Устройство для подрыва боевых частей проникающего типа в критических условиях деформации корпуса
APPARATUS FOR BLASTING PENETRATING-TYPE WARHEADS IN CRITICAL CONDITIONS OF HULL DEFORMATION

Изобретение относится к военной технике, а именно к устройствам для подрыва боевых частей проникающего типа в критических условиях деформации корпуса.
Задачей таких устройств является подрыв боевой части при встрече боеприпаса с особо прочными или непробиваемыми преградами до разрушения корпуса боевой части и потери ее работоспособности. В данных условиях подрыв боевой части целесообразно производить при наступлении критического уровня пластической деформации ее корпуса. Технический результат - повышение эффективности действия боевой части в широком диапазоне характеристик преград.
Известен контактный датчик цели с устройством самоликвидации (Патент RU №2634945, публ. 08.11.2017 г., МПК F42C 1/00, F42C 19/12) содержащий два чувствительных элемента, выполненных в виде МЭМС-устройств, срабатывающих под действием перегрузок. При этом одно из МЭМС - устройств срабатывает от перегрузок, действующих вдоль продольной оси контактного датчика, а другое срабатывает под действием центробежной силы, возникающей при вращении контактного датчика относительно продольной оси. При снижении частоты вращения до определенной величины после соударения боеприпаса с преградой происходит замыкание цепи самоликвидации.
Достоинством известного контактного датчика цели является наличие функции самоликвидации в случае несрабатывания датчика в результате ударного воздействия.
Недостаток данного устройства заключается в отсутствии контроля деформации корпуса боеприпаса в качестве критерия самоликвидации при его соударении с непробиваемой преградой. Область применения данного технического решения ограничивается вращающимися артиллерийскими снарядами, поскольку физическим фактором, используемым для самоликвидации, является центробежная сила, которая, как правило, незначительна у таких боеприпасов как управляемые ракеты и авиационные бомбы.
Известно контактное взрывательное устройство (Патент RU №2356008, публ. 20.05.2009 г., МПК F42C 15/184), включающее датчик импульсного магнитоэлектрического генератора волнового действия и датчик волнового ударного замыкателя, объединенные в едином корпусе, предохранительно-исполнительный механизм, контактный датчик разрушения корпуса взрывательного устройства, выполненный в виде двух коаксиальных цилиндрических колпаков, установленных на изоляционной опоре.
Достоинством данного взрывательного устройства является возможность его срабатывания за счет использования контактного датчика разрушения корпуса взрывательного устройства.
Недостаток устройства заключается в отсутствии контроля деформации корпуса боевой части при соударении с непробиваемой преградой, вследствие чего команда на подрыв может поступить с опозданием, в случае, когда корпус взрывательного устройства сохраняет целостность, а корпус боевой части уже разрушен и боеприпас не способен нанести существенный ущерб цели.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению можно рассматривать контактное взрывательное устройство для противокорабельных ракет (Патент RU №2186334, публ. 27.07.2002 г., МПК F42C 9/10, F42C 11/00, F42B 15/00), содержащее предохранительно-исполнительный механизм, систему контактных датчиков, выполненную в виде двух групп, первая из которых - контактные датчики цели - установлена на оболочке ракеты, а вторая - датчики разрушения - в боевой части ракеты.
Достоинством данного взрывательного устройства является возможность его срабатывания от датчиков разрушения, установленных внутри боевой части ракеты, в том случае, если время разрушения боевой части окажется меньше установленного времени замедления предохранительно-исполнительного механизма.
Недостатком данного взрывательного устройства является отсутствие количественной оценки деформации корпуса боевой части, которая позволила бы сформировать команду на мгновенный подрыв при достижении критической деформации корпуса боевой части в случае ее встречи с особо прочной или непробиваемой преградой.
Также не исключается преждевременное срабатывание датчиков разрушения при сохранении целостности корпуса в случае возникновении волн деформации в заряде взрывчатого вещества. Волны деформации могут возникать в случае снаряжения боевой части взрывчатыми веществами с повышенной текучестью, например, пластизольными смесями ОЛА-15, ОЛА-30 и др.
Общими признаками устройства, выбранного в качестве прототипа, с предлагаемым техническим решением является наличие предохранительно-исполнительного механизма и системы контактных датчиков.
Задачей предполагаемого изобретения является повышение эффективности действия проникающих боеприпасов.
Технический результат предполагаемого изобретения обеспечивается за счет формирования устройством команды на мгновенный подрыв при возникновении критической деформации корпуса боевой части в процессе ее взаимодействия с преградой.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство для подрыва боевых частей проникающего типа в критических условиях деформации корпуса включает в себя систему контактных датчиков, установленную на передней поверхности боевой части, установленные в донной области боевой части предохранительно-исполнительный механизм и блок критического состояния, в состав которого входит акселерометр, ждущий мультивибратор, первый RS-триггер, первый тактовый генератор, счетчик прямого счета, второй тактовый генератор, счетчик обратного счета, схему задержки, второй RS-триггер и логический элемент «И», при этом выход системы контактных датчиков подключен к входу цепи замедленного действия предохранительно-исполнительного механизма и к входу S первого RS-триггера, акселерометр подключен к входу ждущего мультивибратора, выход которого соединен с входом R первого RS-триггера, входом разрешения предварительной установки счетчика обратного счета, первым входом логического элемента «И» и входом схемы задержки, причем выход первого RS-триггера соединен с входом пуска-останова первого тактового генератора, подключенного к тактовому входу счетчика прямого счета, выход данных которого соединен с входом данных счетчика обратного счета, тактовый вход счетчика обратного счета подключен ко второму тактовому генератору, выход окончания счета счетчика обратного счета соединен с входом R второго RS-триггера, вход S которого соединен с выходом схемы задержки, а выход второго RS-триггера подключен к второму входу логического элемента «И», выход которого соединен с входом цепи мгновенного действия предохранительно-исполнительного механизма.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в устройство введен блок критического состояния, который осуществляет количественную оценку относительной деформации корпуса боевой части по изменению периода собственных колебаний, возникающих в корпусе боевой части в процессе ее взаимодействия с преградой.
В момент соударения с преградой в корпусе боевой части возбуждается продольная упругая волна, распространяющаяся со скоростью, определяемой выражением («Введение в физику», А.И. Китайгородский, Изд-во «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 1973 год, стр. 116):
где: Е - модуль упругости материала корпуса,
ρ - плотность материала корпуса.
При этом, основная частота собственных колебаний равна:
где L - длина корпуса боевой части.
1
1
Соответственно, период собственных колебаний T = 1/ν.
1
При встрече с непробиваемой преградой, вследствие деформации корпуса боевой части и уменьшения длины L, пропорционально уменьшается и период колебаний Т. Например, при заданной предельно допустимой деформации корпуса 30%, критерием выдачи команды на самоликвидацию будет уменьшение периода колебаний на 30%.
Технический результат реализации предполагаемого изобретения достигается путем использования в составе устройства акселерометра и ждущего мультивибратора, вырабатывающего последовательность импульсов заданной длительности, период следования которых соответствует периоду собственных колебаний корпуса боевой части.
Введение в состав устройства первого RS-триггера обеспечивает формирование сигнала, длительность которого равна половине начального периода собственных колебаний корпуса, определяемого как время прохождения продольной упругой волны по корпусу от системы контактных датчиков, до акселерометра блока критического состояния, установленного в донной области боевой части.
Использование первого тактового генератора с тактовой частотой F1, управляемого первым RS-триггером, обеспечивает запись в счетчик прямого счета числа импульсов N соответствующего начальному значению половины периода собственных колебаний корпуса. Тактовая частота второго тактового генератора F2 выбирается из соотношения, определяемого допустимой деформации корпуса.
Например, при деформации корпуса в 30%, период собственных колебаний корпуса будет уменьшаться так же на 30%, что соответствует увеличению частоты в 1,3 раза. Учитывая, что число импульсов N соответствует половине начального периода колебаний, частота второго тактового генератора должна составлять F2=F/2×1,3=0,65F1.
Число N, записанное в счетчике прямого счета, перезаписывается в счетчик обратного счета в начале каждого последующего периода колебаний по сигналу от ждущего мультивибратора. Тот же сигнал через схему задержки подается на вход S второго RS-триггера, вызывая его переключение в состояние «логической единицы».
При каждом обнулении счетчика обратного счета сигнал с его выхода подается на вход R второго RS-триггера, вызывая его переключение в состояние «логического нуля». В случае уменьшения периода сигналов ждущего мультивибратора до критического значения счетчик обратного счета не успевает обнулиться. При этом на выходе второго RS-триггера сохраняется сигнал «логической единицы», который «перекрывается» с сигналом ждущего мультивибратора, вследствие чего на выходе логического элемента «И» появляется сигнал, который поступает на вход цепи мгновенного действия предохранительно-исполнительного механизма.
При отсутствии сигнала на входе цепи мгновенного действия срабатывание предохранительно-исполнительного механизма происходит по цепи замедленного действия.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена схема размещения устройства на боевой части.
На фиг. 2 представлена функциональная схема устройства.
На фиг. 3 представлены осциллограммы сигналов, поясняющие принцип работы устройства.
На фиг. 1 показана боевая часть 1 с предохранительно-исполнительным механизмом 2 и блоком критического состояния 3, которые электрическим жгутом 4 соединены с системой контактных датчиков 5, установленной на передней поверхности боевой части 1.
На фиг. 2 изображена функциональная схема устройства, которое включает в себя систему контактных датчиков 5, установленную на передней поверхности боевой части 1, предохранительно-исполнительный механизм 2 и блок критического состояния 3, установленный в донной области боевой части 1, в состав которого входит акселерометр 6, ждущий мультивибратор 7, первый RS-триггер 8, первый тактовый генератор 9, счетчик прямого счета 10, второй тактовый генератор 11, счетчик обратного счета 12, схема задержки 13, второй RS-триггер 14 и логический элемент «И» 15, при этом выход системы контактных датчиков 5 подключен к входу цепи замедленного действия предохранительно-исполнительного механизма 2 и к входу S первого RS-триггера 8, акселерометр 6 подключен к входу ждущего мультивибратора 7, выход которого соединен с входом R первого RS-триггера 8, входом разрешения предварительной установки счетчика обратного счета 12, первым входом логического элемента «И» 15 и входом схемы задержки 13, причем выход первого RS-триггера 8 соединен с входом пуска-останова первого тактового генератора 9, подключенного к тактовому входу счетчика прямого счета 10, выход данных которого соединен с входом данных счетчика обратного счета 12, его тактовый вход соединен со вторым тактовым генератором 11, а выход окончания счета соединен с входом R второго RS-триггера 14, вход S которого соединен с выходом схемы задержки 13, а выход подключен ко второму входу логического элемента «И» 15, выход которого соединен с входом цепи мгновенного действия предохранительно-исполнительного механизма 2.
При встрече боевой части 1 с преградой сигнал от системы контактных датчиков 5 (см. фиг. 3) поступает на вход цепи замедленного действия предохранительно-исполнительного механизма 2, который начинает отсчет заданного времени замедления.
Одновременно сигнал от системы контактных датчиков 5 также поступает на вход S первого RS-триггера 8, при этом на его выходе появляется сигнал «логической единицы».
жмв
жмв
В момент удара по преграде в корпусе боевой части 1 возбуждается продольная упругая волна, которая с определенной задержкой доходит до акселерометра 6. Сигнал акселерометра 6 с помощью ждущего мультивибратора 7 преобразуется в последовательность импульсов длительностью Т с периодом следования соответствующим периоду собственных колебаний корпуса боевой части 1. Первый импульс указанной последовательности подается на вход R первого RS-триггера 8, переводя его в состояние «логического нуля». За время нахождения RS-триггера 8 в состоянии «логической единицы» на тактовый вход счетчика прямого счета 10 поступает N импульсов от первого тактового генератора 9. При этом число N в двоичном коде появляется на выходе данных счетчика прямого счета 10. По сигналу от ждущего мультивибратора 7 число N перезаписывается в счетчик обратного счета 12 и начинается его обратный отсчет с частотой второго тактового генератора 11. Одновременно, сигнал ждущего мультивибратора 7 поступает на вход логического элемента «И» 15 и схему задержки 13, которая задерживает сигнал ждущего мультивибратора 7 на время равное длительности его сигналов Т. По сигналу от схемы задержки 13 второй RS-триггер 14 переключается в состояние «логической единицы», а при обнулении числа N в счетчике обратного счета 12 - в состояние «логического нуля».
В случае уменьшения периода сигналов ждущего мультивибратора 7 до критического значения, соответствующего критическому значению деформации, счетчик обратного счета 12 не успевает обнулить число N.
При этом на выходе второго RS-триггера 14 сохраняется сигнал «логической единицы», который (см. фиг. 3) «перекрывается» с сигналом ждущего мультивибратора 7, вследствие чего на выходе логического элемента «И» 15 появляется сигнал, который поступает на вход цепи мгновенного действия предохранительно-исполнительного механизма 2.
При отсутствии сигнала от логического элемента «И» 15 срабатывание предохранительно-исполнительного механизма 2 происходит после отсчета заданного времени замедления.
Предлагаемое техническое решение позволяет осуществлять контроль деформации корпуса боевой части и обеспечить ее подрыв в случае возникновения критической деформации корпуса при встрече боеприпаса с особо прочной или непробиваемой преградой.
Положительный эффект, достигаемый при осуществлении изобретения, выражается в повышении эффективности действия боевых частей проникающего типа за счет применения предложенного устройства.