
лем 100 мм (рис. 362 и 363). Этот аппарат, подобно СП-95, является прибором
ближнего действия; прибор состоит из цилиндрического металлического кожуха,
жестко укрепленного на крышке батарейного ящика. Кожух разделен внутри на
две части вертикальной перегородкой, имеющей круглое отверстие в центре. В
передней части помещается параболический отражатель, в фокусе которого уста-
новлена электролампа. Нормальное напряже-
ние лампы 3 в, сила тока 1,1а, т. е. по-
требляемая мощность около 3,5 ватт; сила
света 1,1 св. Для того чтобы лучи от нити
лампы направлялись лишь в сторону зеркала,
поверхность колбы, обращенная наружу, по-
крыта черным лаком.
В задней части помещается коробка с за-
пасными лампами, цветные фильтры, соедини-
тельный шнур с кнопкой. Спереди фонарь
закрывается дверцей, которая одновременно
является затемняющей шторой. Штора 2 со-
стоит из двух дисков, насаженных на общую
ось. Наружный диск неподвижен, а внутрен-
ний может поворачиваться с помощью вы-
ступа. На каждом диске вырезано два сек-
тора, а на наружном диске имеется шесть
круглых дырочек. Путем вращения внутреннего диска можно изменять пло-
щадь действующего отверстия сектора до некоторой максимальной величины.
Против круглых отверстий на наружном диске помещены порядковые цифры
от 0 до 5. При поворачивании внутреннего диска в отверстия заскакивает шпе-
нек, которым фиксируется величина действующего отверстия. Под шторой нахо-
дится откидное фасонное кольцо 4- с выступом 5 и пружинящей скобой 6\
кольцо служит для вставки в него цветных светофильтров.
Параболический отражатель имеет в центре не
покрытое серебряным слоем окно, через которое
сигнальщик может контролировать свою работу.
В кожухе фонаря сбоку установлен прицел 10,
который одной половиной входит внутрь фонаря,
а другой находится снаружи. Пучок, отраженный
от зеркала, падает на внутреннюю часть прицела
и, пройдя через нее, выходит наружу по напра-
влению к визирному кольцу 12. Сигнальщик, смотря
через визирное кольцо, видит изображение нитей
лампочки на фоне местности. При наводке сигналь-
щик, смотря через кольцо, поворотом фонаря совме-
щает изображение нитей лампы с целью; чтобы пу-
чок лучей, выходящий из прицела, не слепил наблю-
дателя, на внутреннем и наружном концах прицела
установлены светофильтры.
В задней части фонаря имеется горизонтальная
перегородка, разделяющая заднюю часть на два
отделения. В верхнем отделении укладывается ко-
робка для запасных лампочек и светофильтров, а в
нижнем—шнур с сигнальной контактной кнопкой.
Горизонтальная перегородка имеет по всей длине жолоб, чтобы наблюдатель,
смотря через защитное стекло на задней дверце фонаря и отверстие на верти-
кальной перегородке, мог через центральное непосеребренное отверстие отра-
жателя контролировать работу лампочки.
Для включения тока в лампу имеются две соединенных параллельных кнопки;
одна на соединительном шнуре, а другая на корпусе аппарата.
370
Питание производится от батареи, состоящей из 8 отдельных батареек для
карманного фонаря, соединенных параллельно.
В начале работы напряжение батареи около 4,5 в, а в конце работы — около
3 в. Средняя продолжительность службы около 3 час. непрерывной работы. ~
Батарея собирается в картонной коробке, которая вставляется в батарейный
ящик, на его крышке наглухо укреплен фо-
нарь.
При работе аппарат устанавливается на
треноге. Дальность действия прибора днем
около 2 км, а ночью до 8 км.
3. Светосигнальный прибор
Цейсса СП-250 (рис. 364).
Этот прибор при средних условиях види-
мости имеет дальность действия около 20 км
днем и 70 км ночью.
Прибор состоит из следующих основных
агрегатов: фонаря, соединительного шнура
с ключом, упаковочного ящика для фонаря и
запасных частей, батарейного ящика с источ-
ником тока и треноги.
К прибору могут быть приданы бинокль
15х увеличения и динамомашина с ручным
приводом.
Фонарь состоит из металлического кожуха
с глухой задней стенкой, имеющей круглое^
отверстие для контролирования работы лампы.
К задней стенке крепится вмонтирован-
ный в специальную оправу параболический
отражатель диаметром 250 мм и фокусным
расстоянием 110 мм.
Рис. 364
В центре отражателя имеется свободное от амальгамы и защитного слоя круг-
лое окно диаметром 10 мм.
В фокусе отражателя установлена нить лампы накаливания. Для того чтобы
лучи от нити лампы направлялись лишь в сторону зеркала, поверхность колбы,
обращенная наружу, по-
крыта черным лаком. В
приборе могут быть
установлены лампы с
колбой бесцветной или
окрашенной. Рабочее на-
пряжение лампы 4 в.
Для дневной работы
применяют лампы мощ-
ностью 7,5, а для ноч-
ной— 4 ватта. На ближ-
них дистанциях обычно
_ применяется красная
° г> ° лампа.
Рис- 365 На передней части
корпуса укреплена спе-
циальная откидывающаяся штора, с помощью которой можно регули-
ровать световой поток, излучаемый при'боро’м. Штора состоит из двух
дисков; каждый из дисков имеет по два секторных выреза. Наружный
диск может вращаться относительно внутреннего; кроме секторных выре-
зов, для регулировки светового потока на внутреннем диске имеются круг-
лые отверстия, которые могут закрываться при вращении наружного диска.
На боковой стенке фонаря укреплен кольцевой визир, служащий для грубой
371
наводки. Для точной наводки на боковой стенке установлена триппельная трубка
и монокуляр 6х увеличения. Принцип триппельного визира показан на рис. 365,а;
триппельнаятрубка дает отраженный луч,параллельный лучу,упавшему в трубку.
Это достигается применением триппельной
призмы (см. напр. т. I, гл. 9,§5). Против отвер-
стия объектива монокуляра помещается один
из концов триппельной призмы, другой конец
призмы находится внутри фонаря; на этот конец
падает отраженный от зеркала параллельный
пучок. Пройдя через призму, лучи падают в
объектив монокуляра, и, таким образом, в поле
зрения монокуляра видно изображение наблю-
даемой местности (приемная станция) и нити
лампы (рис. 365,6). Те предметы, которые будут
просматриваться на фоне светящейся спирали,
будут лежать на линии светового луча аппа-
рата, так как основным свойством триппельной
призмы является то, что выходящий и входящий
лучи всегда параллельны друг другу.
При наводке сигнальщик смотрит через мо-
нокуляр и, вращая фонарь, совмещает изобра-
жение приемной станции с изображением нитей
лампы. Для того чтобы изображение нитей
Рис. 366.
лампы не слепило наблюдателя, призма снабжена
двумя светофильтрами, из которых один сменный, а другой постоянный.
Для точной наводки пучка на цель прибор имеет специальные приспособле-
ния (рис. 366 и 367); для установки прибора на заданный угол по высоте сбоку
фонаря имеется диск со шкалой 13 с неподвижно укрепленным на нем уровнем
12. На диске нанесены деления от —30 до +90°. Против диска помещен ука-
затель 14 для отсчета углов наклона. При по-
мощи рычажка 75 диск вместе с уровнем можно
поворачивать вокруг его оси. При установке
прибора под определенным углом возвышения
диск 13 устанавливают таким образом, чтобы
против указателя 14 находилось нулевое де-
ление диска. Затем, вращая валик 2/, повора-
чивают фонарь вокруг горизонтальной оси до
тех пор, пока пузырек уровня не займет сред-
него положения; при помощи рычажка 15 по-
ворачивают диск 13 и устанавливают его так.
чтобы против указателя находился требуемый
угол наклона. После этого, вращая валик 27,
вновь приводят пузырек уровня в среднее по-
ложение; в выбранном положении фонарь при
помощи винта 23 закрепляется. Грубая наводка
по азимуту производится при отпущенном сто-
порном винте 22 путем вращения всего прибора;
точная наводка производится путем вращения РИС. зб7.
валика 7Р при зажатом стопорном винте 22.
Предварительно до установки по азимуту прибор должен быть выставлен по
горизонту при помощи уровня; установка производится путем выдвижения или
укорачивания ножек треноги.
Для дневной секретной передачи прилагается красный стеклянный свето-
фильтр, заключенный в металлическую оправу, которая имеет специальное при-
способление для установки светофильтра в передней части кожуха прибора.
Светофильтр пропускает из аппарата только красные лучи. Такой пучок днем,
даже "на близком расстоянии, трудно различить невооруженным глазом. В этом
372
случае наблюдатель приемной станции, принимающий сигналы, пользуется би-
ноклем, на окуляры которого надевают такие же красные светофильтры; это
позволяет наблюдателю не видеть или плохо видеть окружающие предметы,
но хорошо замечать сигналы отправительной станции; остальные люди, глаза
которых адаптированы на большую яркость, не будут воспринимать этих сиг-
налов.
Бинокль, через который производится наблюдение при работе с красным
светофильтром, имеет увеличение Г = 15х, а диаметр отверстия 0=60 мм,
таким образом диаметр*выходного зрачка бинокля d = 4 мм; освещенное выхо-
дящим пучком отверстие фонаря на отправительной станции при достаточном
удалении от него можно рассматривать как звезду, т. е. как точечный источник
света. Как известно из геометрической оптики, при наблюдении через зритель-
ную трубу точечного источника света, при условии что 8 d (8 — диаметр
зрачка глаза), на сетчатую оболочку глаза падает световой поток F', равный
F' = Fr*q,
где F—световой поток, попавший в глаз при наблюдении невооруженным гла-
зом, и q — коэффициент пропускания системы. Если 8 2> d, то при наблюдении
через зрительную трубу на сетчатую оболочку глаза падает световой поток,
равный
\ 0 / 4
где D — диаметр отверстия объектива.
При наблюдении в дневных условиях через бинокль, когда на его окуляры
насажены светофильтры и специальные наглазники, мешающие доступу боко-
вого света, диаметр зрачка глаза будет 3—4 мм, поэтому увеличение светового
потока будет
5- = 225?;
полагая q = 0,5, имеем, что при пользовании биноклем световой поток, попавший
в глаз, будет приблизительно в 100 раз больше, чем в случае невооруженного
глаза.
Поэтому, несмотря на малую пропускную способность красного светофильтра,
благодаря применению бинокля с большим диаметром зрачка выхода и большим
увеличением, количество света будет достаточно, чтобы заметить сигнал.
Сигнализация производится при помощи специального ключа.
§4 . Гелиографы
К группе светосигнальных приборов относятся также так называемые гелио-
графы, в которых в качестве источника света используются солнечные лучи.
Гелиографы не утратили еще своего значения и до сих пор применяются в войско-
вых частях для связи. Недостатком гелиографа является необходимость солнеч-
ной ясной погоды. Обычно различают следующие разновидности:
1) кавалерийский гелиограф с зеркалом диаметром 76 мм, дальностью дей-
ствия около 15 км;
2) полевой гелиограф на двух треногах с зеркалом диаметром 140 мм, с
дальностью около 25 км;
3) полевой облегченный гелиограф на одной треноге с зеркалом диаметром
140 мм и с той же дальностью, что у предыдущего образца;
4) крепостной гелиограф с зеркалом диаметром 250 мм.
Мы рассмотим здесь более подробно лишь один образец гелиографа, а именно
полевой гелиограф с зеркалом диаметром 140 мм на двух треногах.
373
Пусть в точке А находится отправительная станция, в точке В — приемная.
В точке А установлено плоское зеркало таким образом, чтобы солнечные
лучи, отраженные
от
Рис. 368
м
га
Kljeewg
зеркала, шли по направлению АВ. В этом слу-
чае наблюдатель, находящий-
ся в точке В, будет видеть «звез-
ду». При повороте зеркала отра-
женный луч пойдет по какому-
либо другому направлению и
не попадет в глаз наблюдателя.
Так как угловой диаметр солнца
около 30', то угол рассеяния
также будет около 30', т. е. диа-
метр освещенного круга будет
приблизительно равен 0,01 ди-
станции.
Если солнце находится сзади
отправительной станции, то при-
меняют второе, так называемое
вспомогательное зеркало. Сол-
нечные лучи сперва попадают
на рабочее зеркало, отразившись
от которого, падают на вспомо-
гательное зеркало и отражаются
от него по направлению прием-
путем наклона рабочего зеркала.
Рис. 369
ной станции. Сигнализация производится
Полевой гелиограф состоит из следующих основных частей: рабочего зер-
кала, коленчатого прицела,
тренным приспособлением
вспомогательного зеркала, коробки с микроме-
и
двух треног.
Рис. 370
Рис. 371
Рабочее и вспомогательное зеркала имеют диаметр отверстия 140 мм. На рис. 368 и 369
представлено рабочее зеркало гелиографа. Оно заключено в металлическую оправу 2 и имеет
в середине неамальгамированный центр 3‘, против центра в оправе имеется круглое отверг
374
стие. Оправа зеркала подвешена при помощи центровых винтов 4 к дугообразной стойке 5,
которая укреплена на крышке коробки 24*. на верхней части оправы имеется шарнир б, который
может вращаться вокруг оси параллельно оси цапф. Шарнир имеет навинтованную втулку,
через которую пропущен винт 8. При повороте винта 8 зеркало будет поворачиваться вокруг
оси центровых винтов и таким
образом изменять наклон к гори-
зонту. Винт 8 нижним концом
входит в тягу 9, где может закре-
пляться при помощи стопорного
винта 77. Тяга Р имеет пуговку 72
для качания зеркала при сигнали-
зации. Нижний конец тяги при
помощи шарнира связан с ключом
76. Ключ одним концом соединен
с тягой, а другим концом—с шар-
ниром 77. При помощи пружины
79 ключ отжимается вверх. При
нажатии пуговки 72, ключ, пре-
одолевая сопротивление пружины,
отклоняется вниз и тянет за собой
зеркало. При отпускании ключа
пружина 19 возвращает ключ в
прежнее положение.
Для поворота вокруг верти-
кальной оси служит микрометрен-
ное приспособление: внутри ко-
робки 24 имеется шестерня,
жестко связанная с верхней крыш-
кой коробки. Шестерня приво-
дится во вращение рукояткой, ко-
торая выведена наружу. Червяк
прижимается к зубьям шестерни
пружиной. При вращении рукоят-
ки червяка верхняя крышка ко-
робки 24 вместе с зеркалом пово-
рачивается вокруг вертикальной
оси. Для быстрого поворота зер-
кала рукоятку винта 26 отжимают
вбок, вследствие чего выключается
зацепление и зеркало можно по-
вернуть вокруг вертикальной оси.
Под коробкой имеется втулка 29,
которая насаживается на треногу.
Для закрепления коробки на
втулке имеется зажимный хо-
мут 30.
Вспомогательное зеркало (рис.
370) крепится на отдельной тре-
ноге. В середине зеркала имеет-
ся неамальгамированный центр.
Рис. 373
на штырь коробки. Поворот зеркала
Зеркало повешено на двух цен-
трах к дуге, которая имеет втулку, насаживаемую на штырь коробки. Поворот зеркала
вокруг горизонтальной оси осуществляется при помощи шестерни^ жестко связанной о зер-
375
калом. Шестерня находится в зацеплении с червяком; при вращении рукоятки червяка зер-
кало поворачивается вокруг оси цапф.
Поворот зеркала вокруг вертикальной оси осуществляется при помощи коробки, устроен-
ной по той же схеме, как и коробка рабочего зеркала. При вращении барашка зеркало пово-
рачивается вокруг вертикальной оси.
Для направления отраженного пучка на приемную станцию при работе
с одним зеркалом служит прицел, устанавливаемый на отдельной треноге.
Прицел (рис. 371) состоит из двух колен — горизонтального и вертикального. Горизон-
тальное колено 1 проходит через колодку 2, к которой поджимается винтом 4. Снизу колено
поддерживается пружиной 3. Колодки соединены со втулкой 5, имеющей прорезы и хомут 6.
Втулка надевается на штырь коробки вспомогательной треноги и закрепляется на ней
хомутом. Вертикальное колено имеет зубчатую рейку и перемещается в вертикальном напра-
влении при вращении барашка 8. Вертикальное колено имеет вверху гнездо, куда вставляется
целик 72, закрепляемый винтом 13, Целик имеет вверху круглое отверстие 75.
Схема наводки при работе с одним зеркалом и прицелом следующая.
Рабочее зеркало устанавливают на треноге так, чтобы оно было направлено
в сторону солнца. В створе с приемной станции устанавливают треногу с при-
целом; расстояние между
треногами должно быть
около 40—60 см. Для на-
водки наблюдатель стано-
вится несколько сбоку и
отыскивает в зеркале изо-
JI бражение прицела П от-
i J правительной станции. За-
Щ тем, закрыв один глаз и
наблюдая другим, переме-
1 щая прицел по высоте и
' вращая его вокруг верти-
кальной оси, добивается
того, чтобы изображение
приемной станции и при-
цела П (рис. 372) лежало
на одной прямой с центром
зеркала. Из рисунка видно,
что совмещение изображе-
ний приемной станции С
и прицела П произойдет
в том случае, когда центр
зеркала, прицел П и
[ой прямой. В этом случае
дел, определяет направление
на приемную станцию. Затем, вращая зеркало вокруг вертикальной и горизон-
тальной осей, наблюдатель добивается, чтобы центр тени от центра зеркала (как
указывалось выше, центр зеркала не амальгамирован) совпадал с отверстием
мушки прицела. Нетрудно видеть, что при соблюдении этого условия отражен-
ный пучок будет направлен на приемную станцию.
При работе со вспомогательным зеркалом рабочее зеркало обращают в сто-
рону солнца, а вспомогательное зеркало — в сторону приемной станции (рис.
373) Роль прицела играет в этом случае вспомогательное зеркало, а роль мушки
прицела — неамальгамированный центр О2 вспомогательного зеркала. Линия
прицеливания есть прямая О±О2, соединяющая центры обоих зеркал. Для того
чтобы пучок, упавший на рабочее зеркало РЗ и отразившийся от него по направ-
лению О±О29 был направлен на приемную станцию, необходимо, чтобы изобра-
жение приемной станции С во вспомогательном зеркале лежало на прямой ОГО2.
Нетрудно показать, что если угол между прямыми О±О2 и О2 С равен а, то для
Соблюдения указанного условия необходимо, чтобы нормаль Nb к зеркалу делила
$тот угол пополам. Методика наводки со вспомогательным зеркалом следую-
щая: наводчик, встав против рабочего зеркала, отыскивает в нем изображение
Рис. 374. Облегченный гелиограф
приемная станция С будут лежать на
прямая, соединяющая центр зеркала и
вспомогательного зеркала, а в последнем — изображение приемной станции;
затем, закрыв один глаз и действуя установленными винтами вспомогательного
зеркала, добивается того, чтобы казались совмещенными на одной прямой центр
рабочего зеркала, центр вспомогательного зеркала и изображение приемной
станции. После этого он направляет пучок лучей, отраженных от рабочего зер-
кала, на вспомогательные зеркало так, чтобы центр тени, получающийся от
неамальгамированного центра рабочего зеркала, совпадал с неамальгамиро-
ванным центром вспомогательного зеркала. Как правило, наводка происходит
при нажатом ключе; в этом случае сигналь-
щик на приемной станции принимает сигналы
по вспышкам света; нетрудно видеть, что,
если угол между пучками, падающими на
рабочее зеркало, и пучками, отраженными
от вспомогательного зеркала, равен 7, то
угол между зеркалами равен <р/2.
На рис. 374 представлен общий вид
облегченного гелиографа; диа-
метр отверстия зеркала такой, как и у пре-
дыдущего образца, поэтому облегченный ге-
лиограф имеет такую же дальность действия,
как и предыдущий образец.
Рабочее зеркало облегченного гелиографа
не имеет отверстия против неамальгамирован-
ного центра: на вспомогательном зеркале в
центре отверстия имеется бумажный целик
с двумя мушками. Вспомогательное зеркало
Рис. 375. Крепостной гелиограф
или прицел насаживают на соответствующие
втулки, находящиеся на складном коромысле, которое укрепляется на той же
треноге, что и рабочее зеркало.
Разновидностью облегченного полевого гелиографа является кавале-
рийский гелиограф, также устанавливаемый на одной треноге. Диаметр
зеркала 76 мм, поэтому дальность действия кавалерийског о гелиографа меньше,
чем для полевого гелиографа.
Наибольшую дальность действия имеет крепостной гелиограф.
Диаметр рабочего зеркала 250 мм, а вспомогательного — 290 мм. На рис. 375
представлен общий вид крепостного гелиографа, установленного для работы.
§ 5. Маяки
Маяком называется хорошо видимый знак на побережье или подходах
к нему, освещаемый ночью и служащий для ориентировки судов при прибли-
жении их к берегу или для указания опасных мест.
Маяки разделяются на указательные, которые служат для ориентировки
судов, и предостерегательные. К последним относятся буевые фонари,
створные огни. На указательных маяках, огни которых должны быть видны
с больших расстояний, устанавливаются фонари с большой силой света, дости-
гающей 60 000 000 св. Вообще сила света маяка не меньше 300 000 св.
Маячные фонари обычно имеют диоптрическую или катадиоптрическую оп-
тику. В качестве источника света применяются газокалильное освещение, ацети-
леновое пламя, лампы накаливания или вольтова дуга.
Для отличия одного маяка от другого пользуются огнями различного цвета
и различной продолжительности освещения. В настоящее время существуют
следующие виды маячных огней:
Постоянные — дающие неправильный одноцветный огонь. Он может
быть воспроизведен путем применения поясной линзы с определенным углом
рассеяния в горизонтальной плоскости.
377
Постоянные — с проблесками или группой проблесков — дающие
постоянный огонь, усиливаемый через правильные промежутки времени про-
блесками того же цвета, а иногда и другого. Эти огни могут быть воспроизведены
путем комбинации поясных и полизональных линз.
Проблесковые — дающие через определенные промежутки времени
один проблеск. При этом продолжительность свечения короче продолжитель-
ности затемнения.
Г руппо-проблесковые — дающие через равные промежутки вре-
мени группу из двух или более проблесков.
Затмевающиеся — дающие ровный огонь, прерываемый через опре-
деленные промежутки времени. При этом продолжительность затмения меньше
продолжительности свечения.
Г руппо-затмевающиеся, дающие ровный огонь, прерываемый
через определенные промежутки группой двух или более затмений, при этом
продолжительность затмений меньше времени свечения.
Вертящиеся, когда пучок света в определенный промежуток времени
обходит по горизонту на 360°; такие маяки в данном направлении дают свет,
который периодически изменяется от нуля до максимальной величины и затем
опять убывает до нуля.
Переменные. Каждый из вышеперечисленных огней получает на-
звание переменного, если цвет его периодически изменяется, что достигается вра-
щением перед аппаратом ширм из цветных стекол.
Наиболее употребительными из указанных огней являются проблесковые,
так как они не могут быть смешаны с другими огнями, что может случиться
при постоянном огне.
Как показала практика, наиболее различаемым оказался проблесковый
огонь с продолжительностью свечения 0,3 сек. и затмения 2,7 сек.
Проблесковые огни в аппаратах малой мощности получаются автоматически
путем периодического зажигания ацетиленового пламени в лампе фонаря. Такие
лампы называются автоматическими. В аппаратах большой мощности пробле-
сковый огонь получается вращением всего аппарата и ширм вокруг вертикаль-
ной оси.
В этом случае оптическая часть аппарата состоит из системы полизональных
линз, расположенных соответствующим образом.
В маячных фонарях, установленных в трудно доступных местах, зажигание
огня производится автоматически при помощи специального регулятора, кото-
рый зажигает и тушит пламя ацетиленовой горелки по определенному календар-
ному расписанию в зависимости от времени года. Вся работа по приведению
в действие регулятора производится тем же ацетиленовым газом, поступающим
из специального газоаккумулятора. Маячные огни, снабженные автоматическими
регуляторами, могут действовать без всякого наблюдения в течение нескольких
месяцев.
Иногда приведение в действие маячного огня производится автоматически
при помощи солнечного клапана.
Принцип действия такого аппарата основан на том, что тела, поглощающие
световые лучи, имеют более высокую температуру, чем находящиеся в тех Же
самых условиях тела с отражающими зеркальными поверхностями.
УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ К II ТОМУ
ОБЩИЕ КУРСЫ
1. Глейхец А., Теория современных оптических инструментов, под ред. В. К. Про-
кофьева, ОНТИ, 1935.
2. Р о р М., Оптические приборы., Госмашметиздат, 1933.
•3. С л ю с а р е в Г. Г., Методы расчета оптических систем, ОНТИ, 1937.
За. С л ю с а р е в Г. Г., О возможном и невозможном в оптике, изд. АН СССР, М.—Л., 1944.
4. ТудоровскийА. И., Теория оптических приборов, изд. АН СССР, 1937.
4а. Справочник по военной оптике, сост. коллективом авторов Гос. Оптич.
чист. ГТТИ, 1945.
РАЗДЕЛЫ VII, VIII, IX
Приборы наблюдения и визирования
5. Агафонов С. С., Перископы подводных лодок, Военмориздат, 1939.
6. Булгаков В. В., Прикладная теория гироскопа, ОНТИ, М.—Л., 1939.
7. В и т к о в с к и й В. В., Топография, Изд. 3-е ВТУ, М., 1928.
8. Введение в практическую астрономию, под ред. В. В. Каврай-
ского, ОНТИ, 1936.
9. Г р а у р А. В., Геодезия в артиллерии, ГВИ, 1939.
10. Захарьевский А. Н., а. Военные оптические дальномеры, изд. Арт. академии,
1933—1934; там же обзор литературы по дальномерам.
б. Новейшие типы военных оптических дальномеров, ОНТИ, М.—Л., 1935.
11. Капустин С.Н., Курс артиллерии, кн. 6. Артиллерийские приборы, изд. Н КО, М., 1943.
12. Красовский Ф. Н. и Данилов В. В., Руководство по высшей геодезии, ч.
вып, 1. ГУГСК НКВД, 1938.
13. К о л п а к о в Н. В., Авиационные приборы, ч. III (аэронавигационные приборы)^
ГВИ, 1938.
14. Лебедев П. К. и Фигнер Н. Н., Наблюдение в артиллерии, ГВИ, 1939.
15. С а к е л л а р и Н. А., Описание мореходных инструментов, изд. 1-е, ОГИЗ, 1933.
16. Сидоренко П. Г., Геодезические приборы, Оборонгиз, 1939.
17. Смирнов К. Н., Конструкции и детали астрономо-геодезических инструментов, изд.
Военно-Инж. акад. РККА им. В. В. Куйбышева, М, 1937.
18. X о л к и н В. К., Артиллерийская топографическая служба, ГВИ, 1938.
19. Цингер Н., Курс астрономии, ч. II (практическая), изд. 2-е, 1915.
20. Ш р е й д е р В., Дальномеры, ГВИ, 1933.
РАЗДЕЛЫ X и XI
Оптические прицелы
21. Арбузов А. И., Конспект лекций по теории бомбометания и бомбардирования, ВВА^
М., 1938.
22. А р б у з о в А. И. и М о ш к и н В. А., Основания устройства и элементы проектиро-
вания прицелов бомбометания, ВВА, М., 1939.
23. Бомбардировочные прицелы, Учебное пособие для авиационных училищ,
школ и строевых частей ВВС РККА, ГВИ, М., 1939.
24. Блюм, М. Самозарядная винтовка, Челябгиз, 1941.
25. Боровиков А. Ф., иСедленек Г. И., Вооружение самолета, Гос. изд. обор. пром.„
М., 1941.
26. Г р и д а ш е в М. И., Оптический прицел для бомбометания ОПБ-2, М.—Л., 1940.
27. 3 а р е м б а А. В., Стрельба зенитной артиллерии, ГВИ, 1934.
28. Зенкевич Н. И., Исследование механизма визирования прицела Сперри, ВВА, М.,1940^
29. Иг наци у с Г. Н., Бомбометание с пикирования, ГВИ, М., 1940.
30. Капустин К. В. и др., Пособие для летчика, наблюдателя запаса, ГВИ, М;, 1939.
31. Карташев Б., Боевые возможности бомбардировочной авиации, Л., 1928.
37Э
32. Кудрявцев Н. Ф., О точности определения ветра в полете, ВВА, М., 1938.
33. Мурин В. А., Баллистика авиационной бомбы, сброшенной с горизонтального полета,
ВВС, 1937.
34. Никольский М. Н. и др., Аэронавигационная линейка, ВВА, М.,1937.
35. Пистоль коре С., Учебник по бомбометанию, НАУ УВВС, М., 1931.
36. Поллак В. Ю., Теория самолетовождения, Л., 1939.
37. П ч е л ь н и к о в Н. И., Приборы управления артиллерийским огнем, кн. I, ГВИ, 1940.
38. Розенель К. А., Оптический прицел для бомбометания.
39. Рукавишников С. С., Воздушная стрельба, изд. 2-е, ГВИ, М., 1942.
40. Смирнов В. Э., Бомбометание, изд. 2-е, ГВИ, М., 1938.
41. Соловьев М.» Вертикали и стабилизаторы прицелов бомбометания, ВВА, М., 1938.
42. Соловьев М. П. и Арбузов А. И., Основы бомбометания, ГВИ, М., 1940.
43. Справочная книга оптика-механика, т. I и II, ОНТИ, 1936, 1937.
44. Тихонов М. Д., Бомбометание с горизонтального полета на больших скоростях, ВВА,
1938.
45. Т и х о н о в М. Д. и Р у т к о в с к и й. Ф. А., Бомбардирование, ГВИ, М., 1940.
46. Тихонов М. Д. и др., Бомбометание, ГВИ, М., 1939.
47. Т и х о н о в М. Д. и др., Методика бомбардировочной подготовки, ГВИ, М., 1940.
48. Эфрос И. Г., Основы устройства прицелов для бомбардирования, ГВИ, М., 1941.
РАЗДЕЛ XII
Прожекторы
49. Артамонов И. Д., Теория параболического прожектора, ВЭТА, Л., 1938.
50. Башмаков П. И., Навигационные ограждения, изд. Главсевморпути, Л., 1935.
51. Бей форд Ф., Теория прожектора (перев. с англ.), ОНТИ, М.—Л., 1935.
52. Зоненфельд, Вогнутые зеркала (перев. с нем.), ОНТИ, М.—Л., 1935.
53. Левитин И. Е., Параболические прожекторы, ОНТИ, Л., 1936.
54. Расчет прожекторного освещения, Сб. статей, 1932.
.55. Со ко л о в М. В., Световое оборудование воздушных линий, ч. I, Труды НИИ ГВФ,
1940.
56. Устюгов Г. К. и Райский И. К., Светотехника на воздушном транспорте,
ОНТИ—НКТП, Гл. ред. авиационной литературы, Л.—М., 1935.
57. Фейгин А. Л., Войсковая сигнализация, ГВИ, 1940.
58. Ф р о л о в Р. Н., Прожекторы большой силы света, изд. Упр. ВМ сил РККА, Л., 1928.
59. Ш ту л ь к е р ц П. Г., Основы теории оптических систем маячных аппаратов, 1937.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА К I ТОМУ
РАЗДЕЛ II, глава III
27а Г р е бе нщ и ко в И. В., А. Г. Власов, Б. С. Непор^ент, Н. В. Суй ко вс кая.
Просветление оптики. ОГИЗ, Гостехиздат, 1946.
РАЗДЕЛ II, глава VI
41. Риль Н. Люминесценция. Пер. П. П. Феофилова под ред. акад. С. И. Вавилова.
ГТТИ, 1946.
РАЗДЕЛ IV, глава XIII
105а. Мельников А. А. Теория фотозатворов. Гостранстехиздат, М., 1937.
1056. Рифтин Л. П. и Гриневич Г. Я. Механизмы фотоаппаратов, ч. I, Оборон-
гиз, 1939, стр. 179.
105в. Сафронов Л. Т. Воздушное фотографирование ночью. Воениздат, 1942, стр. 116.
105г. Kenneth Mees. The Theory of the Photographic Process. Mac Millan Co, New
York, 1945. (Подготовляется русский перевод).
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Аберрация оптики прожектора 332
» в зрачках 24
Азимут 91
» упрежденный 249
Азимутальная съемка 92
Азимутальный круг 64
» угол 64
Алидада 93, 111
» оптическая 114
Аллара профиль 338
Амортизация прицелов 308
Аншютца гирогоризонт 154
Аппаратура контрольная 316
» тренировочная 314
Артиллерийская буссоль 123
» панорама 232
» стереотруба 42
» топографическая разведка 89
Артиллерийский теодолит 105
Артстрельбы корректирование 323
Астрономическая труба 6
Афокальные системы 5
Ацетиленовые источники света 353
Аэронавигационный визир Нистри 323
» » Цейсса 323
Базис триангуляционный 90
Базисный брусок (дальномеров) 164
Батчлер 314
Бинокль 37
Бинокулярная зрительная труба 35
Бинокулярный перископ 50
» смотровой прибор 54
Бомбометания плоскость 268
» прицелы 260
Бомбы относ 265, 312
» смещение 267, 306
Буссоль 92
» артиллерийская 123
» » оптическая 123
Вектор ветра 263
Верньера точность 95
Вертикали 294
» гироскопические 298
» маятниковые 296
» пузырьковые 294
» самолетные 294
Ветра вектор 263
Видимость светового сигнала 358
Визир 87, 269
» аэронавигационный 297
Визирная линейка 164
» линия, стабилизация 295
» ось 87
Визирные приборы 34
» » морские 131
Визирование 94
Визирования плоскости наклон 306
Виккерса перископ 52
Виккерса тренажер 315
Вильда теодолит 100
Вимпериса прицел 270
Винтовочные прицелы 226
Виньетирование 15
Вольтова дуга 339
» дуга высок, интенсивн. (Спер-
ри) 342
Выверитель внутренний абсолютный 2U3
Выверка дальномера 198
Выверочная линейка 199
Высота полета 249, 263
Высотная съемка 92
Высотомер графический 194
Высотомер-дальномер 192
» крышеобразный 192
» логарифмический 194
» маятниковый 193
» стереоскопический 195
Высотомеров ошибки 219
Газоаккумулятор 378
Газосветные лампы 350
» трубки 351
Галилея труба зрительная 6
Гелиограф 373
Геодезическая сеть 90
» съемка 90
Герца купол 56
»> микрометр 67
» прицел 279
Гипоскоп 50
Гировертикаль Сперри 301
Гирогоризонт Аншютца 154
»> Флерие 152
Гирокомпас 71
Гироскоп 299
Гироскопа прецессия 302
Главный луч 7, 14
Глубинное зрение 177
Головка окулярная в перископе 57
Горизонт искусственный 144
» орудия 249
Горизонтали 89
Графическая съемка ПО
Графический высотомер 194
Далена маяк 338
» огонь 354
Дальномер-высотомер 192
» Инверт 177
» Коинциденц 176
» монокулярный 171
» перископ 81
» с базой внутри прибора 170
» » » на местности 163
» » » » цели 168
» саперный 118
» стереоинверт 185
» стереокоинциденц 185
» стереоскопический 181
Д альномер-стереотруба 43
381
Дальномера выверка 198
» коэффициент 97
» работа 206
» расстройства 197
» рейка 108
Дальность горизонтальная 249
» действия прожектора 358
» наклонная 249
» упрежденная 249
Деривация 223
Диафрагма действующая 13
» поля зрения 14
Диоптрические системы 338
Диоптры 94
Дистанции способы измерения 163
Дистанционная кривая 130
» трубка 248
Дистанция о ормления светового пучка 355
Дифференциал в панораме 37, 232
Дове призма 37
Дуга вольтова 339
» » высокой интенсивности
(Сперри) 342
Задача Поте нота 139
Звукоулавливатель Сперри 366
Зенитная командирская зрительная тру-
ба 128
Зенитный перископ 19
» пулементый прицел 246
Зрачок входной 14
» выходной 14
Зрение глубинное 177
Зрительные трубы 6
» » ночные 45
» » прицелов бомбометания 273
» » теодолитов 94
Измерение дистанции, способы 163
Инверт-дальномер 177
Искатель 36
Картографическая проекция 89
Катадиоптрическая система прожектора 338
Каустика 333
Качество изображения 31
Квинтант 140
Кельнера окуляр 22
Кеплера труба зрительная 6
Кинопулемет 322
_ Кинотеодолит 134
Кипрегель 111
Коинциденц-дальномер 176
Коллектив 20
Коллективная линза 20
Коллимационная плоскость 87
» погрешность 141
Командирская зенитная труба 128
» танковая панорама 55
Командирский перископ 78
Компенсатор клиновой вращающийся 172
» » передвижный 175
» с подвижной линзой 176
Контроль работы стереоскопистов 188, 220
Координаты настоящие 242
Коэффициент дальномера 97
» отражения 333
» поглощения воздуха 358
» полезного действия оптики
прожектора 333, 355
Коэффициент полезного действия отражателя
333
Коэффициент прозрачности воздуха 357
Коэффициент усиления прожектора 330
Корректирование артстрельбы 323
Корректировщик Хьюзса 323
Кривая дистанционная 130
Кривые изо высотные и изо дистанционные 253
Крышеобразная призма 11
Крышеобразный высотомер 192
Круг азимутальный 64
Круги отражательные 150
Купол Герца 56
Курс цели 224
Курса подбор 275
Курсовая нить в визире 269
» черта в прицеле 307, 271
Курсомер-скоромер 129
Лампы газосветные 350
Лампы накаливания 347
» прожекторные 348
» с термостатом 347
Лимбы теодолита 93
Линза коллективная 20
» оборачивающая 8
» Френеля ступенчатая 338
Линейка визирная 164
Линия неподвижная (в перископе) 70
» прицеливания 222, 227
» разрывов 268
Логарифмический высотомер 194
Лоткамера Цейсса 316
Люк входа 14
» выхода 14
Луч главный 7, 14
Манжена отражатели сферические 334
Масштаб 89
Маяк Далена 338
Маяки 377
Маятниковая вертикаль 296
Маятниковый высотомер 193
Мензула НО
» артиллерийская 113
Мензульная съемка ПО
Мензульный планшет НО
Микрометр Герца 67
» винтовой 100
» с раздвоением изображения 66
Микроскоп-микрометр 99
Минометные прицелы 230
Морские визирные приборы 137
» прицелы 242
Мушка-флюгер 320
Навигационный перископ 79
» треугольник 265
Наводка боковая 275
» орудия прямая 223
» по дальности 265, 276
Неподвижная линия (в перископе) 70
Нивелир Н6
» технический 117
Нивелировка 116
Нить курсовая 269
Ночной перископ 80
Ночные зрительные трубы 45
Оборачивающая линза 8
Оборачивающие системы 8
Объективы ахроматические 8
Огонь Далена 354
Окопный перископ 47
Октант 140, 159
» авиационный 159
Окуляр 22
382
Окуляр Кельнера 22
» Рамсдена 22
» симметричный 22
» Эрфле 23
Окулярная головка в перископе 57
Омнископ 85
Оптическая алидада 114
» буссоль 123
Оптический теодолит 99
Орудия горизонт 249
Освещенность на сетчатке 27
» эффективная 361
Ось визирная 87
Отбор наблюдателей
(для стереоскопических работ) 190
Отвес оптический (центрир) 103
Относ бомбы 265, 312
Отражатели металлические 335
» стеклянные 333
Отражательные круги 150
Отражения коэффициент 333
Ошибка личная 209
» теоретическая 206
Ошибки высотомеров 219
» дальномеров 206
Панкратические системы 25
Панорама 37
» артиллерийская 232
» танковая 240
Панорамный перископ 86
Параллакс 23
» линейный 178
Пеленгатор оптический 138
Пентаквинтант 142
Перископ бинокулярный 85
» Виккерса 52
» гипоскоп 50
» дальномер 81
» зенитный 79
» зеркальный 52
» командирский 78
» мачтовый 49
» навигационный 79
» ночной 80
» окопный 47
» омнископ 85
» панорамный 86
» полевой 49
» разведчик 47
» танковый 50
Перископа фотоустройство 75
Перископичность 46
Пехана призма 186
Пикирование 311
Пикирования угол 311
Планшет мензульный ПО
Пластичность бинокля 39
» стереотрубы 41
» телескопической системы 35
Плоскость бомбометания 268
» боевого пути 268
» визирования, наклон 306
» коллимационная 87
» цели 249
Поверки секстанта 145
Повторительный теодолит 95
Поглощение воздуха 358
Погрешность индекса в секстанте 141
» коллимационная 141
Поле зрения 18, 21
Поле зрения бинокля 40
Поле зрения прицела, стабилизация 303
Полевой перископ 49
Полета высота 263
Полигонометрические ходы 91
Потенота задача 139
Прецессия гироскопа 302, 152
Приборы визирные 34
» для корректирования артстрель-
бы 323
» прямого наблюдения (в танке) 51
» светосигнальные 369
» стробоскопические смотровые 53
Призма Дове 37
» крышеобразная 11
» Пехана 186
Прицел бомбометания Вимперис 270
» » Герц-Бойкова 279
» » D-4 282
» » ЛОТФЭ-6 286
» » ЛОТФЭ-7 272, 288
» » НВ-5 270
» » ОПБ-1 271, 291
» » ОПБ-2 271, 279
» » Сперри 284
» » STA6 270, 247
» воздушной стрельбы Алькан 322
» » » Реви 321
Прицеливания линия 222, 237
» точность 225
Прицелов амортизация 308
Прицельный треугольник 265
Прицелы винтовочные (снайперские) 226
» воздушной стрельбы 245
» минометные 230
» механические 224, 269
» морские 242
» пулеметные 230, 245
» танковые 234
» Цейсса 232
Проекция картографическая 89
Прожектора аберрация 332
» диаметр 331
» коэффициент усиления 330
» относительное отверстие 331
» сила света 355
» угол охвата 331
» угол рассеяния 332
» фокус 331
» яркость 332
Прожекторная зрительная труба 46
Прожекторные лампы 348
Прожекторы ближнего действия 328
» дальнего действия 328
» для освещения наземных
целей 368
» заливающего света 385
» зенитные 365
Прозрачность воздуха, коэффициент 357
Профиль Аллара 338
» Френеля 338
Пуазо 247
» Берког-5 256
» вспомогательный 258
» Когнед-5 251
» Сперри 255
Пулеметные прицелы 230
Разведка артиллерийская топографи-
ческая 89
Разведчик-перископ 47
Разрешающая сила 30
Ракурс цели 312
383
Рамсдена окуляр 22
Расстройства дальномеров 197
Рейка дальномера 108
Румб 91
Румбическая съемка 92
Светосигнальные приборы 369
Светосила бинокля 40
» телескопической системы 28
Секстант 139
» авиационный 154
Секстанта поверки 145
» погрешности 145
Сеть геодезическая 90
Сила разрешающая 30
» света прожектора 355
Системы афокальные 5
» диоптрические 338
» катадиоптрические 338
» оборачивающие 8
» панкратические 25
» телескопические 5
Скорость воздушная 263
» путевая 263
Смещение бомбы 267, 306
Смотровые стробоскопические приборы
» устройства в танках 52
Снайперские прицелы 226
Сперри гировертикаль 301
Способы измерения дистанции 163
Стабилизация визирной линии 295
» поля зрения 303
Стекло триплекс 57
Стереовысотомер 195
Стерео дальномер 181
Стереоскоп 177
Стереоскопические таблицы 190
Стереотруба 42
» артиллерийская 42
» -дальномер 43
Стробоскопические смотровые приборы 53
Строганова фотострелок 322
Съемка азимутальная 92
» высотная 92
» геодезическая 90
» графическая (мензульная) ПО
» румбическая 92
» тахеометрическая 95
» топографическая 90
Таблицы стереоскопические 190
Танковая панорама 240
Танковое смотровое устройство 52
Танковый перископ 50
» прицел 234
Тахеометр 95
Тахеометрическая съемка 95
Телескопические системы 5
Теле центрический ход лучей 23
Теодолит (кино) 134
» оптический 99
» артиллерийский 105
» Вильда 100
» Цейсса 109
» технический (тахеометр) 95
» » (повторительный) 95
» универсальный 98
» шаропилотный 131
Топографическая съемка 90
» разведка 89
Торпедный треугольник 74
Точки идентичные 179
» настоящие 249
Точки текущие 249
» упрежденные 249
Точность верньера 95
» прицеливания 225
Тренажер Виккерса 315
Тренировка наблюдателей с дальноме-
рами 216
Треугольник измерительный 163
» навигационный 265
» прицельный 265
» торпедный 74
» упредительный 249
Триангуляция 90
Триангуляционный базис 90
Триплекс стекло 51
Труба зрительная Азадул Цейсса 36
» » бинокулярная 95
» » Галилея 6
» » Кеплера 6
1руба зрительная 12Я командирская зенитная
» » ночная 45
» » прожекторная 46
» » Флерие (в секстанте) 142
Трубки газосветные 351
» дистанционные 248
» холодной пристрелки 324
Увеличение телескопических систем 5
» в зрачках 17
Угломер зенитной артиллерии 126
Угол азимутальный 64
» ветра бортовой 264
» возвышения 223, 242
» зрения 5
» курсовой 67, 68
» места цели 223, 165, 249
» отставания 266
» охвата прожектора 331
» параллактический 170, 179
» пикирования 311
» прицеливания 223, 265, 268
» путевой 263
» рассеяния прожектора 332
» сноса 263, 264
» смещения бомбы 306, 267
» упреждения 73, 223, 319
Упредительный треугольник 249
Упреждение бомбы линейное 312
Флерие гирогоризонт 152
» зрительная труба (в секстанте) 142
Фокус прожектора 331
Фотострелок Строганова 332
Фотоустройство перископов 75
Френеля линза 338
» профиль 338
Фусса теодолит 128
Ходы полигонометрические 91
Цейсса аэровизир 297
» зрительная труба (Азадул) 36
» лоткомера 316
» прицел 232
Цели курс 224
» плоскость 249
» ракурс 319
Целик 107, 243
Центрир 103
Шаропилотный теодолит 131
Эрфле окуляр 23
Яркость видимая 26
» габаритная 348
» прожектора 332
384
ОГЛАВЛЕНИЕ стр.
Предисловие.............................................................
Раздел шестой
ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Глава 16. Телескопические системы. А. А. Вишневский и К. А. Папиянц........ 5*
§ 1. Телескопические системы. А. А. Вишневский............................ —
§ 2. Оптическая схема зрительной трубы. А. А. Вишневский.................. 6
§ 3. Оборачивающие системы. А. А. Вишневский.............................. 8
§ 4. Ограничение пучков. А. А. Вишневский.........~...................... 13
§ 5. Увеличение телескопической системы. А. А. Вишневский............... 16*
§ б. Поле зрения. А. А. Вишневский....................................... 19
§ 7. Устройство окуляров. А. А. Вишневский...............~................ 22
§ 8. Зрительные трубы переменного увеличения. А. А. Вишневский. 26
§ 9. Видимая яркость изображения. Светосила. А. А. Вишневский .. 26
§ 10. Разрешающая сила. К. А. Папиянц................................... 30
§ 11. Качество изображения. Я. А. Папиянц........................... 31
§ 12. Испытания разрешающей силы и оценка качества изображения. К. А. Папиянц . 32:
Раздел седьмой
ПРИБОРЫ НАБЛЮДЕНИЯ
Глава 17. Зрительные трубы, бинокли, стереотрубы. А. Н. Бурого, Н.И. Сеннов и
В. К- Прокофьев......................................................... 35'
§ 1. Зрительные трубы и их классификация. А. Н. Бурого..................... —
§ 2. Призменный бинокль. В. К. Прокофьев и А. Н. Бурого ................... 37
§ 3. Стереотрубы. А. Н. Бурого и В. К. Прокофьев........................... 41
§ 4. Ночные зрительные трубы. Н. И. Сеннов................................. 45
Глава 18. Перископические зрительные трубы Н. И. Сеннов..................... 46
§ 1. Перископ-разведчик................................................................................ 47
§ 2. Окопный перископ................................................................................... —
§ 3. Полевой перископ.................................................................................. 40
§ 4. Приборы для наблюдения из танков и бронемашин..................................................... 50
Глава 19. Перископы подводных лодок. Б. М. Корякин.......................... 57
§ 1. Перископное устройство....................................................... —
§ 2. Принципиальная схема оптической системы перископа....... 53
§ 3. Длина перископа.................... 60
§ 4. Перемена увеличения............................................................ 61
§ 5. О некоторых оптических деталях перископа.................. 62
§ 6. Потери света в перископе.................................. 64
§ 7. Приспособления для указания направления визирной линии...... —
§ 8. Приспособления для оценки расстояний и курсовых углов............................................ 66
§ 9. Неподвижная линия................................................................................ 69
§ 10. Приспособление для определения угла упреждения................................................... 73
§ 11. Фотоустройство перископов........................................................................ 75
§ 12. Уплотнение перископа. Аппарат для осушки......................................................... 77
§ 13. Окулярная головка................................................................................ 78
§ 14. Современные перископы............................................................................. —
§ 15. Перископ-дальномер............................................................................... 81
§ 16. Стоящий перископ...........................’......................... 83
§ 17. Другие разновидности перископа....................................... 84
38>
*/425 Оптика в военном Деле—215.
Раздел восьмой
ПРИБОРЫ ВИЗИРОВАНИЯ
Стр.
I лава 20. Геодезические и топографические приборы, применяемые для военных
надобностей. А. Н. Бураго............................................... 88
§ 1. Основные понятия о геодезии и топографии............................ 89
§ 2. Угломерные съемки и приборы, обеспечивающие их осуществление....... 90
§ 3. Принцип устройства угломерных приборов. Общая схема теодолита. 92
§ 4. Технический теодолит................................................ 95
§ 5. Универсалы......................................................... 98
§ 6. Оптические теодолиты.............................................. 100
§ 7. Теодолит типа Вильда............................................ 101
§ 8. Артиллерийский теодолит......................................... 105
§ 9. Визирные марки...................................................107
§ 10. Дальномерная рейка с постоянным базисом и способ определения дистанции
§ 11. Оптические теодолиты Цейсса............................................109
§ 12. Общие понятия о графических или мензульных съемках...................110
§ 13. Устройство мензулы и кипрегеля.........................................111
§ 14. Кипрегель и мензула малого типа ....................................... 112
§ 15. Артиллерийская мензула и оптическая алидада............................ 113
§ 16. Нивелир и сущность выполняемых с его помощью вертикальных или профильных
съемок...................................................................... 116
17. Технический нивелир.................................................... 117
§ 18. Специальные внутрибазные дальномеры небольших габаритов. Саперный дальномер 118
Т л а в а 21. Угломерные артиллерийские приборы А. Н. Бураго, Н. И. Сеннов
и В. К. Прокофьев....................................................... 121
§ 1. Измерение углов в артиллерии. В. К. Прокофьев.................- ... . —
§ 2. Артиллерийская буссоль. Н. И. Сеннов.................................... 123
§ 3. Угломер зенитной артиллерии. А. Н. Бураго .............................. 126
§ 4. Командирская труба для зенитной артиллерии Н. И. Сеннов................. 128
§ 5. Курсомер-скоромер. Н.П. Сеннов .......................................... 129
§ 6. Теодолиты для аэрологических наблюдений. А. И. Бураго................... 131
§ 7. Кинотеодолит. А. Н. Бураго............................................... 134
§ 8. Морские визирные приборы Н, И. Сеннов.................................. 137
Глава 22. Навигационные отражательные угломерные приборы. В. В. Каврайский . . 139
§ 1. Отражательные угломерные приборы.........................................—
§ 2. Секстант.................................................................—
§ 3. Измерение высот светил секстантом....................................... 143
§ 4. Измерение углов между земными предметами при помощи секстанта .......... 145
§ 5. Погрешности секстанта и его поверки.....................................—
§ 6. Отражательные круги............................................., . . . . 150
§ 7. Гирогоризонты для измерения высот светил на море........................ 152
§ 8. Авиационные секстанты и октант.......................................... 154
Раздел девятый
ДАЛЬНОМЕРЫ И ВЫСОТОМЕРЫ
Глава 23. Дальномеры и высотомеры А. Н. Бужинский, В. К. Прокофьев и Е. Н. Ца-
ргвский................................................................ 162
§ 1. Приборы для измерения дистанции. В. К. Прокофьев и Е. Н. Царевский . . ; . 163
§ 2. Дальномеры с базою на местности. В. К. Прокофьев и Е. Н. Царевский...—
§ 3. О точности измерения дальности приборами с базою на местности. В. К. Про-
кофьев и Е. Н. Царевский.................................................... 165
§ 4. Дальномеры с базою на цели. В. К. Прокофьев и Е. Н. Царевский. .......168
§ 5. Оптические внутрибазные дальномеры. В. К. Прокофьев и Е. Н. Царевский ... 170
§ 6. Принципиальная схема действия монокулярного дальномера. В. К. Прокофьев и
Е. Н. Царевский......... .•........................................... 171
§ 7. Клиновые компенсаторы. В. К. Прокофьев и Е. Н. Царевский ......... ; . 172
§ 8. Типы монокулярных дальномеров. В. К. Прокофьев и Е. Н. Царевский...... 176
§ 9. Стереоскоп и стереоскопическое восприятие В. К. Прокофьев и Е. Н. Царевский 177
§ 10. Принципиальная схема стереоскопического дальномера. В. К. Прокофьев и
Е. Н. Царевский........................................................181
§11. Типы стереоскопических дальномеров. В. К» Прокофьев и Е. Н. Царевский .... 182
$86
Стр.
§ 12. Некоторые новые типы стереоскопических дальномеров. А. Н. Бужинский,
В. К. Прокофьев и Е. Н. Царевский............................................... 184
§ 13. Особенности стереоскопического восприятия и методы испытания наблюдателей
для работы со стереоприборами. В. К. Прокофьев а Е. Н. Царевский................ 188
§ 14. Приборы для измерения высоты цели (высотомеры). А.Н. Бужинский, В. К. Про-
кофьев и Е. Н. Царевский........................................................ 192
§ 15. Расстройства дальномеров и способы выверки. А. Н. Бужинский, В. К. Прокофьев
и Е. Н. Царевский............................................................... 197
§ 16. Дальнейшие усовершенствования дальномеров. А. И. Бужинский................205
Глава 24. Работа с дальномерами и высотомерами. А. Н. Бужинский
нВ. К. Прокофьев ...............................................................206
§ 1. Общие соображения о точности дальномеров. Теоретическая ошибка. В. Я. Про-
кофьев .........................................................................—
§ 2. Личная ошибка наблюдателя. В. К. Прокофьев...............................209
§ 3. Поправка дистанционной шкалы дальномера. В. Я. Прокофьев.................—
§ 4. Влияние атмосферных и других условий на работу дальномеров. А. Н. Бужинский
и В. К. Прокофьев................................................................210
§ 5. Тренировка наблюдателей для работы на стереодальномерах. В. Я. Прокофьев ... 216
§ 6. Ошибки высотомеров. В. Я. Прокофьев........................................219
§ 7. Контроль работы стереоскоп истов по самолету. В. Я. Прокофьев......... . . . 220
Раздел десятый
ОПТИЧЕСКИЕ ПРИЦЕЛЫ СУХОПУТНЫЕ И МОРСКИЕ
Глава 25. Оптические прицелы наземных и морских установок. Н. И. Сеннов и
В. К. Прокофьев.........................................................222
§ 1. Прицеливание и наводка. Н. И. Сеннов................................ . . _
§ 2. Точность прицеливания. В. Я. Прокофьев . ...............................225
§ 3. Оптические прицелы для винтовок. Н. И. Сеннов........................... 226
§ 4. Оптический прицел для миномета. Н. И. Сеннов.............................230
§ 5. Оптический прицел к станковому пулемету. Н. И. Сеннов................... —
§ 6. Артиллерийская панорама системы Герца. В. К. Прокофьев...................232
§ 7. Танковые прицелы. Н. И. Сеннов ...... ...................................234
§ 8. Морские прицелы. Н. И. Сеннов............................................242
§ 9. Пулеметные прицелы для стрельбы по воздушным целям. Н.П. Сеннов..........245
Г л а в а 26. Приборы управления огнем зенитной артиллерии. А. Н. Бураго.......247
§ 1. Стрельба по воздушным целям............................................... ....
§ 2. Приборы для стрельбы зенитной артиллерии...................................250
§ 3. Пу азо Когнед-5............................................................251
§ 4. Пуазо Сперри Т-8...........................................................255
§ 5. Пуазо Берког-5.............................................................256
§ 6. Сравнение различных типов ПУАЗО............................................258
Раздел одиннадцатый
ОПТИЧЕСКИЕ ПРИЦЕЛЫ В АВИАЦИИ
Глава 27. Бомбардировочные прицелы. Е. Ф. Юдин............................. 260
§ 1. Бомбардировочные прицелы.................................................—
§ 2. Требования, предъявляемые к бомбардировочному прицелу...................261
§ 3. Основные понятия из аэронавигации...................................... 263
§ 4. Основные формулы для расчета угла прицеливания при бомбометании с горизон-
тального полета............................................................. 264
§ 5. Способы осуществления линии визирования в прицелах бомбометания.269
§ 6. Зрительные трубы прицелов бомбометания...........................273
§ 7. Принципиальные схемы определения прицельных данных в прицелах разных типов 275
§ 8. Вертикали...........................294
§ 9. Учет бокового смещения бомбы...............................................306
§ 10. Амортизация прицелов............................................... • • 308
§ 11. Бомбометание с пикирования.............................................311
§ 12. Тренировочная и контрольная аппаратура................................................................314
§ 13. Заключение.............................................................* ь
387
Стр,
Г л а в а 28. Приборы воздушной стрельбы, аэронавигационные и для корректировки
артстрельбы. М. А. Резунов ...............................................317
§ 1. Прицелы воздушной стрельбы................................................ —
§ 2. Учебно-тренировочные и вспомогательные приборы...........................; 322
§ 3. Аэронавигационные приборы.................................................324
§ 4. Корректировка артстрельбы с самолета......................................325
Раздел двенадцатый
ПРОЖЕКТОРЫ
Глава 29. Основы работ прожекторных систем. Е. Ф. Юдин 328
§ 1. Составные части прожектора............................................... —
§ 2. Перераспределение светового потока при прохождении оптической части прожектора 329
§ 3. Общие свойства прожекторных отражателей ................................331
§ 4. Типы стеклянных отражателей.............................................333
§ 5. Металлические отражатели................................................335
§ 6. Условия, которым должны удовлетворять стеклянные отражатели.............336
§ 7. Диоптрическая и катадиоптрическая системы...............................338
§ 8. Источники света, применяемые в прожекторах..............................339
§ 9. Дуги высокой интенсивности..............................................342
§10. Лампы накаливания.......................................................347
§11. Газосветные лампы.......................................................350
§12. Источники света с газообразным горючим................................. 353
§13. Сила света прожектора...................................................355
§14. Влияние прозрачности атмосферы на яркость прожекторного пучка...........357
§15. Дальность действия прожектора...........................................358
Глава 30. Описание современных прожекторов и светосигнальных приборов.
Е. Ф. Юдин ..............................................................365
§ 1. Зенитные прожекторы...................................................... —
§ 2. Прожекторы для освещения наземных целей.................................368
§ 3. Оптические светосигнальные приборы для связи............................369
§ 4. Гелиографы .............................................................373
§ 5. Маяки............................................................... 377
Указатель литературы ко II тому............................................ 379
Дополнительная литература к I тому...........................................380
Предметный указатель ..............................................381
Печатается по постановлению Редакционно-издательского совета
Академии Наук СССР за № 2017
Подписано к печати 14/IV 1947 г. Печ. л. 2474. Уч.-изд. л.36. М-02426. Тираж5000. Зак. 215
2-я типография .Печатный Двор* им. А. М. Горького треста „Полиграфкнига* ОГИЗа при
Совете Министров СССР. Ленинград, Гатчинская, 26.
Отпечатано с матриц во 2-й типографии Управления Воениздата МВС СССР
им. К. Ворошилова Зак. №483
ИСПРАВЛЕНИЯ И ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ В ТОМЕ I
.ОПТИКИ В ВОЕННОМ ДЕЛЕ*
Стра~ ница Строка Напечатано Следует читать
48 17 с 1 л-12 ДЖОУЛЬ _ джоуль _
сверху ’ сек/см2 град4 5 70910-12 ВаТТ -5,70910 секз/град< а —о,/иу сек.См'*град* ватт =5,709-10-13 см3 fpafl4
48 2 снизу микрон градус микрон*градус
49 10 сверху микрон градус микрон-градус
49 57 15 сверху 12—15 сверху 96000 Внешний вид люксметра ГОИ изображен на рис. 57; фото- ток измеряется чувствитель- ным гальванометром. 9600 Фототок измеряется чувстви- тельным гальванометром. Внеш- ний вид визуального люкс- метра ГОИ изображен на рис. 57.
199 211 18 снизу 13 сверху поток наблюдать им порог наблюдать другим
246 18 снизу 5—9. Ю* см. 5—9-Ю””4 см,
251 10— 13 сверху Надо исключить фразу: Если бы все частицы... в таком густом тумане.
256 261 8 снизу 4 и 3 снизу на км \ 50 и 200 м, 1, 4, 20 и 50 км. на км, 50, 200 и 500 м, 1, 2, 4, 10, 20, 50 км.
Зак. 483
ИСПРАВЛЕНИЯ И ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ В ТОМЕ II
.ОПТИКИ В ВОЕННОМ ДЕЛЕ*
Стра- ница Строка Напечатано Следует читать
105 2 снизу Увеличение артиллерийского теодолита Увеличение оптического центрира
137 6 сверху в обратную сторону в ту же сторону
173 15 сверху К
268 7 снизу 3 = 1 =
278 17 сверху k tg ф ’ k tg <r>0 ’
279 21 снизу (Г-ft (Г + /);
283 6 сверху л, Л
285 9, 10 и 12 сверху л%
299 18 снизу изменения количества движе- ния изменения момента коли- чества движения
329 2 снизу 2 Q'
360 18 сверху 200о/о 1200%
363 28 сверху наблюдается уменьшается
382 Левый столбец, 28 сверху 19 79