ЭЛЕКТРОННОЕ ВРЕМЕННОЕ УСТРОЙСТВО ВЗРЫВАТЕЛЕЙ И ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНО-ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ
ELECTRONIC TEMPORARY DEVICE OF DETONATORS AND SAFETY AND ARMING MECHANISMS

Изобретение относится к области военной техники, а более конкретно к электронным временным устройствам взрывателей и предохранительно-исполнительных механизмов (ПИМ), и может быть использовано для отсчета времени дистанционного действия, дальнего взведения, подключения датчика цели, замедления при встрече с преградой взрывателей артиллерийских и реактивных снарядов, авиабомб и других боеприпасов.
Известны электронные временные устройства взрывателей по патентам США: №4389937, МПК F42C 9/02, F42C 15/04, F42C 15/34, опубл. 28.06.1983 г.; №4739706, МПК F42C 9/02, F42C 9/14, F42C 15/24, опубл. 26.04.1988 г.; №4750424, МПК F42C 9/00, опубл. 14.06 1988 г. - содержащие генератор, делитель частоты и счетчик импульсов.
Наиболее близким к заявляемому является электронный взрыватель по патенту США №4240350, МПК F42C 11/06, опубл. 23.12.1980 г. Данное устройство выбрано в качестве прототипа.
Временное устройство этого электронного взрывателя содержит формирователь сигнала сброса, источник пускового сигнала и последовательно соединенные генератор, счетчик импульсов и исполнительное устройство. Отсчет времени известного устройства начинается при приходе сигнала от источника пускового сигнала в момент начала движения боеприпаса. При заполнении счетчика импульсов на его выходе формируется команда, подаваемая на исполнительное устройство взрывателя. Если с выхода источника пускового сигнала поступит помеха, связанная с падением боеприпаса, электромагнитными наводками и др., произойдет несанкционированный запуск временного устройства, отсчет времени и выдача команды на исполнительное устройство. Особенно это недопустимо при отсчете времени дальнего взведения.
Таким образом, причиной, препятствующей получению требуемого технического результата, является невысокая помехозащищенность электронного временного устройства по цепи пускового сигнала, с приходом которого начинается отсчет времени формирования выходной команды. Известное техническое решение не исключает возможности запуска временного устройства не в момент начала движения боеприпаса, а несанкционированного запуска при случайном падении боеприпаса, ударных и вибрационных нагрузках, возникающих в снарядах реактивных систем залпового огня при сходе с направляющих соседних снарядов, при действии электромагнитных помех и других подобных случаях.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в разработке устройства, обеспечивающего высокую помехозащищенность электронного временного устройства взрывателя, исключающего отсчет времени при появлении пусковой команды, не связанной с началом нормального движения боеприпаса.
Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемое устройство, содержащее формирователь сигнала сброса, источник пускового сигнала и последовательно соединенные генератор, счетчик импульсов и исполнительное устройство, между генератором и счетчиком импульсов введен делитель частоты. Кроме того, во временное устройство введены D-триггер, RS-триггер, НЕ RS-триггер, три инвертора, логические элементы 2 ИЛИ НЕ, 2 ИЛИ И НЕ. Выход формирователя сигнала сброса подсоединен к первому входу сброса RS-триггера и через первый инвертор к входу И логического элемента 2 ИЛИ И НЕ. Выход источника пускового сигнала соединен с входом установки RS-триггера и первым входом логического элемента 2 ИЛИ НЕ. Инверсный выход D-триггера соединен с первым входом ИЛИ логического элемента 2 ИЛИ И НЕ, выход которого соединен с входом сброса делителя частоты, а через второй инвертор с входом сброса НЕ RS-триггера. Инверсный выход RS-триггера соединен со вторым входом ИЛИ логического элемента 2 ИЛИ И НЕ, первым входом установки НЕ RS-триггера, с входом запрета генератора и объединенными входами информации и установки D-триггера, вход синхронизации которого подсоединен к выходу генератора. Выход делителя частоты через третий инвертор соединен с входом установки НЕ RS-триггера, выход которого подключен ко второму входу логического элемента 2 ИЛИ НЕ. Выход логического элемента 2 ИЛИ НЕ подключен к входу сброса RS-триггера.
Технический результат предлагаемого устройства - высокая помехозащищенность электронного временного устройства взрывателя, исключение возможности несанкционированного запуска временного устройства, отсчета им времени и формирования команды на исполнительное устройство в моменты, не связанные с началом движения боеприпаса.
Общими признаками прототипа с предлагаемым изобретением является использование в составе электронного временного устройства взрывателей и предохранительно-исполнительных механизмов формирователя сигнала сброса, источника пускового сигнала и последовательно соединенных генератора, счетчика импульсов и исполнительного устройства.
Схема электронного временного устройства взрывателей и ПИМов приведена на чертеже. В его состав входят последовательно соединенные генератор 1, делитель частоты 2, счетчик импульсов 3, исполнительное устройство 4, формирователь сигнала сброса 5, источник пускового сигнала 6, D-триггер 7, RS-триггер 8, НЕ RS-триггер 9, инверторы 10, 11, 12, логический элемент 2 ИЛИ НЕ 13 и логический элемент 2 ИЛИ И НЕ 14.
D-триггер 7 имеет информационный D-вход 15, С-вход синхронизации 16, S-вход установки 17, инверсный выход 18.
RS-триггер 8 имеет 2 R входа сброса 19, 20, S-вход установки 21 и инверсный выход 22. НЕ RS-триггер 9 имеет R-вход сброса 23, 2 S-входа установки 24, 25 и выход 26.
Выход 27 формирователя сигнала сброса соединен с первым R-входом сброса 19 RS-триггера 8, а через инвертор 10 с входом 28 логического элемента 2 ИЛИ И НЕ 14. Выход 29 источника пускового сигнала 6 соединен с S-входом установки 21 RS-триггера 8 и первым входом 30 логического элемента 2 ИЛИ НЕ 13. Инверсный выход 18 D-триггера 7 соединен с первым входом ИЛИ 31 логического элемента 2 ИЛИ И НЕ 14.
Выход 32 логического элемента 2 ИЛИ И НЕ 14 соединен с входом сброса 33 делителя частоты 2 и через инвертор 11 с R-входом сброса 23 НЕ RS-триггера 9.
Инверсный выход 22 RS-триггера 8 соединен со вторым входом ИЛИ 34 логического элемента 2 ИЛИ И НЕ 14 и S-входом установки 24 НЕ RS-триггера 9. Кроме того инверсный выход 22' RS-триггера 8 соединен с объединенными D-входом информации 15 и S-входом установки 17 D-триггера 7, а также с входом запрета 35 генератора 1. С-вход синхронизации 16 D-триггера 7 соединен с выходом 36 генератора 1, одновременно соединенным со счетным входом 30 делителя частоты 2.
Выход 37 делителя частоты через инвертор 12 соединен с S-входом установки 25 НЕ RS-триггера 9. Выход 26 НЕ RS-триггера 9 соединен с входом 38 логического элемента 2 ИЛИ НЕ 13. Выход этого логического элемента подсоединен к R-входу сброса 20 RS-триггера 8.
Устройство работает следующим образом. Перед началом отсчета времени на выходе 27 формирователя сигнала сброса 5 формируется импульс логической "1", поступающий на R-вход сброса 19 RS-триггера 8, устанавливая его в исходное состояние, соответствующее сигналу логической "1" на выходе 22. Через инвертор 10 импульс логической "1" с выхода 27 формирователя сигнала сброса 5 поступает в виде импульса логического "0" на вход И 28 логического элемента 2 ИЛИ И НЕ 14, на выходе 32 которого появляется импульс логической "1". Этот импульс поступает на вход сброса 33 делителя частоты 2, устанавливая его в исходное состояние.
Одновременно указанный импульс с выхода 32 логического элемента 2 ИЛИ И НЕ 14 через инвертор 11, поступая на R-вход сброса 23 НЕ RS-триггера 9, устанавливает его в исходное состояние, соответствующее сигналу логического "0" на его выходе 26. До пуска боеприпаса на выходе 29 источника пускового сигнала 6 уровень логического "0", поступающий на вход 30 логического элемента 2 ИЛИ НЕ 13 и далее на R-вход сброса 20 RS-триггера 8. Этим сигналом подтверждается исходное состояние указанного триггера, соответствующее уровню логической "1" на выходе 22.
Таким образом, после сброса триггеры 7, 8, 9 находятся в исходном состоянии, генератор 1 не работает из-за запрета по его входу 35.
При приходе пускового сигнала на выходе 29 источника пускового сигнала 6 появляется импульс логической "1". Это импульс поступает на вход 30 логического элемента 2 ИЛИ НЕ 13. На выходе этого логического элемента логический "0", поступающий на R-вход сброса 20 RS-триггера 8, снимая сигнал сброса с RS-триггера 8. Одновременно импульс логической "1" поступает на S-вход установки 21 RS-триггера 8, переключая его в состояние, соответствующее логическому "0" на его выходе 22, сигналом с которого по входу 35 снимается запрет на работу генератора 1. На выходе 36 генератора начинают формироваться импульсы. Одновременно с этим на входе 34 логического элемента 2 ИЛИ И НЕ 14 логический "0". До появления импульса на выходе 36 генератора 1, связанном с С-входом 16 D-триггера 7, на выходе 18 указанного триггера логический "0", поступающий на вход 31 логического элемента 2 ИЛИ И НЕ 14.
Это приводит к появлению логической "1" на выходе 32 логического элемента 2 ИЛИ И НЕ 14. Эта логическая "1", поступая на вход сброса 33 делителя частоты 2, сбрасывает его в исходное состояние, а, поступая через инвертор 11 на R-вход сброса 23 НЕ RS-триггера 9, подтверждает его исходное состояние.
Логический "0" с выхода 22 RS-триггера 8 поступает на объединенный информационный D-вход 15 и S-вход установки 17 RS-триггера 7. Однако состояние триггера 7 до прихода импульса от генератора 1 на его С-вход синхронизации 16 не изменяется. После начала работы генератора 1 импульс с его выхода 36 поступает на С-вход синхронизации 16 D-триггера 7, переключая его в состояние, соответствующее логической "1" на его выходе 18 и связанным с ним входом 31 логического элемента 2 ИЛИ И НЕ 14. В результате этого на выходе 32 логического элемента 2 ИЛИ И НЕ 14 логический "0". Сброс по входу 33 делителя частоты 2 снят. Также снят сброс по R-входу сброса 23 триггера 9.
Если до прихода импульса с выхода 37 делителя частоты 2 пусковой сигнал закончится, он трактуется как помеха. При этом на выходе 29 появляется сигнал логического "0", поступающий на вход 30 логического элемента 2 ИЛИ НЕ 13. На втором входе 38 этого элемента также логический "0", поступающий с выхода 26 НЕ RS-триггера 9. На выходе логического элемента 13 логическая "1", поступающая на вход R-сброса 20 RS-триггера 8. Этот RS-триггер устанавливается в исходное состояние, соответствующее сигналу логической "1" на его выходе 22. Работа генератора 1 по входу 35 останавливается. Схема возвращается в исходное состояние.
При повторном появлении пускового сигнала процессы повторяются.
Формируется импульс сброса на входе 33 делителя частоты 2, сигнал запрета с входа 35 генератора 1 снимается.
Если до окончания пускового сигнала на выходе делителя частоты 37 появляется импульс логической "1", то, поступая через инвертор 12 в виде логического "0" на S-вход установки 25 НЕ RS-триггера 9, он устанавливает его в состояние, соответствующее логической "1" на выходе 26. На входе 38 логического элемента 2 ИЛИ НЕ 13 появляется логическая "1". Эта логическая "1" блокирует влияние сигнала на выводе 29 источника пускового сигнала 6 на сигнал на R-входе сброса 20 RS-триггера 8. На указанном входе сигнал логического "0". Теперь, независимо от пускового сигнала, в исходное состояние RS-триггер 8 вернуться не может. Сигнал запрета на входе 35 генератора 1 не появляется. Импульсы с выхода 36 генератора 1 поступают на вход 30 делителя частоты 2 и далее с его выхода 37 на счетчик импульсов 3. При заполнении счетчика 3 на его выходе появляется сигнал, поступающий на исполнительное устройство 4, по команде которого осуществляется необходимое действие (дальнее взведение, дистанционное действие взрывателя и др.).
Таким образом, при длительности пускового сигнала менее времени появления первого импульса на выходе 37 делителя частоты 2, время действия временным устройством не отсчитывается.
Источник пускового сигнала 6 может быть построен с использованием инерционного замыкателя или пьезодатчика инерционных нагрузок, выдающих сигнал при пуске боеприпаса (снаряда, ракеты).
p
дел
Появление помехи по цепи 29 пускового сигнала несанкционированное формирование пускового сигнала (при случайном падении боеприпаса, вибрациях, ударных нагрузках до пуска боеприпаса) не приводят к отсчету времени. Отсчет времени и формирование выходной команды исполнительным устройством 4 будут осуществлены только при длительности t пускового сигнала, равной или превышающей время t появления первого выходного импульса делителя частоты 2, т.е. при
p
дел
t≥t.
дел
Не произойдет отсчета времени и при появлении многократных импульсов на выходе источника пускового сигнала 6 при длительности каждого из них менее t, так как при появлении на выходе 29 каждого импульса осуществляется обнуление делителя частоты 2.
дел
Предложенное техническое решение позволяет начать отсчет времени сразу же после появления пускового сигнала, вернуться в исходное состояние при малой длительности пускового сигнала и продолжить и завершить отсчет времени при длительности пускового сигнала, превышающей t.
Генератор 1 может быть выполнен, как это показано на чертеже, на инверторах 39, 40, логическом элементе 2 ИЛИ НЕ 41, резисторе 42 и конденсаторе 43.
сбр
В этом случае длительность импульса сброса t, поступающего на вход 33 делителя частоты 2 при появлении пускового сигнала на выводе 29, определяется выражением:
cбp
t=RCln2≈0,7RC,
где R, С - соответственно сопротивление и емкость резистора 42 и конденсатора 43.
г
Период T генератора в этой схеме определяется выражением
г
Т=2RCln3≈2,2RC.
сбр
Длительность импульса сброса t составляет
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>с</mi><mi>б</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>l</mi><mi>n</mi><mn>2</mn></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>l</mi><mi>n</mi><mn>3</mn></mrow></mfrac><msub><mi>T</mi><mi>г</mi></msub><mo>≈</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>3</mn><mn>2</mn><msub><mi>Т</mi><mi>г</mi></msub></mrow>
Приведем пример реализации для случая использования временного устройства во взрывателе реактивного снаряда.
г
d
9
Период генератора Т=95,4 мкс. Делитель частоты 2 построен на 9-ти последовательно соединенных счетных триггерах. Его коэффициент деления К=2=512.
1дел
Первый импульс с выхода 37 делителя частоты 2 формируется при поступлении на него N, импульсов.
1дел
8
N=2=256.
сч
Счетчик импульсов 3 формирует выходной сигнал на исполнительное устройство 4 при поступлении на него N=1024 импульсов.
d
В этом случае время Т, формируемое временным устройством, равно
d
d
сч
г
-6
T=KNT=512·1024·95,4·10=50 с.
сбр
Длительность импульса сброса t, формируемого на входе 33 делителя частоты 2 при поступлении по выводу 29 пусковой команды, равна
сбр
г
-6
-6
t=0,32·Т=0,32·95,4·10=30,5·10 с.
p
Длительность t пускового сигнала, необходимая для отсчета времени и формирования временным устройством выходной команды, составляет
p
дел
1дел
г
-6
-3
t≥t=NТ=256·95,4·10=24,4·10c.
Такая длительность пускового сигнала возможна только при нормальном движении реактивного снаряда на начальном участке траектории полета.
Проведенные лабораторно-стендовые испытания подтвердили достижение технического результата заявляемого способа - высокую помехозащищенность электронного временного устройства взрывателя, исключение возможности несанкционированного запуска временного устройства, отсчета им времени и формирования команды на исполнительное устройство в моменты, не связанные с началом движения боеприпаса.