ВЗРЫВАТЕЛЬ БОЕПРИПАСА МНОГОРЕЖИМНЫЙ
MULTIMODE AMMUNITION EXPLODER

Изобретение относится к области создания многорежимных взрывателей.
Известны взрыватели, имеющие несколько режимов срабатывания. Взрыватель Omicron M180 израильской фирмы Reshef имеет два режима срабатывания - ударный и неконтактный. Электронный таймер, устанавливаемый в диапазоне от 0 до 150 секунд, включает неконтактный блок на основе радиолокационной станции непрерывного излучения с частотной модуляцией за 1,8 секунды до установленного времени. Срабатывание взрывателя происходит на высоте 9 метров над землей.
Взрыватель М8513 фирмы Fuchs предназначен для срабатывания на высоте от 6 до 8 метров и имеет резервный режим «мгновенный ударного действия» на случай отказа неконтактного блока.
За прототип выбран многорежимный взрыватель DM74/84 фирмы Junghans, который имеет неконтактный, ударный, ударный с замедлением и дистанционный режимы срабатывания. В неконтактном режиме задается время включения передатчика, высота срабатывания составляет 12 метров. В режиме «ударный с замедлением» время задержки срабатывания составляет 10 миллисекунд, а в дистанционном режиме время срабатывания задается в диапазоне от 2 до 199,9 секунды. Электроника питается от резервной батареи, активируется небольшими перегрузками, система предохранения обеспечивает безопасность применения после падения взрывателя с высоты 1,5 метров. Взведение происходит под действием осевых и вращательных перегрузок при выстреле, причем поворотная втулка замыкает огневую цепь только по достижении боеприпасом безопасной дальности. Fuzes Go Multi-role and Smart. Doug Richardson, inputs by Johnny Keggler.-In: ARMADA International, Issue 4/2002, pp. 64:70.
Недостатком данного взрывателя является применение устройств дальнего взведения, предохранителей, элементов инициирования взрывательных устройств на основе механических деталей, выполняемых различными технологиями - литье, спекание, обработка резанием с жесткими допусками. Вследствие этого большие габариты, высокая стоимость изготовления, низкая надежность, отсутствие сопряжения с электронными блоками.
Техническая задача, решаемая в предлагаемом многорежимном микроэлектромеханическом взрывателе боеприпаса, заключается в увеличении эффективности боеприпаса, а именно: дальности, воздействии на цель и повышении точности.
Для реализации поставленной задачи в взрыватель боеприпаса многорежимный, содержащий боевую часть, установленную в корпусе, спецвычислитель, блок питания, блок задания режимов, включающий систему предохранения с системой прерывания выполнения боевой задачи, механизм дальнего взведения, систему самоликвидации, пусковой исполнительный механизм, ключи, дополнительно введены антенна, приемник глобальной позиционной системы, бесплатформенная инерциальная система и резервный блок питания, при этом выход антенны через приемник глобальной позиционной системы соединен с входом бесплатформенной инерциальной системы, выход последней соединен с входом спецвычислителя, выход спецвычислителя соединен с входом резервного блока питания, первый выход которого соединен с системой предохранения, а второй выход резервного блока питания соединен с входами механизма дальнего взведения и системы самоликвидации, выход системы предохранения через первый ключ соединен с первым входом пускового исполнительного механизма, выход механизма дальнего взведения через второй ключ соединен с вторым входом пускового исполнительного механизма, а выход системы самоликвидации непосредственно с третьим входом пускового исполнительного механизма, при этом введенные антенна, приемник глобальной позиционной системы, бесплатформенная инерциальная система и блок задания режимов выполнены в виде микроэлектромеханических систем, расположенных над боевой частью в корпусе взрывателя.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана функциональная схема взрывателя боеприпаса многорежимного, на фиг. 2 - варианты исполнения пускового исполнительного механизма, на фиг. 3 - конструктивные варианты использования взрывателя боеприпаса.
Взрыватель боеприпаса многорежимный содержит блок 1 питания системы; антенну 2, приемник 3 глобальной навигационной спутниковой системы (GPS, ГЛОНАСС), бесплатформенную инерциальную навигационную систему (БИНС) 4, спецвычислитель 5, резервный блок 6 питания, систему 7 предохранения с первым ключом 8, выполняющую функцию предохранения - выключения основного и резервного блоков питания; пусковой исполнительный механизм 9, механизм 10 дальнего взведения, второй ключ 11, систему 12 самоликвидации.
Взрыватель боеприпаса многорежимный работает следующим образом: включается блок 1 питания системы взрывателя, с помощью антенны 2 и приемника 3 ГЛОНАСС определяется точка начала траектории полета снаряда и углы ориентации, которые рассчитываются в БИНС 4, затем первичные показания датчиков - акселерометров и угловых скоростей и значения координат и скоростей снаряда передаются из вычислителя БИНС 4 в спецвычислитель 5, где находятся и инициируются алгоритмы работы взрывателя по первичным показаниям датчиков и значениям координат и скоростей снаряда. Далее управляющие сигналы со спецвычислителя 5 подаются на резервный блок 6 питания, инициирующий электрический сигнал от резервного блока 6 питания подается в систему 7 предохранения. В случае положительного программно-алгоритмического решения подается на ключ 8, который срабатывает и передает инициирующий электрический сигнал на пусковой исполнительный механизм (ПИМ) 9. При подаче от ПИМ 9 разрешительного электрического сигнала от механизма 10 дальнего взведения через ключ 11 при несрабатывании пускового исполнительного механизма с задержкой срабатывает система 12 ликвидации боеприпаса.
Конструкция ПИМ 9 (см. фиг. 2) может быть различна и выполняется с применением микросистемных технологий: либо это углубление в полупроводниковом кристалле с химическим веществом, аналогичным топливу для микрореактивных двигателей, которое инициируется термически при подаче электропитания на поликремниевый резистор, соединенный с углублением в полупроводнике контактной площадкой и металлическим проводником, либо это пористая область полупроводникового кристалла, допированная водородом и пероксидами, которые воспламеняются при подаче электрического импульса и поджигают или подрывают основное взрывчатое вещество.
ПИМ 9 представляет собой совокупность микроэлектромеханических систем, инициирующих взрыв бризантного вещества боевой части снаряда. При этом вводится два уровня интеграции микроэлектромеханических систем, то есть различных условий на начало взрыва, для обеспечения подрыва различных низкопороговых бризантных веществ и исключения несанкционированного взрыва. На фиг. 2а) изображена текстолитовая подложка 13, на которой размещаются микроэлектромеханические системы 14, инициирующие взрыв. Это размещение объясняет первый уровень интеграции микроэлектромеханических систем. На фиг. 2б) выделена часть микроэлектромеханической системы 14 пускового исполнительного механизма. Позицией 15 обозначен металлизированный слой, объединяющий слой металла, напыленный на основании стеклянного пьедестала 16 и металлизированных дорожек на текстолитовой подложке, через которые подается от резервного блока 6 питания инициирующий сигнал на микроэлектромеханическую структуру ПИМ 9. На слое металлизации находится стеклянный пьедестал 16, на стеклянном пьедестале - полупроводниковый кристалл 17 со сформированными микроэлектромеханическими структурами 18.
Варианты исполнения микроэлектромеханических структур 18 приведены ниже. В кристалле 17 и стеклянном пьедестале 16, объединенными анодной посадкой, сделано отверстие 19, на внутренней поверхности которого нанесена металлизация 20, соединяющая шины питания 21 на полупроводниковом кристалле и текстолитовую подложку. Шина питания 21 обеспечивает подачу инициирующего сигнала с микроэлектромеханических структур, представляющих собой второй и последний уровень интеграции микроэлектромеханических структур.
На фиг. 2в) показано исполнение микроэлектромеханической структуры 18 в виде пористой структуры в полупроводниковом кристалле 17, где область 22 пористой структуры сформирована в указанном полупроводниковом кристалле электрохимическим травлением с нано- и микропорами 23 (диаметром от 2 нм до 15 мкм), допированными водородом и пероксидами глубиной более 60 мкм. Там же расположен на контактной площадке 24 с металлическим проводником, соединенным с блоком питания.
На фиг. 2г) показано выполнение микроэлектромеханической структуры 18 в виде углубления в полупроводниковом кристалле, где углубление 25 получено методом объемной обработки и заполнено азидом свинца.
Через контактную площадку 24 с металлическим проводником подведен поликристаллический полупроводник 26, который нагревается от инициирующего электрического сигнала через контактную площадку 24 с металлическим проводником.
Конструктивные варианты использования взрывателя боеприпаса многорежимного показаны на фиг. 3.
Основное отличие взрывателя боеприпаса многорежимного от аналогов и прототипа в установке всех элементов взрывателя в инерционной зоне на печатных платах, поскольку большинство элементов взрывателя конструктивно оформлено в виде открытых полупроводниковых структур на полупроводниковых кристаллах или в виде полупроводниковых кристаллов в металлических и металлокерамических корпусах и получении первичной и комплексированной информации от навигационной системы.
На фиг. 3а) показано расположение платы 27 с бесплатформенной инерциальной навигационной системой 4 с датчиками в инерционной зоне и над боевой частью (БЧ) 28, платы 29 с антенной 2 и приемником 3 GPS и ГЛОНАСС, платы 30 с спецвычислителем 5 и блоком питания 1 и платы 31 с блоком задания режима (с пусковым исполнительным механизмом 9, механизмом дальнего взведения 10, системой самоликвидации 12 системой предохранения 7, ключами 8 и 11, резервным блоком питания 6). Расположены круглые платы друг над другом.
На фиг. 3б) показана конструкция, где платы могут быть прямоугольными в виде рамной конструкции 32 и размещаться вдоль оси снаряда. На позиции - рамная конструкция 32 с ребрами жесткости.
Применение взрывателя боеприпаса многорежимного с микроэлектромеханическими структурами и элементами дает следующие отличия и преимущества:
-7
-3
а) минимальные массы, в диапазоне от 10 до 10 кг;
-5
-2
б) линейные размеры, в диапазоне от 10 до 10 м;
в) максимальная интеграция с полупроводниковыми элементами;
г) возможность адаптации под условия окружающей среды;
-3
д) потребление энергии порядка 10 Вт;
е) использование налаженного микроэлектронного производства при запуске в массовое производство потребует минимальных затрат;
ж) реализуемые режимы основаны на алгоритмах, использующих измеренные и вычисленные значения ускорений, угловых скоростей, координат траектории, углов ориентации, координат точки старта снаряда.
Таким образом основные системы и элементы взрывателя реализованы на основе микроэлектромеханических структур, алгоритмы, обеспечивающие режимы работы, используют измеренные и вычисленные значения ускорений, угловых скоростей, координат траектории, углов ориентации, координат точки старта снаряда, соответствующие событиям: встречи снаряда с преградой, заданным задержкам, выходом в заданный район по вычисленной траектории, начиная с определения углов ориентации и точки старта снаряда, всей совокупности признаков, отвечающих за подачу инициирующего электрического сигнала в любом из выбранных режимов на пусковой исполнительный механизм и последующий подрыв основного взрывчатого вещества в боевой части снаряда.