Электрод-зонд картриджа электрошокового устройства дистанционного действия

Описание полезной модели
Полезная модель относится к электрошоковым устройствам дистанционного действия, в частности, к средствам доставки электрического тока от электрошокового устройства к цели с помощью метаемых гибких электрических проводников.
Уровень техники
Известны средства доставки электрического тока от электрошокового устройства дистанционного действия (ДЭШУ) к цели, называемые также картриджами для ДЭШУ [1]. Как правило, такое устройство содержит корпус, в котором размещены по меньшей мере один электроконтакт с возможностью его электрического взаимодействия с соответствующим выходным электродом электрошокового устройства, по меньшей мере один рабочий канал и по меньшей мере один, преимущественно соосный с рабочим каналом, разгонный канал, в рабочем канале размещено средство метания электрода-зонда в цель (например, пиротехнический метательный заряд, баллон со сжатым газом, пружина и т.п.), а в разгонном канале размещен электрод-зонд, картридж снабжен по меньшей мере одним гибким электрическим проводником, переднее окончание которого электрически подключено к электроду-зонду, а заднее окончание электрически подключено к электроконтакту.
Гибкий электрический проводник может быть выполнен с покрытием, обеспечивающим высоковольтную изоляцию, или без такового. Проводник без изоляционного покрытия (или с тонким эмалевым покрытием) имеет малый диаметр (обычно 0,1…0,3 мм), что позволяет разместить в картридже укладку большой длины, но при этом возможны взаимные высоковольтные пробои пары таких проводников при работе ДЭШУ. Изоляционное покрытие обеспечивает защиту пары проводников от возможных взаимных высоковольтных пробоев при работе ДЭШУ, но заметно увеличивает диаметр проводника (обычно 0,3…0,6 мм), соответственно, его максимальная длина, которую можно уложить в картридж, заметно меньше, чем у проводника без покрытия. Поэтому выбор типа гибкого электрического проводника зависит от допустимых (заданных) габаритов картриджа и предполагаемых условий работы ДЭШУ.
Гибкий электрический проводник может быть размещен в полости, выполненной в теле электрода-зонда [2-4]. Недостатком таких устройств является ограниченная дальность действия, определяемая максимальной длиной гибкого электрического проводника, который можно уложить в электрод-зонд заданных габаритов. Для существующих в настоящее время картриджей данного типа, производимых в Российской Федерации, максимальная длина проводника с изоляционным покрытием составляет 3 м [5].
Гибкий электрический проводник может быть размещен в полости, выполненной в корпусе картриджа [6]. Для существующих в настоящее время картриджей, производимых в Российской Федерации, максимальная длина проводника как правило составляет 4,5…6 м [7, 8].
2
В момент выполнения выстрела, то есть инициации картриджа, метательный заряд, если он выполнен с применением пиротехнических веществ, воспламеняется, образуя газ с повышенным давлением, который, воздействуя на зонд, выталкивает его в направлении цели. Другим вариантом выталкивания зондов может быть применение в качестве метательного заряда сжатого газа (например, воздуха или СО), как в пневматическом оружии. Существуют и иные варианты средств обеспечения выталкивания зондов, например, применение предварительно сжатой пружины.
После вылета зонда в направлении цели гибкий электрический проводник начинает вытягиваться из полости корпуса картриджа (в сторону цели)или полости зонда (в сторону ДЭШУ). При попадании в цель зонда, на цель воздействуют импульсы тока высокого напряжения, генерируемые электрошоковым устройством и передаваемые цели через гибкие электрические проводники. Таким образом осуществляется дистанционное воздействие электрошокового устройства на цель. Проникновение в тело цели и передача импульсов тока высокого напряжения осуществляется с помощью боевой иглы, а закрепление метательного снаряда на цели (на теле или одежде) осуществляется с помощью бородки.
Недостатком приведенных устройств (в качестве прототипа можно выбрать, например, электрод-зонд, примененный в [6]), в которых электрод-зонд не имеет водозащитного покрытия, является возможная опасность и неэффективность (бесполезность) их применения в условиях дождя, высокой влажности или тумана, особенно при условиях ионизированной атмосферы:
а) при срабатывании картриджа (картриджей) возможен высоковольтный пробой между парой электродов-зондов, вылетающих из картриджа, поскольку капли дождя, частицы тумана или взвесь водяных частиц в воздухе в условиях высокой влажности, особенно в городских условиях, когда они содержат различные вещества, увеличивающие их электропроводность, могут создавать канал, обладающий ненулевой электропроводностью, по которому и происходит электрический пробой, при этом электрическое воздействие на цель не происходит, т.е. электрошоковое устройство становится неэффективным (бесполезным);
б) мокрая одежда цели, в которую попадают электроды-зонды, также может привести к электрическому пробою (по тем же причинам), при этом электрическое воздействие на цель не происходит, т.е. электрошоковое устройство становится неэффективным (бесполезным);
в) обычно в медико-биологических заключениях о безопасности применения электрошоковых устройств имеются соответствующие пункты, которые не разрешают применять электрошоковые устройства в условиях дождя, поскольку считается, что мокрая одежда или тело цели и/или влажные электроды-зонды способствуют дополнительному травмированию цели.
Раскрытие полезной модели
Задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в создании электрода-зонда, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым устройством, заключается в возможности применения картриджа электрошокового устройства в условиях даже сильного дождя, тумана или высокой влажности окружающей среды (до 100% включительно).
Поставленная задача решается тем, что электрод-зонд картриджа электрошокового устройства дистанционного действия, содержащий корпус, иглу, выполненную преимущественно с бородкой, установленную в передней части корпуса преимущественно соосно с ним, электрически взаимодействующую с гибким электрическим проводником, прикрепленным к корпусу, снабжен кожухом, выполненным из водонепроницаемого диэлектрического материала, передняя часть которого закрывает иглу и выполнена из преимущественно эластичного материала с возможностью ее прокола острием иглы при ударе электрода-зонда в тело или одежду цели, средняя часть закрывает корпус электрода-зонда, а задняя часть укрывает вывод гибкого электрического проводника.
Дополнительной особенностью устройства является то, что средняя часть упомянутого кожуха может быть выполнена плотно прилегающей к поверхности корпуса электрода-зонда.
Дополнительной особенностью устройства является то, что упомянутый кожух может быть выполнен герметичным и наполненным, преимущественно в его передней части, охватывающей иглу, сжатым газом.
Дополнительной особенностью устройства является то, что упомянутый сжатый газ получают путем размещения в передней части упомянутого кожуха микродозы твердого вещества, образующего газ путем его испарения при нормальной температуре, преимущественно «сухого льда».
Дополнительной особенностью устройства является то, что передняя часть упомянутого кожуха может быть выполнена с толщиной, меньшей, чем его средняя и задняя части.
Дополнительной особенностью устройства является то, что упомянутое место крепления гибкого электрического проводника к корпусу электрода-зонда может быть выполнено с покрытием непроводящим диэлектрическим водонепроницаемым материалом.
Дополнительной особенностью устройства является то, что упомянутый гибкий электрический проводник может быть выполнен с покрытием его поверхности водонепроницаемым материалом.
Дополнительной особенностью устройства является то, что диэлектрические свойства и толщина упомянутого кожуха обеспечивают напряжение его электрического пробоя в диапазоне 2,5…7,5 кВ.
Конструкция устройства поясняется чертежами, на которых изображены:
Фиг. 1. Типовая конструкция электрода-зонда с размещением гибкого электрического проводника в полости картриджа.
Фиг. 2. Типовая конструкция электрода-зонда с размещением гибкого электрического проводника в полости корпуса электрода-зонда.
Фиг. 3. Примеры конструкции предлагаемого устройства с размещением гибкого электрического проводника в полости картриджа.
Фиг. 4. Пример конструкции предлагаемого устройства с размещением гибкого электрического проводника в полости картриджа. Удар в цель.
Фиг. 5. Пример конструкции предлагаемого устройства с размещением гибкого электрического проводника в полости корпуса электрода-зонда.
Подробное описание полезной модели
Фиг. 1. Типовая конструкция электрода-зонда 1 содержит корпус 2, иглу 3, которая обычно снабжена бородкой 4, предназначенной для фиксации зонда в теле цели. Как правило, корпус электрода-зонда представляет собой преимущественно цилиндрическое тело, хотя в некоторых конструктивных исполнениях тело электрода-зонда может быть выполнено в виде шарика, конуса, капли и т.п. К задней части корпуса электрода-зонда прикрепляют гибкий электрический проводник (ГЭП) 5, один конец которого электрически взаимодействует с иглой 3, укладка ГЭП размещена в полости картриджа, а второй его конец взаимодействует с электроконтактами корпуса картриджа, выполненными с возможностью взаимодействия с выходными электродами ДЭШУ (на Фиг. 1 не показаны).
Фиг. 2. В другой типовой конструкции электрод-зонд 1 выполнен с полостью в его корпусе 2, в которой размещена укладка гибкого электрического проводника 5, который одним концом электрически взаимодействует с иглой 3, а другим концом - с электроконтактами корпуса картриджа, выполненными с возможностью взаимодействияс выходными электродами ДЭШУ (на Фиг.1 не показаны).
Конструкция предлагаемого устройства (Фиг. 3а) дополнительно содержит кожух 6, выполненный из водонепроницаемого диэлектрического преимущественно эластичного материала, передняя часть 7 которого закрывает иглу и выполнена с возможностью ее прокола острием иглы 3 при ударе электрода зонда в тело или одежду цели, средняя часть 8 закрывает корпус 2 электрода-зонда, а задняя часть 9 укрывает вывод гибкого электрического проводника. Свойство эластичности не во всех случаях является обязательным, если передняя часть кожуха выполнена с небольшой толщиной, обеспечивающей ее прокол иглой при соударении с телом или одеждой цели, однако, как будет показано далее, свойство эластичности может оказаться весьма полезным.
Следует отметить, что для применения предлагаемой конструкции в типовом, серийно выпускаемом, картридже следует уменьшить поперечное сечение электрода-зонда таким образом, чтобы его поперечные размеры (с учетом толщины кожуха 6 в его средней части) соответствовали поперечным размером разгонного канала картриджа (т.е. не требовали его увеличения).
Толщина материала кожуха 6 в его передней части 7 может быть выполнена меньшей, чем толщина кожуха 6 в его средней 8 и задней 9 части с целью облегчения ее прокола при ударе электрода-зонда в тело или одежду цели.
В качестве материала кожуха может быть использован натуральный или синтетический латекс (каучук), хлоропреновый каучук (синтетический каучук, получаемый из ацетилена) или иные материалы, например, виниловая пленка, полиуретан, нейлон и т.п. Применение процесса вулканизации натурального каучука позволяет усовершенствовать этот материал, повысив его эластичность, прочность, и снизив влаго- и газопроницаемость.
В отличие от воздушных шаров, напальчников или презервативов, изготавливаемых из аналогичных материалов, для производства кожуха следует применять материалы с высокими диэлектрическими свойствами, в частности, с высоким напряжением электрического пробоя. Например, высокими диэлектрическими свойствами обладают изделия из синтетического изопренового или стирольного каучука, из которого удаляются различные компоненты, влияющие на электропроводность готового изделия (эти материалы применяются при производстве диэлектрических перчаток). Силикон также является хорошим материалом, например, при работе с напряжениями до 10 кВ рекомендовано использовать именно силиконовые диэлектрические перчатки. Например, перчатки диэлектрические «электрософт латекс» с (производства компании Honeywell, США) предназначены для работы с электрическим напряжением до 7,5 кВ, так что латекс вполне приемлем для изготовления кожуха, особенно с учетом, того, что кожухи надеваются на оба электрода-зонда, следовательно, степень защиты от электрического пробоя удваивается. Кроме того, латекс устойчив к воздействию низких температур, например, материал тех же перчаток «электрософт латекс» превосходно работает при температурах окружающей среды до минус 40°С.
Эксперименты показали, что если диэлектрические свойства материала кожуха обеспечивают напряжение его электрического пробоя в диапазоне 2,5…7,5 кВ, то этого вполне достаточно для защиты устройства при его работе в условиях дождя, тумана или высокой влажности окружающей среды.
2
Средняя часть 8 кожуха 6 может плотно прилегать к образующей корпуса 2 (например, путем приклеивания), образуя герметичную полость в передней части 7 кожуха 6, охватывающую иглу 3. Передняя часть 7 кожуха 6 может быть выполнена с уменьшением поперечного сечения относительно средней части 8, как это показано на Фиг. 3б. В этом случае упомянутая полость может быть наполнена газом, создающим дополнительное давление на переднюю часть 7 кожуха 6, увеличивающее ее поперечное сечение (за счет эластичности материала кожуха) вплоть до поперечного сечения средней части с одновременным уменьшением ее толщины, стабилизирующее траекторию полета электрода зонда и облегчающее прокол передней части кожуха при ударе электрода-зонда в тело или одежду цели. Технологически полость удобнее не заполнять газом, а поместить в нее микродозу твердого вещества 10 (Фиг. 3б), образующего газ 11 (Фиг. 3в) преимущественно путем его испарения при нормальной температуре и атмосферном давлении (сублимации) в процессе изготовления электрода-зонда. В качестве такого вещества может быть использован, например, «сухой лед» - твердый диоксид углерода СО, который при обычных условиях (нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре) переходит в углекислый газ, минуя жидкую фазу. Аналогичными свойствами обладает и нафталин, однако «сухой лед» является более доступным и дешевым материалом, не влияющем негативно на окружающую среду, поэтому его применение представляется преимущественным. Масса этого вещества зависит от его свойств сублимации и должна подбираться с учетом желаемых увеличения поперечного сечения передней части кожуха электрода-зонда и уменьшения ее толщины. Возможно, что требуемая масса этого вещества для электродов-зондов картриджей, применяемых в жаркое время года, и картриджей, применяемых в теплое время года, будет разной (из-за разницы средней температуры окружающей среды в теплое и жаркое время года, поскольку внутреннее давление зависит от этой температуры).
Задняя часть 9 кожуха 6 защищает место прикрепления гибкого электрического проводника к корпусу электрода-зонда. Она может быть выполнена аналогично средней части (например, иметь форму пустотелого цилиндра), при этом, за счет скорости полета электрода-зонда (обычно 40…60 м/с) капли дождя не проникают к месту крепления к корпусу. При этом ее выступ за заднюю кромку корпуса может быть выполнен такой длины, которая обеспечивает невозможность пробоя между местом крепления гибкого электрического проводника одного электрода-зонда с таким же местом второго электрода-зонда, направленных в цель. Она также может быть выполнена сужающейся и в конце плотно охватывающей часть гибкого электрического проводника, примыкающего к месту его крепления к корпусу картриджа (на Фиг. 3 не показано). Эта конструкция является более надежной, поскольку не пропускает частиц тумана, однако такое техническое решение ограничивает способы метания электрода-зонда, например, его метание путем толкания его заднего торца пыжом-толкателем или поддоном ([3, 6]) может оказаться невозможным или, по крайней мере, затруднительным. Наконец, в некоторых конструктивных исполнениях устройства упомянутое место крепления может быть «запечатано» (защищено) пробкой из непроводящего диэлектрического водонепроницаемого материала, выполненного, например, из эпоксидного клея, обладающего высокими диэлектрическими свойствами. Для повышения стойкости к высоковольтному пробою в клей можно добавить мелко толченую слюду (обычно с массой 10…12% от массы клея). Такой способ герметизации представляется предпочтительным.
Следует отметить, что покрытие гибкого электрического проводника должно быть выполнено из водонепроницаемого диэлектрического материала, чтобы электрический пробой не возникал между самими проводниками.
При вылете из картриджа электрод-зонд 1 движется в сторону цели, при этом, благодаря тому, что он полностью защищен водонепроницаемым диэлектрическим преимущественно эластичным кожухом, отсутствует негативное воздействие капель дождя, водяных микрочастиц тумана или взвеси мельчайших частиц воды при стопроцентной влажности окружающего воздуха, так как возможное образование электропроводного канала не приводит к электрическому пробою, если диэлектрические свойства материала кожуха и его толщина обеспечивают кожуху соответствующее напряжение электрического пробоя (обычно это напряжение находится в диапазоне 2,5…7,5 кВ, что вполне достаточно для защиты от пробоя в данном случае, поскольку упомянутая среда имеет сравнительно невысокое значение электрической проводимости).
Следует отметить, что при типовых скоростях вылета (40…60 м/с) и поперечных размерах электрода-зонда (∅4…6 мм) сопротивление воздуха весьма невелико и практически не влияет на искажение траектории полета электрода-зонда и формы передней части кожуха.
При попадании в цель электрода-зонда 2 передняя часть 7 кожуха 6 частично сдавливается, при этом игла 3 продолжает двигаться вперед, прокалывает переднюю часть 7 кожуха 6 (Фиг. 4а) и внедряется в тело или одежду цели 12 (Фиг. 4б). При этом от кожуха освобождается только та часть иглы 3, которая внедряется в тело или одежду цели, остальная часть электрода-зонда 1 продолжает быть защищенной от влаги.
Если передняя часть кожуха является газонаполненной, то при попадании электрода-зонда 1 в цель 12 прокол передней части кожуха иглой значительно облегчается за счет того, что:
а) благодаря давлению газов 11 толщина передней части 7 эластичного кожуха дополнительно уменьшается, снижая сопротивление проколу;
б) выход газов 13 из отверстия прокола дополнительно расширяет это отверстие.
Варианты конструкции предлагаемого устройства в случае, когда гибкий электрический проводник размещен в полости, выполненной в корпусе электрода-зонда, показаны на Фиг. 5.
Конструкция предлагаемого устройства (Фиг. 5а) содержит кожух, выполненный из водонепроницаемого диэлектрического, передняя часть которого закрывает иглу и выполнена из преимущественно эластичного материала с возможностью ее прокола острием иглы при ударе электрода зонда в тело или одежду цели, средняя часть закрывает корпус электрода-зонда, а задняя часть укрывает выход гибкого электрического проводника (при этом задняя часть кожуха, в связи с тем, что в данной конструкции устройства гибкий электрический проводник вытягивается из полости в корпусе электрода-зонда, должна иметь поперечное сечение, не препятствующее его свободному вытягиванию в сторону ДЭШУ, обычно для повышения технологичности конструкции кожуха оно просто равно поперечному сечению средней части). Передняя часть кожуха, как и в ранее описанных исполнениях устройства, может быть выполнена газонаполненной (Фиг. 5б). Защита места крепления гибкого электрического проводника к корпусу электрода-зонда (в данной конструкции это место конструктивно находится ближе к передней части корпуса), также может быть выполнена с помощью эпоксидного клея, в том числе с использованием в клее мелко толченой слюды. Внутреннюю поверхность полости, выполненной в корпусе электрода-зонда, также следует покрыть слоем водонепроницаемого диэлектрического материала, например, того же эпоксидного клея.
В данном варианте конструкции покрытие поверхности гибкого электрического проводника, как и в предыдущих вариантах, должно быть выполнено из водонепроницаемого диэлектрического материала.
При вылете из картриджа электрод-зонд движется в сторону цели, при этом, благодаря тому, что он полностью защищен водонепроницаемым диэлектрическим преимущественно эластичным кожухом, отсутствует негативное воздействие капель дождя, водяных микрочастиц тумана или взвеси мельчайших частиц воды при стопроцентной влажности окружающего воздуха, так как возможное образование электропроводного канала не приводит к электрическому пробою, если диэлектрические свойства материала кожуха и его толщина обеспечивают кожуху соответствующее напряжение электрического пробоя.
При попадании в цель электрода-зонда передняя часть кожуха частично сдавливается, при этом игла продолжает двигаться вперед, прокалывает переднюю часть кожуха и внедряется в тело или одежду цели. При этом от кожуха освобождается только та часть иглы, которая внедряется в тело или одежду цели, остальная часть электрода-зонда продолжает быть защищенной от влаги.
Если передняя часть кожуха является газонаполненной, то при попадании электрода-зонда в цель прокол передней части кожуха иглой значительно облегчается.
Таким образом, защита электрода-зонда кожухом, выполненным из водонепроницаемого диэлектрического преимущественно эластичного материала, обеспечивает возможность применения картриджа электрошокового устройства дистанционного действия в условиях дождя, тумана или при высокой влажности окружающего воздуха.
Дополнительным преимуществом предлагаемого устройства является тот факт, что при промахе в цель, когда один или оба электрода-зонда могут упасть на землю или иную токопроводящую поверхность, короткое замыкание (или электрический пробой) разнополярных электродов-зондов, который может привести к выходу ДЭШУ из строя, не возникает именно благодаря защите каждого из них с помощью диэлектрического водонепроницаемого кожуха.
В заключение следует отметить, что предлагаемая конструкция дополнительно позволяет применять картридж электрошокового устройства дистанционного действия в условиях наличия в окружающей среде токопроводящей пыли или иных токопроводящих частиц и взвесей, а также в некоторых агрессивных (например, в слабокислых или слабощелочных, либо иных, например, ионизированных)средах, поскольку картридж обычно является устройством одноразового действия и не предназначен для долговременного нахождения в таких средах, а при кратковременном нахождении в них соответствующей защиты кожуха, как правило, бывает достаточно.
Осуществление полезной модели
Устройство реализовано в опытном производстве для серийно выпускаемого картриджа типа БТЭР (производства ООО «МАРТ ГРУПП», РФ) и имеет следующие характеристики:
Список цитированных источников:
1. ПатентСША №6636412. Hand-held stun gun for incapacitating a human target.
2. Патент РФ №2486451 Снаряд дистанционного электрошокового оружия и способ его изготовления.
3. Патент РФ №2477441 Патрон дистанционного электрошокового оружия.
4. Патент РФ №43350 Зонд электрошокового устройства для дистанционного поражения целей электрическим током.
5. http://www.gardsvstems.ru/.
6. Патент РФ №2648562 Дистанционный картридж для электрошокового устройства с индивидуальным инициированием снарядов.
7. https://marchgroup.ni/products/sartridges.
8. https://npp-oberon.ru/magazin/l 16/223.html.