НЕСМЕРТОНОСНАЯ БЕСПРОВОДНАЯ ОГЛУШАЮЩАЯ ПУЛЯ ДЛЯ КРАТКОВРЕМЕННОГО ПАРАЛИЗОВАНИЯ ЦЕЛИ В РЕЗУЛЬТАТЕ НЕЙРОМЫШЕЧНОГО РАССТРОЙСТВА
NONLETHAL WIRELESS KNOCKING-OUT BULLET FOR SHORT-TIME PARALYSING BY NEUROMUSCULAR DISTRESS

Это изобретение является частичным продолжением предварительной заявки на патент США №60\698009, поданной 12 июля 2005 г., и предварительной заявки на патент США №60\698010, поданной 12 июля 2005 г.
Область техники изобретения и предпосылки его создания
Настоящее изобретение относится к несмертоносной беспроводной оглушающей пуле, и конкретнее к пуле, выстреливаемой из обычного оружия; при столкновении с человеком-целью эта пуля оглушает и выводит из строя цель с помощью применения импульсного электрического заряда. Электрическая пуля определяется как несмертоносный боеприпас, предназначенный для того, чтобы вывести человека из строя, лишить его возможности двигаться в течение короткого времени, помешать ему совершить преступление и дать возможность уполномоченным лицам его задержать.
Электрическая пуля действует с помощью подачи электрических импульсов на цель, парализуя ее на короткое время без возникновения необходимости в медицинской помощи после воздействия. При столкновении пуля сама прикрепляется к цели и обеспечивает такое же действие, как стандартный ручной электрошокер. Импульсы электрического тока, образуемые пулей, значительно слабее критического уровня сердечных сокращений, и поэтому эти электрические импульсы несмертельны. Эти электрические импульсы вызывают нейромышечное расстройство, которое выводит из строя живой объект.
Настоящее изобретение также включает новый трансформатор, изготовленный с применением технологии тонких пленок, и аккумулятор, изготовленный с применением технологии тонких пленок. Трансформатор и аккумулятор меньше и легче обычных трансформаторов и аккумуляторов с такой же выходной мощностью. Небольшие аккумуляторы и трансформаторы с высокой мощностью необходимы, чтобы создать электрошок, который может оглушить человека с помощью устройства, имеющего размер обычной пули.
Увеличение нападений на безоружные гражданские цели во всем мире поставили правительства и органы правопорядка в трудное положение. Необходимо быстро и эффективно остановить террористов, при этом избежать травмирования гражданского населения, но террористов трудно отличить от мирных граждан, и террористы наносят удар в местах, не подходящих для расположения больших сил спецподразделений. Поэтому чтобы быстро остановить террористов до того, как они выполнят разрушительные действия, некоторые полицейские силы используют подразделения снайперов. Очевидно, что использование таких подразделений вызывает полемику в обществе, поскольку может приводить к потерям среди гражданского населения. С другой стороны, нерешительность в таких случаях может привести к значительным потерям среди гражданского населения, также как и к смерти задерживающего полицейского. Также часто полиции надо задержать убегающего подозрительного человека. Очевидно, что смертоносное оружие в этом случае применять нельзя, это позволяет скрыться опасному преступнику, что также нежелательно.
Поэтому органы правопорядка нуждаются в несмертоносном оружии, которое может остановить террориста без опасности смертельного поражения мирных граждан. Одним из видов такого оружия, популярного в настоящее время, является промышленно выпускаемый пистолет под торговой маркой TASER (оружие было описано в патенте США №3,803,463, опубликованном 9 апреля 1974 года и ныне утратившим силу, и в патенте США №4,253,132, опубликованном 24 февраля 1981 года и ныне утратившим силу, усовершенствования этого оружия были описаны в патенте США №5,654,867, опубликованном 9 августа 1977 года, и патенте США №6,636,412, опубликованном 21 октября 2003 года). Пистолет TASER стреляет двумя дротиками с заостренными электродами, соединенными проводами с корпусом пистолета. Через эти провода подается импульсное напряжение между двумя дротиками. Когда оба дротика поражают цель, заостренные электроды проникают в кожу или одежду. Электрическая цепь замыкается, и через цель между двумя электродами протекает ток, выводя цель из строя. Очевидными недостатками пистолета TASER являются: 1) радиус действия ограничен длиной проводов; 2) оба дротика должны поразить цель, иначе оружие не будет действовать; 3) движение цели или оружия может приводить к натяжению проводов, вырывая электроды из цели, при этом оглушающее действие прекращается; 4) оружие трудно перезарядить, и оно не может быть быстро использовано повторно в случае, если один из дротиков не попадает в цель или если возникает необходимость в оглушении второй цели; 5) пистолет TASER является специализированным оружием, неудобным для обычных полицейских, которым также необходимо иметь при себе обычное оружие.
Поэтому пуля, которая без колебаний может быть использована в ситуациях, в которых трудно идентифицировать цель или изолировать ее, это как раз то, что необходимо. Превосходно, если бы пуля выводила цель из строя при различной дальности действия, легко заряжалась, выстреливалась и перезаряжалась в обычное огнестрельное оружие (например, автоматический пистолет 45 калибра, штурмовая винтовка M16, револьвер, стандартный полицейский пистолет или ружье) и не вызывала тяжелых травм. Кроме того, желательно, чтобы цель оставалась выведенной из строя в течение нескольких минут (время, достаточное, чтобы обезопасить пространство и задержать цель).
Такая пуля должна обладать следующими свойствами:
a) отсутствие необходимости в медицинской помощи после воздействия;
b) отсутствие проводов (это означает, что не требуется присоединение провода к стационарному источнику питания);
c) наличие автономного источника питания;
d) возможность стрельбы из стандартного оружия без каких-либо изменений в этом оружии;
e) баллистические характеристики, подобные характеристикам обычных боеприпасов;
f) возможность хранения как обычных боеприпасов, и безопасность в обращении;
g) возможность хранения в течение длительного времени (порядка нескольких месяцев или лет);
h) возможность приспособления к различным калибрам.
Краткое изложение настоящего изобретения
Настоящее изобретение представляет собой несмертоносную беспроводную оглушающую пулю. Более точно, настоящее изобретение представляет собой пулю, выстреливаемую из обычного оружия; при столкновении с человеком пуля оглушает и выводит из строя цель, применяя импульсный электрический заряд. Электрическая пуля определяется как несмертоносный боеприпас, направленный на выведение человека из строя, лишение его возможности двигаться в течение короткого времени, что предотвращает совершение им преступления и дает возможность уполномоченным лицам его арестовать.
Электрическая пуля действует с помощью подачи электрических импульсов на цель, парализуя ее на короткое время без необходимости в медицинской помощи после воздействия. При столкновении пуля сама прикрепляется к цели и обеспечивает такое же действие, как стандартный ручной электрошокер. Импульсы электрического тока, образуемые пулей, значительно слабее критического уровня сердечных сокращений, и поэтому эти электрические импульсы несмертельны. Эти электрические импульсы вызывают нейромышечное расстройство, которое выводит из строя живой объект.
Настоящее изобретение также включает новый трансформатор, изготовленный с применением технологии тонких пленок, и аккумулятор, изготовленный с применением технологии тонких пленок. Трансформатор и аккумулятор меньше и легче обычных трансформаторов и аккумуляторов с такой же выходной мощностью. Небольшие аккумуляторы и трансформаторы с высокой мощностью необходимы, чтобы создать электрошок, который может оглушить человека с помощью устройства, имеющего размер обычной пули.
Согласно настоящему изобретению предлагается беспроводная пуля для оглушения цели, включающая подсистему смягчения удара для защиты цели от травмирования при ударе, вызванного соударением пули с целью, механизм прикрепления, для прикрепления беспроводной пули к цели при ударе ее в цель, и подсистему снабжения энергией, которая подает энергию на цель и посредством этого оглушает цель после того, как беспроводная пуля прикрепляется к цели с помощью механизма прикрепления.
Согласно настоящему изобретению предлагается гальванический элемент, изготовленный с применением технологии тонких пленок для создания электрического потенциала. Гальванический элемент включает в себя разделяющую подложку, два электрода, осажденные на разделяющую подложку, и электролит. Когда электролит абсорбируется разделяющей подложкой, ионы проходят через электролит между двумя электродами. Это создает электрический потенциал между двумя электродами.
Согласно настоящему изобретению предоставляется трансформатор, изготовленный при использовании технологии тонких пленок, включающий множество спиральных катушек, размещенных в двух блоках. В каждом блоке катушки размещены в виде пакета по меньшей мере из одной катушки.
В соответствии с другими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления, описанных ниже, беспроводная пуля также включает в себя цельный ободок, способствующий выстреливанию беспроводной пули при стрельбе беспроводной пулей из обычного огнестрельного оружия.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления беспроводная пуля по настоящему изобретению выполнена с возможностью выстреливания из обычного огнестрельного оружия. В частности, размер, форма и вес пули подобны размеру, форме и весу обычной пули, и эта пуля помещена в гильзу для выстреливания из пистолета.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления беспроводная пуля включает в себя стабилизатор, который создает аэродинамическое сопротивление, замедляя пулю и предотвращая травмирование при ударе в цель. Стабилизатор, кроме того, поддерживает аэродинамическую устойчивость, так что баллистическая траектория пули остается, насколько это возможно, плоской даже при пониженной скорости.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления механизм прикрепления беспроводной пули остается защищенным от случайного развертывания, пока механизм активирован. Активирование пули происходит при выстреливании.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления механизм прикрепления пули приводится в действие и разворачивается вблизи цели.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления механизм прикрепления беспроводной пули приводится в действие при соударении беспроводной пули с целью.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления во время хранения пули подсистема снабжения пули энергией находится в неактивированном состоянии с целью сохранения заряда. Подсистема снабжения энергией приводится в действие при соударении беспроводной пули с целью.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления подсистема снабжения пули энергией включает в себя аккумулятор, и этот аккумулятор хранится в неактивированном состоянии с целью сохранения заряда. Аккумулятор приводится в действие при соударении беспроводной пули с целью.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления подсистема смягчения удара пули включает в себя деформируемую подушку. Деформируемая подушка расположена в ударной зоне беспроводной пули. При соударении с целью подушка деформируется и "растягивает" энергию удара во времени и пространстве, предупреждая травмирование при ударе в цель.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления подсистема снабжения пули энергией включает в себя гальванический элемент, изготовленный с применением технологии тонких пленок.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления подсистема снабжения пули энергией включает в себя трансформатор, изготовленный с применением технологии тонких пленок.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления подсистема смягчения удара пули включает в себя подвижный блок. Подвижный блок не прикреплен жестко к ударной зоне пули и может двигаться относительно нее.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления подвижный блок включает в себя по меньшей мере один элемент, выбираемый из группы, состоящей из подсистемы снабжения энергией, механизма прикрепления, захвата, аккумулятора, трансформатора и конденсатора.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления движение подвижного блока относительно ударной зоны приводит в действие один из компонентов пули.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления пуля включает в себя подвижный блок и, кроме того, узел поглощения энергии. Узел поглощения энергии уменьшает замедление подвижного сборного узла и уменьшает силу удара пули при попадании в цель.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления пуля включает в себя подвижный блок и узел поглощения энергии. Узел поглощения энергии включает в себя фрикционный соединитель, пружину, гидравлический амортизатор, зубчатую направляющую и гибкий фиксатор.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления подсистема смягчения удара включает в себя дополнительную часть пули. Дополнительная часть пули сталкивается с целью отдельно от ударной зоны основной части пули. Таким образом, масса, связанная с ударной зоной основной части пули, уменьшается (поскольку основная часть пули не включает в себя компоненты, установленные на дополнительной части пули; следовательно, их масса не дает вклада в силу удара основной части пули). В связи с этим, кинетическая энергия, связанная с ударной зоной, понижается, что уменьшает травмирование при ударе в цель.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления пуля включает в себя дополнительную часть пули. Дополнительная часть пули соединена с основной частью пули и с ударной зоной основной части пули с помощью провода. При соударении основной части пули с целью провод обвивается вокруг цели, закрепляя ударную зону на цели в одном местоположении, а дополнительную часть пули, во втором местоположении.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления подсистема снабжения пули энергией создает электрическое напряжение. Электрическое напряжение используется как разность потенциалов между ударной зоной основной части пули и дополнительной части пули таким образом, что когда ударная зона находится вблизи цели в одном местоположении, а дополнительная часть пули находится вблизи цели в другом местоположении, электрическая энергия проходит через цель в виде электрического тока от первого местоположения ко второму местоположению.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления механизм присоединения пули, кроме того, служит в качестве канала передачи энергии от подсистемы снабжения энергией к цели.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления механизм присоединения является электродом и, кроме того, служит в качестве канала передачи энергии от подсистемы снабжения энергией к цели.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления механизм присоединения пули включает в себя крюк с бородкой.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления механизм присоединения пули включает в себя первый крюк с бородкой и второй крюк с бородкой. Первый крюк с бородкой зацепляется за цель под одним углом, а второй упомянутый крюк с бородкой зацепляется за цель под противоположным углом. Таким образом, два крюка с бородкой захватывают и опутывают цель.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления механизм присоединения включает в себя захват.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления механизм присоединения включает в себя захват, и захват выбрасывается из боковой области беспроводной пули.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления механизм присоединения включает в себя захват и подвижный блок. Подвижный блок может двигаться относительно ударной зоны пули. Движение подвижного блока относительно ударной зоны служит для внедрения захвата в цель.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления разделяющая подложка гальванического элемента имеет толщину менее чем 50 мкм.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления электроды гальванического элемента имеют толщину менее чем 100 мкм каждый.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления разделяющая подложка гальванического элемента в сухом состоянии является диэлектриком.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления гальванический элемент активируется во время использования, при нанесении электролита на разделяющую подложку.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления трансформатор, изготовленный с применением технологии тонких пленок, включает в себя первую спиральную катушку, которая является правосторонней катушкой, и вторую спиральную катушку, которая является левосторонней катушкой. Правосторонние и левосторонние катушки соединены в знакопеременной последовательности, так что ток течет вокруг центральной оси трансформатора в соответствующем направлении, таким образом создавая когерентное магнитное поле.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления каждая спиральная катушка трансформатора, изготовленного с применением технологии тонких пленок, включает в себя изолирующую подложку и проводник. Проводник размещается на изолирующей подложке в форме спирали.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления изолирующая подложка трансформатора, изготовленного с применением технологии тонких пленок, имеет толщину менее чем 30 мкм.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления провод трансформатора, изготовленного с применением технологии тонких пленок, имеет толщину менее чем 50 мкм.
В соответствии с прочими особенностями описываемых предпочтительных вариантов осуществления трансформатор, изготовленный с применением технологии тонких пленок, выполнен с возможностью обеспечения оптимальной трансформации напряжения в течение заданного интервала времени.
Краткое описание фигур
Настоящее изобретение описано только в качестве примера со ссылкой на сопровождающие фигуры, где:
Фиг.1 представляет внешний вид первого варианта осуществления оглушающей пули, имеющей электроды в виде механического захвата, в неактивном состоянии (например, перед выстреливанием);
Фиг.2 представляет первый вариант осуществления оглушающей пули в неактивном состоянии в разрезе;
Фиг.3 представляет механическую подсистему первого варианта осуществления оглушающей пули в неактивном состоянии (например, во время хранения и заряжения в оружие) крупным планом;
Фиг.4 представляет механическую подсистему первого варианта осуществления оглушающей пули в активном состоянии (например, во время полета) крупным планом;
Фиг.5 представляет механическую подсистему первого варианта осуществления оглушающей пули, взаимодействующей с целью в закрепленном состоянии (после соударения) крупным планом;
Фиг.6 представляет второй вариант осуществления оглушающей пули в неактивном состоянии в разрезе; второй вариант осуществления включает электроды в виде механических захватов и подвижного блока;
Фиг.7 представляет второй вариант осуществления оглушающей пули в закрепленном состоянии в разрезе;
Фиг.8 представляет внешний вид третьего варианта осуществления оглушающей пули, имеющей электроды в виде гибких захватов;
Фиг.9 представляет внешний вид четвертого варианта осуществления оглушающей пули, состоящей из двух дополнительных частей пули, перед выстреливанием;
Фиг.10 представляет внешний вид четвертого варианта осуществления оглушающей пули во время полета;
Фиг.11 представляет внешний вид четвертого варианта осуществления оглушающей пули, зацепленной за цель;
Фиг.12 представляет изображение спирали из миниатюрного трансформатора, изготовленного с применением технологии тонких пленок;
Фиг.13 представляет изображение пакета спиралей, образующих блок миниатюрного трансформатора, изготовленного с применением технологии тонких пленок;
Фиг.14а представляет изображение миниатюрного трансформатора, изготовленного с применением технологии тонких пленок в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.14b является схематическим представлением трансформатора, изготовленного с применением технологии тонких пленок, на Фиг.14а;
Фиг.15 представляет изображение миниатюрного гальванического элемента, изготовленного с применением технологии тонких пленок, в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.16 представляет изображение миниатюрного аккумулятора, изготовленного с применением технологии тонких пленок, в соответствии с настоящим изобретением.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
Принцип действия несмертоносной беспроводной оглушающей пули в соответствии с настоящим изобретением может быть лучше понят со ссылкой на фигуры и сопроводительное описание.
Фиг.1 представляет внешний вид первого варианта осуществления 10 оглушающей пули в соответствии с настоящим изобретением. Фиг.1, Фиг.2 и Фиг.3 представляют вариант осуществления 10 в неактивном состоянии. В неактивном состоянии пулю можно безопасно брать в руки, она не взорвется даже при умеренном давлении, например при падении пули с высоты 1,5 м. Для выстреливания оглушающая пуля заряжается в неактивном состоянии в обычное огнестрельное оружие. Пуля и, в частности, механизм прикрепления остаются в неактивном состоянии до выпуска (например, при выстреле из пистолета), во время которого ускорение при выстреливании вызывает активирование пули и механизма прикрепления (смотри Фиг. 3, Фиг.4 и Фиг.5 с сопровождающим описанием). Вариант осуществления 10 состоит из двух основных блоков: механического блока (смотри Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3, Фиг.4 и Фиг.5) и электрического блока (смотри Фиг.2, Фиг.6, Фиг.7 и Фиг.8). Механический блок служит в качестве механизма прикрепления для закрепления пули на цели. Электрический блок служит в качестве подсистемы снабжения энергией, чтобы подвергнуть цель импульсному электрошоку.
На Фиг.1 представлен корпус 12 пули. Корпус 12 пули - полый и вмещает активные элементы пули, как это показано на последующих фигурах. Четыре прорези 14 на боковой части корпуса 12 пули служат проходами, через которые при соударении выбрасываются и разворачиваются захваты 20 (смотри Фиг.3, Фиг.4 и Фиг.5). Захваты служат механизмом прикрепления, для закрепления пули на цели 40 (смотри Фиг.5).
Пуля 10 может быть выпущена на расстоянии 10-30 м без поражения насмерть. Электрическая пуля довольно тяжелая. Поэтому чтобы избежать тяжелых травм на таких коротких расстояниях, удар минимизируется с помощью подсистемы смягчения удара. Подсистема смягчения удара действует таким образом, чтобы: 1) увеличивая площадь удара, рассредоточить энергию удара по большей площади и 2) смягчить удар, распределяя энергию удара в течение относительно длительного времени. Увеличение площади удара и распределение энергии удара во времени достигается посредством деформируемой подушки 16, расположенной в ударной зоне пули. В варианте осуществления 10 предпочтительной баллистической характеристикой является плоская, насколько это возможно, траектория, для достижения удобного прицеливания и большей точности. Поэтому удар наносится перпендикулярно цели, и ударной зоной является передняя часть пули (обозначенная как деформируемая подушка 16).
2
Деформируемая подушка 16 сминается и сплющивается при ударе, таким образом рассредоточивая энергию удара на большей площади и распределяя энергию удара в течение большего времени (требуемого для сжатия деформируемой подушки 16), чем площадь удара и время для цельной пули. Распределение энергии удара уменьшает возможность травмирования. Чтобы дополнительно уменьшить вероятность тяжелых травм, ударная зона в варианте осуществления 10 свободна от твердых элементов, чтобы уменьшить проникающую способность или "жесткий" удар, который может вызвать травму со смертельным исходом. Данная конструкция учитывает, что максимальное допустимое отношение энергия/площадь, позволяющее избежать требующих продолжительного лечения травм в результате удара, составляет порядка 30 Дж/см.
На Фиг.1 также показан цельный ободок 18, который уплотняет и поддерживает давление в гильзе. Цельный ободок 18 включает в себя кольцеобразную канавку 19, которая позволяет ободку расширяться под действием давления во время выстрела и улучшает уплотнение между пулей и гильзой. Этот эффект имеет место на протяжении всего движения пули в гильзе. Обычные размеры уплотнения составляют: выступ 0,2 мм, толщина 1 мм и глубина канавки или разжимание материала по окружности 4 мм.
Фиг.2 представляет вариант осуществления 10 оглушающей пули в соответствии с настоящим изобретением в разрезе. На ней показаны корпус 12 пули, прорези 14, деформируемая подушка 16, захваты 20, аккумуляторы 52, высоковольтный трансформатор 54, низковольтный трансформатор 56 и конденсатор 58.
Фиг.3 представляет разрез верхней половины передней части варианта осуществления 10 оглушающей пули в соответствии с настоящим изобретением в неактивном (безопасном) состоянии. Вариант осуществления 10 симметричен, поэтому его нижняя половина является зеркальным отражением нижней половины. Вследствие этого нижняя часть не показана. Механический блок пули может включать в себя захват 20, шип 22, предохранительный штифт 24, пружину 26 высвобождения предохранительного штифта и пусковой элемент 28. Пусковой элемент 28 имеет паз 38. Также показаны фиксатор 30 захвата, грузик 32 маятника и ось шарнира 34. Захват 20 постоянно удерживается фиксатором 30 захвата и не может развернуться. Подобным образом фиксатор 30 захвата постоянно удерживается осью шарнира 34 и грузиком 32 маятника. В неактивном состоянии грузик 32 маятника не может раскачиваться вперед, так как в этом направлении его движение заблокировано предохранительным штифтом 24. На Фиг.3 также можно видеть аккумулятор 52, который будет описан более детально в описании, связанном с Фиг.15 и Фиг.16.
Фиг.4 представляет вариант осуществления 10 пули в активированном состоянии во время полета. Захват 20 все еще удерживается фиксатором 30 захвата. Тем не менее, на Фиг.4 вариант осуществления 10 пули находится в активированном состоянии. В частности, при выстреливании (стрельбе пулей) силы инерции служат причиной скольжения пускового элемента 28 в обратном направлении, при этом паз 38 пускового элемента 28 оказывается на одной линии с предохранительным штифтом 24. Затем пружина 26 высвобождения предохранительного штифта толкает предохранительный штифт 24 в паз 38. Таким образом, предохранительный штифт 24 больше не блокирует движение грузика 32 маятника. Соответственно, фиксатор 30 захвата и грузик 32 маятника могут свободно поворачиваться вокруг оси шарнира 34.
Фиг.5 представляет вариант осуществления 10 оглушающей пули, когда механизм прикрепления переведен в состояние закрепления. Когда вариант осуществления 10 активированной пули (как показано на Фиг.4) соударяется с целью 40 (как показано на Фиг.5), силы инерции толкают грузики 32 маятника вперед, что служит причиной поворота грузиков 32 маятника и фиксаторов 30 захватов вокруг осей шарнира 34, освобождая и приводя в действие захваты 20a-d. Захваты 20a-d после освобождения выбрасываются по бокам пули через прорези 14, чтобы, зацепив цель 40, прикрепить к ней пулю.
Механизм прикрепления пули в варианте осуществления 10 включает в себя четыре захвата 20а, 20b, 20с, 20d с соответствующими шипами 22а, 22b, 22с и 22d каждый. Благодаря полукруглой траектории захватов 20a-d каждый захват цепляет цель 40 под разными углами. Шипы 22a-d тонкие и острые. Поэтому шипы 22a-d и, следовательно, захваты 20a-d пронизывают одежду, кожу и другие материалы и зацепляются за тело цели 40, чтобы связать цель 40, помешав цели 40 освободиться от пули в варианте осуществления 10. В частности, захват 22а зацепляется за цель под первым углом, а захват 22с зацепляется за цель 40 под противоположным углом. Подобным образом захваты 22b и 22d зацепляются за цель 40 в противоположных направлениях. Из уровня техники несмертоносного оружия понятно, что поскольку шипы 22а и 22с зацепляются за цель 40 с противоположных сторон и в противоположных направлениях, то они сжимают, опутывают и захватывают цель 40, прикрепляя пулю к цели 40 и чрезвычайно затрудняя возможность цели 40 освободиться от пули в варианте осуществления 10. Тот же самый эффект достигается с помощью противоположных шипов 22b и 22d. Поскольку захваты 20a-d сближаются с целью по полукруглой дуге сбоку пули, захваты 20a-d не пересекаются с фронтальной ударной зоной деформируемой подушки 16, которая деформируется во время удара.
Удар также инициирует действие электрической подсистемы оглушающей пули. Электрическая подсистема не показана в варианте осуществления 10, а иллюстрируется в варианте осуществления 100 на Фиг.6. Электрическая подсистема является также подсистемой снабжения энергией, что позволяет подвергать цель электрошоку. Подсистема снабжения энергией варианта осуществления 100 включает в себя аккумуляторы 52 для снабжения электроэнергией, прерыватель (не показан) для преобразования постоянного тока от аккумуляторов 52 в переменный ток. Подсистема снабжения энергией также включает в себя пружинные электроды 108 для подачи переменного электрического тока на низковольтный трансформатор 56. Подсистема снабжения энергией также включает в себя высоковольтный трансформатор 54 для преобразования импульсов тока низкого напряжения от низковольтного трансформатора 56 в импульсы тока высокого напряжения. В процессе этого преобразования переменный ток низкого напряжения выпрямляется и накапливается в конденсаторе 58. Конденсатор 58 разряжается через высоковольтный трансформатор 54, в котором импульс низкого напряжения преобразуется в импульс высокого напряжения. Наконец, с подсистемой снабжения энергией соединены захваты 20, которые служат электродами, передающими заряд от высоковольтного трансформатора 54 к цели 40.
В частности, пуля в варианте осуществления 100 (Фиг.6) включает в себя жестко закрепленный 102 блок, жестко соединенный с корпусом 12 пули. Жестко закрепленный 102 блок включает в себя механические элементы (не показаны) и аккумуляторы 52. Подвижный 104 блок скользит вдоль направляющей 106. Таким образом, подвижный 104 блок может двигаться относительно корпуса 12 пули и относительно ударной зоны пули (деформируемой подушки 16). Подвижный блок 104 включает в себя высоковольтный трансформатор 54, низковольтный трансформатор 56, конденсатор 58 и пружинные электрические контакты 108. Подвижный блок 104 также включает в себя гибкий фиксатор 110. По мере того как подвижный блок 104 скользит вдоль направляющей 106, гибкий фиксатор 110 скользит вдоль зубчатой направляющей 112, двигаясь по зубцам и погашая, таким образом, энергию.
Когда пуля в варианте осуществления 100 соударяется с целью (не показана), деформируемая подушка 16 быстро сминается, и корпус 12 пули и жестко закрепленный 102 блок резко тормозятся. С другой стороны, подвижный блок 104 продолжает двигаться вперед, скользя вдоль направляющей 106 по направлению к жестко закрепленному блоку 102. Подвижный блок 104 тормозится за счет энергии, поглощаемой при контакте гибкого фиксатора 110 с зубчатой направляющей 112. Поэтому скорость торможения подвижного блока 104 меньше, чем скорость торможения корпуса 12 пули и жестко закрепленного блока 102. Как следует из уровня техники устройств поглощения кинетической энергии, сила удара пропорциональна скорости торможения и массе, которая тормозится. Поэтому вследствие размещения подвижного 104 блока на направляющей, поглощающей энергию, сила удара пули в варианте осуществления 100 на цель значительно уменьшается. Это уменьшает вероятность того, что цель пострадает от удара. Таким образом, в подсистему смягчения удара варианта осуществления 100 входят подвижный блок 104, пружинные электрические контакты 108, гибкий фиксатор 110 и зубчатая направляющая 112 вместе с деформируемой подушкой 16.
При столкновении пули в варианте осуществления 100 с целью сила инерции вызывает скольжение подвижного блока 104 вперед вдоль направляющей 106. Вскоре после столкновения пули в варианте осуществления 100 с целью подвижный блок 104 скользит к концу направляющей 106. Тогда подвижный блок 104 сталкивается с жестко закрепленным 102 блоком. При столкновении подвижный блок 104 толкает пусковую кнопку 602 (смотри Фиг.16), приводящую в действие аккумуляторы 52. Соответственно, в отсутствие экстремальных инерционных сил (порядка инерционных сил при выстреливании и ударе пули) подвижный 104 блок удерживается совместно с жестко закрепленным 102 блоком с помощью силы связи между гибким фиксатором 110 и зубчатой направляющей 112, как это показано на Фиг.7. В то время как подвижный блок 104 и жестко закрепленный 102 блок удерживаются вместе, пружинные электрические контакты 108 соединяют низковольтный трансформатор 56 через прерыватель с клеммами 604а и 604b аккумуляторов 52 (смотри Фиг.16) (каждый пружинный электрический контакт 108 соединяется с каждой клеммой 604 аккумулятора), подводя постоянный ток к прерывателю и переменный электрический ток к низковольтному трансформатору 56. Низковольтный трансформатор 56 электрически соединен с конденсатором 58 и также, в свою очередь, соединен с высоковольтным трансформатором 54.
Низковольтный трансформатор 56 полностью заряжает конденсатор 58. Конденсатор 58 разряжается через высоковольтный трансформатор 54 на захваты 20, пропуская импульсы электрического тока высокого напряжения через цель 40, выводя ее из строя. Таким образом, электрическая система остается неактивизированной до соударения с целью, в момент которого движение подвижного блока 104 относительно ударной зоны пули вызывает активацию аккумуляторов 52 и соединяет их с низковольтным трансформатором 56, высоковольтным трансформатором 54 и конденсатором 58. Из уровня техники электрических устройств понятно, что до соударения с целью (например, во время хранения пули и во время ее полета) аккумуляторы 52 неактивированы и не соединены с низковольтным трансформатором 56, высоковольтным трансформатором 54 или конденсатором 58. Поэтому во время хранения в аккумуляторах 52 сохраняется максимальный заряд для максимального оглушающего действия на цель во время удара.
Торможение подвижного 104 блока рассчитывается по времени таким образом, что соударение между подвижным блоком 104 и жестко закрепленным блоком 102 происходит после запуска, развертывания и распрямления захватов 20 (смотри Фиг.7). В момент соударения между подвижным блоком 104 и жестко закрепленным блоком 102 кинетическая энергия от подвижного блока 104 передается через жестко закрепленный блок 102 развернутым захватам 20. Эта переданная кинетическая энергия продвигает захваты 20 дальше в цель, что затрудняет освобождение цели от пули в варианте осуществления 100.
Оглушающая пуля в варианте осуществления 100 имеет следующие электрические параметры:
- выходное напряжение 50-100 киловольт (кВ);
- выходной ток от 1-10 микроампер (мкА);
- длительность импульса от 10 микросекунд (мкс) до 10 миллисекунд (мс);
- частота повторения 10-40 Гц;
- рабочее время от 1 мин до 5 мин.
На Фиг.7 также показан стабилизатор 114. Стабилизатор 114 установлен на шарнире 116. Шарнир 116 дает возможность сложить стабилизатор 114 в корпус 12 пули во время хранения и заряжения в оружие. Стабилизатор 114 удерживается в сложенном (закрытом) положении гильзой пули. Когда пуля выстреливается, она высвобождается из гильзы, и стабилизатор 114 открывается. В полете стабилизатор 114 служит двум целям. Во-первых, стабилизатор 114 создает аэродинамическое сопротивление и тормозит пулю, уменьшая вероятность травмирования цели. Кроме того, благодаря своим аэродинамическим характеристикам стабилизатор 114 увеличивает устойчивость пули. Таким образом, даже при невысоких скоростях баллистические характеристики остаются высокими, и траектория остается плоской, насколько это возможно.
Фиг.8 иллюстрирует альтернативный вариант осуществления 200 оглушающей пули в соответствии с настоящим изобретением. Вместо захватов, заряжаемых с помощью пружинного механизма (как в вариантах осуществления 10 и 100), механизм прикрепления 200 оглушающей пули включает гибкие захваты 220, изготовленные из гибкой проволоки. Когда ударная зона 210 оглушающей пули в варианте осуществления 200 сталкивается с целью (не показана), гибкие захваты 220 благодаря силам инерции изгибаются в направлении цели, кроме того, эти силы загоняют шипы 22 на концах гибких захватов 220 в цель. За исключением механики захватов 220 оглушающая пуля в варианте осуществления 200 действует таким же образом, как и оглушающие пули в вариантах осуществления 10 и 100. Когда гибкие захваты 220 находятся в контакте с целью, они действуют в качестве электродов, выводя из строя цель посредством пропускания через нее тока высокого напряжения. Поскольку гибкие захваты 220 не включают в себя движущихся частей, их производство обходится дешевле по сравнению с захватами 20 вариантов осуществления 10 и 100. Оглушающая пуля в варианте осуществления 200 также включает в себя шипы 222 в ударной зоне 210 пули. Шипы 222 короткие, они не проникают в человека сквозь одежду, а предназначены для закрепления на одежде, удерживая пулю на цели. В пуле по варианту осуществления 200 электрическое напряжение подводится к противоположным гибким захватам 220 (таким образом, одни гибкие захваты 220 имеют положительный электрический потенциал, а другие гибкие захваты 220 - отрицательный электрический потенциал). Вследствие разности потенциалов через цель между положительно и отрицательно заряженными гибкими захватами проходит электрическая энергия (ток), также как в варианте осуществления 10, показанном на Фиг.5. В качестве альтернативы положительный потенциал может подаваться на шипы 222, а отрицательный потенциал - на захваты 220. Таким образом, ток проходит через цель между захватами 220 и шипами 222.
На Фиг.9 показан еще один вариант осуществления 300 оглушающей пули. На Фиг.9 показан вариант осуществления 300 оглушающей пули перед выстреливанием. Там показаны дополнительные части пули 302а и 302b. Высоковольтный провод 304 соединяет дополнительные части пули 302а и 302b. Перед выстреливанием пули высоковольтный провод 304 сматывается и помещается в цельную капсулу вдоль дополнительных частей пули 302а и 302b, как это показано на Фиг.9.
После выстреливания капсула выпадает, открывая ударную зону дополнительной части пули 302а. Внешняя часть дополнительной части части пули 302а является ударной зоной и содержит шипы 222, которые предназначены для закрепления на одежде человека. Благодаря эластичности высоковольтного провода 304 дополнительные части пули 302а и 302b движутся отдельно на расстоянии, ограниченном длиной высоковольтного провода 304 (10-50 см). Каждая дополнительная часть пули 302а и 302b вращается в пространстве и летит к цели 40. Также после выстреливания пули инерционный выключатель (не показан) включает электрические системы и активирует аккумуляторы (не показаны) дополнительных частей пули 302а и 302b (электрическая система дополнительных частей пули 302а и 302b подобна электрической системе, показанной на Фиг.2). В варианте осуществления 300 пули аккумулятор 52 содержится в дополнительной части пули 302а, а высоковольтный трансформатор 54, низковольтный трансформатор 56 и конденсатор 58 содержатся в дополнительной части пули 302b.
На Фиг.11 показано закрепление оглушающей пули в варианте осуществления 300 на цели 40. Механизм прикрепления пули в варианте осуществления 300 включает в себя высоковольтный провод 304, который обматывается вокруг цели 40, и шипы 222, которые вонзаются в цель 40. Когда ударная зона дополнительной части пули 302а сталкивается с целью 40, шипы 222 на дополнительной части пули 302а вонзаются в цель 40. Вследствие эластичности высоковольтного провода 304 он обматывается вокруг цели 40. Кроме того, поскольку высоковольтный провод 304 обматывается вокруг цели 40, дополнительная часть пули 302b наносит удар цели 40 отдельно от ударной зоны (дополнительной части пули 302а). Затем шипы 222 на дополнительной части пули 302b вонзаются в цель 40. Когда обе дополнительные части пули 302а и 302b находятся вблизи цели 40, разность потенциалов между дополнительными частями пули 302а и 302b обеспечивает импульсный ток через цель 40, оглушая и выводя ее из строя. Заметим, что поскольку дополнительная часть пули 302а содержит ударную зону пули, дополнительную часть пули 302а также называют корпусом пули.
К преимуществам варианта осуществления 300 пули относятся:
a) масса пули разделена на две части, и поэтому сила удара уменьшается по сравнению с цельной пулей;
b) электроды варианта осуществления 300 пули не должны касаться или проникать в кожу цели 40. Таким образом, вероятность существенного повреждения кожи цели 40 уменьшается. Поскольку положительный и отрицательный электроды (на дополнительных частях пули 302а и 302b соответственно) отделены друг от друга на расстояние 10-50 см, ток высокого напряжения будет проходить через цель 40 и действовать на него, даже когда электроды отделены от кожи цели 40 одеждой или воздушной прослойкой;
c) вариант осуществления 300 пули требует меньшее количество шипов, чтобы удерживать шокер в зоне взаимодействия, по сравнению с вариантами осуществления 10, 100 и 200 пули;
d) необходимость удерживать пулю только на одежде, а не на теле человека ведет к уменьшению размера шипов, что, в конечном счете, уменьшает возможность травмирования, вызываемого шипами на человеческой ткани, если пуля ударяет цель 40 рядом с чувствительной точкой;
e) разделение пули на две части (или больше) может увеличить дальность прицельной стрельбы оружия.
Для образования электрошока, который будет выводить из строя взрослого человека на 5 мин, с помощью механизма, имеющего размеры стандартного оружия, требуется, чтобы электрические элементы (аккумулятор 52, высоковольтный трансформатор 54, низковольтный трансформатор 56 и конденсатор 58) были меньше и эффективнее, чем те, что доступны в настоящее время. Настоящее изобретение представляет миниатюрные электрические элементы, использующие новые применения технологии тонких пленок.
Высоковольтный трансформатор 54 изготавливается используя технологию тонких пленок. Фиг.12 иллюстрирует спиральную катушку 400а, являющуюся элементом трансформатора, изготовленного с применением технологии тонких пленок. Проводник 402а представляет собой тонкий слой металла, вытянутый и закрученный по спирали на поверхности изолирующей пленочной подложки 404а. Проводник 402а изготовлен в форме правосторонней спирали. На внешнем конце этой спирали находится внешний разъем 406а электрода. На внутреннем конце этой спирали находится внутренний разъем 408а электрода. Внешний разъем 406а электрода доступен и открывается на верхнюю сторону (обращена в сторону от плоскости страницы) спиральной катушки 400а. Внутренний разъем 408а электрода изолирован от вышеупомянутого, но доступен и открывается на оборотную сторону спирального электрода 400а. Таким образом, спиральный электрод 400а соединяется с внешним электродом сверху через внешний разъем 406а, и спиральный электрод 400а соединен со вторым внешним электродом снизу через внутренний разъем 408а электрода (смотри Фиг.13).
Показанное на Фиг.13 множество спиральных катушек 400а, 400b, 400с и 400d с соответствующими проводящими спиральными слоями 400а, 400b, 400с и 400d собираются в блок 420а, который служит обмоткой трансформатора (смотри Фиг.14а-b). Когда электрическое напряжение прикладывается к входным клеммам 412а и 412b, ток течет от входной клеммы 412а к внешнему разъему 406а электрода. Ток продолжает течь через проводник 402а, который закручивается внутрь в правостороннюю спираль к внутреннему разъему 408а электрода. Внутренний разъем 408а электрода соединен с внутренним разъемом 408b электрода на спиральной катушке 400b через механический соединительный элемент 414а. Спиральная катушка 400b подобна спиральной катушке 400а за исключением того, что проводник 402b спиральной катушки 400b является левосторонней спиралью. Кроме того, внутренний разъем 408b электрода на спиральной катушке 400b открыт для соединений сверху спиральной катушки 400b, в то время как внешний разъем 406b электрода открыт для соединений снизу спиральной катушки 400b. Таким образом, ток течет от внутреннего разъема 408b электрода, закрученного в правую сторону, наружу к внешнему разъему 406b электрода. Из известного уровня техники электромагнитных устройств понятно, что поскольку ток закручивается вправо и в спиральной катушке 400а, и в спиральной катушке 400b, обе катушки создают магнитное поле, направленное вниз. Следовательно, магнитные поля, создаваемые катушками 400а и 400b, складываются.
Подобным образом спиральная катушка 400с является правосторонней спиралью, точно такой же, как спиральная катушка 400а. Соответственно, ток проходит от спиральной катушки 400b к спиральной катушке 400с через механический соединительный элемент 414b до внешнего разъема 406с электрода, закручивается вправо и внутрь до внутреннего разъема 408с электрода, содействуя усилению магнитного поля, направленного вниз. Ток продолжает течь через спиральную катушку 400d, которая является левосторонней катушкой, точно такой же, как спиральная катушка 400b. Таким образом, ток закручивается вправо и наружу к внешнему разъему 406d электрода, усиливая магнитное поле, направленное вниз. Ток проходит от внешнего разъема 406d электрода к внешней клемме 412b.
Фиг.14а и Фиг.14b иллюстрируют блок 420а, служащий первичной обмоткой повышающего трансформатора. Блок 420а соединен с источником переменного тока 416. Ток, проходя через обмотку блока 420а, индуцирует переменное магнитное поле. Это магнитное поле индуцирует ток в блоке 420b. Блок 420b представляет собой пакет чередующихся правосторонних и левосторонних спиралей (400 не показан), соединенных в группы таким же образом, как в блоке 400а. Блок 420b содержит 16 спиральных катушек (400 не показаны). Катушки (400) блока 420b собраны в два пакета 422а и 422b по 8 катушек каждая. Пакеты 422а и 422b соединяются рядом механических соединительных элементов 414е. Блок 420а установлен между пакетами 422а и 422b так, что спиральные катушки 400a-400d коаксиальны со спиральными катушками (400) блока 420b. Таким образом, когда входное напряжение и ток подаются на блок 420а, возникает магнитное поле. Магнитное поле индуцирует электрический потенциал, в четыре раза превышающий входное напряжение на блоке 420b (от входной клеммы 412с до выходной клеммы 412d).
Обычные трансформаторы для передачи магнитного поля от первичной обмотки к вторичной обмотке нуждаются в ферритовых или стальных сердечниках. Ферритовый сердечник увеличивает вес трансформатора и также уменьшает его эффективность. Поскольку обмотка высоковольтного трансформатора 52, изготовленного с применением технологии тонких пленок, очень плотно упакована, то расстояние между первичной и вторичной обмотками мало, и высоковольтный трансформатор 52 не имеет проводящего сердечника. В результате высоковольтный трансформатор 52 легче и эффективнее обычных трансформаторов.
Поскольку высоковольтный трансформатор 52 предназначен только для одноразового использования и время его работы не более 10 мин, поперечное сечение проводящего слоя высоковольтного трансформатора 52 может быть меньше, чем допускается в обычном трансформаторе. Тонкий проводящий слой будет вызывать временное нагревание трансформатора, но, тем не менее, короткий срок эксплуатации трансформатора гарантирует, что тепловой пробой не произойдет. Уменьшение размеров проводящего слоя позволяет, кроме того, уменьшить размеры и вес высоковольтного трансформатора 52 по сравнению с обычными трансформаторами.
Например, один вариант осуществления трансформатора, изготовленного с применением технологии тонких пленок, имеющего входное напряжение 1 кВ и ток 1 мА, выходное напряжение и ток 100 кВ и 10 мкА и время работы 5 мин, изготовлен из следующих материалов.
Таблица 1
Трансформатор, изготовленный с применением тонких пленок
Толщина
Ширина
Материал
Проводник
5 мкм
0,1 мм
Алюминий
Изолятор
10 мкм
Расстояние между последовательными витками (за оборот) 0,1 мм
Бумага
Внешний диаметр каждой спиральной катушки составляет 12 мм и внутренний диаметр каждой катушки составляет 5 мм; каждая спираль имеет 10 витков. Трансформатор имеет 10 спиральных катушек, упакованных в первичную обмотку, и 1000 спиральных катушек, упакованных во вторичную обмотку. Таким образом, трансформатор представляет собой цилиндр с общими размерами: высота 16 мм и диаметр 12 мм. Масса трансформатора составляет 10 г.
Он меньше, легче и эффективнее обычных трансформаторов с проволочными обмотками и ферритовыми сердечниками. Чтобы получить на выходе напряжение 100 кВ и ток 10 мкА, обычный трансформатор должен иметь входное напряжение 1 кВ и ток 1 мА, а его размеры должны быть: диаметр 23 мм, высота 50 мм, вес 40 г.
Из уровня техники электрических устройств понятно, что электрический потенциал (падение напряжения) между смежными спиральными катушками 400а и 400b составляет примерно одну четверть электрического потенциала между входной клеммой 412а и выходной клеммой 412b. В общем случае, поскольку спиральные катушки (400) уложены в блоки (420), электрический потенциал между смежными спиральными катушками составляет V/N, где V - электрический потенциал на всем блоке, а N - число спиральных катушек в блоке. Поскольку разность потенциалов между соседними спиральными катушками намного меньше, чем падение напряжения на всем блоке, то возможность закоротить обмотку уменьшается. Это дает возможность изготовить трансформатор очень высокого напряжения без необходимости объемного/тяжелого изоляционного материала между обмотками. Это уменьшает размер и вес трансформатора относительно обычных трансформаторов с проволочной обмоткой.
Трансформатор, изготовленный с применением технологии тонких пленок, в соответствии с настоящим изобретением меньше и легче, чем обычный трансформатор, поскольку:
- у трансформатора, изготовленного с применением технологии тонких пленок, плотнее упакованы витки по сравнению с обычным трансформатором;
- поскольку трансформатор, изготовленный с применением технологии тонких пленок, имеет слоистую структуру, то разность потенциалов между смежными обмотками меньше, чем напряжение между первой и последней обмоткой (через блок трансформатора). Поэтому в случае высокого напряжения (более 10 кВ) для трансформатора, изготовленного с применением технологии тонких пленок, требуется меньше изоляции между обмотками, чем для обычного трансформатора, и нет необходимости наполнять высоковольтный трансформатор на основе тонких пленок жидким изолирующим материалом, чтобы уменьшить возможность короткого замыкания между обмотками;
- в традиционных трансформаторах, чтобы способствовать распространению магнитного поля от первичной обмотки к вторичной обмотке, необходимо иметь железный (ферритовый/стальной) магнитный сердечник. Вследствие малых размеров обмоток в трансформаторе, изготовленном с применением тонких пленок, магнитное поле первичной катушки распространяется к вторичной катушке без необходимости в ферритовом сердечнике;
- авторы уменьшили поперечное сечение проводящего слоя по сравнению с обычными трансформаторами. Хотя уменьшение поперечного сечения проводящего слоя приводит к высоким плотностям тока и даже к нагреву катушек трансформатора, нет необходимости беспокоиться о возможном тепловом пробое, поскольку трансформатор одноразовый, используемый в течение короткого времени.
Другими преимуществами трансформатора, изготовленного с применением тонких пленок, в соответствии с настоящим изобретением по сравнению с традиционными трансформаторами являются: отсутствие необходимости в железном сердечнике, который уменьшает эффективность трансформации напряжения; параметры трансформации трансформатора, изготовленного с применением тонких пленок, можно легко варьировать, изменяя количество спиральных катушек.
Из уровня техники электронных устройств понятно, что многие возможные варианты трансформатора, соответствующие сущности настоящего изобретения, включаются в этот патент. Для спиральных катушек могут использоваться альтернативные проводящие материалы, например медь, алюминий и углерод. Соединение между концами спиралей может осуществляться альтернативными методами, например механическими соединительными элементами или электропроводящим клеем. Трансформатор, изготовленный с применением тонких пленок, может включать магнитный ферритный сердечник или работать без феррита. Спиральные проводники могут быть созданы на разделяющей подложке многими способами, включая растекание, химическое осаждение/седиментацию обычным образом или другими известными способами. Слои изолирующих подложек могут быть соединены клеем или удерживаться внешней конструкцией пули. Материалы таких изолирующих подложек могут включать различные изоляторы, например бумагу и пластмассу.
Типичными интервалами параметров при производстве трансформаторов, изготовленных с применением технологии тонких пленок, являются: толщина изолирующей подложки 3-50 мкм; один трансформатор содержит от 10 спиральных катушек до 10000 спиральных катушек; высота блока уложенных спиральных катушек 10-30 мм. На выходе трансформатора напряжение составляет 100-2000 В при токе 1-10 мА для низковольтного трансформатора и 50-100 кВ при токе 1-100 мА для высоковольтного трансформатора.
На Фиг.15 представлен гальванический элемент 500 в соответствии с настоящим изобретением. Гальванический элемент 500 является одноразовым малогабаритным химическим источником энергии, изготовленным с применением тонких пленок. Электроды (катод 502 в качестве окислителя и анод 504 в качестве восстановителя) изготовлены в форме набора твердых слоев, в качестве электродов с окислительно-восстановительными пленками, осажденными на разделяющей подложке 506. И катод 502 и анод 504 соединяются с полюсами 604а и 604b аккумуляторной батареи (смотри Фиг.16) через силовые провода 508а и 508b.
Вначале сухая разделяющая подложка 506 действует как диэлектрическая изоляционная мембрана, разделяя электроды (плюс [катод 502] и минус [анод 504]). И катод 502, и анод 504 созданы с использованием распылительной установки, создающей тонкий поверхностный слой на разделяющей подложке 506. Гальванический элемент 500 активизируется, когда первоначально сухая разделяющая подложка 506 абсорбирует электролит 606 (смотри Фиг.16). Сухая разделяющая подложка 506 очень гидрофильная и быстро затягивает электролит 606 в поры разделяющей подложки 506. Капиллярные силы быстро распределяют электролит 606 по всей поверхности и катода 502, и анода 504. Затем электролит 606 способствует движению ионов между катодом 502 и анодом 504, создавая электрический потенциал на силовых проводах 508а и 508b и полюсах 604а и 604b аккумуляторной батареи.
Разделяющая подложка 506 изготовлена в виде ленты, свернутой в форме спирали, как показано на Фиг.15. Таким способом получаем большую площадь поверхности и катода 502, и анода 504 в небольшом (малого объема) гальваническом элементе. Большая площадь поверхности электродов дает возможность получения значительного тока в течение короткого времени существования гальванического элемента 500.
Гальванический элемент 500 активизируется, когда разделяющая подложка 506 абсорбирует электролит 606. Сначала электролит 606 находится внутри ампулы 608. Во время использования ампула 608 разрушается с помощью миниатюрного острого бора 610, как это показано на Фиг.16. В частности, в варианте осуществления 100 оглушающей пули (смотри Фиг.6 и Фиг.7), ампула 608 разбивается после соударения с целью 40 (не показана), когда подвижный блок 104 нажимает пусковую кнопку 602. Кинетическая энергия от подвижного блока 104, таким образом, передается ампуле 608, сталкивая ампулу 608 с острым бором 610, разбивая ее и освобождая электролит 606. Затем электролит 606 приходит в контакт с разделяющей подложкой 506 и абсорбируется ею. После этого движение ионов через электролит 606 между катодом 502 и анодом 504 формирует (и активирует) гальванический элемент 500 и, соответственно, аккумулятор 52.
Из уровня техники гальванических элементов понятно, что поскольку гальванический элемент 500 и аккумулятор 52 неактивны, когда элемент собран (на заводе до использования), гальванический элемент 500 и аккумулятор 52 хранятся в неактивном состоянии. Поэтому гальванический элемент 500 и аккумулятор 52 сохраняют заряд лучше и имеют более длительный срок хранения, чем обычные аккумуляторы.
Для примера один вариант осуществления гальванического элемента, изготовленного с применением технологии тонких пленок, для использования в оглушающей пуле изготовлен следующим образом.
Таблица 2
Ленты электродов
Толщина
Длина
Ширина
Материал
Разделяющая подложка
50 мкм
1400 м
3,0 мм
Бумага
Катод
15 мкм
1400 м
2,5 мм
PbO<sub>2</sub>
Анод
15 мкм
1400 м
2,5 мм
Pb
3
2
4
2
Эти ленты свертываются в форме цилиндра высотой 6 мм и диаметром 12 мм. Аккумулятор активируется с помощью электролита объемом 3 см, состоящего из 50%HSO+50%HO. Гальванический элемент генерирует ток 5 А с электрическим напряжением 2 В (вырабатывая, таким образом, мощность 10 Вт) за 2 мин.
Очевидно преимущество краткосрочного действия аккумулятора, изготовленного с применением технологии тонких пленок, по сравнению со стандартными малогабаритными аккумуляторами (например, со стандартными аккумуляторами слуховых аппаратов, имеющими вес и объем, подобные вышеупомянутому варианту осуществления аккумулятора на основе тонких пленок), которые генерируют максимальный ток 1,5 А при напряжении 1,5 В.
3
Из уровня техники гальванических элементов ясно, что материалы и размеры аккумулятора, изготовленного с применением технологии тонких пленок, могут модифицироваться в зависимости от желаемых выходных и физических характеристик аккумулятора. Подобные модификации соответствуют сущности настоящего патента. Примерные параметры для аккумулятора с выходным напряжением 0,5-3 В и выходным током 1-10 А таковы: толщина разделяющей подложки 10-50 мкм, толщина электродных слоев 1-50 мкм и объем электролита 1-6 см.
Преимущества химического аккумулятора 52, изготовленного с применением технологии тонких пленок, по сравнению с обычными аккумуляторами заключаются в следующем:
- большие поверхности электродов генерируют большой ток при сравнительно небольших размерах источника;
- одноразовое использование и короткое время работы (около 2-10 мин) позволяет уменьшить объем электролита и электродов, и, следовательно, размеры и вес нового химического источника;
- электроды и мембраны распределены таким образом, что ускорение пули выстреливания и взаимодействия с человеческим телом (целью) будут вызывать с помощью электролита быструю активацию химического источника. Таким образом, химический источник остается неактивным во время хранения и полета.
Следует принять во внимание, что вышеприведенные описания служат только в качестве примеров, и в рамках настоящего изобретения возможны многие другие варианты осуществления, соответствующие сущности настоящего изобретения.
Все публикации, патенты и заявки на патенты, упомянутые в этом описании изобретения, включаются в полном объеме посредством ссылки в описании изобретения так же, как если бы каждая отдельная публикация, патент или заявка на патент были конкретно и по отдельности включены в этот документ посредством ссылки. К тому же цитирование или отождествление любого источника информации в этом описании изобретения не будет истолковано в качестве допущения, что такая ссылка является ссылкой на уже известный уровень техники для настоящего изобретения.