СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СРАБАТЫВАНИЯ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ИНИЦИИРОВАНИЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO DETERMINE CHARACTERISTICS OF ACTUATION OF PYROTECHNICAL ITEMS WITH ELECTRIC INITIATION AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к испытательному оборудованию и предназначено для определения характеристик пиротехнических систем, узлов и изделий (систем расстыковки и разделения, пироклапанов, пирозамков, пироножей, пиротолкателей, пироболтов и др.) с электрическим инициированием.
Изобретение может быть использовано в ракетно-космической и авиационной технике, а также в других отраслях техники, где используются пиротехнические изделия для определения таких характеристик срабатывания пиротехнических узлов и изделий, как зависимость времени инициирования от величины протекающего через элемент накаливания постоянного тока. При этом под временем инициирования понимается время от момента подачи постоянного тока на элемент накаливания пиротехнического изделия до момента воспламенения заряда взрывчатого вещества (ВВ), содержащегося в пиротехническом изделии. Знание этих характеристик облегчает проектирование и отработку систем управления работой пиротехнических устройств для обеспечения их срабатывания в заданный момент времени.
Зависимость времени инициирования от величины протекающего через элемент накаливания пиротехнического изделия постоянного тока является характеристикой самого пиротехнического изделия, поскольку полностью определяется конструкцией изделия. Вид этой функциональной зависимости в настоящее время приходится определять опытным путем.
Известно устройство для определения времени срабатывания безынициаторного капсюля-детонатора по патенту RU 2328748, 10.07.2008, МПК: G01P 3/64 (2006/01), C06C 7/00 (2006/01), F42B 35/00 (2006/01). Устройство содержит хронограф, фотодатчик запуска хронографа и датчик остановки хронографа в виде пьезодатчика-вибропреобразователя. Фотодатчик реагирует на излучение фронта детонационной волны, проходящего внутри ударно-волновой трубки после ее инициирования. Пьезодатчик реагирует па ударное воздействие при срабатывании капсюля-детонатора и расположен на металлической пластине с противоположной стороны от капсюля-детонатора, установленного напротив него. Толщина пластины в месте установки пьезодатчика составляет 10-30 мм.
Однако это устройство и способ, по которому оно работает, не могут быть использованы для определения времени инициирования пиротехнических изделий с электрическим инициированием, поскольку при электрическом инициировании нет излучения, которое могло бы быть зафиксировано фотодатчиком для определения начального момента подачи тока. Фотодатчик не может быть в данном случае применен и для фиксации момента воспламенения заряда ВВ, поскольку в пиротехнических изделиях ракетной техники и авиации заряд ВВ находится внутри непрозрачного корпуса.
В известном устройстве пьезодатчик-вибропреобразователь служит для фиксации момента завершения срабатывания капсюля-детонатора и в описании не раскрыто, что таким способом можно определить момент начала воспламенения ВВ в пиротехническом устройстве с электрической инициализацией.
Известно устройство для испытаний разрывных болтов (патент РФ 2351879, 10.04.2009, МПК: F42B 3/00 (2006/01)), состоящее из двух кронштейнов, смонтированных на силовой плите, на одном из которых жестко закреплен один неподвижный диск, а соосно с ним па направляющих, жестко закрепленных в кронштейнах, расположен второй подвижный диск с возможностью перемещения по направляющим в сторону противоположного кронштейна. Диски контактируют друг с другом своими торцевыми плоскостями и по их оси соединены между собой разрывным болтом.
Известно также устройство для испытаний разрывных болтов и способ определения характеристик срабатывания разрывных болтов при проектировании пиротехнических узлов (патент РФ 2289088, 26.04.2004, МПК: F42B 3/00 (2006/01)), принятые за прототип.
Устройство для испытаний разрывных болтов состоит из двух кронштейнов, смонтированных на силовой плите, на одном из которых жестко закреплен один неподвижный диск, а соосно с ним на направляющих, жестко закрепленных в кронштейнах, расположен второй подвижный диск с возможностью перемещения по направляющим в сторону противоположного кронштейна, причем в дисках по их оси выполнены гнезда под разрывной болт, соединяющий их между собой, при этом диски контактируют друг с другом своими торцевыми плоскостями.
1
2
Известный способ определения характеристик срабатывания разрывных болтов (скорость и импульс отделившихся частей, величина осевого усилия) при проектировании пиротехнических узлов, заключается в фиксации момента t разделения дисков и момента t соударения второго подвижного диска с противоположным кронштейном. Момент соударения и момент разделения, соответствующий началу движения второго подвижного диска, фиксируется, например, с помощью датчиков или киносъемки.
Хотя эти способ и устройство служат для определения характеристик срабатывания пиротехнических изделий с электрическим инициированием, время инициирования в зависимости от подаваемого постоянного тока в этом способе и при помощи этого устройства не определяются.
Задачей заявленного изобретения является возможность определения характеристик пиротехнических изделий, устанавливаемых на различных объектах, в частности, времени инициирования пиротехнического изделия и связанные с ним характеристики при установке пиротехнических изделий в местах, недоступных для визуального наблюдения момента воспламенения последних.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является:
- фиксация момента воспламенения заряда ВВ пиротехнических изделий, установленных в местах, недоступных для визуального наблюдения момента воспламенения и определение времени его инициирования в зависимости от различных значений величин подаваемого постоянного тока;
б
дл
100
в
н
- возможность определения по полученной зависимости значений величины безопасного тока I, длительного воспламеняющего тока I, стомиллисекундного воспламеняющего тока I, импульса воспламенения К в зависимости от силы тока и значения номинального импульса воспламенения К.
б
дл
100
в
н
2
При этом под величиной безопасного тока I понимают максимальное значение (верхний предел) постоянного тока, который не вызывает воспламенения заряда пиротехнического изделия, какое бы время он не протекал через него; длительным воспламеняющим током I - минимальное значение (нижний предел) постоянного тока, который протекая через пиротехническое изделие более 1 минуты вызовет его срабатывание; стомиллисекундным воспламеняющим током I - минимальное значение постоянного тока, который протекая через пиротехническое изделие в течение 100 мс, вызовет его срабатывание; импульсом воспламенения К - наименьшее значение импульса тока (постоянного), при котором происходит срабатывание пиротехнических изделий (размерность импульса воспламенения Ас); номинальным импульсом воспламенения К - установившееся значение импульса воспламенения, которое наступает при токе, равном примерно двукратному значению стомиллисекундного воспламеняющего тока (Б.Н. Кутузов «Взрывные работы», Издательство «Недра», Москва, 1974 г., с.151, 152).
1
2
2
1
Технический результат изобретения достигается тем, что способ определения характеристик срабатывания пиротехнических изделий с электрическим инициированием состоит в том, что на элемент накаливания пиротехнического изделия подают электрический ток, при этом подачу электрического тока осуществляют от источника постоянного тока. Фиксируют момент t подачи тока и значение величины поданного тока I, затем фиксируют момент воспламенения заряда пиротехнического изделия t no моменту появления вибрации на корпусе пиротехнического изделия. Определяют время инициирования пиротехнического изделия Т как разницу между моментом воспламенения пиротехнического изделия t и моментом подачи постоянного электрического тока t. Для получения зависимости времени инициирования Т от различных значений величины подаваемого тока I повторяют вышеперечисленные операции при различных значениях величины токов необходимое число раз.
Технический результат достигается также и тем, что в устройство для определения характеристик срабатывания пиротехнических изделий с электрическим инициированием, состоящем из электрической цепи подрыва с источником питания, подключенной к элементу накаливания пиротехнического изделия, введены устройство для обнаружения вибраций, установленное на пиротехническом изделии, и блок определения времени инициирования, при этом цепь подрыва состоит из последовательно соединенных источника питания, ключа для замыкания цепи, элемента накаливания пиротехнического изделия, устройства измерения силы тока в цепи подрыва, причем выходы устройства для обнаружения вибраций и устройства измерения силы тока электрически подключены к входам блока определения времени инициирования, а источник питания выполнен в виде источника постоянного тока.
Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1).
На фиг.1 представлен пример устройства для определения времени инициирования пиротехнического изделия (разрывного пироболта), где:
1 - пиротехническое изделие;
2 - блок определения времени инициирования;
3 - источник постоянного тока;
4 - устройство измерения силы тока в цепи подрыва;
5 - ключ;
6 - устройство для обнаружения вибрации;
7 - входы блока определения времени инициирования;
8 - элемент накаливания.
Осуществление заявленного устройства может быть показано на примере устройства, изображенного на фиг.1.
На корпусе пиротехнического изделия (1) установлено устройство для обнаружения вибраций (6). Источник постоянного тока (3) последовательно электрически подключен к элементу накаливания (8) через ключ (5). Эти элементы образуют электрическую цепь подрыва пиротехнического изделия (1). Выходы устройства для обнаружения вибрации (6) и устройства измерения силы тока (4) электрически подключены к входам (7) блока определения времени инициирования (2).
Испытываться может любое пиротехническое изделие, в котором содержатся взрывчатые материалы - это пирозамки, пиропатроны, детонаторы и т.п., которые срабатывают от электрического тока.
Ключ (5) служит для замыкания цепи подрыва.
Устройство измерения силы тока в цепи подрыва (4) может представлять собой, например, электрическое сопротивление, установленное последовательно в цепь подрыва. Перепад напряжения, который пропорционален протекающему через него току, подается на вход блока определения времени инициирования (2). Можно использовать и любые другие устройства измерения силы тока, которые работоспособны для коротких промежутков времени и сигналы с которых пригодны для регистрации, например бесконтактные электромагнитные клещи.
Устройство для обнаружения вибрации (6) может представлять собой датчик виброускорений, датчик деформации, датчик перемещений и т.п. Поскольку при воспламенении заряда в корпусе пиротехнического изделия практически мгновенно появляются такие признаки как вибрация корпуса, как его деформация и связанные с деформацией перемещения поверхности корпуса. Чувствительные элементы устройств для обнаружения вибрации корпуса пиротехнического изделия могут располагаться как на самом корпусе пиротехнического изделия, так и вблизи него, будучи связанным с ним средой, проводящей вибрацию. Например, на держателе (на фиг.1 не показан), на котором закреплено пиротехническое изделие или на переходнике (на фиг.1 не показан) для установки датчика на корпусе пиротехнического изделия.
Блок определения времени инициирования (2) может представлять собой анализатор сигналов, в котором аналоговые сигналы преобразуются в цифровые коды и могут обрабатываться по заданным алгоритмам. Такие анализаторы широко используются в настоящее время. Например, анализатор сигналов A17U8 разработки ЗАО «Электронные технологии и метрологические системы» (г.Зеленоград) может регистрировать в цифровом виде до 8 сигналов. На его базе можно формировать так называемые виртуальные приборы, такие как обнаружители событий для определения моментов начала и окончания зарегистрированных процессов и арифметические процессоры для различных вычислений. Результаты могут отображаться на электронном дисплее.
Заявленный способ может быть пояснен на примере работы устройства, вариант которого изображен на фиг.1. Способ осуществляется при сравнительно малых подаваемых токах, когда время инициирования составляет преобладающую часть времени срабатывания пиротехнического изделия.
Пиротехническое изделие (1) подключают к источнику постоянного тока (3). Производят срабатывание пиротехнического изделия, для чего замыкают ключ (5) и, тем самым, подают электрический ток на элемент накаливания (8) пиротехнического изделия (1) от источника постоянного тока (3), осуществляя его срабатывание. Постоянство тока имеет значение, поскольку для сравнения времен инициирования, полученных при различных значениях величин подаваемого тока, нужно, чтобы ток был постоянным.
1
Момент t подачи тока и значение величины поданного тока I фиксируют при помощи устройства измерения силы тока в цепи подрыва (4) и блока определения времени инициирования (2).
2
При срабатывании заряда взрывчатых веществ внутри пиротехнического изделия в последнем возбуждаются вибрации, регистрируемые устройством для обнаружения вибраций (6). Эго позволяет фиксировать момент воспламенения заряда пиротехнического изделия t по моменту появления вибрации на корпусе пиротехнического изделия.
-1
Поскольку скорость распространения колебаний в металлах и жестких материалах весьма высока, то можно пренебречь временем распространения вибраций от места расположения заряда взрывчатого вещества до места установки датчика вибраций по сравнению с измеряемым временем инициирования. В самом деле, время инициирования пиротехнических изделий при гарантированных токах срабатывания составляет 10-20 мс. При этом время распространения вибраций до датчика, установленного на расстоянии 100 мм от заряда ВВ составит порядка 10 мс при скорости распространения вибраций порядка 1000 м/с. Возникающая погрешность определения времени инициирования порядка 1% является приемлемой.
Для того, чтобы вибрации достигли датчика, последний должен быть жестко связан с корпусом пиротехнического узла. Датчик может быть установлен непосредственно на корпусе пиротехнического узла или на его держателе как можно ближе к пиротехническому узлу.
2
1
После того, как сигналы с устройства измерения силы тока в цепи подрыва и устройства для обнаружения вибрации зарегистрированы блоком определения времени инициирования, можно определить величину значений силы поданного тока и времени инициирования пиротехнического изделия Т, которое определяют как разницу между моментом воспламенения пиротехнического изделия t и моментом подачи постоянного электрического тока t.
Чтобы получить зависимость времени инициирования от силы подаваемого постоянного тока с заданным шагом нужно повторить вышеперечисленные операции необходимое число раз.
По полученной зависимости времени инициирования от различных значений величины подаваемого тока можно определить характеристики, связанные со временем инициирования. Это величина безопасного тока (ток, время инициирования для которого бесконечно велико), величина длительного воспламеняющего тока и стомиллисекундного тока для которых время инициирования равно 1 минуте и 100 мс соответственно. По зависимости времени инициирования от силы тока строится зависимость импульса тока от силы тока и определяется значения импульса воспламенения и номинального импульса воспламенения.
Заявленный способ работает при сравнительно низких значениях инициирующего тока, так как при его высоких значениях время инициирования будет настолько мало, что сравнимо с временем распространения вибраций по корпусу пиротехнического устройства до устройства обнаружения вибраций.