Кратковременный источник электропитания

Полезная модель относится к автономному источнику электропитания электронного взрывателя артиллерийских выстрелов.
Известен химический источник тока ампульного типа, содержащий корпус, разрушающуюся ампулу, заполненную неводным электролитом, электродные блоки, в каждом из которых установлены литиевые аноды, углеродные катоды, разделенные между собой пористыми сепараторами, источник импульса давления, задействующий кинематическую массу, которая разрушает ампулу с электролитом в процессе активации элемента (патент DE 3718788 от 10.12.1987).
К недостаткам известного химического источника тока ампульного типа относятся недостаточно высокая надежность срабатывания в момент задействования за счет появления в рабочей полости электродного блока остатков разрушенного материала ампул, что может привести к отказу в работе батареи.
Известен пиротехнический генератор электрического тока (патент РФ №2095745 от 20.09.1996), который представляет собой высокотемпературный гальванический элемент и состоит из разделенных пористым диэлектрическим сепаратором пиротехнических электродов, выполненных в виде тонких пластинчатых зарядов.
Анодная и катодная пиротехническая композиция включает горючее, окислитель и электролит, при этом анод выполнен в виде пиротехнического заряда с избытком горючего, а катод - с избытком окислителя. Воспламенительный импульс инициирует одновременное горение анодного и катодного пиротехнического заряда. Тепло, выделяющееся при их горении, расплавляет находящийся в сепараторе электролит, который обеспечивает ионный контакт между продуктами сгорания электродов, благодаря чему на аноде происходит электрохимическое окисление горючего - циркония, а на катоде происходит электрохимическое восстановление окислителя - оксида меди.
Недостатками известного пиротехнического генератора электрического тока являются функциональная ненадежность по причине возможного вытекания расплавленного электролита и относительно длительное время выхода на режим при малой продолжительности генерирования электрического тока.
Известно устройство теплового источника тока (патент РФ №2091918 от 28.10.1987), содержащее индикатор контроля, блок электрохимических элементов, каждый из которых снабжен твердыми слоями анода, катода, электролита, нагревательных элементов, ограниченными с внешней стороны общим корпусом с теплоизоляцией и крышкой.
Недостатками теплового источника тока являются низкая надежность разрыва цепи индикатора контроля теплового источника тока, невысокие показатели энергоемкости, использование драгоценных материалов в цепи индикатора контроля.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является ампульный энергосодержащий источник тока для электропитания электронного взрывателя малокалиберных артиллерийских выстрелов (патент РФ №2487313 от 03.02.2012), который был выбран в качестве прототипа. Он содержит подвижный блок, выполненный в виде стеклянной подпружиненной ампулы с электролитом и размещенный внутри проницаемой втулки, примыкающей к коаксиальному блоку пластинчатых биполярных электродов. При этом подвижный блок помещен между отрицательным и положительным электродами, оснащенными токовыводами. Ампула имеет возможность продольного инерционного перемещения относительно бойка на дне корпуса и закрыта колпачковым кожухом, который фланцем закреплен в корпусе и опирается на торец втулки и блок электродов. В проницаемой втулке, соосно межэлектродным промежуткам блока электродов, выполнены сквозные отверстия, между которыми изнутри распределены по периметру продольные лопатки. Биполярные электроды оснащены коммуникационными каналами, а сквозные отверстия в проницаемой втулке выполнены в форме продольных щелей на высоте блока электродов.
Описанный источник электропитания функционирует следующим образом.
При выстреле под действием сил инерции стеклянная ампула перемещается книзу относительно корпуса взрывателя, сжимая опорную пружину, и раскалывается о неподвижный боек.
Жидкий электролит вытекает из ампулы в объем втулки, где под действием центробежных сил вращения боеприпаса и принудительного проталкивания лопатками, вовлекается в циркуляционное движение, в результате чего под давлением электролит радиальными распределенными потоками поступает через сквозные отверстия в межэлектродные промежутки блока, динамично заполняя их, в результате электрохимического взаимодействия электролита и электродов вырабатывается электрический ток.
Недостатками прототипа являются:
1. Невозможность проверить его работоспособность без механического разрушения ампулы, содержащей электролит.
2. Нестабильное время выхода источника электропитания на режим работы, которое зависит от температуры окружающей среды.
3. Невозможно использовать в боеприпасах, где центробежные силы вращения малы и которых недостаточно для принудительного проталкивания жидкого электролита в межэлектродные промежутки блока (например, скоростей вращения 152-мм снаряда равна 150 об/с., 122-мм снаряда равна 180 об/с. недостаточно, а в боеприпасах 125-мм гладкоствольных орудиях вращение вообще отсутствует).
Задачей предлагаемой полезной модели является создания кратковременного источника электропитания с упрощенной конструкцией, обеспечивающей надежность срабатывания при его активации и повышенную безопасность в служебном обращении.
Технический результат заключается в повышении надежности срабатывания, обеспечении расчетных энергетических характеристик вне зависимости от температуры окружающей среды, упрощение конструкции, безопасность в служебном обращении.
Поставленная задача достигается за счет того, что кратковременный источник электропитания содержит корпус, внутри которого расположен подвижный блок, фиксируемый удерживающим механизмом у одной из внутренних поверхностей корпуса, и боек, размещенный на противоположной от подвижного блока стороне корпуса. Кратковременный источник электропитания содержит размещенный внутри подвижного блока пьезоэлемент и электронный блок, расположенный внутри корпуса и электрически связанный с пьезоэлементом. Причем кратковременным источником энергии является пьезоэлемент, выполненный в виде набора слоев пьезокерамического материала, количество слоев и размеры определяются количеством требуемой для потребления электроэнергии.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, где представлен рисунок конструкции предлагаемого кратковременного источника электропитания.
Кратковременный источник электропитания содержит:
1 - Корпус;
2 - Боек;
3 - Удерживающий механизм;
4 - Подвижный блок;
5 - Пьезоэлемент;
6 - Электронный блок.
Кратковременный источник электропитания работает следующим образом.
В исходном состоянии подвижный блок 4, с вмонтированным в него пьезоэлементом 5, фиксируется удерживающим механизмом 3 в корпусе 1 с противоположной стороны от бойка 2.
Активация кратковременного источника электропитания происходит при выстреле под действием импульсной осевой нагрузки, когда вмонтированный в подвижный блок 4 пьезоэлемент 5, преодолевая силы трения и усилия удерживающего механизма 3, ударяется о неподвижный боек 2. Удерживающий механизм 3 может быть выполнен, например, в виде пружины.
Во время удара в пьезоэлементе 5 возникает пьезоэлектрический эффект, приводящий к возникновению электрического заряда на электродах пьезоэлемента 5, который подается по электрической связи (на фиг. 1 не показана) на электронный блок 6, преобразующий сформированный электрический заряд в электрическое напряжение, используемое для питания полезной нагрузки.
Электронный блок 6 может быть выполнен в виде диодного моста и накопительного конденсатора.
Таким образом, задача создания кратковременного источника электропитания с упрощенной конструкцией, обеспечивающей надежность срабатывания при его активации и повышенную безопасность в служебном обращении, решена.
Источники информации.
1. Патент DE 3718788 от 10.12.1987 г.
2. Патент РФ №2095745 от 20.09.1996 г.
3. Патент РФ №2091918 от 28.10.1987 г.
4. Патент РФ №2487313 от 03.02.2012 г.