ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ МНОГОКРАТНОГО ВЗВЕДЕНИЯ
SAFETY MECHANISM OF REPEATED COCKING

Изобретение относится к военной технике, а именно к предохранительным механизмам, применяемым в пиропатронах, которые используются в ракетной технике для воспламенения твердотопливных реактивных двигателей, газогенераторов, отсечки тяги двигателя и т.д. Указанные механизмы могут быть использованы и в различных взрывательных устройствах, взводящихся по электрической команде.
Предохранительные механизмы повышают безопасность указанных выше изделий, но снижают их надежность за счет усложнения конструкции изделия. Применение предохранительных механизмов, способных многократно взводиться и возвращаться в служебное (невзведенное) положение при подаче соответствующей команды, позволяет увеличить надежность предохранительного механизма за счет многократной проверки взведения в процессе его изготовления и при эксплуатации. Одновременно повышается и безопасность комплексов, например ракетных, в которых возможна отмена старта ракеты после взведения предохранительных механизмов в пиропатронах, и соответственно необходим возврат предохранительного механизма в служебное положение.
Известен взрыватель [1], у которого в служебном положении канал между электроинициатором и выходным пиротехническим зарядом перекрыт с помощью поворотного ротора, выполненного из постоянного магнита с диаметрально расположенными полюсами. Ротор имеет возможность вращаться вокруг оси и размещен внутри статора с обмоткой. В служебном положении ротор удерживается силами притяжения постоянного магнита к корпусу, выполненному из ферромагнитного материала.
Статор имеет полюсные выступы, смещенные относительно исходного положения ротора на 90°.
Для взведения на обмотку статора подается ток определенной полярности и ротор, взаимодействуя с полюсными поверхностями статора, поворачивается на 90°, ориентируя имеющееся в нем отверстие соосно с электроинициатором и зарядом. Возврат ротора в служебное положение происходит при обесточивании обмотки статора под действием сил, возникающих в результате взаимодействия постоянного магнита ротора с ферромагнитным материалом корпуса. Поворот ротора и фиксация его в служебном положении обеспечиваются тем, что в этом положении зазоры между полюсами ротора и корпусом минимальны и соответственно сила притяжения между ними имеет максимальную величину.
Недостатком данного предохранительного механизма является необходимость подачи напряжения на обмотку статора в течение всего времени взведенного положения ротора. Это обстоятельство затрудняет использование данных устройств из-за ограниченных возможностей источников электропитания на борту ракеты, а также из-за необходимости увеличения размеров обмотки статора, для обеспечения ее теплоустойчивости при длительной подаче тока.
Известен взрыватель [2], в котором в служебном положении два отверстия с закрепленными в них концами детонирующих шнуров смещены примерно на 90° относительно двух электродетонаторов, расположенных в поворотном роторе, который может вращаться внутри обмотки статора, перемещаясь из служебного положения во взведенное и обратно в зависимости от полярности напряжения, подаваемого на обмотку статора.
Поворот ротора обеспечивает сила, возникающая при взаимодействии магнитных полей статора и постоянного магнита, диаметрально закрепленного на роторе.
В крайних положениях ротор фиксируется двумя подпружиненными фиксаторами, размещенными в корпусе механизма и упирающимися своими торцами в лунки, выполненные на боковой цилиндрической поверхности ротора.
При повороте ротор отжимает фиксаторы из лунок. В конечной фазе поворота фиксаторы утапливаются пружинами в другую пару лунок, фиксируя ротор в этом крайнем положении.
Для ограничения угла поворота ротора на его боковой цилиндрической поверхности выполнен паз и в крайних положениях стенки этого паза упираются в фиксатор, неподвижно закрепленный в корпусе механизма.
Для исключения несанкционированного взведения взрывателя от воздействия механических нагрузок ротор в служебном положении дополнительно фиксируется предохранительной чекой, которая вручную удаляется при установке взрывателя на объект или непосредственно перед стартом объекта.
Недостатком данного механизма является ограниченная устойчивость к механическим воздействиям и, как следствие этого, необходимость применения предохранительной чеки. Однако применение чеки обеспечивает устойчивость к механическим воздействиям только в служебном обращении до ее удаления. Данный недостаток особенно существенен при использовании механизма в ракетной технике, так как на полете ракеты возникают значительные вибрационные и ударные перегрузки, вызванные работой двигателей и срабатыванием различных пиротехнических устройств.
Недостаточная устойчивость к механическим воздействиям не позволяет обеспечить высокую надежность и безопасность изделия. Повысить устойчивость к механическим воздействиям рассматриваемого устройства можно только путем увеличения силы давления фиксаторов на ротор, но увеличение этой силы ограничено величиной вращающего момента ротора, который, в свою очередь, ограничен габаритами механизма и режимом питания обмотки статора.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание предохранительного механизма многократного взведения, отвечающего требованиям по устойчивости к механическим воздействиям с обеспечением высокой надежности.
Сущность изобретения заключается в том, что предохранительный механизм содержит движок, который открывает или закрывает в одном из двух устойчивых положений огневой канал между инициатором и зарядом, при этом движок размещен в плоскости, перпендикулярной продольной оси огневого канала между торцами двух, установленных соосно электромагнитов, и имеет два цилиндрических якоря. Каждый якорь входит в один из электромагнитов. С внешних торцов в электромагниты входят якоря, которые закреплены на плечах поворотных стопоров. Вторые плечи стопоров поджаты пружинами к движку. Стопор, якорь которого имеет зазор с торцом электромагнита, входит в зацепление с движком, препятствуя его возможному перемещению. Стопор, якорь которого соприкасается с торцом второго электромагнита без зазора (с малым зазором), опирается на движок, не препятствуя его возможному перемещению. На движке выполнены наклонные плоскости, к которым пружинами поджимаются шарики, при этом тяговая сила электромагнита, действующая на якорь движка, превосходит силу сопротивления шариков только после поворота стопора и выхода его из зацепления с движком.
Поставленная задача по повышению устойчивости предохранительного механизма к механическим воздействиям решается за счет того, что при взведении или возврате предохранительного механизма в исходное положение соответствующие якоря движка и стопора перемещаются навстречу друг другу.
Следовательно, для несанкционированного взведения или возврата механизма в служебное положение на якоря движка и стопора должны действовать силы инерции, направленные в противоположные стороны. Причем амплитуда и длительность этих противоположно направленных сил должны быть достаточны как для поворота стопора до выхода его из зацепления с движком, так и для перемещения движка на половину его хода.
Подпружиненные шарики поджимают движок к крайнему положению для обеспечения поворота стопора до начала перемещения движка, что исключает его заклинивание. Опережающему повороту стопора способствует то, что электромагнитная сила, действующая на движок, возрастает обратно пропорционально квадрату расстояния между якорями движка и стопора.
Кроме приведенных выше технических решений, повышающих устойчивость предохранительного механизма к механическим нагрузкам, на торцах якорей движка выполнены углубления конической формы, а на торцах якорей стопоров выполнены конические выступы ответной формы. Придание якорям конической формы позволяет увеличить площадь магнитных полюсов с соответствующим увеличением магнитной проводимости рабочих воздушных зазоров без увеличения диаметра якорей. В свою очередь, увеличение магнитной проводимости в рабочем воздушном зазоре приводит к прямопропорциональному увеличению тягового усилия на якорях движка и стопоров, что позволяет соответственно увеличить момент, создаваемый поворотной пружиной для фиксации стопора, а следовательно, и увеличить устойчивость предохранительного механизма к механическим воздействиям.
На фиг.1-3 приведена конструкция предохранительного механизма, разработанная с использованием предлагаемого изобретения.
Предохранительный механизм содержит корпус 1 с размещенным в нем движком 3, который своими якорями 4 входит в электромагнит взведения 15 и электромагнит возврата 14. Стопор взведения 2 поджат пружиной кручения (не показана) к движку 3 и фиксирует его в служебном (невзведенном) положении, а стопор возврата 6 также поджат своей пружиной к движку 3, но не препятствует его перемещению. Движок 3 поджимается к торцу электромагнита возврата 14 шариками 9 с помощью пружин 8, колпачков 11, заглушек 7 и гильз 10. Для снижения трения якоря 4 помещены в подшипники 5. В служебном положении отверстие Д в движке 3 смещено относительно отверстия В, соединяющего электровоспламенитель 13 с пиротехническим зарядом 12. Своим правым плечом движок 3 взаимодействует с толкателями микропереключателей (не показаны), размыкая или замыкая их электрические цепи для обеспечения контроля положения движка 3.
Для взведения подается напряжение любой полярности (возможна подача переменного напряжения) на электромагнит взведения 15, стопор взведения 2 поворачивается, преодолевая сопротивление пружины, и его левое плечо выходит из зацепления с движком 3 и не препятствует больше его возможному перемещению. При повороте стопора 2 его якорь 16 приближается к якорю 4, уменьшая рабочий воздушный зазор, и электромагнитная сила, действующая на якорь движка, возрастает и становится достаточной для выдавливания движком 3 шариков 9, что приводит к перемещению движка 3 во взведенное положение. При этом стопор возврата 6 пружиной поджимается к поверхности Г движка 3 и фиксирует его во взведенном положении. В середине хода движка шарики 9, перейдя с одних наклонных поверхностей движка 3 на противоположные, способствуют его перемещению и в конце хода поджимают движок 3 к электромагниту взведения 15.
После снятия напряжения с электромагнита взведения 15 левое плечо стопора взведения 2 пружиной поджимается до упора в выступ движка 3, не препятствуя его возможному перемещению из взведенного положения. Во взведенном положении отверстие Д в движке 3 совмещается с отверстием В, создавая таким образом канал, соединяющий электровоспламенитель 13 с зарядом 12. Возврат движка 3 в служебное положение происходит аналогично взведению, но электрическое напряжение подается на электромагнит возврата 14.
На основе предложенного технического решения разработан пиропатрон с предохранительным механизмом многократного взведения, имеющий высокую надежность и соответствующий всем требованиям по устойчивости к механическим нагрузкам в условиях эксплуатации в составе ракетной техники.
Источники информации
1. Патент США №3658009, кл. F42b 5/08; 102/70.2, 1972.
2. Патент США №5279226, кл. F42c 15/40; 102/254, 1994.