Перископ

ПерископПЕРИСКОП, оптический прибор, дающий возможность рассматривать предметы, расположенные в горизонтальных плоскостях, не совпадающих с горизонтальной плоскостью глаза наблюдателя. Применяется на подводных лодках для наблюдения за поверхностью моря при погруженном состоянии лодки, в сухопутной армии - для безопасного и не заметного наблюдения за противником из защищенных пунктов, в технике - для исследования недоступных внутренних частей изделий. В простейшей форме перископ состоит из вертикальной трубы (фиг. 1) с двумя наклоненными под углом в 45° зеркалами S1 и S2 или призмами с полным внутренним отражением, расположенными параллельно друг другу в разных концах трубы и обращенными друг к другу своими отражающими поверхностями. Однако отражательная система перископа может конструироваться различно. Система из двух параллельных зеркал (фиг. 2а) дает прямое изображение, правая и левая стороны которого идентичны с соответствующими сторонами наблюдаемого предмета.

Перископ

Система из двух перпендикулярных зеркал (фиг. 2б) дает изображение обратное, и т. к. оно рассматривается наблюдателем, стоящим спиною к предмету, то правая и левая стороны меняют свои места. Перевертывания изображения и смещения сторон легко достигнуть, помещая в систему преломляющую призму, но необходимость наблюдения спиною к предмету, а следовательно и затруднительность в ориентировке остается, и поэтому вторая система менее пригодна. Недостатками перископа, изображенного на фиг. 1 и применяемого в позиционной войне, являются незначительный угол зрения α (около 10—12°) и небольшая светосила, что вынуждает ограничиваться длиной не более 1000 мм при сравнительно большом диаметре трубы - до 330 мм. Поэтому в перископе отражающая система обычно связывается с системою линз. Это достигается присоединением к отражательной системе перископа телескопа, одного или двух. При этом т. к. обычная астрономическая труба дает обратное изображение с перемещенными сторонами, то комбинация перпендикулярных зеркал с такой трубой даст прямое изображение с правильно расположенными сторонами. Недостатком такой системы является положение наблюдателя спиной к предмету, о чем упомянуто выше. Присоединение астрономической трубы к системе параллельных зеркал также нецелесообразно, т. к. изображение получится перевернутым, с обращенными сторонами. Поэтому в перископе обычно соединяются система параллельных зеркал и земная зрительная труба, дающая прямое изображение. Однако установка двух астрономических труб после двух инверсий даст так же прямое изображение, почему также применяется в перископе. Трубы в этом случае располагаются объективами друг к другу. Преломляющая система перископа не представляет каких-либо особенностей по сравнению с телескопом, однако выбор той или иной комбинации телескопов (точнее линз), их количества и фокусного расстояния определяется требуемыми углом зрения и светосилой перископа. В лучших перископах яркость изображения уменьшается на ≈30% в зависимости от системы и сорта линз.

Перископ

Т. к. отчетливость изображения зависит и от окраски предметов, то улучшение видимости достигается также применением цветных светофильтров. В простейшей форме перископа (фиг. 3) верхняя линза О1 дает в точке В1 действительное изображение предмета, преломляя лучи, отраженные призмой Р1. Собирательная линза U создает в точке В2 также действительное изображение предмета, которое отражается призмой Р2 и рассматривается через окуляр О2 глазом наблюдателя. В трубах обычно применяются ахроматические линзы, а также принимаются меры для устранения других аберрационных искажений. Устанавливая один за другим два телескопа, действующие подобно описанному выше, получают возможность увеличить расстояние между призмами без ущерба для светосилы перископа и его поля зрения. Простейший перископ такого типа показан на фиг. 4. Уже первые перископы подобного типа дали поле зрения в 45° и увеличение 1,6 при оптической длине в 5 м при диаметре трубы в 150 мм.

Перископ

Т.к. наблюдение одним глазом утомительно, то были предложены перископы, дающие изображение на матовом стекле, однако это изображение значительно теряло в четкости, и поэтому применение в перископах матовых стекол распространения не получило.

Следующим этапом в развитии идеи перископов явились попытки уничтожить необходимость поворачивания трубы перископа при осмотре горизонта на 360°. Это достигалось соединением нескольких (до 8) перископов на одной трубе; в каждый из окуляров осматривалась соответствующая часть горизонта, причем наблюдатель должен был обходить трубу. Такого рода мультипликаторные перископы не давали все же всей картины в целом и поэтому были предложены омнископы, дающие весь горизонт в виде кольцевой картины благодаря замене объектива шаровой преломляющей поверхностью. Этого рода приборы, отличаясь значительной сложностью, не давали увеличения поля зрения по вертикали, что препятствовало наблюдению за самолетами, и искажали изображение, а потому вышли из употребления. Более удачным было укрепление оптической системы во внутренней трубе, которая могла вращаться внутри наружной независимо от последней (фиг. 5).

Панорамный перископ, или клептоскоп

Такого рода панорамные перископы, или клептоскопы, требуют некоторого добавочного оптического устройства. Световой пучок, проникая в головку перископа через шаровую стеклянную крышку Н, предохраняющую прибор от попадания воды и не играющую оптической роли, распространяется по оптической системе Р1, В1, В2 и т. д., которая укрепляется во внутренней трубе J. Последняя вращается при помощи цилиндрической зубчатой передачи, показанной внизу прибора рукояткой G, независимо от наружного кожуха М. При этом изображение, падающее на линзу В3, преломляемое призмой Р2 и рассматриваемое окуляром, будет вращаться около световой оси окуляра. Во избежание этого внутри внутренней трубы укрепляется четырехугольная призма D, вращающаяся около вертикальной оси при помощи планетарной передачи К1, К2, К3 с половинной скоростью и выпрямляющая изображение.

Оптическая сущность работы перископа

Оптическая сущность устройства уясняется из фиг. 6, показывающей, как вращение призмы поворачивает изображение с вдвое большей скоростью. Увеличение поля зрения в вертикальном направлении от 30° в обычном перископе до 90° достигается в зенитном перископе установкой в объективной части прибора призмы, вращающейся около горизонтальной оси, независимо от поворота всей верхней части около вертикальной оси для обозрения горизонта. Оптическая часть перископа такого типа дана на фиг. 7.

Оптическая часть перископа

Перископы употребляются на подводных лодках для двух целей: наблюдения и управления торпедной стрельбой. Наблюдение может заключаться в простом ориентировании в окружающей обстановке и в более тщательном рассматривании отдельных предметов. Для наблюдения предметы д. б. видимы в натуральную величину. При этом практически установлено, что для точного воспроизведения с монокулярным наблюдением предметов, наблюдаемых обычно невооруженным глазом бинокулярно, увеличение прибора д. б. больше 1.

В настоящее время все перископы подводных лодок имеют увеличение 1,35—1,50 для простого ориентирования. Для тщательного рассматривания отдельных предметов увеличение д. б. больше, с максимально возможной освещенностью. В настоящее время применяется увеличение Х 6. Т. о. к перископам предъявляется двойное требование в отношении увеличения прибора. Это требование удовлетворяется в бифокальных перископах, оптическая часть объектива которых дана на фиг. 8.

Бифокальный перископ - оптическая часть объектива

Перемена увеличения достигается поворотом системы на 180°, при этом объектив O1 и линза К1 не перемещаются. Для большего увеличения служит система V’1, Р'2, V’2, для меньшего - система V1, P1, V2. Внешний вид нижней части зенитного бифокального перископа дан на фиг. 9.

Внешний вид нижней части зенитного бифокального перископа

Описанная конструкция для изменения увеличения не единственная. Более просто та же цель достигается удалением с оптической оси прибора излишних линз, укрепленных в оправе, которая может поворачиваться по желанию около оси. Последняя конструируется вертикально или же горизонтально. Для пеленгования предметов, определения их расстояния, курса, скорости и для управления торпедной стрельбой перископы снабжаются специальными приспособлениями. На фиг. 10 и 11 показаны нижняя часть перископа и наблюдаемое поле зрения для перископа, снабженного вертикально-базисным дальномером.

Нижняя часть перископа

На фиг. 12 показано поле зрения перископа для определения расстояния и курсового угла по принципу совмещения.

Поле зрения перископа

На фиг. 13 дана нижняя часть перископа, снабженного фотографической камерой, и на фиг. 14 - нижняя часть перископа с приспособлением для управления торпедной стрельбой.

Нижняя часть перископа, снабженного фотографической камерой

Нижняя часть перископа с приспособлением для управления торпедной стрельбой

Головка перископа при движении вызывает на поверхности моря волнообразования, которые позволяют установить присутствие подводной лодки. Для уменьшения видимости головную часть перископа делают возможно меньшего диаметра, что уменьшает светосилу перископа и требует преодоления значительных оптических затруднений. Обычно узкой устраивают лишь верхнюю часть трубы, постепенно расширяя ее книзу. Лучшие современные перископы при длине трубы больше 10 м и диаметре в 180 мм имеют верхнюю часть длиной около 1 м с диаметром всего в 45 мм. Однако в настоящее время опытом установлено, что открытие подводной лодки достигается не обнаружением самой головки перископа, а видимостью ее следа на поверхности моря, который сохраняется продолжительное время. Поэтому в настоящее время перископ высовывают над поверхностью моря периодически на несколько секунд, необходимых для производства наблюдения, и сейчас же скрывают его до нового появления через определенный промежуток времени. Волнообразование, вызываемое в этом случае, значительно приближается к обычному волнению морской воды.

Различие температуры в трубе и в окружающей среде в соединении с влажностью воздуха внутри перископа приводит к отпотеванию оптической системы, для устранения которого устраивают приспособления для осушки перископа. Внутри перископа устанавливается воздушная трубка, проведенная в верхнюю часть трубы и выходящая наружу в нижней части перископа. С другой стороны последней устраивают отверстие, из которого воздух высасывается из перископа и попадает в фильтр, заряженный хлористым кальцием (фиг. 15), после чего нагнетается в верхнюю часть перископа воздушным насосом, по внутренней трубе.

Приспособление для осушки перископа

Трубы перископа должны отвечать особым требованиям прочности и жесткости, во избежание нарушения оптической системы; кроме того материал их не должен влиять на магнитную стрелку, что нарушило бы работу судовых компасов. Кроме того трубы д. б. особо стойкими в отношении коррозии в морской воде, т. к. помимо разрушения самих труб будет нарушаться плотность соединения в сальнике, через который перископ выдвигается из корпуса лодки. Наконец геометрическая форма труб должна отличаться особой точностью, что при большой длине их создает при производстве значительные трудности. Обычным материалом для труб служит маломагнитная нержавеющая никелевая сталь (Германия) или специальная бронза - иммадиевая (Англия), - обладающая достаточной упругостью и жесткостью.

Укрепление перископа в корпусе подводной лодки

Укрепление перископа в корпусе подводной лодки (фиг. 16) вызывает затруднения, зависящие как от необходимости предотвратить попадание морской воды между трубой перископа и корпусом лодки, так и от вибрации последнего, нарушающей ясность изображения. Устранение этих затруднений лежит в конструировании сальника, достаточно водонепроницаемого и в то же время упругого, надежно соединенного с корпусом лодки. Сами трубы должны иметь приспособления для быстрого подъема и опускания их внутрь корпуса лодки, что при весе перископа  в сотни кг приводит к механическим затруднениям и необходимости установки моторов 1, которые вращают лебедки 2, 4 (3 - включение для среднего положения, 5 - ручной привод, 6, 7 - рукоятки для механизма сцепления). При подъеме или опускании трубы наблюдение делается невозможным, так как окуляр быстро перемещается по вертикали. В то же время надобность в наблюдении особенно велика при всплытии лодки. Для устранения этого применяется устройство особой площадки для наблюдателя, соединенной с перископом и перемещающейся с ним. Однако это вызывает перегрузку труб перископа и необходимость выделения в корпусе судна особой шахты для перемещения наблюдателя. Поэтому чаще применяют систему стационарного перископа, позволяющего наблюдателю сохранять свое положение и не прерывать свою работу во время перемещения перископа.

Система стационарного перископа

Эта система (фиг. 17) расчленяет окулярную и объективную части перископа; первая остается неподвижной, а вторая перемещается с трубой по вертикали. Для оптического соединения их внизу трубы устанавливают четырехгранную призму, и т. о. световой пучок в перископе этой конструкции отражается четыре раза, меняя свое направление. Т. к. движение трубы изменяет расстояние между нижней призмой и окуляром, то последняя перехватывает световой пучок в различных его точках (в зависимости от положения трубы), что нарушает оптическое единство системы и приводит к необходимости включить в нее еще одну подвижную линзу, регулирующую пучок лучей соответственно положению трубы.

Обычно на подводных лодках устанавливают не менее двух перископов. Первоначально это вызывалось желанием иметь запасный прибор. В настоящее время, когда требуются два перископа различной конструкции - для наблюдения и атаки, перископ, применяемый при атаке, является в то же время и запасным на случай порчи одного из них, что важно для выполнения основной задачи - производства наблюдения. Иногда кроме указанных перископов устанавливают еще третий, запасный, употребляемый исключительно при порче обоих главных.

Армейские перископы отличаются большей простотой конструкции по сравнению с морскими, сохраняя в то же время основные черты и усовершенствования прибора. В зависимости от назначения конструкция их различна. Обычный траншейный перископ состоит из деревянной трубы с двумя зеркалами (фиг. 1). Более сложно устройство трубы перископа, включающей оптическую преломляющую систему, но не отличающейся особыми размерами; такая труба обычно устроена на принципе панорамного перископа (фиг. 18).

Армейский и блиндажный перископы

Блиндажный перископ (фиг. 19) по конструкции сходен с морским простейшего типа и предназначается для производства наблюдений из укрытий.

Мачтовый перископ служит для наблюдения отдаленных предметов или в лесу, заменяя неудобные и громоздкие вышки. Он достигает высоты 9—26 м и состоит из мачты, служащей для укрепления оптической системы, монтируемой внутри двух коротких труб большого диаметра. Окулярная труба укреплена на лафете внизу мачты, а объективная - на выдвижной верхушке мачты. Таким образом, в этом типе отсутствуют промежуточные линзы, что, несмотря на значительное увеличение (до х 10), при низком положении мачты вызывает уменьшение последнего по мере выдвижения мачты с одновременным понижением отчетливости изображения. Мачта монтируется на специальном лафете, служащем также и для перевозки прибора, причем мачта сдвигается. Лафет достаточно устойчив и лишь при сильном ветре требует дополнительного крепления отводами. Перископ с успехом применяется в технике для обследования отверстий, высверленных в длинных поковках (валах, каналах орудий и др.), для проверки  отсутствия раковин, трещин, а также и других пороков. Прибор состоит из зеркала, расположенного под углом в 45° к оси канала, укрепленного на особой оправе и соединенного с осветителем. Оправа перемещается внутри канала на особом стержне и может поворачиваться около оси канала. Телескопическая часть смонтирована отдельно и помещается вне исследуемой поковки; она служит не для передачи изображения, как в обыкновенном перископе, а для лучшего рассмотрения захватываемого перископом поля зрения.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 16 - 1932 г.