ВЗРЫВАТЕЛЬ КОМБИНИРОВАННОГО ДЕЙСТВИЯ
DETONATING FUSE OF COMBINED ACTION

Изобретение относится к управляемым артиллерийским снарядам с комбинированным, контактным и бесконтактным срабатыванием взрывателя для дистанционного инициирования от воздействия управляющего излучения внешнего источника и подрыва непосредственно при встрече с целью на траектории полета.
Уровень данной области техники характеризует установленный в артиллерийском снаряде взрыватель комбинированного инициирования подрыва, включающий преобразователь, предохранительный и исполнительный механизмы, блок дистанционного управления взрывателем, связанный с источником электрического питания и содержащий последовательные приемное устройство кода времени, дешифратор и устройство временной задержки, описанное в патенте RU 2135947 C1, F42B 15/01, 1999 г.
Между блоком дистанционного управления и штатным взрывателем, содержащим пьезоэлектрический преобразователь, дополнительно установлен генератор ударного импульса, выполненный в виде электродетонатора, срабатывание которого по команде устройства временного замедления в корпусе снаряда возбуждает ударную волну, передаваемую на пьезоэлектрический преобразователь взрывателя.
Ударный импульс, создаваемый электродетонатором в заданной точке траектории полета снаряда, эквивалентен импульсу от штатного элемента при контактном срабатывании, что определяет идентичность функционирования схемы подрыва в разных режимах инициирования.
Описанный боеприпас характеризуется универсальным механизмом подрыва наполнения, который инициируется от удара при встрече с целью под воздействием сил инерции на пьезоэлектрический преобразователь, а также альтернативно: от ударного импульса имитатора подобной встречи с автономного электродетонатора, срабатывающего по внешней управляющей кодированной команде, содержащей информацию о времени подрыва, преобразуемой в стандартный исполнительный сигнал по истечении времени задержки.
Выходной сигнал с блока дистанционного управления трансформируется посредством дополнительного электродетонатора в ударный импульс, генерирующий ударную волну в корпусе снаряда, адекватную принимаемой пьезоэлектрическим преобразователем штатного взрывателя при реальной встрече с преградой.
Блок управления опосредованно связан с преобразователем взрывателя, что позволяет использовать штатный предохранительно-исполнительный механизм, унифицируя конструкцию и комплектацию боеприпасов, что снижает производственные затраты.
Выход на режим энергосодержащей батареи - источника электропитания блока управления - происходит с задержкой 0,1 с после выстрела (100 м полета) для обеспечения безопасности, исключив несанкционированный разрыв снаряда вблизи позиции стрельбы.
Генератор ударного импульса размещается в корпусе боеприпаса независимо от взрывателя, то есть без электрических и кинематических с ним связей, что обеспечивает конструктивную мобильность блоку дистанционного управления.
Это универсальное техническое решение пригодно для артиллерийских снарядов крупного калибра, авиабомб и мин, однако практическое использование в артиллерийских снарядах малого калибра затруднено из-за ограниченности объема для размещения дополнительных электродетонатора и блока дистанционного управления с источником электропитания.
Использование штатного взрывателя обеспечивает адаптивную переналаживаемость боеприпасов, но при этом снижается боевая эффективность снаряда из-за больших суммарных габаритов блока дистанционного управления с источником электропитания и взрывателя с относительно мощным пьезоэлектрическим преобразователем, функционирующим автономно, инициируя срабатывание электродетонатора без дополнительного источника тока.
Кроме того, блок дистанционного управления и генератор ударного импульса должны быть изолированы от прямого воздействия высокого давления пороховых газов метательного заряда. В лимитированном объеме снаряда это может быть сделано только за счет уменьшения массы боевого наполнения, что снижает боевое могущество изделий.
Высокочувствительный взрыватель описанного боеприпаса может вызывать ложное срабатывание от взаимодействия с ландшафтными препятствиями, ветками деревьев, кустарником и с атмосферными осадками в виде града, ливневых струй, что приводит к разрыву снаряда вблизи огневой позиции и расположения личного состава своих войск.
Отмеченные недостатки устранены в более совершенном взрывателе по патенту RU 2229678 C1, F42B 13/00, 2002 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному взрывателю к артиллерийским боеприпасам малого калибра.
Известный взрыватель к артиллерийским боеприпасам включает размещенные в корпусе, оснащенном оптическим окном, лучевой детонатор, предохранительный механизм, электровоспламенитель и связанный с контактным датчиком блок дистанционного управления срабатыванием электровоспламенителя, связанные с источником электропитания.
Блок дистанционного управления содержит последовательно электрически соединенные приемное устройство кода времени и управляемые тактовым генератором устройство временной задержки, схему дальнего взведения и выходной ключ для коммутации электровоспламенителя с источником электропитания.
Известный взрыватель характеризуется уменьшением габаритов взрывателя с дистанционным управлением подрывом до приемлемых для использования в артиллерийских снарядах малого калибра, в винтовочных гранатах, что значительно расширило область применения при повышении эффективности действия боеприпасов по назначению.
Непосредственная связь блока дистанционного управления с преобразователем, в качестве которого используется чувствительный электровоспламенитель, восприимчивый к управляющему сигналу устройства временной задержки без усилия, гарантированно обеспечивает срабатывание взрывателя как при контактном действии при встрече с целью, так и в заданное извне время, без применения дополнительного энергоемкого детонатора и мощного пьезопреобразователя.
Введение в структуру устройства временной задержки управляемой схемы дальнего взведения позволяет блокировать случайные срабатывания электровоспламенителя от механических воздействий на контактный датчик при выстреле и преждевременный подрыв боеприпаса, что повышает безопасность применения и функциональную надежность.
Дополнительное оснащение взрывателя контактным датчиком унифицировало его действие в обоих режимах функционирования боеприпаса: при контакте с целью и управляемом подрыве на заданной дистанции полета.
Продолжением достоинств являются присущие недостатки. Так надежное инициирование электровоспламенителя в известном взрывателе происходит от относительно большого токового импульса (150-200 мА), что вынуждает применять достаточно габаритный источник электропитания.
Это возможно только за счет объема взрывчатого наполнения при сопутствующем ухудшении показателей назначения боеприпаса.
В малокалиберных боеприпасах по указанной причине практически невозможно обеспечить точное инициирование подрыва без значительной потери поражающего осколочного действия.
Кроме того, автономное расположение контактного датчика также снижает полезную нагрузку боеприпаса.
Существенным недостатком известного взрывателя является неудовлетворительная безопасность применения взрывателя из-за существования вероятности несанкционированного подрыва боеприпаса в стволе или над собственными позициями при любом отказе схемы дальнего взведения, так как электровоспламенитель с выходным ключом соединен напрямую.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является расширение области применения безопасного многофункционального взрывателя за счет минимизации его габаритов при повышении функциональной надежности точного срабатывания в заданной точке траектории полета малокалиберного артиллерийского боеприпаса.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный взрыватель комбинированного действия к артиллерийским боеприпасам, содержащий помещенные в корпусе, оснащенном оптическим окном, лучевой детонатор, предохранительный механизм, электровоспламенитель и связанный с контактным датчиком блок дистанционного управления срабатыванием электровоспламенителя, при этом в составе блока дистанционного управления последовательно электрически связаны приемное устройство кода времени и управляемые тактовым генератором устройство временной задержки, схема дальнего взведения и выходной ключ для коммутации электровоспламенителя с источником электропитания, отличается тем, что контактный датчик со схемой дальнего взведения связан через нормально замкнутый коммутатор блока контроля, управляемый схемой совпадения сигнала замыкания контактного датчика и импульса опроса от формирователя, подключенного к счетчику тактового генератора, а осевой электровоспламенитель одним из выводов подключен к положительному полюсу источника электропитания через резистор и диод и через конденсатор - к его отрицательному полюсу, связанному с выходным ключом.
Отличительные признаки позволили усовершенствовать известный взрыватель с дистанционно управляемым точным и безопасным функционированием, минимизировав его габариты для оснащения малокалиберных артиллерийских боеприпасов, при обеспечении кратного снижения разброса от номинала заданного времени подрыва в выбранной точке траектории, чем увеличена боевая эффективность боеприпаса в целом.
Связь контактного датчика со схемой дальнего взведения посредством нормально замкнутого коммутатора блока контроля, подключенного к счетчику импульсов тактового генератора через схему сравнения, позволяет осуществить дополнительную ступень взведения, предотвращая несанкционированное раннее срабатывание взрывателя над позицией стрельбы.
Схема совпадения сигнала замыкания контактного датчика (в случае его неисправности) с импульсом опроса от формирователя переключает коммутатор блока контроля, разрывая электрическую связь контактного датчика с выходным ключом, что исключает подрыв боеприпаса. При этом сохраняется автономное прохождение через схему дальнего взведения сигналов с приемного устройства о заданной дистанции срабатывания взрывателя.
После завершения импульса опроса от формирователя и при отсутствии срабатывания схемы совпадения коммутатор остается в нормально замкнутом положении, подключая контактный датчик в выходному ключу, обеспечивая инерционное срабатывание взрывателя при встрече с целью.
Конденсатор, подключенный к обоим выводам электровоспламенителя и замкнутый через резистор, связанный с положительным полюсом источника электропитания, обеспечивает накопление электрической энергии от маломощного источника до заданного уровня, достаточного для срабатывания электровоспламенителя, то есть выполняет функции программируемого накопителя.
Установка резистора в цепи электрической связи электровоспламенителя с положительным полюсом источника питания создает дополнительную ступень предохранения взрывателя, исключая разряд конденсатора до достижения в нем заданного уровня напряжения, таким образом предотвращая несанкционированное срабатывание электровоспламенителя.
Диод в электрической цепи связи электровоспламенителя с положительным полюсом источника питания удерживает накопленный конденсатором уровень напряжения при возможных в динамике полета флуктуациях токовых характеристик источника электропитания.
Связь источника электропитания, в частности его отрицательным полюсом, через выходной ключ с электровоспламенителем обеспечивает срабатывание последнего после замыкания выходного ключа управляющим сигналом схемы дальнего взведения.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача достигается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по боеприпасам, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности серийного промышленного изготовления на действующем производстве артиллерийских снарядов 23-30 мм калибра и подствольных гранат, оснащенных описанным взрывателем, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - конструкция взрывателя в разрезе;
на фиг.2 - функциональная блок-схема предложенного взрывателя;
на фиг.3 - структура блока контроля состояния контактного датчика.
В корпусе 1 взрывателя (фиг.1) с торцовым оптическим окном 2 последовательно размещены: блок 3 дистанционного управления, источник 4 электропитания, которые смонтированы в коаксиальной демпфирующей обечайке 5, контактный датчик 6, осевой электровоспламенитель 7, штатный предохранительный механизм 8 инерционного действия и лучевой капсюль-детонатор 9.
Электровоспламенитель 7 размещен внутри контактного датчика 6 кольцевой формы, что обеспечивает компактность их пространственного взаиморасположения во взрывателе.
Энергосодержащий источник 4 электропитания, выполненный в виде электролитической батареи с накольной ампулой, и электронный блок 3 дистанционного управления автономно размещены внутри силовой обечайки 5, с которой последний связан посредством демпфирующей прослойки 10 из клеящего компаунда. Этим гарантированно обеспечивается целостность и функциональность источника 4 и блока 3, так как ударные осевые перегрузки при выстреле воспринимаются силовой обечайкой 5 и амортизируются в прослойке 10.
Структурно-функциональная блок-схема взрывателя выполнена в следующей взаимосвязи структурных элементов (фиг.2).
Блок 3 дистанционного управления инициированием срабатывания взрывателя, сообщающийся с контактным датчиком 6 и источником 4 электропитания, включает в состав электрически связанные между собой приемное устройство 11 кода времени, содержащее приемник 12 управляющих кодированных сигналов внешнего лазерного излучения и дешифратор 13, который соединен с устройством 14 временной задержки.
Устройство 14 временной задержки состоит из последовательных счетчика 15 запускающих импульсов схемы 16 сравнения, схемы 17 дальнего взведения, связанной со счетчиком 18 тактовых импульсов, и выходного ключа 19.
Устройство 14 временной задержки содержит тактовый генератор 20, один выход которого с частотой тактовых импульсов f подсоединен к счетчику 18 тактовых импульсов и дешифратору 13, а другой выход с частотой f/к - к счетчику 15 запускающих импульсов.
Счетчик 15 запускающих импульсов связан с блоком 21 контроля, который установлен в линии электрической связи контактного датчика 6 со схемой 17 дальнего взведения.
Блок 21 контроля (фиг.3) состоит из нормально замкнутого коммутатора 22, электрически связывая контактный датчик 6 со схемой 17 напрямую и параллельно через схему 23 совпадения, которая дополнительно подключена через формирователь 24 импульса опроса к счетчику 18 тактовых импульсов.
Подключенный к отрицательному полюсу источника 4 электропитания, выходной ключ 19 устройства 14 временной задержки (то есть в целом выход блока 3 дистанционного управления инициированием взрывателя) соединен с одним из двух выводов осевого электровоспламенителя 7, оснащенного штатным предохранительным механизмом 8 центробежного действия, перекрывающим огневую цепь связи с лучевым капсюлем-детонатором 9.
Второй вывод электровоспламенителя 7 подключен через резистор 25 и диод 26 к положительному полюсу источника 4 электропитания, а через конденсатор 27 - к его отрицательному полюсу.
Источник 4 электропитания с устройством 14 временной задержки и с дешифратором 13 приемного устройства 11 кода времени связан через стабилизатор 28 напряжения, а с его приемником 12 - через стабилизатор 29 напряжения.
В линии электропитания приемника 12 управляющих кодированных сигналов, между источником 4 и стабилизатором 28 напряжения, установлен коммутатор 30, связанный с выходом дешифратора 13.
Функционирует предложенный взрыватель в режимах дистанционного воздушного и контактного при встрече с целью подрывов следующим образом.
При выстреле механически от перегрузок ускорения снаряда инициируется источник 4 электропитания структурных элементов взрывателя: приемника 12 управляющих кодированных сигналов, и дешифратора 13 приемного устройства 11, и устройства 14 временной задержки.
При появлении электропитания схема 17 дальнего взведения запирается, не пропуская никаких импульсов на выходной ключ 19, а счетчик 18 тактовых импульсов начинает счет импульсов тактового генератора 20.
Пока счетчик 18 тактовых импульсов отсчитывает установленное их число, никакие случайные сигналы со схемы 16 сравнения не пройдут на выходной ключ 19 и не вызовут несанкционированных срабатываний взрывателя.
Сигнал от счетчика 18 поступает на формирователь 24 импульса опроса, длительность которого меньше конструктивно заложенного временного интервала дальнего взведения. Импульс от формирователя 24 длительностью этой временной разницы поступает на один из выходов схемы 23 совпадения.
При несправном контактном датчике 6 (замыкание от перегрузок выстрела или брак сборки) электрический сигнал поступает на схему 23 за время действия импульса опроса от формирователя 24, в результате чего управляющим сигналом со схемы 23 коммутатор 22 переключается и разрывает электрическую связь контактного датчика 6 с выходным ключом 19.
В результате, сигналы от контактного датчика 6 после завершения импульса дальнего взведению не поступят на вход схемы 17 дальнего взведения, что исключает несанкционированное срабатывание электровоспламенителя 7.
При этом дистанционный подрыв взрывателя осуществляется в штатном режиме по сигналу от схемы 16 сравнения.
Если за время существования в схеме 23 совпадения импульса опроса с формирователя 24 от контактного датчика 6 сигнал не поступит, то схема 23 не вырабатывает управляющего сигнала и коммутатор 30 остается замкнутым, что обеспечивает готовность взрывателя к действию при встрече с целью от сигнала инерционного замыкания с контактного датчика 6.
Одновременно, при появлении напряжения источника 4, начинает заряжаться конденсатор 27 через резистор 25 и диод 26, который сохраняет накопленный на конденсаторе 27 заряд при случайных падениях напряжения источника 4 электропитания.
Пока заданный уровень напряжения на конденсаторе 27 не достигнут, электровоспламенитель 7 не сработает, даже при открытом ключе 19, что создает дополнительную ступень предохранения, повышая безопасность взрывателя и боеприпаса в целом.
Процесс заряда конденсатора 27 требует времени, характеризующегося величиной τ=R·C (произведения сопротивления резистора 25 и емкости конденсатора 27).
Подбор емкости конденсатора 27 осуществляется, исходя из необходимой энергии для срабатывания электровоспламенителя 7, а подбором сопротивления резистора 25 обеспечивают длительность времени заряда конденсатора 27, то есть действие этой дополнительной ступени предохранения.
o
Так, для срабатывания электровоспламенителя 7 достаточно использования конденсатора 27 емкостью 10 мкФ, при напряжении 8-10 В на конденсаторе 27, установке резистора 25 с сопротивлением 3 кОм и при напряжении U=12 В на источнике 4 питания.
o
-t/τ
В этом случае конденсатор 27 заряжается до рабочего напряжения U за время t=30 мс: U=U-e=8 B.
Средний ток i заряда конденсатора 27 за это время составит i=C·U/t≈3 мА, что многократно меньше тока (150-200 мА), необходимого для срабатывания электровоспламенителя 7 при его непосредственном подключении к источнику 4 тока по прототипу, то есть работоспособность предложенной конструкции взрывателя обеспечивается источником 4 питания существенно меньшей мощности и, соответственно, габаритов.
После временной задержки, необходимой для гарантированного выхода энергосодержащего источника 4 на требуемый уровень, достаточный для работы структурных элементов взрывателя, внешнее передающее лазерное устройство, связанное с оружием, излучает в направлении снаряда кодовую посылку в виде двух пар импульсов.
В зависимости от условий применения передающее устройство и, следовательно, приемник 12 на снаряде могут работать в лазерном или радиодиапазоне. В первом случае в донной части корпуса 1 установлено оптическое окно 2 (фиг.1), а во втором - в структуре приемника 12 имеется антенна (не показана).
При поступлении на приемник 12 двух пар управляющих кодированных импульсов с внешнего передающего устройства в дешифраторе 13 отсчитывается временной интервал между этими парами импульсов и фиксируется в виде числа импульсов тактового генератора 20, полученных в течение времени между парами импульсов.
Интервал между двумя парами импульсов пропорционален времени задержки подрыва снаряда (в К раз меньше), а временной интервал между импульсами в парах служит идентификационным признаком для исключения приема случайных помеховых сигналов в качестве управляющих сигналов.
Сигнал с дешифратора 13 о завершении приема кодовой посылки поступает на коммутатор 30, который отключает электропитание приемника 12 за ненадобностью, и на устройство 14 временной задержки, куда от дешифратора 13 передается также и число, характеризующее времязадающий интервал.
Отключение приемника 12 управляющих кодированных сигналов после выполнения функционального назначения (после приема, обработки и передачи кодовой посылки) снижает в 2-3 раза потребление взрывателем тока, что позволяет дополнительно уменьшить габариты источника 4 электропитания, а также снизить тепловыделение в электронном блоке 3 взрывателя, чем повысить точность отсчета времени.
При уменьшении температурной погрешности частоты тактового генератора 20 увеличивается вероятность поражения цели от сокращения расстояния места подрыва снаряда до цели.
Затем счетчик 15 начинает отсчет запускающих импульсов с частотой в К раз меньше тактовой частоты, а схема 16 сравнивает текущее значение числа на выходе счетчика 15 с числом, переданным устройству 14 временной задержки от дешифратора 13.
При совпадении этих чисел схема 16 сравнения выдает сигнал на выходной ключ 19, который открывается. При этом от разряда конденсатора 27 через замкнутый выходной ключ 19 импульс тока поступает на электровоспламенитель 7.
Форс пламени от сработавшего электровоспламенителя 7 (через открытый к этому времени огнепередаточный канал штатного центробежного предохранительного механизма 8) поступает на лучевой капсюль-детонатор 9, вызывая его срабатывание, чем инициируется детонация взрывчатого наполнения боеприпаса и его подрыв в заданной точке траектории полета.
При встрече снаряда с целью сигнал от инерционного замыкания контактного датчика 6, независимо от этапа работы устройства 14 задержки, приоритетно поступает через открытую схему 17 дальнего взведения непосредственно на выходной ключ 19, замыкая его, чем вызывается подрыв снаряда.
Стендовые и натурные испытания опытного образца взрывателя предложенной конструкции фактически подтвердили достижение качественно новых показателей назначения, что позволяет рекомендовать его на комплектацию малокалиберных артиллерийских боеприпасов.