Ампульный химический источник тока для артиллерийских боеприпасов
AMPOULE CHEMICAL SOURCE OF CURRENT FOR ARTILLERY AMMUNITION

Изобретение относится к резервным энергосодержащим источникам тока и может быть использовано при создании ампульных химических источников тока, применяемых в электромеханических взрывательных устройствах артиллерийских боеприпасов.
Известны ампульные источники тока, содержащие стеклянную подпружиненную ампулу с электролитом, смонтированную внутри проницаемой втулки, примыкающей к коаксиальному блоку пластинчатых биполярных электродов. При этом блок помещен между отрицательным и положительным электродами, оснащенными токовыводами. Причем ампула смонтирована с возможностью продольного инерционного перемещения относительно бойка на дне корпуса и закрыта колпачковым кожухом, который фланцем закреплен в корпусе и опирается на торец втулки и блок электродов. В проницаемой втулке, соосно межэлектродным промежуткам блока электродов, выполнены сквозные отверстия, между которыми изнутри распределены по периметру продольные лопатки. Причем биполярные электроды оснащены коммуникационными каналами, а сквозные отверстия в проницаемой втулке альтернативно выполнены в форме продольных щелей на высоте блока электродов (патент ФРГ N3718788, патенты РФ №№2329461, 2487313). Недостатком этих источников является низкая надежность при малых инерциальных нагрузках, так как при таких нагрузках ампула с электролитом медленно подходит к бойку и не разрушается.
Известен также химический источник тока СДС-3М (https://niihit.ru/istochnik-sds-3m.html), разработанный и изготавливаемый предприятием НИИХИТ-2 (г. Саратов). Ампульный химический источник тока, состоящий из внутреннего цилиндрического корпуса со сквозными отверстиями в стенках нижней части этого корпуса, стеклянной ампулы
с электролитом, установленной внутрь верхней части этого корпуса соосно с его осью с зазором между стенками стеклянной ампулы и этого корпуса, накольника, установленного в нижней донной части внутреннего корпуса жалом в сторону дна стеклянной ампулы, пружины, установленной во внутренний корпус между стеклянной ампулой и накольником, наружного корпуса, герметично закрывающего внутренний корпус в зоне с отверстиями, электродов, установленных в пространстве между внутренним и наружным корпусами в зоне отверстий внутреннего корпуса и контактов, установленных в нижней части наружного корпуса и соединенных с электродами.
Химический источник тока СДС-3М используется для энергоснабжения электронных взрывательных устройств артиллерийских боеприпасов.
Недостатком этого источника является низкая надежность при малых инерциальных нагрузках (при малых перегрузках при выстреле «на малом заряде», низких температурах и высоком эксцентриситете). При малых осевых нагрузках продольное трение ампулы с электролитом о стенки корпуса приводит к тому, что эта ампула медленно подходит к накольнику и не разрушается, т.е. приводит к отказу изделия, например взрывателя артиллерийского боеприпаса. Особенно часто это проявляется при высоких нутациях снаряда, приводящих к существенному повышению силы трения между подвижными деталями снаряда.
Для решения этой проблемы (уменьшение сопротивления движению ампулы относительно корпуса при неизменной жесткости пружины) в предлагаемом техническом решении на внутренней поверхности корпуса между стеклянной ампулой нанесены канавки, которые заполняют твердой смазкой. При этом внутренний зазор между ампулой и корпусом остаются неизменными, но сила трения между ними при относительном перемещении уменьшается в разы. При этом в качестве смазки используют вещества, которые остаются твердыми во всем диапазоне температур работы изделий, например, для артиллерийских боеприпасов этот диапазон температур составляет: -50°+50°С.
Предлагаемый ампульный химический источник тока для артиллерийских боеприпасов состоит из внутреннего цилиндрического корпуса со сквозными отверстиями в стенках нижней части этого корпуса, стеклянной ампулы с электролитом, установленной внутрь верхней части этого корпуса соосно с его осью с зазором в между стенками стеклянной ампулы и этого корпуса, накольника, установленного в нижней донной части внутреннего корпуса жалом в сторону дна стеклянной ампулы, пружины, установленной во внутренний корпус между стеклянной ампулой и накольником, наружного корпуса, герметично закрывающего внутренний корпус в зоне с отверстиями, электродов, установленных в пространстве между внутренним и наружным корпусами в зоне отверстий внутреннего корпуса и контактов, установленных в нижней части наружного корпуса и соединенных с электродами, причем на внутренней поверхности внутреннего корпуса нанесены канавки, заполненные твердой смазкой для уменьшения трения с температурой плавления смазки более 50°С.
Предлагаемое техническое решение поясняется рисунками, приведенными на фиг. 1 и фиг. 2.
Фиг. 1. Схема построения ампульного химического источника тока:
1 - ампула с электролитом; 2 - электрод положительный; 3 - электрод отрицательный; 4 - электрод биполярный; 5 - электрод биполярный; 6 - накольник; 7 - кольцо опорное; 8 - наружный корпус; 9 - внутренний цилиндрический корпус; 10 - прокладка межэлектродная; 11, 12, 13, 14 и 15 - прокладки; 16 - пружина; 17 - выводы; 18 - смазка в канавках корпуса.
Фиг. 2. Внешний вид соединения в зоне контакта ампулы с корпусом:
1 - ампула с электролитом; 19 - стеклянная стенка ампулы; 18 - смазка в канавках корпуса; 9 - внутренний цилиндрический корпус.
Введение в действие ампульного источника тока осуществляется следующим образом: под действием сил инерции, возникающих, например, в боеприпасе при выстреле из артиллерийского орудия, ампула с электролитом 1 сжимает пружину 16 и разбивается о накольник 6. Под действием центробежных сил, возникающих при вращении артиллерийского снаряда, электролит из сосуда 1 через отверстия в колпачке 9 поступает в зазоры между электродами. В результате электрохимического процесса, протекающего в ампульном источнике тока, последний начинает генерировать электрическую энергию, используемую для питания электронных схем взрывателя артиллерийского снаряда.
30
62
Наличие твердой смазки 18 в канавках внутреннего корпуса 9 уменьшает коэффициент трения пары: стеклянная ампула с электролитом - внутренний корпус. Твердая смазка не изменяет свойств электролита после разрушения ампулы. Уменьшение силы трения между ампулой и стенками корпуса, за счет наличия смазки, позволяет ампуле свободно перемещаться в сторону накольника, при взаимодействии с которым эта ампула разрушается. Это условие позволяет применять пружины, с жесткостью, достаточной для обеспечения безопасности применения изделий с такими ампулами. В предлагаемом техническом решении в качестве смазки могут использоваться различные парафины, например, триаконтан с молекулярной формула СН. Температура плавления триаконтана 66°С.
Испытания показали, что предлагаемый источник тока обеспечивает надежную работу в широком диапазоне перегрузок (от 1500 до 20000 g, где g - ускорение свободного падения), скоростей вращения и температур (от -50 до +50°С), обеспечивая при этом безопасное его использование в режимах эксплуатации изделий, например, при бросании артиллерийского боеприпаса с высоты 3 метра.