Kerrison Predictor
Kerrison Predictor var ett av de första helautomatiska eldledningssystemen mot luftfartyg . Den användes för att automatisera inriktningen av den brittiska arméns Bofors 40 mm kanoner och ge korrekta blyberäkningar genom enkla inmatningar på tre huvudrattar .
Prediktorn kan rikta en pistol mot ett flygplan baserat på enkla indata som den observerade hastigheten och vinkeln mot målet. Sådana anordningar hade använts på fartyg för skyttekontroll under en tid, och versioner som Vickers Predictor fanns tillgängliga för större luftvärnskanoner avsedda att användas mot bombplan på hög höjd. Kerrisons analoga dator var den första som var tillräckligt snabb för att användas i den krävande höghastighetsrollen på låg höjd, vilket innebar mycket korta inkopplingstider och höga vinkelhastigheter.
Designen antogs också för användning i USA , där den producerades av Singer Corporation som M5 Antiaircraft Director , senare uppdaterad som M5A1 och M5A2 . M6 :an var mekaniskt identisk och skilde sig bara åt när den kördes på brittisk 50 Hz-ström.
Historia
I slutet av 1930-talet hade både Vickers och Sperry utvecklat prediktorer för användning mot bombplan på hög höjd. Men lågtflygande flygplan uppvisade ett helt annat problem, med mycket korta ingreppstider och höga vinkelhastigheter, men samtidigt mindre behov av ballistisk noggrannhet. Maskingevär hade varit det föredragna vapnet mot dessa mål, riktade med ögat och svängda för hand, men dessa hade inte längre den prestanda som krävdes för att klara av 1930-talets större och snabbare flygplan.
Den brittiska arméns nya Bofors 40 mm kanoner var avsedda som deras standardvapen för låghöjdsflygplan. Befintliga skyttekontrollsystem var dock otillräckliga för ändamålet; räckvidden var för långt för att "gissa" ledningen, men samtidigt tillräckligt nära för att vinkeln kunde ändras snabbare än skyttarna kunde vrida på travershandtagen. Att samtidigt försöka använda ett beräknande sikte var en extra börda för skytten. var att dessa banor var precis där Luftwaffes dykbombplan , som snabbt visade sig vara ett avgörande vapen i Blitzkrieg , anföll från.
Problemet togs upp av major AV Kerrison från den brittiska armén , som hade arbetat som arméförbindelse vid Admiralty Research Laboratory, Teddington , till och med 1930-talet. Kerrison hade arbetat på flera av Royal Navys skottdatorer och tog upp problemet i slutet av 1930-talet. Efter kriget blev Kerrison direktör för flyg- och ingenjörsforskning vid brittiska amiralitetet.
Hans lösning var en miniräknare som undvek många av de korrigeringar och tidsproblem som sågs i enheter som Vickers Predictor som var avsedda för eld på hög höjd. Istället gjorde den en relativt enkel beräkning av islagspunkten baserad på relativ rörelse som tillhandahålls av operatören. Nyckeln till konceptet var användningen av två kul-och-skiva-integratorer , som används i detta fall för att upprätthålla en konstant rörelsehastighet. Ovanpå den motoriserade skivan fanns två metallkulor, placerade ovanpå varandra med den nedre i kontakt med skivan och den andra i kontakt med mekanismer som drev Predictor:s liggande handhjul.
De två kulorna hölls fast så att de kunde separeras eller tvingas ihop. För den första inställningen skulle operatören lossa bollarna och använda handhjulen för att föra Predictor-teleskopet mot målet. Detta flyttade också de två bollarna över skivans yta, även om de inte var i kontakt med den. När de väl hade börjat spåra den, skulle kopplingen flyttas för att få de två kulorna i kontakt med skivan, vid vilken punkt rotationen av skivan skulle få kulorna att rotera och därmed automatiskt flytta teleskopet för att hålla sig i linje med målet.
Eftersom de ursprungliga ingångarna från handrattarna var osannolikt att vara helt exakta, skulle systemet normalt börja "driva" bort från målet. Operatörerna skulle sedan flytta handratten för att föra tillbaka målet till mitten, vilket också skjuter kulorna över skivan till en ny plats, ändrade deras rotationshastighet och därigenom justerade rörelsehastigheten för att spåra målet igen. Kulornas position över skivan representerar direkt hastigheten för vinkelrörelsen för målet. En tredje inställning i kopplingen återställde systemet för att börja spåra ett annat mål.
De två hastigheterna, i azimut och höjd, användes för att beräkna målets vinkelhastighet, och från det, vektorn längs vilken målet rörde sig i förhållande till pistolen. Detta ger inte en komplett lösning; granaten från pistolen tar en viss tid att flyga till målet, under vilken tid det rör sig. Detta kräver att pistolen "leder" målet för att redogöra för rörelsen under denna tid. Eftersom räckvidden till målet är oberoende av dess rörelse, måste detta värde matas in separat, initialt av en separat besättningsman som helt enkelt uppskattade räckvidden eller använde någon form av optisk avståndsmätare , även om små Gun Laying-radar för denna uppgift blev vanliga under världskriget II . Eftersom 40 mm Bofors inte har tidsinställda skal och är beroende av kontaktsäkring, behövdes inte de säkringsinställningssystem som ses på andra prediktorer.
Anordningens "utgång" drev hydrauliska servomotorer fästa vid traverserings- och höjdväxlarna på den annars omodifierade Bofors-pistolen, vilket gjorde att den kunde följa prediktorns indikationer automatiskt utan manuellt ingripande. Gunners höll helt enkelt pistolen laddad, medan de tre siktarna helt enkelt var tvungna att rikta Predictorn, monterad på ett stort stativ , mot målet. Kerrison-prediktorn beräknade inte säkringsinställningar, eftersom granaten som avfyrades av 40 mm Bofors-pistolen, som den var designad att fungera med, var kontaktsmälta.
Predictorn visade sig kunna träffa praktiskt taget allt som flög i en rak linje, och den var särskilt effektiv mot dykbombplan. Den var också mycket komplex, inklusive över 1 000 precisionsdelar och vägde över 500 lb (230 kg), även om mycket av den var gjord av aluminium för att minska vikten. Med RAF :s krav på nästan alla lättmetaller och maskinister, var Predictor alldeles för svår för armén att producera i vilken mängd som helst.
Även om Predictor visade sig vara ett utmärkt tillskott till Bofors, var den inte utan sina fel. Huvudproblemet var att systemet krävde en ganska stor elektrisk generator för att driva pistolen, vilket ökade logistikbelastningen vid försörjningen av generatorerna med bränsle. Att sätta upp systemet var också en ganska komplex uppgift, och inte något som kunde göras "on the fly". Till slut användes de nästan uteslutande för statiska placeringar, fältenheter som fortsatte att förlita sig på sina ursprungliga järnsikten eller de enkla Stiffkey-Stick-sikten som introducerades i slutet av 1943.
No.7 anti-aircraft komposit prediktorn, också designad av Kerrison var liknande på vissa sätt. Den utvecklades ursprungligen för 6-punds marinkanon, för närförsvar och även mot mål på mellanliggande höjder av 6 000 till 14 000 fot (1 800 till 4 300 m). Den anpassades senare för användning med 40 mm Bofors.
amerikansk tjänst
Även om det var mer exakt än Kerrison-prediktorn, kunde Sperry inte hänga med i produktionen av sin dyrare och mer komplexa M-7-regissör. I september 1940 general George C. Marshall britterna om lån av fyra Bofors 40 mm kanoner med Kerrison Predictors för testning.
Under testet gav Kerrison Predictor noggrann eldkontroll till en räckvidd på över 1 500 m (4 900 fot), och Bofors-pistolen var pålitlig. Hösten 1940 Ordnance Department Kerrison Predictor för användning med deras 37 mm pistol. I februari 1941 hade den amerikanska flottan antagit Bofors för användning på deras fartyg. För att lindra produktionsproblem, standardiserade armén motvilligt på 40 mm i februari 1941; USA byggde Bofors åt britterna under Lend-Lease -programmet.
Predictors planer skickades vidare till Sperry Corporation , som precis hade börjat producera sitt eget komplexa höghöjdssystem, M7 Computing Sight, och som inte hade någon överkapacitet för att producera den nya designen också. Istället genomförde de ändringar som behövdes för att anpassa Predictor till amerikansk produktion och skickade tillbaka planerna till armén för produktion på annat håll. I december 1940 Singer Corporation för att producera 1 500 prediktorer per månad för att utrusta arméns befintliga 37 mm kanoner medan produktionen av 40 mm Bofors ökade. Två modeller byggdes inledningsvis, M5 körde på amerikansk standard 115 V 60 Hz ström och M6 för brittisk användning, körs på 50 V 50 Hz ström. Den ursprungliga M5 designades för att använda en extern vridmomentförstärkare , vilket ökade komplexiteten. Detta togs upp i M5A1, som använde ett kraftfullare ball-and-disk-system som eliminerade behovet av en extern förstärkare.
För att producera enheterna tillräckligt snabbt genomförde Singer massiva förändringar i företaget, inklusive att bygga nya fabriker och byta ett gjuteri från stål till aluminium. Tillverkningen startade först i januari 1943, men hela beställningen fylldes i mitten av 1944. Under en kort tid var några av den amerikanska arméns Bofors-kanoner utrustade med Sperry M7, men dessa byttes ut i fält så snart som M5:or blev tillgänglig.
Med flygplanens hastigheter som ökade dramatiskt under kriget, visade sig till och med hastigheten på Kerrison Predictor vara bristfällig vid slutet. Trots det visade Predictor att effektivt skytte krävde något slags någorlunda kraftfullt datorstöd, och 1944 Bell Labs leverera ett nytt system baserat på en elektronisk analog dator . Tajmingen visade sig vara utmärkt; sent på sommaren började tyskarna att attackera London med V-1:s flygbomb , som flög i höga hastigheter på låg höjd. Efter en månad av begränsad framgång mot dem, flyttades alla tillgängliga luftvärnskanoner till landremsan vid inflygningen till London, och de nya sevärdheterna visade sig vara mer än kapabla mot dem. Dagsattacker övergavs snart.
Långt efter kriget började amerikanska M5:s dyka upp i överskottsbutiker i slutet av 1950-talet. John Whitney köpte en (och senare en Sperry M7) och kopplade de elektriska utgångarna till servon som kontrollerade placeringen av små tända mål och glödlampor. Han modifierade sedan systemets "matematik" för att flytta målen på olika matematiskt kontrollerade sätt, en teknik som han kallade inkrementell drift . När kraften i systemen växte utvecklades de så småningom till fotografering med rörelsekontroll , en mycket använd teknik vid filmning av specialeffekter .
Se även
Citat
Källor
- Bromley, Allan (januari 1984). British Mechanical Gunnery Computers of World War II (PDF) (Teknisk rapport). University of Sydney. ISBN 0 909798 63 X . Arkiverad från originalet (PDF) den 18 september 2009 . Hämtad 15 november 2020 .
- Bromley, Allan (1990). "Analoga datorenheter". I Aspray, William (red.). Datorer före datorer . Iowa State University Press. s. 188–189. ISBN 0-8138-0047-1 .
- Mindell, David A. (april 1995). "Anti-aircraft fire control och utveckling av integrerade system vid Sperry, 1925-40". IEEE Control Systems Magazine . 15 (2): 108–113. doi : 10.1109/37.375318 . ISSN 1066-033X .
- TM 9-1659: Styrelseledamöter M5, M5A1 och M6 (Teknisk rapport). krigsavdelningen. 8 maj 1944.
- Routledge, NW (1994). En historia om det kungliga artilleriets regemente . Vol. 4: Luftvärnsartilleri, 1914–55. London: Brassey's. s. 52–55. ISBN 1-85753-099-3 .