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Artillería principal de los acorazados clase Yamato

Iniciado por Tamino53, 13 de septiembre de 2018, 19:23:57 pm

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Tamino53

13 de septiembre de 2018, 19:23:57 pm Ultima modificación: 17 de septiembre de 2018, 19:58:26 pm por Tamino53
Balística exterior de la artillería principal de los acorazados clase Yamato.

El propósito de este artículo es facilitar, a los aficionados a la artillería naval, tablas de tiro modernas y datos orientativos de penetración de blindajes de este cañón sobradamente conocido.
Es sabido el secretismo que acompañó la construcción de esta clase de acorazados. Además, en Agosto de 1945 (antes de la rendición de Japón en la IIGM) los japoneses quemaron mucha información militar de carácter restringido, incluyendo las tablas de tiro de su cañón de 46cm/45 calibres, el más grande y poderoso que se ha montado en un buque de guerra.
Toda la información que nos ha llegado de este tipo de cañón procede de los informes de la Comisión Técnica Naval que los EE.UU. organizaron tras la rendición de Japón, entre Agosto de 1945 y Febrero de 1946, publicada con carácter restringido en el documento titulado "Reports of the 54(N)Naval Technical Mission to Japan 1945-1946", disponible actualmente en internet tras haber sido desclasificados hace años.
En el informe  O-45(N) (Japanese 18" Gun Mounts  = Montajes de los cañones Japoneses de 18 pulgadas) figuran datos de balística interior imprescindibles para la confección de una tabla de tiro (velocidad inicial en boca y peso del proyectil perforante) y los únicos datos de balística exterior existentes del citado cañón, de fuente original,  y que se muestran seguidamente:

Quote
Elevation                Range  (yds)               Time of Flight
10º                         18,410                           26.05
20º                         30,530                           49.21
30º                         39,180                           70.27
40º                         44,510                           89.42
45º *                      45,960                           98.60
48º                         46,050**                      104.00
50º                         45,790                         106.66
*(maximum elevation of gun as installed)
**(maximum)
Unquote

Los títulos de columnas  son "Angulo de Elevación" (en grados sexagesimales), "Alcance" (en yardas;  1 yarda=0.9144m.)" y "Tiempo de Vuelo" (en segundos);  el ángulo de máxima elevación del montaje triple es de 45º y el alcance máximo del cañón se obtiene a 50º de elevación, lógicamente sin estar instalado en el montaje. Este último dato, se suele obtener en las pruebas en un polígono de tiro pero  el informe no precisa si los datos son el resultado de  disparos en un polígono de tiro o de cálculos matemáticos con un programa balístico.
Tampoco se especifican el modelo atmosférico y la densidad del aire, a nivel del mar, utilizados como estándar para efectuar las correcciones pertinentes.
Para comprender mejor la importancia de estos datos, por cuanto afectan a la construcción de una tabla de tiro, voy a resumir el proceso de construcción utilizado por la Marina de los EE.UU. en la década de 1930, antes de la IIGM, según cita Gene Slover en su página web:

1) Se realizan disparos en un polígono de tiro con una combinación fija de cañón y tipo de proyectil. Series de 4 a 7 disparos a cada uno de los ángulos de elevación de 5, 10, 15, 20, 30, 40, 45 grados, volviendo a 15º. Durante los disparos se miden las velocidades iniciales en la boca del cañón y los parámetros atmosféricos (presión barométrica, temperatura y humedad del  aire y viento existente). Los tres primeros factores determinan la densidad del aire.

2) A cada elevación se obtienen impactos que forman una rosa de tiro. Se corrigen para calcular sus equivalentes conforme a la atmósfera estándar utilizada, los efectos de la altura del cañón sobre el nivel del mar, la curvatura  y rotación de la tierra.  Se promedian los alcances para obtener la cifra única que se muestra en la tabla.

3) Con los alcances promedio se calcula un coeficiente de forma del proyectil ("i") para cada ángulo de elevación. Con el coeficiente "i", el peso y el calibre del proyectil se calculan los respectivos "Coeficientes balísticos".  

4) Se calculan "coeficientes balísticos ficticios" para promediar la densidad del aire a las diferentes alturas por donde se mueve el proyectil  en sus trayectorias.

5) Con los datos obtenidos, se calcula por medio de computadores mecánicos y electrónicos los demás parámetros de una tabla. Una tabla de tiro estadounidense constaba de 19 columnas, 8 de ellas eran consideradas "Standard", el resto correspondían a correcciones a utilizar cuando los valores reales (en el campo de batalla) diferían de los básicos calculados en una tabla. Un 90% o más de los datos de una tabla eran calculados.

6) Las tablas se construyen a intervalos de alcance de 100 yardas o metros, según el país utilice el sistema métrico de medidas o el imperial británico. La marina estadounidense publicó también una versión reducida de sus tablas, espaciadas a 2.000 yardas  (OP-1188 Abridged Tables).

De los 8 parámetros "Standard", solamente 4 son de interés para los aficionados:
- Alcance
- Angulo de elevación
- Angulo de caída (respecto al horizonte)
- Velocidad de impacto

Se suele incluir también el "Tiempo de vuelo", el cual puede ser medido en polígono de tiro (como parece hacían los japoneses) o calculado, como parecía ser la práctica estadounidense como muestran  mis cálculos con la OP-770 (cañones de 16"/50 cal. de los Iowa).  

Comentario sobre las tablas de tiro.-  El método descrito fue generalizado y pone de manifiesto la dificultad de realizar comparativas entre tablas desarrolladas por diferentes países ya que cada uno utilizaba diferentes programas balísticos y estándares de modelos atmosféricos y densidades al  nivel del mar. Después de la IIGM aparecieron los estándares de la OTAN y el ICAO (International Civil Aviation Organization = Organización Internacional de aviación civil).

No obstante, teniendo en cuenta las carencias mencionadas, he podido construir unas tablas de tiro a intervalos de 5,000 y 2,000 metros/yardas. Al carecer del modelo atmosférico y la densidad del aire utilizado por los japoneses es imposible convertir los datos a un estándar determinado (ICAO, por ejemplo). Los datos calculados corresponden a los desconocidos modelos y densidad originales japoneses.

Datos utilizados para construir las tablas.-
Datos del proyectil:
- Tipo : 2  (ojiva cónica y culo de bote, coeficiente balístico G2).    
- Calibre : 46 cm (18,11")
- Peso :  1.460 kgs (3.219 libras)
- Radio de ojiva : 6 / [Infinito] calibres
- Longitud del proyectil : 4,25 calibres
Velocidad Inicial (en boca) : 780 m/s (2.559 pies por segundo).

Los coeficientes de forma han sido calculados con el modelo atmosférico de EE.UU. anterior a 1945 y densidades a nivel del mar de 1,2034 kg/m3.

El programa balístico utilizado es el "Jurens/Medina Code" (programa realizado por William Jurens con ligeros retoques por mi parte, que afectan a las funciones que expresan la resistencia de diversos tipos de proyectiles al avance a través del aire). Los cálculos no consideran las correcciones por curvatura de la tierra ni elefecto de la rotación de la tierra, al igual que la tabla OP-770 que contiene las correcciones en tablas adicionales.  

He seleccionado las distancias máximas de 30.000 metros/yardas ya que todos los últimos acorazados fueron diseñados para una distancia de combate entre 20 y 30 mil metros/yardas. No está acreditado que se haya logrado un impacto a una distancia igual o superior a 25.000 m.  Por lo tanto, los alcances superiores a 30.000 m/yds. carecen de valor real.  


Tabla corta en sistema métrico :

       


Tabla larga en sistema métrico :

       


Tabla corta en sistema imperial
:

       

Tabla larga en Sistema imperial :

       

BALISTICA DE EFECTOS:  Capacidad de penetración de blindajes.-

En este apartado aportaré datos de penetración de los dos tipos de blindajes que solían montar los acorazados; blindajes endurecidos y homogéneos.  Para este tipo de cálculos utilizaré los programas de cálculo de penetración de blindajes y los datos de características de blindajes de Nathan Okun, publicados en su sección en la página web  Navweaps.com .

Los programas a utilizar son sus últimas versiones,  FACEHARD80 y HCWCLCR5. El primero calcula penetraciones en blindajes endurecidos y el segundo en blindajes homogéneos.

Los acorazados solían montar blindajes endurecidos (la mayor parte por cementación, excepto los Yamato) en la protección vertical (cintura) y homogéneos en la protección horizontal (cubiertas). Como los endurecidos se fabricaban con un espesor mínimo de unos 100 mm. aproximadamente, los cruceros  y los llamados "acorazados de bolsillo" fueron equipados mayoritariamente con blindajes homogéneos.

No obstante, existen muchos datos publicados de penetraciones de blindajes verticales homogéneos aunque, en realidad, los blindajes referenciados eran endurecidos. El ejemplo quizá más conocido es el de las cifras publicadas en la serie de libros de R. O. Dulin Jr. y W. H. Garzke Jr.  "Battleships" donde se incluye la leyenda:  "Calculated, using USN empirical equation" (Calculado, usando la ecuación empírica de la Marina Estadounidense) que corresponde a penetraciones de blindaje estadounidense de tipo "B" (homogéneo); el endurecido es de tipo "A".

La resistencia a la penetración de los blindajes se define seguidamente por dos parámetros:

- Q y EL  para los homogéneos (Q de "Quality"= Calidad ; EL de Elongation=Elongación)
- Q y BLT para los endurecidos (Q de "Quality"= Calidad ; BLT de "Back Layer Thickness" = Espesor de la parte trasera).

El BLT es un número que representa el espesor de la parte "no endurecida" de la plancha (la trasera), expresada en proporción al espesor total de la plancha de blindaje. Las primeras planchas Krupp de finales del siglo XIX utilizaron un BLT de 65, lo cual significaba que la parte "no endurecida" tenía un espesor del 65% y la endurecida el 35% restante. Esa cifra quedó como una especie de estándar aunque no todos los blindajes anteriores a la IIGM tenían un BLT de 65.

En las tablas siguientes se muestran los parámetros utilizados en los cálculos:

Características de los blindajes endurecidos :

Francia : Acero endurecido mediante proceso Krupp a partir de 1930.    
Alemania : Nuevo acero Krupp cementado (montado en los acorazados de las clases "Sharnhorst y Bismack".
Italia : Acero cementado por proceso Krupp, de espesor endurecido variable, fabricado por Terni en los años 30.
Japón : Acero Vickers endurecido pero no cementado (VH).
Reino Unido : Acero cementado fabricado posterior a 1930.
EE.UU. : Acero estadounidense de clase "A" (fabricantes Carnegie Co. y Bethlehem Co.)    

Característica      Francia    Alemania       Italia       Japón     Reino Unido     EE.UU.
Q (0 - 1.000)  =     1.00           0.96            0.98        0.839          0.928            1.00
BLT (1 - 25) =         65              59            70-50         65               75                45  

Características de los blindajes homogéneos :

Francia : Acero de blindaje no cementado.      
Alemania : Acero Wh (Wotan Härte)
Italia : Piastro omogenee Nichel-Cromo-Vanadio (NCV), acero homogéneo fabricado por Terni.
Japón : Acero  de blindaje no cementado con Molibdeno (MNC).
Reino Unido : Acero de blindaje no cementado (NCA) fabricado por varios fabricantes de 1930 en adelante.
EE.UU. : Acero estadounidense de clase "B" (varios fabricantes)

Característica     Francia    Alemania       Italia       Japón     Reino Unido     EE.UU.
Q  (0 - 1.000) =    1.00           1.00            1.00         0.97            1.00              1.00
EL (1 - 25) =          25             18              17.1          23               25                 25

Se puede observar que las diferencias entre características (calidades) de los blindajes endurecidos son mayores que entre los homogéneos.
Los datos calculados corresponden a los espesores de blindaje en los que se produce una penetración efectiva conforme al concepto del NBL (Naval Ballistic Limit).

NBL (Naval Ballistic Limit = Límite balístico naval).-  Se define este concepto (de uso generalizado) como la velocidad a la que un proyectil impacta un blindaje con una probabilidad de conseguir una penetración efectiva total del 50%. El otro 50% corresponde al concepto de penetración parcial. Consecuentemente, si la velocidad de impacto es inferior al NBL la probabilidad de lograr una perforación total disminuye del 50%; por el contrario, cuando la velocidad es superior, la probabilidad aumenta.

Según me ha manifestado William Jurens, mediante correo electrónico en fecha reciente, algunos diseñadores estadounidenses estimaban que incrementando un 7% el espesor de un blindaje (respecto al espesor calculado para el NBL) se lograba reducir al 0% la probabilidad de perforación efectiva.

Es importante interpretar correctamente los datos y tener presente que los datos no "garantizan" la obtención de una perforación total con una probabilidad del 100% como es habitual suponer.  


Datos para el cálculo de perforación de blindajes.-

Datos del proyectil:    
Calibre :  460 mm. (18,11")
Peso total :  1.460 kgs. (3.219 lbs.)
Peso del cuerpo : 1.190,34 kgs.  (2.624.3 lbs.)
Peso de la cubierta aerodinámica :  2.5 % del peso total
Peso de la cofia :  15.97 % del peso total
Velocidad inicial :   780 m/s (2.559 pies/seg)


Escenario estándar empleado en el cálculo de perforación de blindajes.-  

Los cálculos se han realizado asumiendo la serie de supuestos habituales en este tipo de cálculos:
  • Objetivo sin movimientos de balance, guiñada o cabezada.
  • Angulo de inclinación del objetivo de 90º  (impacto sobre el blanco sin oblicuidad en el plano horizontal).
  • Objetivo equipado con blindaje de cintura vertical (ángulo de impacto = ángulo de caída).
  • Los impactos a ángulos mayores a 80º (respecto a la perpendicular a la plancha) se considera que rebotan (R).

Tabla de perforación de blindajes endurecidos verticales:    Por blindajes de países. Perforaciones en mm.

         

Tabla de perforación de blindajes homogéneos verticales:    Por blindajes de países. Perforaciones en mm.

         

Una comparativa entre los datos de ambos blindajes verticales nos lleva a las siguientes conclusiones:
  • Los blindajes franceses son de la más alta calidad en ambos tipos. El homogéneo es más resistente a la penetración.
  • Los blindajes homogéneos británico, estadounidense (de máxima calidad ) y japonés son más resistentes que sus respectivos endurecidos.
  • Los blindajes homogéneos alemán e italiano (los de mínima Elongación), además de ser inferiores a sus homólogos de otras potencias, también ofrecen menor resistencia a la penetración que sus respectivos blindajes endurecidos.

Observando los blindajes franceses, se puede comprobar que la diferencia de resistencia a la perforación entre ambos tipos evoluciona disminuyendo a medida que aumenta el ángulo de caída (ángulo de impacto); a 5.000m la diferencia es de 49mm de espesor de plancha perforada (756 - 707) mientras que a 30.000 metros la diferencia se reduce a 20 mm. (363 - 343). Esto se debe a que el comportamiento de los dos blindajes ante los impactos oblicuos es diferente. Cuando una plancha recibe un impacto oblicuo, su resistencia equivale a la de un espesor multiplicado por un factor (Ob); este factor es mayor en los blindajes endurecidos que en los homogéneos, por lo tanto, a medida que aumenta la oblicuidad, el blindaje endurecido va ofreciendo mayor resistencia a la penetración que el homogéneo y la ventaja inicial del último se va reduciendo.


Tabla de perforación de blindajes homogéneos horizontales:    Por blindajes de países. Perforaciones en mm.

         

Comentarios sobre los datos de penetración.-

Sin pretender hacer un análisis detallado de las características de los blindajes citados en las tablas precedentes, lo cual requeriría un artículo entero, voy a mencionar algunos aspectos de interés para hacer más comprensibles algunos de sus datos.
En cuanto a la calidad de los blindajes endurecidos, se puede establecer el siguiente orden, de mejor a peor:
  • Italia
  • Francia
  • Reino Unido (Gran Bretaña)
  • Alemania
  • EE.UU.
  • Japón

Blindajes endurecidos fabricados por los EE.UU.-
Sorprenderá el bajo lugar de los blindajes estadounidenses, país con industria siderúrgica de máximo nivel.  
Como consecuencia del Tratado Naval de Washington de 1922, no se construyeron blindajes endurecidos en EE.UU. durante 10 años. Mientras tanto, la industria estadounidense tuvo tanto éxito en el desarrollo de proyectiles perforantes, que cuando llegó el momento de construir acorazados nuevamente, las especificaciones de la Marina de EE.UU. dieron prioridad a conseguir romper los proyectiles en el momento del impacto. Para cumplir los requerimientos de la Marina, los fabricantes tuvieron que recurrir a aumentar el porcentaje de espesor de la parte endurecida a expensas de la otra parte (véase el bajo valor de BLT = 45).  La ventaja del blindaje endurecido sobre el homogéneo es su capacidad de romper proyectiles en el momento del impacto; si la ruptura no se consigue y la perforación se produce, la capacidad de resistencia del blindaje endurecido es inferior al de un blindaje homogéneo del mismo espesor. Por eso el rendimiento del blindaje estadounidense de clase "A" es inferior a todos los demás, excepto al VH japonés. Una muestra del reconocimiento del error incurrido por el mando estadounidense es el hecho de que se recurriese a blindaje homogéneo para proteger las partes frontales de las torres de la artillería principal de los acorazados de la clase "Iowa", en lugar de utilizar blindajes endurecidos, lo habitual en ese tipo de protección.
El rendimiento del blindaje estadounidense, con su bajo BLT, estaba muy afectado (negativamente) por el efecto de "escala" en planchas de espesor superior a 8" (203 mm.). Sin embargo, era el mejor blindaje para espesores inferiores a 8", las planchas utilizadas en los cruceros construidos durante la IIGM.

Blindaje endurecido italiano.-    
Con un BLT variable entre 50 y 70, el blindaje italiano era el mejor en grandes espesores (BLT=70) mientras que en pequeños espesores (BLT=50) su rendimiento quedaba por detrás de los blindajes franceses y estadounidense.
El rendimiento del blindaje Italiano y francés (el mejor después del italiano) era equivalente para un espesor de 9" (229 mm.). En espesores inferiores, entre 9 y 4 pulgadas (229 y 102 mm.) el francés era mejor, mientras en espesores por encima de 9" el italiano se imponía. La diferencia en blindaje de cintura era ligera ya que la parte de acero endurecido del blindaje de los "Littorio" no superaba los 280 mm. (11"), pero en el frontal de las torres de artillería principal y las barbetas (por encima de la cubierta del castillo) alcanzaba los 350 mm. y entonces la diferencia se hacía más evidente a favor del blindaje italiano.    

Blindaje japonés VH (Vickers Hardened).-
Los japoneses recurrieron a este tipo de blindaje ante la imposibilidad de fabricar las grandes planchas de blindaje de cintura de los acorazados de la clase Yamato con blindajes cementados y el espesor requerido. El máximo espesor de los blindajes cementados fabricados en Japón fue de 12" (305 mm.) tanto para los acorazados clases "Fuso" e "Ise" (armados con cañones de 36cm) como los "Nagato" armados con cañones de 40cm de calibre.
Las grandes cifras de espesores perforables por el enorme cañón japonés son puramente teóricos. La capacidad de la industria siderúrgica limitaba los espesores a fabricar. El máximo espesor de blindaje fabricado para proteger los costados de un acorazado fue de 41cm (16.14") (planchas de los "Yamato").  

En cuanto a los blindajes homogéneos, las diferencias eran más pequeñas. Los blindajes fabricados en EE.UU., Gran Bretaña y Francia eran los mejores, seguidos por los de Japón, Alemania e Italia. El orden de los últimos es consecuencia directa de la respectiva capacidad de elongación, que compensaba la menor calidad del acero japonés.

Comentario final.-
Este artículo complementa al publicado en colaboración con los compañeros de foro Minoru Genda y Heinz Von Westernhagen titulado "Los acorazados de la clase "Yamato".


Fuentes:


                                                                                    -----  F I N  -----
<br />"La guerra no es más que la continuación de la política del Estado por otros medios"<br />Carl von Clausewitz

josmar



minoru genda


peiper


Tamino53

16 de septiembre de 2018, 10:24:29 am #4 Ultima modificación: 17 de septiembre de 2018, 12:24:37 pm por Tamino53
    Agradezco la buena acogida de las versiones incompletas de mi artículo.
    Me queda por incluir una tabla de perforación y añadir un breve comentario final. Si todo va bien y el tiempo no lo impide (que diría un taurino) espero completarlo hoy mismo.
    He perdido mucho tiempo "peleándome" con el procesador de texto. Creo haberlo dominado bastante bien cuando participé en el artículo del "Yamato" con los compañeros Minoru Genda y Heinz Von Westernhagen, pero lo olvidé y ahora lo descubro nuevamente.

    Saludos cordiales.
<br />"La guerra no es más que la continuación de la política del Estado por otros medios"<br />Carl von Clausewitz

Lenz Guderian


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