Инфракрасный взрыватель для зенитных снарядов

[Граф Цеппелин]

Уважаемые коллеги, хотел бы обсудить следующую идею. Неконтактный взрыватель для зенитного снаряда на никелевом болометре.

Болометр - https://ru.wikipedia.org/wiki/Болометр - прибор, известный давно и хорошо. Чувствительность болометров уже XIX столетия вполне соответствовала необходимой для дистанционного подрыва снаряда при приближении к источнику тепла (двигателю самолета). Однако, как решить вопрос чисто инженерно...

Я попробовал предложить следующий дизайн взрывателя (дано НЕ в пропорциях):

Цифрами обозначено:

1 - колпачок взрывателя

2 - канал для пополнения запаса амортизационной жидкости

3 - прорезь в стенке взрывателя, закрытая тонкой пластиной, имеющей ограниченную ИК-прозрачность (нам необходимо отрезать по возможности большую часть солнечного спектра, при этом не блокируя по крайней мере достаточную часть ИК-излучения двигателя цели)

4 - полость, заполняемая быстроиспаряющейся амортизирующей жидкостью (жидким азотом? Эфиром?)

5 - собственно, пластинка болометра, опирающаяся на деревянную опору.

6 - выводной канал

7 - триод

8 - батарея

9 - контакты к, собственно, детонационному устройству

10 - прижимное кольцо, составленное из двух частей и закрывающее прорези и выпускной канал.

При выстреле, пластинка болометра помещена полностью в жидкость и опирается на деревянную (т.е. с минимальной тепло- и электропроводностью) пластину, предохраняясь, таким образом, от деформаций. Прижимное кольцо сбрасывается при выходе из ствола (за счет центробежной силы вращения снаряда). Открывается выпускной канал, амортизирующая жидкость вытекает/испаряется из полости, охлаждая пластинку болометра. Открываются боковые прорези, делая возможным попадание инфракрасного излучения на пластинку болометра.

При приближении снаряда к цели, прорези начинают "ловить" ИК-излучение двигателя. Пластинка болометра (охлажденная испарением остатков амортизационной жидкости) меняет свою электропроводность. Триодная лампа усиливает сигнал болометра, управляя реле, собственно, детонационного механизма. Подрыв.

Работоспособно ли (принципиально) устройство в таком виде? Возможно ли его создание ДО появления радиовзрывателей?

[KVS]

Работоспособно ли (принципиально) устройство в таком виде?

Вполне работоспособно, но расстояние подрыва будет гулять очень сильно.

[Граф Цеппелин]

Вполне работоспособно, но расстояние подрыва будет гулять очень сильно.

Из-за медленной реакции болометра, я так понимаю?

[KVS]

Из-за медленной реакции болометра

Из-за этого тоже, но также из-за разброса уровней потока тепла, угла между снарядом и двигателем ну и атмосферных всяких вещей.

[Граф Цеппелин]

Из-за этого тоже, но также из-за разброса уровней потока тепла, угла между снарядом и двигателем ну и атмосферных всяких вещей.

Ага, ясно. Ну, впрочем я и не ожидал от такой системы эффективности РЛ-взрывателя. С другой стороны - все лучше дистанционной трубки...

Что меня беспокоит - насколько скажется на работе болометра его помещение на деревянной подкладке. В теории, дерево (из легкодоступных материалов) обладает минимальной тепло- и электропроводностью...

[Serg]

Однако, как решить вопрос чисто инженерно...

Вот таком виде эта штука применяется в промышленности с 50-х годов. 

Пирометр ТЕРА-50(телескоп, электронная часть отдельным блоком) 

• Maкс. допустимая температура корпуса ТЕРА не более, °С: 100;
• Средняя наработка на отказ - не менее 10000 ч;
• Средний срок службы - 8 лет;
• Масса телескопа - не более 1,4 кг;
• Время установления показаний телескопа - не более 10 с;
• Габаритные размеры телескопа, мм: ? 55х170 полного комплекта защитной арматуры, мм: ? 125х200;

[Граф Цеппелин]

Он разве никелевый?

[Serg]

Он разве никелевый?

А у вас обязательно должно стоять именно никелевое термосопротивление?  Тогда габариты "глаза" придется увеличить.

[KVS]

С другой стороны - все лучше дистанционной трубки...

Я бы подумал об использовании ультразвука. Вам все равно не нужны большие расстояния. Вы это в какой период времени хотите?

[Serg]

Я бы подумал об использовании ультразвука. Вам все равно не нужны большие расстояния. Вы это в какой период времени хотите?

Снаряд вообще-то летит со сверхзвуковой скоростью.

[KVS]

летит со сверхзвуковой скоростью

"Какая неприятность" 

Но это в принципе не должно мешать если мы хотим взрываться рядом с целью.

[Serg]

Но это в принципе не должно мешать если мы хотим взрываться рядом с целью.

Излучатель не будет работать излучать по курсу полета.. Звуковая волна на такой скорости не обгоняет отстает от источника.

[KVS]

Не поверите, но я в курсе. 

Взрыватель будет срабатывать пролетая рядом с целью.

[Serg]

Взрыватель будет срабатывать пролетая рядом с целью.

Нет. Отраженная волна не догонит снаряд. 

[Граф Цеппелин]

А у вас обязательно должно стоять именно никелевое термосопротивление? Тогда габариты "глаза" придется увеличить.

Тут дело в том, что к моменту появления полупроводниковых болометров уже будет возможность гарантированно создать надежный РЛ-взрыватель.

Если с первым я не знаю, что делать, то по второму вопросу я имею предложение. Открывать канал для выхода лучше таки принудительно. Насколько я помню, крупнокалиберные зенитные орудия штатно оборудованы устройством установки времени подрыва снаряда. Поэтому я хочу предложить открывать клапан для истечения амортизирующей жидкости при помощи этого самого устройства.

Хм. Логично! Спасибо за совет.

Я бы подумал об использовании ультразвука. Вам все равно не нужны большие расстояния. Вы это в какой период времени хотите?

1920-1930-ые. Благо, болометры известны с 1880-ых и вполне освоены к XX веку.

[KVS]

Нет

Да, если излучатель будет работать вверх и вбок, а приемник принимать по сфере.

[Serg]

Тут дело в том, что к моменту появления полупроводниковых болометров уже будет возможность гарантированно создать надежный РЛ-взрыватель.

Сделать то можно и до полупроводников, хоть на термопаре, хоть на терморезисторе. В том датчике что показал миниатюрная хромель-копелевая термопара. С терморезистором массогабариты взрывателя будут схожими с тем телескопом что на фото. И еще один момент, датчик будет срабатывать на Солнце, придется сужать угол захвата.

[sanitareugen]

Взрыватель будет срабатывать пролетая рядом с целью.

То есть промахи гарантированы? Конус разлёта осколков заведомо не захватит цель?

[vashu1]

Идея интересная, но работоспособность очень сомнительна.

Сколько там двигатели выдают? 100 кВт в инфракрасе максимум? Детекцию хотелось бы хотя бы метров 10, те не больше 100 Вт на м2. Но снаряд пролетит эту 10 метровую сферу за несколько сотых секунды, а инфракрас от солнца-земли-облаков будет греть нить секунды, при мощности солнечного света в КВт на м2. Итого без фильтра и охлаждения от фона нить получит в тысячу раз больше тепла чем от движков.

Чтобы заработало надо

1 - мощность помех на порядок больше мощности сигнала, т.е. избирательность фильтра должна быть 100кратной. Можно начертить спектр солнца/двигателя и посмотреть какая часть пересекается. Учитывая что фильтр не может быть очень узким  иначе греть нить будет нечему - думаю анриал.

2 - Надо охлаждением убрать способность нити накапливать тепло от фона, но не убить полезный сигнал. Это несмертельно, но в сочетании с остальными проблемами...

[sanitareugen]

Работоспособно ли (принципиально) устройство в таком виде? Возможно ли его создание ДО появления радиовзрывателей?

Как взрыватель - нет. Поток энергии от двигателя недостаточно интенсивен, чтобы нагреть пластинку до существенного изменения её сопротивления за время от захвата цели до подрыва. Показанный на фото в предыдущих комментариях телескоп даёт возможность замерить с экспозицией в секунды. Без него вообще не выйдет.

[Граф Цеппелин]

Как взрыватель - нет. Поток энергии от двигателя недостаточно интенсивен, чтобы нагреть пластинку до существенного изменения её сопротивления за время от захвата цели до подрыва. Показанный на фото в предыдущих комментариях телескоп даёт возможность замерить с экспозицией в секунды. Без него вообще не выйдет.

Хм. Японские болометры, использованные в самонаводящихся бомбах в 1944-1945, обладали (по данным экспериментов) способностью засекать различие в 1/30 градуса Цельсия на расстоянии в 1 метр, и уверенно засекали человеческое тепло с 2 км (в идеальных условиях, разумеется)

[Serg]

Показанный на фото в предыдущих комментариях телескоп даёт возможность замерить с экспозицией в секунды. Без него вообще не выйдет.

Да не, прибор достаточно чуткий, экспозиция нужна для приборной точности, а в индикаторном режиме срабатывает шустро. А вот от габаритов никуда не дется, взрыватель будет размером со снаряд.

[sanitareugen]

И попадали? А то в советском отчёте середины 1950х в качестве успеха приводится самонаведение на цель типа «сталелитейный завод» с СКО 500 меиров...

[Граф Цеппелин]

Хм... ряд источников приводит время реакции болометра в 10-15 миллисекунд (не-полупроводникового). Т.е. для зенитного снаряда, летящего возле цели со скоростью, допустим, 500 метров в секунду (просто для круглой цифры), по дальности это будет примерно равно 5-7 метрам.

[Граф Цеппелин]

И попадали? А то в советском отчёте середины 1950х в качестве успеха приводится самонаведение на цель типа «сталелитейный завод» с СКО 500 меиров...

СССР использовал очень кривую систему сканирования. Японцы - как ни странно - создали более эффективную, неподвижный болометр и вращающееся эксцентрическое зеркало. Правда, в качестве компенсации, у них хромал автопилот)