Yyyyyyyyyyyyiiiiiiiiiiiiiipppppppppppppppppiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiieeeeeeeeeeeeeeeeeee!!!!!!!!!!!!!!
Käpt'n Nala swoimi pełnymi chmurnej przygany uwagami na temat
co może znieść pancerz North Caroliny
(prócz jaj na twardo) zmusił mnie ostatnio do porzucenia moich ulubionych regałów pionowego składowania i ponownego zajęcia się
brudną przyziemną robotą (jak o swoich kupieckich sposobach zarobkowania mawiał zacny Fryderyk Engels), czyli poświęcenia paru godzin na rzeczową i sensowną analizę skutków trafienia ukośnie nadlatującego pocisku w równie ukośnie ustawiony pancerz. Co zaowocowało dwoma skutkami.
Primo, przyznałem Nali rację w kwestii nachylonego pancerza burtowego (mam tę osobliwą cechę, że jak coś z czym się nie zgadzam ma sens, to zmieniam pogląd i nie upieram się że nadal mam rację tyle że w
szczególnych okolicznościach. Tudzież nie domagam się stawiania winnych (jakości pocisków, pancerza, etc.) pod sąd polowy. Cecha to w środowisku hobbystów nader rzadka).
Secundo zaś…
Nie wiem, czy Panowie pamiętają, ale ongi zacytowałem tu z pamięci dane o wyznaczonym przeze mnie czymś, co podówczas
ad hoc określiłem jako
"równoważnik balistyczny" pancerza
Iowy. Rzecz cała wynikała stąd, że po wykreśleniu w AutoCADzie krzywej przebijalności pancerza burtowego w funkcji odległości dla armaty 16" Mark 7 i pocisku 16" AP Mark 8, oraz narzuceniu na nią prostej, wyznaczającej dolną granicę strefy bezpieczeństwa dla pancernika
Iowa, otrzymywało się potworną grubość płyty burtowej rzędu 450 mm, która taką odporność winna zapewniać. Była to oczywiście grubość płyty pionowej, ale żadne żonglerki cosinusów kąta nachylenia nie dawały nawet przybliżonego do tej wartości wyniku. Kombinowałem w tej sprawie na różne sposoby, bawiąc się z płytami nie utwardzonymi, ze stali zwykłej, a nawet zmieniając kąty nachylenia na 0°, ale bez żadnych rezultatów — owe 450 mm jak było, tak pozostało wartością czysto empiryczną, bez żadnego wyjaśnienia.
Jak zapewne Panowie wiedzą (przynajmniej ufam że
ktoś to wie), ostatnim ustaleniem w kwestii wytrzymałości płyt ukośnych stał się
wzór Tellera, w myśl którego przyrost pozornej grubości pancerza jest równy
cosec^2 y czyli podniesionej do kwadratu odwrotności
cosinusa kąta nachylenia płyty burtowej
y, mierzonego w stosunku do pionu. I na tym rzecz stanęła — nie licząc wspomnianego problemu z
North Caroliną, na który zresztą jako pierwszy zwrócił uwagę
nostre amicus CIA, przeczytawszy artykuł Wojciecha Holickiego w MSiO.
Wytłumaczyłem wtedy CIA, Michałowi, Ryżemu Plackowi i paru innym osobom, że ukośne uderzenie pocisku w nachylony pancerz można z dobrym przybliżeniem potraktować jako sumę dwóch kątów (kąta upadku i kąta nachylenia), czyli potraktować cały problem jako zagadnienie pocisku, który lecąc poziomo uderza w pancerz, nachylony pod kątem będącym
sumą obu wspomnianych kątów składowych. Z pomocą prostych (ale jak się dziś okazuje, brzemiennych w dalekosiężne skutki) obliczeń wykazałem, że wynik takiego podejścia dobrze zgadza się z danymi teoretycznymi w przypadku
North Caroliny. Zainteresowanych odsyłam na stronę nr…
[Ha! Forum Iron Cats już nie istnieje… — przyp. Teller, rok 2006) Ano nie istnieje, mój drogi Tellerku, ale wspomniany passus to właśnie post # 2 — przyp. Teller, 2007— przyp. Teller, rok 2007], gdzie rzecz cała jest wyjaśniona.
Gdy parę dni temu Nala dość ostro zaczął upierać się, że
Północna Karolcia ma lepszy pancerz burtowy od
Króla Jurka, w pierwszej chwili miałem ochotę podsumować tę sprawę
ex cathedra — z
wzoru Tellera wynika jasno, że pionowy ekwiwalent 305 mm pod kątem 15 stopni to 327 mm, a skoro
the King ma 356 mm i 381 mm doskonałej stali Vickers CA więc sprawa jest zamknięta. Ale przytoczone przez Nalę dane, dotyczące strefy bezpieczeństwa, dowodzące czegoś wręcz odwrotnego mocno mnie zdziwiły, więc postanowiłem je sobie przeliczyć na własny użytek.
W trakcie prowadzonych obliczeń uprzytomniłem sobie rzecz tak oczywistą, że jak zwykło się mawiać
jedynie głupie dziecko by na to wpadło (aczkolwiek z reguły komentuje się tak wpadnięcie kogoś na przydrożny słup). Otóż
cosinus przecież
nie jest funkcją liniową, czyli stosunek ekwiwalentów pionowych dla kątów 0° (
King George V) i 15° (
North Carolina) nie będzie identyczny stosunkowi dla kątów 20° (
King George V) i 35° (
North Carolina). Ku swemu lekkiemu zdumieniu (a niewątpliwej satysfakcji Nali) odkryłem, że przy
rzeczywistych kątach upadku (rzędu 15 – 25°) przyrost odporności dla pancerza nachylonego jest o wiele większy niż dla pancerza pionowego (biedny
Bismarck! — tylko 320 mm KC n/A i to pionowo…). Żeby nie być gołosłownym, dla 20° kąta upadku
North Carolina ma równoważnik 454 mm, a
King George V tylko 431 mm (przypominam że rzeczywiste grubości pancerza wynoszą odpowiednio 305 mm/15° i 381 mm/0°) Co solidnie poprawiło notowania
North Caroliny w moim
rankingu — nie wspominając zresztą o
my beau Richelieu (330 mm/15,4°).
[Oczywista obliczenia te nie uwzględniają różnic w odporności na trafienie, będących konsekwencją innego składu stopowego i obróbki chemiczno-cieplnej stali Vickers CA i typu A; są to zwykłe kalkukacje grubości użytego materiału pancernego — przyp. Teller, 2007.]
Po tej chwalebnej (dla
North Caroliny) konkluzji, rzecz się stała następująca — policzywszy co należy i oddawszy Nali co należne, zasiadłem byłem z piwkiem (
Ave Caesar! Potatoris te salutant…) przed komputerem, by kufelku zacnego
Budweißera napisać dla Nali podsumowujący moje obliczenia post na podstronę "Ulubiony typ pancernika". I wtedy, niczym kot czyhający na gościa na szafie, spadła na mnie myśl następująca —
mister Teller to, coś Pan policzył to tak zwany równoważnik
normalny, czyli jak gruba musiałaby być płyta
prostopadła do toru lotu pocisku.
Congratulations, Comrade. Ale, skoro mówimy o wyższości
North Caroliny nad
King George V, zabawmy się w spekulację następującą — oto załóżmy że pocisk uderzający w burtę
North Caroliny pod kątem 20° do poziomu (czyli 35° do linii
prostopadłej do lica nachylonej pod kątem 15° płyty) napotyka na swej drodze nie płytę nachyloną lecz właśnie
pionową, jak na
King George V… Jak gruba musiałaby być taka płyta dla zachowania identycznej odporności?
Gwoli wyjaśnienia — takie rozumowanie jest w konstruktorskim fachu omalże normą. Z reguły stosuje się je podczas analiz porównawczych różnego rodzaju konstrukcji stalowych, ale można też użyć go w zagadnieniu pt.
Jak wyglądałby jeden pancernik, gdyby go zrobić tak jak ten drugi. Żeby więc mieć ilościowe, a nie tylko jakościowe pojęcie co do przewagi
North Caroliny nad
King George V chciałem wiedzieć, jak gruby musiałby być pionowy pancerz burtowy o tej samej odporności co nachylony,
ergo — ile
North Carolina oszczędza na masie dzięki sztuczce z płytami ustawionymi pod kątem.
Cóż, odrzekłem więc samemu sobie — jakżeś Pan wyprokurował
wzór Tellera to sobie teraz Pan to policz. Tylko z uwzględnieniem owej nieliniowości cosinusa, czyli
dzieląc ekwiwalent normalny dla sumy kątów przez wynik
wzoru Tellera policzonego dla kąta między torem pocisku a poziomem (w naszym konkretnym przypadku — 20°). I tu doznałem małego olśnienia — przecież wszystkie tablice balistyczne są liczone dla pancerzy pionowych, więc chcąc sprawdzić wynik dla pancerza pochylonego, nie można po prostu pozostać przy jego równoważniku pionowym dla zerowego kąta toru lotu pocisku. Dla
każdej wartości kąta uderzenia
x należy najpierw wyznaczyć współczynnik
normalny, czyli równoważną wartość płyty
prostopadłej do toru lotu pocisku, a następnie wydzielić ją przez
cosec^2 x, by otrzymać
rzeczywisty równoważnik pionowy!
Panowie, powiem szczerze — siedząc tak z kuflem piwa w jednej garści i myszą w drugiej, z punktu pojąłem, że to jest właśnie to, co przez długi czas umykało mi w rozważaniach nad nachylonymi pancerzami burtowymi. Wróciłem do notatek dla
Iowy, odpaliłem CADa, na nowo wykreśliłem krzywe balistyczne (tym razem skalowane w jardach i calach, by uniknąć przekłamań z przeliczeniami jednostek). I cóż uzyskałem?
Według Adama Śmigielskiego (Amerykańskie Olbrzymy, str. 10) i Jarosława Palaska (Amerykańskie pancerniki typu
Iowa, str. 6) strefa bezpieczeństwa dla pocisku 16" AP Mark 8 wystrzelonego z armaty 16" L/50 Mark 7 wynosi od 22,4 km do 26,1 km. Z wykreślonej krzywej przebijalności dla tej kombinacji pocisku i armaty (wg NavWeaps) otrzymałem wartość pancerza
pionowego równą 447,5 mm dla dolnej granicy strefy bezpieczeństwa. Której to odległości odpowiada kąt upadku pocisku równy 20,43°. Zaś po stosownych obliczeniach wyznaczyłem że pancerz 307 mm nachylony pod kątem 19° i dla kąta trafienia 20,43° stanowi ekwiwalent płyty pionowej o grubości 452,4 mm. Błąd obliczeń jak widać jest rzędu 1 %. Myślę więc, że mamy odpowiedź na pytanie — skąd tak potworna wartość owego rzekomego
równoważnika balistycznego dla płyty burtowej
Iowy… Żadne 'decapy', czy komory z cieczą (aczkolwiek nie ukrywam, jedno i drugie tam jest)
[Ciekaw jestem, czy ktoś się jeszcze daje nabierać na tę bajeczkę o "decapie" 16-calowego pocisku, powodowanym jakoby przez 38-milimetrową płytę burtową Iowy pełniącą zgodnie z intencją konstruktorów rolę ochrony przeciwodłamkowej. Nie mówiąc już o "prowokowaniu detonacji pocisku przed pancerzem", przy której upierał się Jarosław Palasek. Co do zbiorników z paliwem, rzeczywiście są takowe na wysokości górnego pasa burtowego, ale wypełnia się je wyłącznie przy dalekich przemarszach okrętu, podobnie jak to ma miejsce z górnymi częściami przyburtowych komór układu przeciwtorpedowego na typie King George V, vide zład owręża wspomnianego w Allied Battleships… Garzke i Dulina — przyp. Teller, 2007], tylko zwykła konsekwentnie stosowana geometria… A nawiasem mówiąc, przy górnej granicy strefy bezpieczeństwa
Iowy równej 26,1 km otrzymujemy z krzywej przebijalności ekwiwalent jednorodny pancerza pionowego równy 156,9 mm, a z sumy 38 mm STS plus 121 mm typu B na 31 mm STS dostajemy (po podstawieniu do odpowiedniego wzoru, wspominałem tu o nim) 158,7 mm. Też w dobrych granicach błędu…
A zatem reasumując — ekwiwalent pionowy pancerza nachylonego
(w konkretnym przypadku — to bardzo ważne!!!!) wynosi
n{cos x / cos (x+y)}^2, czyli podniesiony do kwadratu iloczyn cosinusa kąta uderzenia pocisku w pancerz względem poziomu
x z cosinusem sumy kątów
x i
y (kąta nachylenia płyty pancernej względem pionu), pomnożony przez rzeczywistą grubość pancerza
n. Dlaczego w konkretnym przypadku? Jak łatwo zauważyć, równoważnik jest
inny dla każdej armaty i każdej odległości ostrzału; pancerz będzie stawiał różny opór pociskowi nadlatującemu pod kątem 10°, w stosunku do oporu stawianego pociskowi o kącie uderzenia 20°. Tego się nie da policzyć raz dla wygody.
Praktyczne rozwiązywanie problemu granicy strefy bezpieczeństwa danego pancernika ostrzeliwywanego z danej armaty przypomina cokolwiek sławną instrukcję nauki gry na tubie z
Samobójcy Nikołaja Erdmana (w kapitalnym wykonaniu Janusza Gajosa — polecam każdemu na nudny poniedziałkowy wieczór):
na początek zechcą Państwo sobie kupić najprostszy fortepian…. Należy:
a) zaopatrzyć się w dobry komputer z dobrym monitorem;
b) zainstalować w nim dobry program do precyzyjnego rysowania krzywych (to znaczy taki który umożliwia odczyt współrzędnych punktu przecięcia i tworzenie konstrukcji geometrycznych);
c) ściągnąć z NavWeaps dane, dotyczące krzywych balistycznych interesującej nas armaty;
d) w oparciu o te dane samodzielnie utworzyć krzywą przebijalności w funkcji kąta uderzenia w cel;
e) wyliczyć ekwiwalent pionowy interesującej nas nachylonej płyty pancernej dla kilku kątów charakterystycznych (nie powiem z góry jakich — to niestety kwestia
konstruktorskiego nosa, jak człowiek policzy pareset belek, z grubsza wie,
który kąt jest w danej sytuacji
charakterystyczny);
f) w oparciu o te wyliczenia utworzyć krzywą równoważnika pionowego w fukcji kąta uderzenia;
g) znaleźć punkt przecięcia obu krzywych i wyznaczyć zeń wartość kąta przebicia;
h) na tym samym wykresie nanieść krzywą odległości w funkcji kąta uderzenia dla tej samej armaty;
i) geometrycznie zrzutować na tę krzywą wyznaczoną wartość kąta przebicia;
j) odczytać wyznaczoną odległość dla znalezionego kąta;
k) ewentualnie można na to wszystko napisać program w Pascalu, C++, etc.
Jak widać, jest to niestety katorżnicza robota, bo trzeba od nowa wyznaczyć dla
każdej armaty krzywą przebijalności w funkcji kąta uderzenia, a nie w funkcji odległości jak się to zwykło podawać. Jeśli mamy do czynienia z jedenastoma nowoczesnymi pancernikami (
Yamato,
North Carolina,
South Dakota,
Iowa,
King George V,
Vanguard,
Dunkerque,
Richelieu,
Scharnhorst,
Bismarck,
Vittorio Veneto), to chęć porządnej analizy skutków wzajemnego ostrzału wymaga wyznaczenia ośmiu krzywych ekwiwalentu pionowego (pancerniki niemieckie i brytyjskie mają pancerze pionowe i można użyć wprost danych z tabel przebijalności — za to Dunkerque i Strasbourg mają różne płyty na burtach) oraz dwudziestu krzywych balistycznych dla dziesięciu różnych dział (
North Carolina i
South Dakota mają te same armaty). Po czym zmiksować to w układzie "każdy z każdym" — razem, bagatela 80 wykresów, plus 60 uproszczonych dla Niemców i Brytyjczyków (pancerniki tych ostatnich mają wprawdzie pionowe pasy burtowe, ale za to różne grubości przy komorach prochowych i siłowni). A jak dorzucić stare pancerniki… Parafrazując Maurice'a Druona —
mysz wypada mi z obolałej dłoni.
Mimo wszystko zrobiłem parę takich wykresów. Zacząłem od arcyklasyki — ostrzał
Iowy z armat
Yamato, dla których strefa bezpieczeństwa
Iowy wychodzi mi 21,3 – 26,5 km. Rzeczywiście jest większa, niż w przypadku
Iowa versus
Iowa, do czego miałem przez pewien czas spore wątpliwości. Chyba się to zgadza z tabelką u Nali. Ciekawe, skąd on to wytrzasnął?
Bardzo ładnie wyszła mi też dolna granica strefy bezpieczeństwa dla pancerza
Yamato ostrzeliwanego z armat
Yamato (20,0 km, zgodna z danymi japońskimi), co ciekawe z
amerykańskiej formuły przebijalności USN (japońskie tabelki mają tylko dwie pozycje i nie da się z nich wyznaczyć nawet krzywej łukowej), oraz podawanego przez panów z Dahlgreen Proving Grounds
via N. Okun współczynnika jakości VH/typ A równego 0,84.
Well, myślę że to przynajmniej częściowo załatwia zgłoszony przez Nalę problem — i chyba jest to pierwsza podstrona naszego forum na którym doszliśmy do jakiejś sensownej konkluzji zgodnej z oryginalnym tematem…
PS. Pragnąłbym złożyć serdeczne podziękowanie za (mimowolną) współpracę nad niniejszym tekstem:
• sobie — wiadomo za co.
• Ferrebee'mu — za zrobienie mi wczoraj obiadu, dzięki czemu miałem więcej czasu.
• Nali — za sprowokowanie mnie do zajęcia się zagadnieniem pancerza pochylonego.
• Michałowi — za suszenie mi głowy w sprawie szczegółów uderzania pocisku w pancerz.
• CIA — jak wyżej w sprawie ostrzału burt
North Caroliny.
• Ryżemu Plackowi — jak wyżej w sprawie płyt nachylonych w ogóle.
• Morkelebowi — za jego stosunek do potęgi armat
Yamato (który chciałem sprawdzić).
• Andrzejowi J. — za całokształt i cenne dane w jego artykułach.
• (przepraszam, jeśli kogoś pominąłem — proszę się przypomnieć, to uzupełnię).
•
Nie mojemu Kotu — za grzanie mi kolan i ogół mruczenia.
Nie Mój Kot Fryderyk Igorowicz Krüger herbu Wyprute Mysie Jelita, dziesięć kilogramów utuczonego na Whiskasie sadła, obciągniętego wyblakłorudą sierścią, niestety opuścił nas w marcu tegoż roku w zaawansowanym wieku lat 15-tu, aczkolwiek zdaniem ogółu prawdopodobnie nie tyle z przyczyn metrykalnych, co raczej na skutek notorycznego przeżarcia
— przyp. Teller, 2007.
PS. A TERAZ MOŻECIE NICZYM STADO GŁODNYCH SĘPÓW SPAŚĆ NA TRAMPKOMOCZARY I DOKOPAĆ MIŁOŚNIKOM PANCERNIKÓW O PIONOWYCH PASACH BURTOWYCH!!!! Vae victis, i jeszcze dwie sety, pani szefowo…