Ствольная огнестрельная система с бесконтактной передачей данных
BARREL FIREARM SYSTEM WITH CONTACTLESS DATA TRANSMISSION

Область техники
Изобретение относится к области вооружения, а именно к устройствам передачи данных в исполнительные устройства снарядов, выпущенных из огнестрельных орудий.
Уровень техники
Известно устройство – устройство передачи информации для бесконтактного программирования дистанционных взрывателей снарядов реактивных систем залпового огня (патент РФ №2240494, дата публикации 20.11.2004). Устройство передачи информации для бесконтактного программирования дистанционных взрывателей снарядов реактивных систем залпового огня включает внешний экранирующий корпус, излучающую катушку индуктивности в диэлектрическом корпусе, содержащую кольцеобразный ферритовый сердечник, две последовательно соединённые обмотки, стержневой ферритовый сердечник, на торцах которого установлены втулка с наружной резьбой и гладкая втулка, каркас с внутренней резьбой и проточкой под обмотку, два фиксатора положения, конденсатор, соединитель для подключения к источнику сигналов программирования, стойки из диэлектрического материала для крепления излучающей катушки индуктивности во внешнем экранирующем корпусе. Устройство передачи информации закрепляют на стволе орудия над сквозным прямоугольным пазом, выполненным в стволе. Программируемый взрыватель с приёмным устройством размещены в снаряде. Излучающая катушка индуктивности и конденсатор соединяются последовательно или параллельно и через входы подключаются к формирователю сигналов программирования с несущей частотой. При поступлении сигналов программирования с несущей частотой, излучающая катушка индуктивности создаёт переменное электромагнитное поле. Резонансная частота поля, соответствующая несущей частоте сигналов, зафиксирована при настройке положением сердечника. Переменное электромагнитное поле индуктивно передаётся через сквозной прямоугольный паз в стволе орудия и на приёмном устройстве взрывателя снаряда наводится переменная ЭДС, которая преобразуется взрывателем в сигналы программирования.
Недостатком известного технического решения является необходимость модификации ствола орудия путём выполнения в нем сквозного прямоугольного паза.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство для программирования снаряда (патент РФ №2539091, дата публикации 10.01.2015). Устройство программирования снаряда во время прохождения его сквозь ствол, дульный тормоз или подобный элемент, содержит: волновод, передающий соединитель, генератор и модулятор. Волновод может являться стволом, дульным тормозом или дополнительным элементом между концом ствола и началом дульного тормоза или дополнительно устанавливаться на конце дульного тормоза. Передающий соединитель установлен в волноводе и питается от генератора сигналов с частотой ниже граничной частоты соответствующей моды волновода. Модулятор выполнен с возможностью модуляции предусмотренной для снаряда информации на несущую частоту. При этом на/в снаряде установлен приёмный соединитель, электрически соединённый с накопителем или процессором в снаряде, а также модуль передачи энергии, выполненный с возможностью передачи энергии, необходимой для интегрированной электроники снаряда перед программированием.
Недостатком прототипа является низкая надёжность устройства, за счёт размещения передающего соединителя в отверстии, выполняемом в волноводе (стволе). Обусловлен данный недостаток возможностью выбивания передающего соединителя из указанного отверстия давлением от сгорания горючей смеси, выталкивающим снаряд из ствола. При этом процесс выполнения отверстия в стволе и установка передающего соединителя усложняют конструкцию в целом.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надёжности устройства.
Поставленный технический результат достигается за счёт того, что в ствольной огнестрельной системе с бесконтактной передачей данных, содержащей ствол с каналом и внешней поверхностью, по крайней мере одной магнитной меткой, магнитная метка содержит один отсчётный магнит и информационные электромагниты, отсчётный магнит и информационные электромагниты установлены со стороны внешней поверхности ствола и расположены в одной плоскости, перпендикулярной оси ствола, отсчётный магнит и информационные электромагниты расположены с обеспечением возможности создания уникального распределения магнитного поля внутри ствола, обеспечивающего определение углового расположения отсчётного магнита, причём информационные электромагниты установлены с угловым смещением относительно отсчётного магнита, в частном случае информационные электромагниты выполнены в составе: первый электромагнит, второй электромагнит, третий электромагнит, четвёртый электромагнит, при этом первый электромагнит установлен относительно отсчётного магнита с угловым смещением 90 градусов, второй электромагнит установлен относительно отсчётного магнита с угловым смещением 180 градусов, третий электромагнит установлен относительно отсчётного магнита с угловым смещением 225 градусов, четвёртый электромагнит установлен относительно отсчётного магнита с углом угловым смещением 315 градусов, при этом в снаряде для ствольной огнестрельной системы с бесконтактной передачей данных, содержащем корпус с установленными в нём взрывателем и магнитными датчиками, блоком обработки информации, аналого-цифровым преобразователем и блоком памяти, магнитные датчики выполнены и расположены с обеспечением возможности, при движении снаряда по стволу, измерения магнитного поля, созданного отсчётным магнитом и информационными электромагнитами, каждый магнитный датчик соединён с аналого-цифровым преобразователем, который соединён с блоком обработки информации, а блок обработки информации электрически соединён с блоком памяти.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами (фиг.1-5), где на фиг.1 показано схематическое изображение электрической цепи внутри снаряда, на фиг.2 показан схематический общий вид устройства, на фиг.3 показано распределение амплитуды индуцированного напряжения при включении всех электромагнитов в кольце, на фиг.4 показано распределение амплитуды индуцированного напряжения при включении отсчётного магнита, первого электромагнита и второго электромагнита, на фиг.5 показано напряжение, индуцированное на катушке индуктивности при пролёте мимо двух магнитных меток.
Раскрытие изобретения
На фигурах обозначены: взрыватель 1, аналого-цифровой преобразователь 2, блок обработки информации 3, ствол 4, блок памяти 5, резистор 6, магнитный датчик 7, головная часть 8, корпус 9, внутренняя полость 10, торцевая стенка 11, снаряд 12, четвёртый электромагнит 13, отсчётный магнит 14, третий электромагнит 15, первый электромагнит 16, второй электромагнит 17.
Основными элементами ствольной огнестрельной системы с бесконтактной передачей данных являются снаряд 12, ствол 4, источник сигналов, отсчётный магнит 14 и информационные электромагниты (первый электромагнит 16, второй электромагнит 17, третий электромагнит 15 и четвёртый электромагнит 13). Отсчётный магнит 14, первый электромагнит 16, второй электромагнит 17, третий электромагнит 15 и четвёртый электромагнит 13 далее по тексту совместно именуемые магниты.
Ствол 4 представляет собой основной конструкционный элемент многих видов огнестрельного оружия (в том числе — артиллерийского) предназначенный для прохождения по нему снаряда 12, получающего кинетическую энергию снаряда 12 вследствие преобразования потенциальной энергии используемой химической реакции или физического эффекта. Снаряд при движении по стволу 4, приобретает нужную начальную скорость, вектор направления и, в некоторых случаях, — момент импульса для устойчивости полёта. Ствол 4 выполнен в виде трубы, внутри которой выполнен канал, предназначенный для размещения и прохождения по нему снаряда 12. На внешней поверхности (т.е. поверхности обращённой наружу в сторону противоположную каналу) ствола 4 устанавливают один отсчётный магнит 14 и необходимое количество информационных электромагнитов. В частном случае далее рассмотрен пример с пятью магнитами (один отсчётный и четыре информационных).
Для запирания канала ствола ствольная огнестрельная система может содержать запорное устройство. Запорное устройство представляет собой совокупность механизмов и устройств, предназначенных для надёжного запирания канала с одного из торцов ствола 4 и предотвращения выхода продуктов сгорания, производства выстрела и выбрасывания стреляной гильзы. В частном случае в качестве запорного устройства может быть использован затвор. Затвор - часть огнестрельного орудия, заряжающегося с казённой части, служащая для запирания канала и производства выстрела (Самойлов К.И. Морской словарь. - М.-Л.: Государственное Военно-морское издательство НКВМФ Союза ССР, 1941, URL: https://dic.academic.ru/dic.nsf/sea/3099/ЗАТВОР, дата обращения 25.03.2019). Запорное устройство может быть выбрано любого вида, например, автоматическое (зенитные пушки, орудия малого калибра), полуавтоматическое (противотанковые пушки, орудия среднего калибра), неавтоматическое (крупного калибра).
Снаряд 12 представляет собой боеприпас для стрельбы из огнестрельного орудия, имеющий корпус 9 и головную часть 8. Снаряд 12, как правило, выполнен осесимметричным. Корпус 9 снаряда предназначен для размещения в нем и соединения в единый объект всех составляющих элементов снаряда 12. Корпус 9 снаряда 12 в частном случае выполнен цилиндрическим с внутренней полостью 10, предназначенной для размещения взрывчатого вещества. Корпус 9 снаряда 12 с внешней стороны может быть снабжён центрирующими утолщениями. Центрующие утолщения служат для совмещения оси снаряда 12 с осью канала ствола 4. Для обеспечения лёгкости заряжания орудия диаметр снаряда 12 по центрующим утолщениям на 0,1 — 0,2 мм меньше калибра орудия. Корпус 9, в частном случае, выполнен закрытым с одной стороны торцевой стенкой 11.
Со стороны противоположной торцевой стенке 11 снаряд 12 снабжён головной частью 8. Головная часть 8 в частном случае выполнена заострённой для уменьшения сопротивления воздуха при полете снаряда 12. Снаряд 12 снабжён взрывателем 1, как правило, расположенным в головной части 8 снаряда 12.
Взрыватель 1 предназначен для детонации разрывного заряда (взрывчатого вещества) снаряда 12. Возможно использование в устройстве взрывателя 1 любого типа, например, контактного, дистанционного, неконтактного, командного, а также комбинированного действия. Взрыватель 1 содержит устройство считывания, содержащее магнитные датчики 7, резистор 6, аналого-цифровой преобразователь 2, блок обработки информации 3 и блок памяти 5.
Магнитный датчик 7 предназначены для дистанционного улавливания энергии магнитного поля и преобразования энергии магнитного поля в энергию электрического тока. В качестве магнитных датчиков 7 в частном случае могут быть использованы катушки индуктивности. Катушка индуктивности представляет собой электронный компонент, представляющий собой винтовую либо спиральную конструкцию, выполненную с применением изолированного проводника, также возможно использование других типов катушек индуктивности. Во взрывателе 1 размещено несколько магнитных датчиков 7. В частном случае, например, двадцать магнитных датчиков 7. Оси всех магнитных датчиков 7 расположены перпендикулярно оси снаряда 12. Каждый магнитный датчик 7 соединён с резистором 6 с образованием замкнутой электрической цепи, по которой может течь ток. При пролёте снаряда 12 мимо магнита в магнитном датчике 7 индуцируется электрическое напряжение и возникает электрический ток, который протекая через резистор 6 попадает в аналого-цифровой преобразователь 2.
Резистор 6 предназначен для снятия электрического сигнала, индуцированного на магнитном датчике 7, и передачи указанного сигнала блоку обработки информации 3.
Аналого-цифровой преобразователь 2 представляет собой устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Аналого-цифровой преобразователь 2 выполнен с обеспечением возможности получения электрического сигнала, индуцированного на магнитном датчике 7, его оцифровки, с дальнейшей передачей оцифрованных данных в блок обработки информации 3. В частном случае может быть использован как один аналого-цифровой преобразователь 2 с несколькими каналами, так и несколько аналого-цифровых преобразователей 2.
Блок обработки информации 3 представляет собой многоэлементное электронное устройство, обеспечивающее распознавание полученной информации и выделение из полученного потока полезной информации. В качестве блока обработки информации 3 может быть применён процессор. Блок обработки информации 3 выполнен с обеспечением возможности определения, соответствуют ли полученные от магнитного датчика 7 данные пролёту снаряда 12 мимо магнитной метки (описанной далее) и при необходимости направления этих данных в блок памяти 5. После пролёта мимо магнитных меток и записи сигналов с каждого из магнитных датчиков 7 блок обработки информации 3 осуществляет анализ полученных сигналов и выделение из них полезной информации.
Блок памяти 5 представляет собой функциональную часть вычислительной машины или системы обработки информации, предназначенную для приёма, хранения и выдачи данных. Блок памяти 5 выполнен с обеспечением возможности принятия информации от блока обработки информации 3, хранения полученной информации и выдачи необходимых данных по запросу блока обработки информации 3.
Источник сигналов выполнен с обеспечением возможности формирования необходимой комбинации сигналов в двоичной системе счисления для каждого из электромагнитов и передачи этих сигналов на соответствующие электромагниты.
Отсчётный магнит 14 и информационные электромагниты (первый электромагнит 16, второй электромагнит 17, третий электромагнит 15 и четвёртый электромагнит 13 размещены на внешней поверхности ствола 4 орудия. В качестве отсчётного магнита может быть использован электромагнит или постоянный магнит. Магниты схематично показаны на фигурах в виде кубов. Все магниты ориентированы одним и тем же «полюсом» к оси ствола 4. Все магниты расположены в целом в одной плоскости. При этом расположение магнитов несимметрично. Информационные электромагниты расположены с угловым смещением относительно отсчётного магнита 14, а также друг относительно друга (т.е. имеют разные угловые координаты относительно оси ствола 4). Осевое ассиметричное расположение магнитов выбрано таким образом, что, при постоянно включённом отсчётном магните 14, любая комбинация из включённых и выключенных информационных электромагнитов была уникальна. Для удобства описания электромагниты пронумерованы по часовой стрелке. При этом магнит, расположенный сверху на фиг. 3 и 4, выступает в качестве отсчётного магнита 14, постоянно включённого. В частном случае угловое смещение от отсчётного магнита 14 первого электромагнита 16 составляет 90 градусов, второго электромагнита 17 - 180 градусов, третьего электромагнита 15 - 225 градусов, четвёртого электромагнита 13 - 315 градусов.
Магнитная метка представляет собой специализированный объект, способный нести информацию определённого содержания и выполненный с обеспечением возможности считывания этой информации движущимся объектом. В данном случае магнитная метка представляет собой несколько магнитов (в частном случае - пять), один из которых является отсчётным, расположенных в одной плоскости, перпендикулярной оси ствола 4. В случае необходимости передачи большего количества информации возможно установка на стволе 4 нескольких магнитных меток. Вид индуцированного электрического сигнала при пролёте мимо двух магнитов двух магнитных меток показан на фиг. 5. Жирными чертами отмечены положения, в которых ось магнитного датчика 7 лежит в плоскости, проходящей через «центры» магнитов первой и второй магнитной метки.
Осуществление изобретения
В случае использования указанных выше элементов и средств, изобретение реализуется следующим образом (представленное описание объекта иллюстрирует частный случай его исполнения, возможны и иные реализации с использованием признаков данного технического решения).
При изготовлении снаряда 12 во взрывателе 1 размещают минимальное необходимое количество магнитных датчиков 7, резисторов 6, аналого-цифровых преобразователей 2, блок обработки информации 3 и блок памяти 5, соединённые электрически с обеспечением передачи между ними электрических сигналов. Взрыватель 1 размещают в головной части 8 будущего снаряда 12. В корпусе 9 снаряда 12 размещают взрывчатое вещество. Корпус 9 соединяют с головной частью 8 и закрывают торцевой стенкой 11.
На внешней поверхности ствола 4 орудия, из которого производят выстрелы указанными снарядами 12, размещают отсчётный магнит 14. Остальные электромагниты располагают таким образом, чтобы комбинация включённых и выключенных магнитов создавала уникальное распределение магнитного поля внутри ствола 4, причём по индуцированному напряжению в магнитных датчиках 7 можно однозначно восстановить комбинацию включённых и выключенных информационных электромагнитов, в частном случае рассмотрен пример, когда остальные электромагниты расположены в той же плоскости, перпендикулярной оси ствола 4, при этом первый электромагнит 16 со смещением относительно отсчётного магнита 14 - 90º, второй электромагнит 17 со смещение относительно отсчётного магнита14 - 180º, третий электромагнит 15 со смещение относительно отсчётного магнита 14 - 225º и четвёртый электромагнит 13 со смещение относительно отсчётного магнита 14 - 315º. При этом расположение магнитов на внешней поверхности ствола 4 обеспечивает упрощение конструкции в целом за счёт отсутствия необходимости выполнения каких-либо модификаций самого ствола 4, например, врезку датчиков. При этом возможна быстрая установка и разборка системы.
Перед выстрелом снаряд 12 помещают в канал ствола 4. Ствол закрывают запорным устройством. Включают электромагниты. Снаряд 12, проходя по стволу 4, улавливает магнитное поле отсчётного магнита 14, который всегда включён независимо от той информации, которую необходимо передать. Фактически, он является отсчётным магнитом 14, по которому определяют, что в данный момент снаряд 12 пролетает место передачи информации. От него отсчитывается положение каждого следующего электромагнита и программно определяют, включён он или нет. При включении любой комбинации из электромагнитов можно определить какой электромагнит включён при условии, что отсчётный магнит 14 всегда включён во время пролёта снаряда 12, а угловое смещение электромагнитов известно. Только информационные электромагниты используют для передачи информации. При пролёте мимо электромагнитов в магнитных датчиках 7 индуцируется электрический сигнал. Распределение амплитуды индуцированных сигналов при включении каждой из 16 комбинаций (4бита) уникально. Поэтому по виду распределения амплитуды напряжения, индуцированного на всех двадцати катушках, можно определить последовательность включённых и выключенных электромагнитов и определить передаваемую информацию. При этом индуцированное на каждом магнитном датчике 7 магнитное поле преобразуется в электрическое поле (электрический сигнал), которое предаётся на аналого-цифровой преобразователь 2. Посредством аналого-цифрового преобразователя 2 происходит оцифровка полученной информации и передача её блоку обработки информации 3, который в свою очередь анализирует полученную информацию и направляет её в блок памяти 5. При этом информация закодирована через уникальное распределение магнитного поля и, следовательно, уникальное распределение электрических сигналов. После получения информации от всех магнитных датчиков 7 блок обработки информации 3 производит совокупный анализ полученной и сохранённой информации и передаёт блоку памяти 5 полученный объём информации, содержащий, например, координаты места назначения, или расстояние до цели, или время до детонации взрывателя.
На фиг.3-4 для наглядности приведены примеры. Слева показана комбинация из включённых и выключенных электромагнитов, справа – распределение амплитуды напряжения, по которым можно определить передаваемую информацию.
Таким образом, выполнение ствольной огнестрельной системы с бесконтактной передачей данных описанным выше образом обеспечивает повышение надёжности ствольной огнестрельной системы с бесконтактной передачей данных, за счёт размещения электромагнитов на внешней поверхности ствола 4. При этом давление продуктов сгорания в канале ствола 4 не имеет возможности оказать прямого воздействия на электромагниты, нарушить герметичность ствола и отрицательно сказаться на работе ствольной огнестрельной системы с бесконтактной передачей данных в целом.