ЭЛЕКТРОШОКОВОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области средств обороны, основанных на формировании высокого импульсного электрического напряжения, и может использоваться в устройствах для защиты от нападения правонарушителей или животных путем контактного или дистанционного шокового воздействия на них серий разрядов электрического напряжения и/или мощного светового и/или звукового излучения и/или воздействия химическими реагентами, а также в качестве механической дубинки.
Известны электрошоковые устройства, содержащие несущий корпус, выполненный в форме, имитирующей боевой пистолет, например, из пластмассы, рабочие электроды, соединенные с выбрасываемыми разрядными гарпунами, пусковой механизм и размещенные внутри несущего корпуса блок формирования импульсного электрического напряжения и источник электропитания (например, US 7075770 B1, 2006). Достоинством таких электрошоковых устройств является их миниатюрность, однако их функциональное назначение ограничено, как правило, только электрошоковым воздействием. В качестве средства эффективной механической защиты они применяться не могут. Кроме того, из-за конструктивных особенностей несущего корпуса расстояние от рабочих электродов до ладони пользователя незначительно, что практически не позволяет использовать повышенные электрические напряжения, т.е. эффективность электрошокового воздействия таких устройств ограничена.
Известны также содержащие снабженные различными средствами шокового воздействия электрошоковые устройства, содержащие рабочие электроды, цилиндрический или конический удлиненный несущий корпус из диэлектрического материала и размещенные внутри его полости электрические элементы управления, формирования импульсного электрического напряжения и электропитания (например, RU 2156940 C1, 2000; US 4884809 A, 1989; WO 1986/005868, 1986).
Такие электрошоковые устройства недостаточно эффективны в эксплуатации, а их функциональные возможности ограничены, поскольку в них не предусмотрены решения, обеспечивающие требование сочетания наибольшей прочности несущего корпуса, позволяющей использовать устройство в качестве механического средства защиты, с необходимой для эффективного электрошокового воздействия электрической мощностью устройства и одновременно исключения электрического пробоя несущего корпуса. Рабочее электрическое напряжение таких электрошоковых устройств, как правило, не превышает 45-60 кВ.
Из известных устройств наиболее близким к предложенному является электрошоковое устройство, содержащее выполненный из диэлектрического материала в форме вытянутого вдоль продольной оси полого тела несущий корпус, задняя часть которого выполнена в виде рукоятки, рабочие электроды и пусковой механизм, размещенные на внешней поверхности полого несущего корпуса, и размещенные внутри него электрические узлы, включающие блок формирования импульсного электрического напряжения и источник электропитания (RU 2179294 C1, 2002). В этом электрошоковом устройстве несущий корпус выполнен цилиндрическим из пластика или стеклопластика. Рабочие электроды выполнены в виде разрядных штырей, размещенных на торце передней части несущего корпуса. Пусковой механизм выполнен на основе пусковой кнопки. Блок формирования импульсного электрического напряжения включает размещенный в передней части несущего корпуса высоковольтный преобразователь (трансформатор) и размещенные внутри средней части несущего корпуса источник импульсного напряжения и электрические элементы узла управления.
Такое электрошоковое устройство более эффективно за счет более высокой механической и электрической прочности несущего корпуса, если он выполнен из стеклопластика. Однако оно имеет ограниченные функциональные возможности и недостаточно высокую эксплуатационную эффективность, поскольку в нем не обусловлены расширенные возможности выбора материала несущего корпуса и его геометрические характеристики, учитывающие оптимальное сочетание эргономических показателей устройства с высокими показателями механической и электрической прочности. Такое электрошоковое устройство помимо основного назначения может использоваться в качестве средства механического воздействия (дубинки), однако поскольку прочностные характеристики несущего корпуса все-таки недостаточно высоки, то такое применение ограничено и, как правило, может быть только разовым. Кроме того, электрическая прочность несущего корпуса также недостаточно высока для того, чтобы обеспечить наиболее эффективную величину рабочего электрического напряжения для электрошокового воздействия и одновременно исключить возможность электрического пробоя несущего корпуса, как по его толщине, так и вдоль поверхности, для обеспечения безопасности пользователя, в особенности в неблагоприятных атмосферных условиях. Ограничение в выборе материала несущего корпуса снижает возможности варьирования в выборе необходимых сочетаний механических, электрических и экономических показателей. Рабочее электрическое напряжение этого электрошокового устройства практически не превышает 65 кВ.
Задача, решаемая полезной моделью, состоит в создании электрошокового устройства, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в расширении функциональных возможностей и повышении эксплуатационной эффективности электрошокового устройства.
Это достигается тем, что в электрошоковом устройстве, содержащем выполненный из диэлектрического материала в форме вытянутого вдоль продольной оси полого тела несущий корпус, задняя часть которого выполнена в виде рукоятки, рабочие электроды и пусковой механизм, размещенные на внешней поверхности несущего корпуса, и размещенные внутри него электрические узлы, включающие блок формирования импульсного электрического напряжения и источник электропитания, в качестве диэлектрического материала несущего корпуса выбран волокнистый композит, при этом отношение толщины стенки несущего корпуса к его внешнему поперечном размеру выбрано в пределах 0,02-0,15, а длина рукоятки выбрана в пределах (0,2-0,7).L, где L - длина несущего корпуса. В качестве волокнистого композита может быть выбран, например, боропластик или стеклопластик. Стеклопластик может быть выполнен на основе стеклоткани, пропитанной эпоксидно-полиэфирными связующими. Несущий корпус может быть выполнен с толщиной стенки, постоянной вдоль его продольной оси, при этом несущий корпус может быть выполнен, например, цилиндрической или конической формы. Несущий корпус может быть выполнен с толщиной стенки, непостоянной вдоль его продольной оси, при этом внешняя боковая поверхность несущего корпуса может быть выполнена, например, цилиндрической формы, а внутренняя - конической формы. По меньшей мере часть несущего корпуса может быть выполнена в поперечном сечении, например, многоугольной или овальной формы. К несущему корпусу посредством узла фиксации может быть присоединен по крайней мере один съемный функциональный картридж с обеспечением электрической связи с рабочими электродами. При этом узел фиксации может быть выполнен в виде снабженного выступами наконечника в функциональном картридже и соответствующего ему углубления с пазами в несущем корпусе, а в углублении в несущем корпусе может быть размещен упругий элемент. Рабочие электроды могут быть размещены на торце передней части несущего корпуса, при этом расстояние от рабочих электродов до рукоятки выбрано не менее 0,3.L. Электрические узлы в полости несущего корпуса могут быть выполнены в виде монолитных блоков, образованных посредством залитого компаунда.
На фиг.1 показан в разрезе вариант выполнения цилиндрического несущего корпуса с полостью конической формы. На фиг.2 схематично показан внешний вид конструктивного варианта выполнения электрошокового устройства.
p
Оно содержит несущий корпус 1, выполненный из волокнистого композита (волокнистого композиционного материала), в качестве которого может быть выбран композит с диэлектрическим волокнами, например, бороволокнистый, стекловолокнистый пластик (стеклопластик), последний преимущественно на основе стеклоткани, пропитанной эпоксидно-полиэфирными связующими. Задняя часть несущего корпуса 1 выполнена в виде рукоятки 2, при этом внешняя поверхность этой его части по крайней мере частично может быть, например покрыта мягким диэлектрическим материалом или выполнена шероховатой (на чертежах не показано). Несущий корпус 1 выполнен в форме вытянутого вдоль продольной оси тела с толщиной стенки, преимущественно постоянной вдоль его продольной оси, например, конической формы (в форме усеченного конуса) или преимущественно цилиндрической формы (его поперечное сечение может иметь форму круга, овала, эллипса). Он может быть выполнен с толщиной стенки, непостоянной вдоль его продольной оси, например, так, что его внешняя боковая поверхность выполнена цилиндрической формы, а внутренняя - конической, как это показано на фиг.1. По меньшей мере часть несущего корпуса 1, например, его задняя часть может быть выполнена в поперечном сечении многоугольной формы, например квадрата, или овальной формы. Отношение толщины стенки несущего корпуса 1 к его внешнему поперечному размеру выбрано в пределах 0,02-0,15 (в любом участке несущего корпуса 1 вдоль его продольной оси). Длина L рукоятки 2 выбрана в пределах (0,2-0,7).L, где L - длина несущего корпуса. На внешней поверхности несущего корпуса 1 размещен пусковой механизм, преимущественно включающий размещенную на разделительном кольце 3 кнопку 4 (фиг.2) и рабочие электроды, выполненные, например, в виде размещенных преимущественно на торце передней части несущего корпуса 1 штыревых электроразрядников и/или пленочных электроразрядных проводников (на чертежах не показаны). Рукоятка 2 с передней стороны ограничена разделительным кольцом 3, а с другой может быть ограничена съемной крышкой 5, которая может закрывать, например, небольшую полость в рукоятке 2, например, с размещенным в ней разъемом для зарядки аккумулятора. Расстояние от рабочих электродов, которые могут быть размещены на торце передней части несущего корпуса 1, до рукоятки 2 выбрано не менее 0,3.L. К несущему корпусу 1, преимущественно со стороны торца его передней части может быть присоединен посредством узла фиксации (на чертежах не показан) по крайней мере один съемный функциональный картридж 6 для дистанционного электрошокового и/или мощных светового и/или звукового и/или химического воздействия (съемный функциональный картридж 6 может иметь как одно функциональное назначение, так и несколько, либо разные воздействия могут быть реализованы разными съемными функциональными картриджами 6). При этом соответствующие электроконтакты съемного функционального картриджа 6 соединены гальванически или через газоразрядный промежуток величиной до 1 мм с рабочими электродами. Узел фиксации для механической связи несущего корпуса 1 с функциональным картриджем 6 выполнен преимущественно в виде снабженного выступами наконечника в функциональном картридже 6 и соответствующего ему углубления с пазами в несущем корпусе 1, при этом в углублении преимущественно размещен упругий элемент (элемент упругой поддержки функционального картриджа 6), например, в виде прокладки из резины или мягкого поропласта или в виде пружины (на чертежах не показаны). Внутри несущего корпуса 1 размещены электрические узлы, включающие блок формирования импульсного электрического напряжения с обеспечением на рабочих электродах высокого напряжения (до 70-150 кВ) и источник электропитания, например, встроенный аккумулятор, а также могут быть размещены другие электрические блоки, например, управления (на чертежах не показаны). Электрические узлы в полости несущего корпуса 1 могут быть выполнены в виде монолитных блоков, образованных преимущественно заливкой компаундом.
Устройство работает следующим образом. При запуске пускового механизма посредством кнопки 4 происходит подключение источника электропитания к блоку формирования импульсного электрического напряжения, которое подводится к рабочим электродам. Устройство может работать в различных функциональных режимах. При работе в режиме контактного электрошокового воздействия между рабочими электродами возникают электрические разряды высокого напряжения, оказывающие действие электрического удара на объект нападения. При работе в режиме дистанционного воздействия посредством предварительно присоединенного к несущему корпусу 1 съемного функционально картриджа 6, электрическое напряжение с рабочих электродов передается непосредственно или через элекроискровой промежуток на соответствующие электроконтакты функционального картриджа, в котором инициируется электрический элемент, вызывающий то или иное воздействие на объект нападения в зависимости от функционального назначения съемного функционального картриджа 6, например, выброс электропоражающих снарядов (лайнеров). Посредством других электрических узлов, которые могут быть размещены в несущем корпусе 1, может, например, обеспечиваться индикация режимов функционирования электрошокового устройства, регулировка электрической мощности, автоматическое отключение устройства при превышении установленных режимов и др. В режиме создания на рабочих электродах высокого электрического напряжения конструкция электрошокового устройства обеспечивает при его работе высокую степень надежности и эффективности шокового воздействия с обеспечением электробезопасности пользователя (в том числе при неблагоприятных погодных условиях). Конструкция электрошокового устройства позволяет также использовать его в качества механического средства воздействия как дубинки без нарушения его работоспособности и целостности.
3
p
Выбор в качестве материала несущего корпуса 1 волокнистого композита и выбор отношения толщины стенки несущего корпуса к его внешнему поперечному размеру в указанных пределах позволяют обеспечить удельное поперечное напряжение пробоя не менее 8-10 кВ/мм, что дает возможность увеличить рабочее напряжение электрошокового устройства до 150 кВ и повысить эффективность электрошокового воздействия и одновременно гарантирует от электрического пробоя со стороны находящихся внутри него высоковольтных электрических узлов. Композиционные материалы представляют собой двухкомпонентные композиции с четкими границами раздела. Особое место среди них занимают волокнистые композиты, в которых наполнитель выполнен в виде искусственных волокон, например, бороволокон или стекловолокон, а связующее, например, в виде полиэфирных или эпоксидных смол (см., например, Пластики конструкционного назначения (реактопласты). Под ред. Тростянской Е.Б., М., «Химия», 1974, с.120, 204, 246). Свойства таких композитов делают их применение в качестве наиболее оптимального материала для несущего корпуса 1 электрошокового устройства. Эти композиты доступны и недороги, обладают сочетанием следующих свойств: Они обладают высокой прочностью, сравнимой с прочностью стали (удельная прочность около 3500 МПа), очень высокими электроизоляционными свойствам, малым удельным весом (не более 1,2 г/см), низкой теплопроводностью, высокими атмосферостойкостью, биологической стойкостью и химической устойчивостью, изделия из них технологичны в изготовлении (Справочник по композиционным материалам. Под ред. Дж.Любина. Кн.1, М., «Машиностроение», 1988). В целом этими свойствами обладают в той или иной мере все типы волокнистых композитов, а возможность варьирования выбором конкретного их типа способствует расширению функциональных возможностей электрошокового устройства за счет возможности подбора необходимого сочетания конкретных характеристик этого материала. Выбор геометрически параметров несущего корпуса 1 и рукоятки 2 обусловлен сочетанием ряда требований, обусловленных удобством и надежностью удержания устройства в руке пользователя, удобством ношения устройства в транспортном положении, необходимостью размещения в полости несущего корпуса 1 электрических элементов, обеспечением наименьшего расстояния между рабочими электродами для устранения возможности электрического пробоя воздушного промежутка, обеспечением механической прочности устройства при реализации его любого функционального назначения, исключением возможности электрического пробоя несущего корпуса 1 по его толщине, исключением возможности передачи высокого электрического напряжения от рабочих электродов к рукоятке 2. Механическая прочность электрошокового устройства зависит от кольцевой жесткости несущего корпуса 1, определяемой отношением толщины его стенки к его внешнему размеру, например, к диаметру. Экспериментально установлено, что при уменьшении этой величины менее 0,02 кольцевая жесткость снижается до того допустимого уровня, когда снижение механической прочности устройства не позволяет использовать его по назначению. Превышение этой величины свыше 0,15 делает практически невозможной размещение в полости несущего корпуса 1 необходимых для основного функционирования устройства электрических узлов. В то же время в указанных пределах этой величины обеспечивается условие отсутствия электрического пробоя несущего корпуса 1. Например, при толщине стенки цилиндрического несущего корпуса 1 из стеклопластика, равной от 1 до 4,5 мм и его диаметре от 30 до 50 мм поперечное напряжение пробоя составляет не менее 10 кB что гарантирует отсутствие электрического пробоя при наибольших возможных величинах рабочего электрического напряжения. Выбор длины L рукоятки 2 не менее 0,2.L и не более 0,7.L обусловлен в первую очередь эргономическими требованиями. Абсолютная величина длины рукоятки 2 определяется реальными возможными размерами ширины ладони человека, а длина несущего корпуса 1 при этом должна обеспечивать удобство пользования устройством, в том числе его эффективного применения при контактном электрошоковом воздействии на объект или при пользовании в качестве дубинки с образованием необходимого момента инерции. Указанные пределы относительных величин длины рукоятки определены экспериментально. Выбор расстояния от рабочих электродов в случае их размещения на торце передней части несущего корпуса 1 до рукоятки 2 обусловлен требованием недопустимости попадания высоковольтного электрического напряжения вдоль поверхности несущего корпуса 1 к ладони пользователя, в том числе при загрязнениях или увлажнении этой поверхности. Экспериментально установлено, что в случае использования в качестве материала несущего корпуса 1 волокнистого композита указанное условие соблюдается, если это расстояние составляет не менее 0,3.L. Конструкция электрошокового устройства позволяет использовать его в многофункциональных режимах воздействия (дистанционного электрического, светового, звукового, химического) за счет возможности присоединения съемных функциональных картриджей. Выбор в качестве материала несущего корпуса 1 волокнистого композита и указанных геометрических характеристик позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет возможности использования устройства в качестве механической дубинки. Дополнительно расширить функциональные возможности электрошокового устройства позволяет также выбор формы несущего корпуса 1 в зависимости от конкретного назначения электрошокового устройства и состава его электрических узлов. Например, в торце задней части несущего корпуса 1 может размещаться табло выбора режимов, при этом несущий корпус 1 выгодно выполнить конической формы с основанием конуса большим у заднего торца, а меньшим - у переднего, а при необходимости использования многозарядного сменного функционального картриджа дистанционного электрического поражения (или одновременно нескольких функциональных картриджей разного назначения) целесообразно разместить его со стороны торца передней части несущего корпуса 1 конической формы, имеющего большее основание. Возможность выбора по меньшей мере части несущего корпуса 1, например, рукоятки 2 многоугольной или овальной формы создает условия для более прочного удержания электрошокового устройство в руке пользователя, что особенно важно при использовании устройства в качестве механической дубинки. При выполнении электрических узлов в полости несущего корпуса 1 в виде монолитных блоков дополнительно повышается ударопрочность конструкции электрошокового устройства, что способствует сохранению его целостности и работоспособности даже при сильных ударах.
p
p
Пример реализации. Электрошоковое устройство АИР107У в одном из конструктивных вариантов содержит несущий корпус 1, выполненный из стеклопластика, изготовленный методом накатки стеклоткани УТС, пропитанной эпоксидно-полиэфирными связующими, с образованием цилиндрической трубки марки ТС (ПО «Стекловолокно», Республ. Беларусь). При этом при ее изготовлении наматывают пропитанную в ванне стеклоткань на стальную оправку с последующим отверждением и распрессовкой. На торце передней части несущего корпуса 1 размещены рабочие электроды в виде разрядных штырей. В несущем корпусе 1 электрошокового устройства в его передней части выполнено углубление с пазами для присоединения съемного функционального картриджа 6 дистанционного электрошокового поражения, а со стороны его задней части может быть присоединен съемный функциональный картридж 6 для формирования мощного звукового сигнала. Внутри несущего корпуса 1 в его задней части размещены аккумулятор и зарядное устройство. Электрические узлы внутри несущего корпуса 1 выполнены в виде монолитных блоков путем заливки церезином марки 80э. Длина L несущего корпуса 1 составляет 350 мм, длина L рукоятки 2 составляет 125 мм (L=0,36.L), толщина стенки - 2 мм, внешний диаметр - 40 мм, отношение толщины стенки к внешнему диаметру - 0,05, расстояние от разрядных штырей до рукоятки 2 составляет около 0.6.L. Вес электрошокового устройства (без присоединенных функциональных картриджей) - 0,58 кг. Электрическое напряжение искрового разряда на рабочих электродах составляет до 120 кВ, средняя мощность электрошокового воздействия - до 18 Вт. По ударопрочности устройство соответствует степени жесткости 4а группы М34 по ГОСТ 30631-99. Устройство многофункционально, оно может использоваться как для контактного, так и дистанционного электрошокового воздействия, а также звукового воздействия. При оснащении другими соответствующими сменными функциональными картриджами 6 возможна реализация и других видов воздействий. Устройство может работать при температурах от -30 до+50°С при относительной влажности до 98% и электрически безопасно для пользователя. Оно может быть также эффективно использовано в качестве механической дубинки.
Электрошоковое устройство, выполненное в соответствии с полезной моделью, более эффективно в качестве средства воздействия на живые объекты (на правонарушителей или агрессивных животных) и имеет более широкие функциональные возможности (оно многофункционально), позволяя варьировать различные виды воздействий, по сравнению с известными аналогичными устройствами, при этом оно эргономично, удобно и электробезопасно для пользователя.