ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНО-ВЗВОДЯЩИЙ МЕХАНИЗМ ВЗРЫВАТЕЛЯ
SAFETY-AND-ARMING FUSE MECHANISM

Изобретение относится к взрывной технике, в частности к конструкции инициирующих устройств и взрывателей для зарядов взрывчатого вещества (ВВ), входящих в состав боеприпасов, и может применяться при разработке предохранительно-взводящих механизмов.
Одной из основных задач, стоящих в данной области техники, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является повышение надежности функционирования и безопасности при обращении путем уменьшения вероятности несанкционированного срабатывания взрывателя.
Из предшествующего уровня техники известны решения данной задачи, например, из описания к патенту США №5003881 (МПК F42C 15/24, 1991 г.) известен предохранительно-взводящий механизм (ПВМ) взрывателя, содержащий корпус с капсюлем-воспламенителем и бойком, который переводят во взведенное положение за счет освобождения стопора под действием инерционных сил. Недостатком данного устройства является большая вероятность взведения при случайных ударах при транспортировке и в служебном обращении.
Другое известное решение также касается конструкции ПВМ кумулятивного снаряда (патент РФ №2243486, МПК F42B 1/024, 27.12.04 г.), включающая корпус с гнездом под установку электродетонатора, передаточный заряд взрывчатого вещества и удерживаемую фиксаторами перемещаемую перегородку, препятствующую передаче детонационного импульса от электродетонатора к передаточному заряду, в перегородке выполнено отверстие, ось которого смещена относительно оси гнезда под установку электродетонатора с возможностью совмещения осей в процессе взведения предохранительно-взводящего механизма. Передаточный заряд размещен за перегородкой, а отверстие перегородки в процессе взведения механизма после совмещения осей является передаточным звеном в детонационной цепи.
Фиксатором перегородки является пружина, поджимающая перегородку в начальном положении.
Недостатком данного решения является ненадежность фиксации перегородки, связанная с возможностью ослабления усилия пружины, приводящее к снижению безопасности обращения, а также относительно большие габариты ПВМ.
Другим известным решением, наиболее близким к заявляемому по количеству сходных признаков, является конструкция ПВМ взрывателя по патенту РФ №2255302 (описание опубликовано 27.06.05 г.), которая выбрана в качестве прототипа. Данная конструкция ПВМ содержит инерционный пусковой механизм с нормально разомкнутыми электрическими контактами, выполненный с возможностью замыкания электрических контактов и подключения к источнику питания, и корпус с электродетонатором, поперечно перемещаемую перегородку, препятствующую передаче детонационного импульса от него к заряду взрывателя до окончания процесса взведения, блокирующий механизм с инерционным линейным подпружиненным фиксатором взведенного положения перегородки, который установлен в осевом направлении электродетонатора и фриксатором исходного положения перегородки, который выполнен в виде подпружиненного ступенчатого цилиндра, размещенного в отверстии корпуса и в соответствующем соосном отверстии перегородки. В качестве электродетонатора использован электродетонатор двойного действия. При штатном использовании электродетонатор задействует заряд взрывателя через блок электроники и одновременно подпружиненный фиксатор исходного положения, который взводится с помощью пиротехнического заряда, соединенного огневой цепью с воспламенителем электродетонатора. Пиротехнический заряд установлен на фиксаторе исходного положения. Перегородка выполнена сплошной и установлена в направляющем пазу, который сформирован в корпусе. В исходном положении перегородка размещена под гнездом с электродетонатором, а при перемещении перегородки во взведенное состояние пространство под гнездом с установленным электродетонатором освобождается для передачи детонационного импульса.
Недостатком известного решения является то, что при использовании снарядов малого калибра, применение данной конструкции крайне затруднительно, т.к. инерционный пусковой механизм выполнен отдельно, а задействование других узлов конструкции ПВМ требует применения дополнительных блоков, что существенно ограничивает возможность применения данной конструкции в широком диапазоне классов снарядов. Стопор фиксатора исходного положения только подпружинен и не является инерционным, что ограничивает применение данной конструкции в боеприпасах, на которые на траектории полета воздействует ряд сил, приводящих к ослаблению или усилению сжатия пружины, а тем самым, к снижению блокирующей функции или к невозможности перемещения перегородки во взведенное положение. Различные условия эксплуатации взрывателя определяют для каждого конкретного случая свои требования к величине усилия поджатия и механической прочности пружин стопоров, поэтому диапазон классов снарядов, где применяется данная конструкция, относительно узкий. Линейный подпружиненный фиксатор взведенного положения представляет собой конструкцию относительно больших размеров, что существенно увеличивает габариты ПВМ, и возможное недостаточное усилие поджатия пружины (некоторое ослабление) данного фиксатора влияет на надежность блокировки перегородки после взведения. Применение в конструкции пиротехники, служащей для снятия блокировки перегородки, продукты сгорания которой влияют на элементы конструкции взрывателя, предъявляет дополнительные требования к элементам конструкции. Следует также отметить, что надежность передачи детонационного импульса от электродетонатора к заряду взрывателя через свободное пространство, которое освобождается при перемещении перегородки, может в некоторых случаях снизиться до недопустимой величины
Техническим результатом заявляемого решения является расширение функциональности применения ПВМ и повышение безопасности при обращении с взрывателем. Дополнительным техническим результатом, который может быть достигнут при использовании заявляемого решения, является уменьшение габаритов.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в конструкции ПВМ взрывателя кроме сходных с прототипом признаков, а именно:
- инерционный пусковой механизм с нормально разомкнутыми электрическими контактами, выполненный с возможностью замыкания электрических контактов и подключения к источнику питания,
- корпус с электродетонатором,
- поперечно перемещаемую перегородку, расположенную в направляющем пазу корпуса и препятствующую передаче детонационного импульса от него к заряду взрывателя до окончания процесса взведения,
- блокирующий механизм с инерционным фиксатором конечного положения перегородки и фиксатором исходного положения перегородки,
- фиксатор исходного положения перегородки выполнен в виде ступенчатого цилиндра, размещенного в отверстии корпуса и в соответствующем соосном отверстии перегородки,
входят отличительные признаки, а именно:
- функцию инерционного пускового механизма выполняет поперечно перемещаемая перегородка,
- на одной из поверхностей перегородки установлена коммутирующая пластина,
- нормально разомкнутые электрические контакты размещены в корпусе напротив паза,
- на поверхности перегородки выполнен выступ, в дне паза корпуса выполнен дополнительный сквозной паз, в который перегородка входит выступом с возможностью перемещения вдоль паза,
- в перегородке выполнено сквозное отверстие, заполненное взрывчатым веществом и смещенное относительно оси электродетонатора, с возможностью совмещения их осей и замыкания контактов коммутирующей пластиной после взведения перегородки,
- в состав блокирующего механизма входят два подпружиненных осесимметричных центробежных фиксатора исходного положения,
- с обеих сторон перегородки в корпусе выполнены соосные отверстия и в перегородке - соответствующие им пазы под подпружиненные осесимметричные центробежные фиксаторы исходного положения,
- фиксатор исходного положения, имеющий форму ступенчатого цилиндра, выполнен инерционным линейным,
- отверстие перегородки под фиксатор исходного положения выполнено в виде глухого конусного отверстия с углом конусности, выбранном в диапазоне 45-60°,
- контактный торец ступенчатого цилиндра выполнен в форме сферического сегмента,
- в перегородке выполнено сквозное отверстие, ось которого перпендикулярна оси гнезда под электродетонатор, где размещен фиксатор конечного положения,
- фиксатор конечного положения выполнен центробежным в виде двух стержней, а в корпусе выполнены соответствующие стержням пазы, с возможностью размещения в них стержней во взведенном положении перегородки.
Включение инерционного пускового механизма в корпус ПВМ путем совмещения пусковой и взводящей функции ПВМ с предохранительной функцией позволяет в отличие от прототипа уменьшить габариты взрывателя при сохранении его технико-экономических показателей и использовать ПВМ в малогабаритных классах боеприпасов. Такое совмещение возможно в связи с применением элементов конструкции, работающих на одном механическом принципе задействования (за счет инерционных сил), т.е. без применения пиротехнических и электрических цепей, поэтому безопасность при обращении с предлагаемой конструкцией повышается по сравнению с прототипом.
Наличие на одной из поверхностей перегородки коммутирующей пластины и размещение нормально разомкнутых электрических контактов в корпусе напротив паза позволяет оптимизировать компоновочное решение конструкции ПВМ. Поскольку перегородка может перемещаться только под действием инерционных сил, возникающих при стартовых перегрузках, замыкание контактов исключено в данной конструкции при возникновении нештатных ситуаций в служебном обращении и при транспортировке.
Выполнение в перегородке сквозного отверстия, заполненного взрывчатым веществом, позволяет усилить передаваемый от электродетонатора заряду взрывателя детонационный импульс без увеличения габаритов устройства, что повышает надежность срабатывания взрывателя в штатном режиме и расширяет возможность выбора взрывчатого состава взрывателя, например, менее чувствительного к детонационному импульсу, что повышает безопасность при обращении и расширяет диапазон устройств, в которых можно применить взрыватель.
Смещение отверстия со взрывчатым веществом относительно оси электродетонатора с возможностью совмещения их осей в процессе взведения приводит к обеспечению блокирующей функции при обращении с ПВМ и к усилению передаваемого детонационного импульса при штатном задействовании взрывателя, что придает конструкции, с одной стороны, безопасность, а с другой, - надежность срабатывания без увеличения габаритов.
Применение в качестве блокирующего механизма инерционных осесимметричных подпружиненных центробежных фиксаторов исходного положения и инерционного линейного фиксатора позволяет обеспечить двухпороговую блокировку перегородки независимо от условий эксплуатации и произвести ее взведение в нужное время, что позволяет использовать взрыватель в различных по назначению боеприпасах. Функциональное назначение пружины центробежных стопоров заключается в фиксировании стопоров в пазах перегородки до начала ее взведения, и она не принимает участие в выходе стопоров из пазов в процессе взведения в отличие от прототипа. Таким образом, возможное частичное ослабление пружины не влияет на процесс надежного взведения.
Применение инерционного линейного фиксатора исходного положения также позволяет расширить диапазон классов боеприпасов, в которых возможно применение данного ПВМ, т.к. линейный фиксатор удерживает перегородку за счет действия линейной инерционной силы, проекция которой на направление, нормальное оси взрывателя, благодаря конусному отверстию в перегородке превышает центробежную силу до момента выхода боеприпаса на траекторию полета без применения дополнительных конструктивных элементов, что также вносит вклад в повышение безопасности при обращении, т.к. взведение происходит на безопасном расстоянии от места вылета.
Выполнение отверстия перегородки под линейный фиксатор исходного положения в виде глухого конусного отверстия позволяет ему находиться в требуемом положении без использования пружины в отличие от прототипа, поскольку роль пружины выполняет сила трения между линейным фиксатором и поверхностью отверстия корпуса под данный фиксатор.
Выполнение торца линейного фиксатора исходного положения в форме сферического сегмента обеспечивает оптимальное пятно контакта и перераспределение нагрузок на поверхностях взаимодействующих элементов при действии инерционных сил.
Выполнение глухого отверстия с углом конусности, выбранным в диапазоне 45-60°, связано с обеспечением требуемых условий безопасности и надежной взводимости перегородки в требуемый момент времени. Этот диапазон выбран расчетно-экспериментальным путем и зависит от баллистических характеристик, габаритно-массовых характеристик конструкции ПВМ и широкого диапазона температуры окружающей среды.
Выполнение на поверхности перегородки выступа, а на дне направляющего паза - сквозной дополнительный паз, в который она входит выступом с возможностью перемещения вдоль паза, позволяет увеличить толщину перегородки и вследствие этого осевой размер сквозного отверстия под взрывчатое вещество, а значит, и толщину заложенного в него ВВ. Увеличение толщины перегородки благоприятно сказывается на защитных свойствах ПВМ и повышает надежность передачи детонации от ЭД к заряду взрывателя.
Выполнение в корпусе соосных отверстий под центробежные фиксаторы с разных сторон перегородки, а в перегородке соответствующих им пазов под них позволяет осуществить зацепление с перегородкой, по крайней мере, одного из фиксаторов в служебном обращении независимо от направления действия сил, что обеспечивает предохранение взрывателя от несанкционированного срабатывания. А в процессе взведения такое размещение данных фиксаторов приводит к тому, что ввиду реализации технологических допусков изготовления и сборки ПВМ центробежная сила в полете боеприпаса воспринимается фиксаторами поочередно, что приводит к затягиванию процесса взведения перегородки от начала движения перегородки до ее взведения. Это дает возможность боеприпасу удалиться от места вылета на большее расстояние, увеличивая безопасность применения в различных классах боеприпасов.
Выполнение в перегородке сквозного отверстия под фиксатор взведенного положения, ось которого перпендикулярна оси электродетонатора, позволяет за счет оптимизации компоновки без увеличения габаритов ПВМ обеспечить надежную блокировку перегородки в конечном положении только после окончания ее взведения, когда боеприпас уйдет на безопасное расстояние, при этом конструктивное исполнение данных фиксаторов и их размещение не оказывает влияния на процесс взведения и обеспечивает переход функции перегородки от предохранительной к взводящей, обеспечивая гарантированное замыкание электрических контактов.
Выполнение фиксатора конечного положения в виде двух стержней, а в корпусе - соответствующих стержням пазов, с возможностью размещения в них стержней во взведенном положении перегородки позволяет обеспечить одновременный выход стержней из зацепления и блокировать перегородку, в том числе при ударе о цель, независимо от направления перегрузок торможения, поскольку выход стержней фиксатора конечного положения и фиксация их при ударе осуществляется за счет инерционных сил.
На фиг.1 изображен общий вид заявляемого устройства, на фиг.2 - разрез в плоскости размещения перегородки, на фиг.3 - вид сверху на электрические контакты, где:
1 - стакан, 2 - крышка, 3 - предохранительная перегородка, 4 - электродетонатор, 5 - передаточный заряд (отверстие перегородки, заполненное ВВ), 6 - коммутирующая пластина, 7 - центробежные фиксаторы конечного положения, 8 - центробежные фиксаторы исходного положения, 9 - пружины центробежных фиксаторов исходного положения, 10 - линейный фиксатор исходного положения, 11 - нормально разомкнутые электрические контакты.
Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить конструкция ПВМ, корпус которого выполнен составным в виде стакана (из пресс-материала) с гнездом под ЭД и крышки (из латуни). В стакане корпуса выполнено отверстие под электродетонатор, в качестве которого использован низковольтный термо- и пожаростойкий электродетонатор на бризантном ВВ. В крышке выполнен глухой паз (шириной 12 мм), в дне которого выполнен дополнительный сквозной паз под выступ (высота выступа 1,2 мм, длина 14 мм) предохранительной перегородки. Предохранительная перегородка (из бронзы) выполнена ступенчатой (длина 20 мм). В той части перегородки, которая имеет меньшую высоту (3,3 мм), выполнено сквозное отверстие (диаметром 3 мм), проходящее через выступ перегородки, соосное оси ЭД и заполненное ВВ. В той части перегородки, которая имеет большую высоту (7,5 мм), выполнено сквозное поперечное отверстие (диаметром 1,6 мм) под фиксаторы конечного положения, ось которого перпендикулярна оси ЭД, также в перегородке выполнены пазы (шириной 3 мм) под центробежные фиксаторы исходного положения перегородки. На поверхности перегородки, обращенной к электродетонатору, в части наибольшей толщины выполнен фигурный паз (глубиной 1 мм) под коммутирующую стеклотекстолитовую пластину с нанесенным на нее металлическим покрытием. Блокирующий механизм перегородки включает в себя два подпружиненных осесимметричных центробежных фиксатора исходного положения, один линейный фиксатор исходного положения и два центробежных фиксатора конечного положения. Два осесимметричных центробежных фиксатора исходного положения представляют собой подпружиненные стальные стержни, установленные в отверстиях крышки и соответствующих пазах перегородки. Пружины этих фиксаторов размещены в отверстиях крышки, поджимая стержни к перегородке в пазах, рабочий ход пружин равен пути выхода стальных стержней из пазов перегородки. Линейный фиксатор исходного положения представляет собой стальной двухступенчатый цилиндр (меньший диаметр 2,7 мм, больший 6 мм, общая длина 8 мм), размещенный в отверстии стакана и в соответствующем конусном (конусность составляет 60°, глубина 1,1 мм) глухом отверстии перегородки, контактный торец ступенчатого цилиндра выполнен в форме сферического сегмента (радиусом 1,5 мм). Два центробежных фиксатора конечного положения представляют собой стальные стержни (диаметр 1,6 мм, длина 5,6 мм), размещенные в поперечном отверстии перегородки, ось которого перпендикулярна оси ЭД. В крышке предусмотрены пазы под размещение фиксаторов конечного положения после окончания взведения перегородки. В корпусе напротив паза под перегородку размещены два нормально разомкнутых электрических контакта (из бронзы), которые замыкаются коммутирующей пластиной перегородки после ее взведения.
Работа заявляемого устройства заключается в следующем. В исходном положении перегородки 3 реализуется ее предохранительная функция, обеспечивающая разрыв огневой цепи между электродетонатором 4 и зарядом взрывателя (на фиг. не показан). При служебном обращении или транспортировке взрывателя с ПВМ возможно воздействие на конструкцию внешних сил (удар, падение, перегрузки при транспортировке и т.д.). В этом случае блокирующую функцию выполняют два центробежных фиксатора исходного положения 8. При этом независимо от направления действия внешних сил остается зацепление с перегородкой 3, по крайней мере, одного из центробежных фиксаторов исходного положения 8 перегородки 3, что обеспечивает предохранительную функцию перегородки 3 взрывателя и исключает его несанкционированное срабатывание.
Под воздействием стартовых перегрузок при достижении определенной величины инерционных сил начинает работу блокирующий механизм, в частности центробежные подпружиненные фиксаторы исходного положения 8. Под воздействием центробежной силы фиксаторы 8 начинают движение, сжимают пружины 9 и выходят из зацепления с перегородкой 3, т.е. выходят из пазов перегородки 31, после чего перегородка 3 удерживается силами трения между деталями механизма и линейным фиксатором 10 за счет действия линейной силы, проекция которой на направление, нормальное оси взрывателя, благодаря конусному отверстию в перегородке 3, превышает центробежную силу до момента выхода боеприпаса на траекторию полета. Это приводит к затягиванию процесса взведения перегородки 3 и увеличивает время взведения ПВМ, что дает возможность боеприпасу удалиться от места вылета на большее расстояние, при этом перегородка 3 удерживается в исходном положении линейным фиксатором 10. Выполнение отверстия перегородки 3 под линейный фиксатор исходного положения 10 в виде глухого конусного отверстия позволяет ему находиться в требуемом положении без использования пружины, поскольку роль пружины выполняет сила трения между линейным фиксатором 10 и поверхностью отверстия стакана 1 под данный фиксатор. Далее при достижении центробежной силы величины, превышающей усилие удержания линейного фиксатора 10 в исходном положении, перегородка 3 начинает сдвигаться в сторону размещения контактов 11, выдавливая фиксатор 10 по конусной поверхности глухого отверстия, после чего он выходит из зацепления с перегородкой, освобождая ее, т.о. все пороги блокировки снимаются. Перегородка 10, размещенная в направляющем пазу с выступом, размещенном в дополнительном сквозном пазу, передвигается под действием центробежной силы в конечное положение, замыкая контакты 11, выполняя функцию пускового взводящего механизма, при этом ось передаточного заряда 5 совмещается с осью электродетонатора 4, а фиксаторы конечного положения 7 входят в пазы крышки 2. При этом происходит одновременный выход стержней 7 из зацепления, и приводит к блокировке перегородки 3 в конечном положении, в том числе при ударе о цель независимо от направления перегрузок торможения, поскольку выход стержней фиксатора конечного положения и фиксация их при ударе осуществляется за счет инерционных сил. Передаточный заряд 5 выполнен с оптимальными габаритно-массовыми характеристиками за счет наличия дополнительного объема, который сформирован выступом перегородки 2. В момент замыкания контактов 11 коммутирующей пластиной 6 перегородки 3 задействуется электрическая цепь взрывателя, и электрический импульс подается на электровводы электродетонатора 4, который формирует детонационный импульс, инициирующий передаточный заряд 5. После этого усиленный детонационный импульс от передаточного заряда 5 передается на заряд взрывателя, формируя в нем детонационную волну.
Достоинством заявляемой конструкции ПВМ является возможность ее применения в широком диапазоне классов боеприпасов, относительно небольшие габариты, надежность срабатывания и безопасность в обращении.