Retrotechtacular: Ein genauerer Blick auf den VT-Näherungszünder

Hier bei Hackaday ist es unser Ziel, Ihnen nur die aktuellsten Hacks zu bieten, was mit der Last verbunden ist, mit unserem Quellmaterial immer auf dem Laufenden zu sein. Wenn also etwas, das für unsere Leser offensichtlich von Interesse ist, viral geht, verzichten wir vielleicht einfach darauf, selbst darüber zu berichten, da wir davon ausgehen, dass Sie es wahrscheinlich alle schon gesehen haben. Aber wenn wir etwas tiefer gehen und einen Mehrwert bieten können, der über den viralen Inhalt hinausgeht, dann ist das eine andere Geschichte.

Das ist so ziemlich die Geschichte hinter dem hervorragenden Video, das kürzlich von [Real Engineering] über „Die Geheimwaffe, die den Zweiten Weltkrieg veränderte“ veröffentlicht wurde. Es handelt sich um die VT-Serie von Annäherungszündern – es ist eine legitime alternative Schreibweise von „fuse“, wenn auch etwas veraltet –, die im Zweiten Weltkrieg für Artilleriegranaten und drallstabilisierte Raketen verwendet wurden. Das Video gibt einen hervorragenden Überblick über die Entwicklung des VT, der vor allem in der Flugabwehrartillerie (AAA) eingesetzt wurde. Die Details zur Entwicklung des amerikanischen VT-Zünders sind ausgezeichnet, obwohl seltsamerweise nicht erwähnt wird, dass britische Experimente mit einem Funk-Näherungszünder Teil der Goldgrube an Informationen waren, die die Tizard-Mission 1940 unter großer Gefahr nach Amerika brachte. Das gab es zwar Obwohl es viele Diskussionen über die genaue Rolle der britischen Arbeit gibt, kann man mit Fug und Recht sagen, dass sie zumindest die Entwicklung und den Einsatz des amerikanischen VT-Zünders beeinflusst hat.

Was die Funktionsweise des Zünders angeht, ist der Detaillierungsgrad des Videos etwas unbefriedigend. Das ist keine Beschwerde, da zu viele Details in dieser Abteilung wahrscheinlich kein breites Publikum ansprechen würden. Aber für das Hackaday-Set sind mehr Details besser, also habe ich mich daran gemacht, herauszufinden, was den VT-Zünder antreibt. Bei einem Funk-Näherungszünder ist das Grundkonzept offensichtlich: Erzeugen Sie einen starken HF-Impuls und achten Sie auf Signale, die möglicherweise von einem festen Objekt in der Nähe, beispielsweise einem Flugzeug, reflektiert wurden. Aber der Teufel steckt, wie man sagt, im Detail, und die Herausforderungen, die damit verbunden waren, dies unter Schlachtfeldbedingungen zum Laufen zu bringen, waren immens.

Welche Art von Schaltkreisen wurden also verwendet, damit das alles funktioniert? Und wie überlebte die Elektronik aus der Zeit um 1940 die Belastungen von 20.000 g, denen der Zünder beim Abfeuern der Artilleriegranate ausgesetzt war? Obwohl viele Details nicht verfügbar sind, enthüllt das VT-Zünderhandbuch des Bureau of Ordinance von 1946 viele Details, einschließlich Schaltplänen. Leider gibt es keinen Gesamtschaltplan, daher musste ich eines aus den im Handbuch angegebenen Fragmenten zusammenfügen:

Das Herzstück des VT-Zünders ist ein einröhriger Sender-Empfänger, der oben links im Schaltplan dargestellt ist. Im Handbuch wird er als „Hartley-Oszillator mit geerdetem Gitter“ beschrieben, allerdings mit Hinweisen, dass Navy-Versionen des VT einen modifizierten Colpitts-Oszillator verwendeten. Die einzelne Triode fungierte sowohl als Oszillator zur Übertragung des HF-Signals als auch als Detektor für das reflektierte Signal. Im Handbuch sind keine Komponentenwerte angegeben, daher ist es schwierig, die von den VTs verwendete Frequenz abzuschätzen. Da diese jedoch hauptsächlich zur Erkennung von Flugzeugen entwickelt wurden, würden wir eine Mindestwellenlänge vermuten, die über der Größe eines Flugzeugs liegt, vielleicht 5 bis 10 Meter oder zwischen 28 und 60 MHz oder so. Dies scheint eine vernünftige Frequenz für die gezeigten Schaltkreise und für die Antenne zu sein, die als „Standarddipol“ beschrieben wird.

Letztendlich ist die tatsächliche Senderfrequenz jedoch nicht von großer Bedeutung, da die Erkennung auf der Frequenzdifferenz zwischen der gesendeten Frequenz und dem reflektierten Signal sowie der durch die Reichweite erzeugten Schwebungsfrequenz basiert Die Verbindung zwischen der Granate und dem Ziel ändert sich schnell. Das Video erklärt dies sehr gut, und im Handbuch wird detailliert beschrieben, wie die Verstärkerschaltung (oben in der Mitte im Schaltplan oben) dies bewerkstelligt. Ich hatte nie viel Glück damit, Vakuumröhrenschaltungen zu verstehen, daher überlasse ich es besseren Köpfen als mir, die Theorie hier detailliert zu beschreiben, aber es genügt zu sagen, dass die Komponenten in der Verstärkerschaltung richtig ausgewählt wurden, insbesondere der Schirm und der Plattenbypass Kondensatoren erzeugt einen Filter, dessen Mittenfrequenz der erwarteten entspricht, wenn sich das Ziel innerhalb des effektiven Explosionsradius der Granate befindet. In diesem Fall wird das Gas im Thyratron im Zündkreis (unten rechts) ionisiert, wodurch sich der vollständig geladene Zündkondensator über eine Zündpille entladen und die Granate zur Detonation bringen kann.

Für den Marineeinsatz wurde eine Wellenunterdrückungsschaltung (oben rechts) hinzugefügt. „Welle“ bezog sich auf Meereswellen, nicht auf Radiowellen, die das gesendete Signal reflektieren und eine frühe Detonation einer Granate verursachen könnten, wenn sie in einem geringen Höhenwinkel abgefeuert würden, beispielsweise wenn sich ein feindlicher Torpedobomber näherte. Der WSF verringert im Wesentlichen die Empfindlichkeit des Verstärkers bei Vorhandensein eines stetigen Signals, das auftreten kann, wenn sich die Granate über die Wellen bewegt.

Wie die meisten militärischen Erfindungen war der VT-Zünder unglaublich clever. Diese Technologie aus den 1940er Jahren war in der Lage, einen Schaltkreis zu entwickeln, der klein genug war, um auf eine Artilleriegranate zu passen, robust genug, um die kurze Reise zum Ziel zu überstehen, und billig genug, um in großen Mengen hergestellt zu werden – die Kosten pro Einheit waren so niedrig gesunken 1945 belief sich der Preis auf 18 US-Dollar – ist ein Beweis für den Einfallsreichtum der beteiligten Ingenieure.