СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СРАБАТЫВАНИЯ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ИНИЦИИРОВАНИЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO DETERMINE CHARACTERISTICS OF ACTUATION OF PYROTECHNICAL ITEMS WITH ELECTRIC INITIATION AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к испытательному оборудованию и предназначено для определения характеристик пиротехнических систем, узлов и изделий (систем расстыковки и разделения, пироклапанов, пирозамков, пироножей, пиротолкатслей, пироболтов и др.) с электрическим инициированием.
Изобретение может быть использовано в ракетно-космической и авиационной технике, а также в других отраслях техники, где используются пиротехнические изделия для определения таких характеристик срабатывания пиротехнических узлов и изделий, как зависимость времени инициирования от величины протекающего через элемент накаливания постоянного тока.
При этом под временем инициирования понимается время от момента подачи постоянного тока на элемент накаливания пиротехнического изделия до момента воспламенения заряда взрывчатого вещества (ВВ), содержащегося в пиротехническом изделии. Знание этих характеристик облегчает проектирование и отработку систем управления работой пиротехнических устройств для обеспечения их срабатывания в заданный момент времени.
Зависимость времени инициирования от величины протекающего через элемент накаливания пиротехнического изделия постоянного тока является характеристикой самого пиротехнического изделия, поскольку полностью определяется конструкцией изделия. Вид этой функциональной зависимости в настоящее время приходится определять опытным путем.
Известно устройство для определения времени срабатывания безынициаторного капсюля-детонатора но патенту RU 2328748, 10.07.2008, МПК: G01P 3/64 (2006/01), C06C 7/00 (2006/01), F42B 35/00 (2006/01). Устройство содержит хронограф, фотодатчик запуска хронографа и датчик остановки хронографа в виде пьезодатчика-вибропреобразователя. Фотодатчик реагирует на излучение фронта детонационной волны, проходящего внутри ударно-волновой трубки после ее инициирования. Пьезодатчик реагирует на ударное воздействие при срабатывании капсюля-детонатора и расположен на металлической пластине с противоположной стороны от капсюля-детонатора, установленного напротив него. Толщина пластины в месте установки пьезодатчика составляет 10-30 мм.
Однако это устройство и способ, по которому оно работает, не могут быть использованы для определения времени инициирования пиротехнических изделий с электрическим инициированием, поскольку при электрическом инициировании нет излучения, которое могло бы быть зафиксировано фотодатчиком для определения начального момента подачи тока. Фотодатчик не может быть в данном случае применен и для фиксации момента воспламенения заряда ВВ, поскольку в пиротехнических изделиях ракетной техники и авиации заряд ВВ находится внутри непрозрачного корпуса.
В известном устройстве пьезодатчик-вибропреобразователь служит для фиксации момента завершения срабатывания капсюля-детонатора и в описании не раскрыто, что таким способом можно определить момент начала воспламенения ВВ в пиротехническом устройстве с электрической инициализацией.
Известно устройство для испытаний разрывных болтов (патент РФ 2351879, 10.04.2009, МПК: F42B 3/00 (2006/01)), состоящее из двух кронштейнов, смонтированных на силовой плите, на одном из которых жестко закреплен один неподвижный диск, а соосно с ним на направляющих, жестко закрепленных в кронштейнах, расположен второй подвижный диск с возможностью перемещения по направляющим в сторону противоположного кронштейна. Диски контактируют друг с другом своими торцевыми плоскостями и но их оси соединены между собой разрывным болтом.
Известно также устройство для испытаний разрывных болтов и способ определения характеристик срабатывания разрывных болтов при проектировании пиротехнических узлов (патент РФ 2289088, 26.04.2004, МПК: F42B 3/00 (2006/01)), принятые за прототип.
Устройство для испытаний разрывных болтов состоит из двух кронштейнов, смонтированных на силовой плите, на одном из которых жестко закреплен один неподвижный диск, а соосно с ним на направляющих, жестко закрепленных в кронштейнах, расположен второй подвижный диск с возможностью перемещения по направляющим в сторону противоположного кронштейна, причем в дисках по их оси выполнены гнезда под разрывной болт, соединяющий их между собой, при этом диски контактируют друг с другом своими торцевыми плоскостями.
1
2
Известный способ определения характеристик срабатывания разрывных болтов (скорость и импульс отделившихся частей, величина осевого усилия) при проектировании пиротехнических узлов, заключается в фиксации момента t разделения дисков и момента t соударения второго подвижного диска с противоположным кронштейном. Момент соударения и момент разделения, соответствующий началу движения второго подвижного диска, фиксируется, например, с помощью датчиков или киносъемки.
Хотя эти способ и устройство служат для определения характеристик срабатывания пиротехнических изделий с электрическим инициированием, время инициирования в зависимости or подаваемого постоянного тока в этом способе и при помощи этого устройства не определяются.
Задачей заявленного изобретения является возможность определения характеристик пиротехнических изделий, устанавливаемых на различных объектах, в частности, времени инициирования пиротехнического изделия и связанные с ним характеристики при установке пиротехнических изделий в местах, недоступных для визуального наблюдения момента воспламенения последних.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является:
- фиксация момента воспламенения заряда ВВ пиротехнических изделий, установленных в местах, недоступных для визуального наблюдения момента воспламенения и определение времени его инициирования в зависимости от различных значений величин подаваемого постоянного тока;
б
дл
100
в
н
- возможность определения по полученной зависимости значений величины безопасного тока I, длительного воспламеняющего тока I, стомиллисекундного воспламеняющего тока I, импульса воспламенения К в зависимости or силы тока и значения номинального импульса воспламенения К,
- определение длительности высокотемпературного состояния продуктов химико-физического превращения заряда ВВ внутри корпуса пиротехнического изделия, которое соответствует состоянию высокого давления внутри корпуса изделия.
б
дл
100
в
н
2
При этом под величиной безопасного тока I понимают максимальное значение (верхний предел) постоянного тока, который не вызывает воспламенения заряда пиротехнического изделия, какое бы время он не протекал через него; длительным воспламеняющим током I - минимальное значение (нижний предел) постоянного тока, который протекая через пиротехническое изделие более 1 минуты вызовет его срабатывание; стомиллисекундным воспламеняющим током I - минимальное значение постоянного тока, который протекая через пиротехническое изделие в течение 100 мс, вызовет его срабатывание; импульсом воспламенения K - наименьшее значение импульса тока (постоянного), при котором происходит срабатывание пиротехнических изделий (размерность импульса воспламенения Аc); номинальным импульсом воспламенения К - установившееся значение импульса воспламенения, которое наступает при токе, равном примерно двукратному значению стомиллисскундного воспламеняющего тока (Б.П. Кутузов «Взрывные работы». М.: Недра, 1974 г., с.151, 152).
1
2
2
1
Технический результат изобретения достигается тем, что способ определения характеристик срабатывания пиротехнических изделий с электрическим инициированием состоит в том, что на элемент накаливания пиротехнического изделия подают электрический ток, а подачу электрического тока осуществляют от источника постоянного напряжения. Фиксируют момент t подачи тока и значение величины поданного тока I, затем фиксируют момент воспламенения заряда пиротехнического изделия t по моменту появления скачка тока на элементе накаливания пиротехнического изделия. Далее определяют время инициирования пиротехнического изделия Т как разницу между моментом воспламенения заряда пиротехнического изделия t и моментом подачи постоянного электрического тока t и для получения зависимости времени инициирования Т от различных значений величины подаваемого тока I повторяют вышеперечисленные операции при различных значениях величин токов необходимое число раз.
Технический результат достигается также и тем, что в устройство для определения характеристик срабатывания пиротехнических изделий с электрическим инициированием, состоящем из электрической цепи подрыва с источником питания, подключенной к элементу накаливания пиротехнического изделия, введен блок вычисления времени инициирования. При этом цепь подрыва состоит из последовательно соединенных источника питания, ключа для замыкания цепи, элемента накаливания пиротехнического изделия, устройства измерения силы тока в цепи подрыва и регулируемого сопротивления, причем выход устройства измерения силы тока электрически подключен к входу блока определения времени инициирования, а источник питания выполнен в виде источника постоянного напряжения.
Кроме того, регулируемое сопротивление выполнено в виде, по крайней мере, одного переменного сопротивления.
Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1).
На фиг.1 представлен пример устройства для определения времени инициирования пиротехнического изделия (разрывного пироболта), где:
1 - пиротехническое изделие (пироболт);
2 - блок определения времени инициирования;
3 - источник постоянного напряжения;
4 - устройство измерения силы тока в цепи подрыва;
5 - ключ;
6 - регулируемое сопротивление;
7 - элемент накаливания.
Осуществление заявленного устройства может быть показано на примере устройства, изображенного на фиг.1.
Устройство выполнено в виде цепи подрыва, состоящей из последовательно соединенных источника постоянного напряжения (3), ключа для замыкания цени (5), элемента накаливания (7) пиротехнического изделия (1), устройства измерения силы тока в цепи подрыва (4) и регулируемого сопротивления (6). Выход устройства измерения силы тока (4) электрически подключен к входу блока определения времени инициирования (2).
Регулируемое сопротивление служит для задания величины амплитуды импульса тока при подрыве пироболта и может быть выполнено в виде, по крайней мере, одного переменного сопротивления. Этим достигается удобство настройки на заданную величину тока инициирования, поскольку нет необходимости изменять одно сопротивление на другое.
Испытываться может любое пиротехническое изделие, в котором содержатся взрывчатые материалы - это пирозамки, пиропатроны, детонаторы и т.п., которые срабатывают от электрического тока.
Ключ (5) служит для замыкания цепи подрыва.
Устройство измерения силы тока в цепи подрыва (4) может представлять собой, например, электрическое сопротивление, установленное последовательно в цепь подрыва. Перепад напряжения, который пропорционален протекающему через пего току, регистрируется на входе блока определения времени инициирования (2). Можно использовать и любые другие устройства измерения силы тока, которые работоспособны для коротких промежутков времени и сигналы с которых пригодны для регистрации, например бесконтактные электромагнитные клещи.
Блок определения времени инициирования (2) может представлять собой анализатор сигналов, в котором аналоговые сигналы преобразуются в цифровые коды и могут обрабатываться по заданным алгоритмам. Такие анализаторы широко используются в настоящее время. Например, анализатор сигналов A17U8 разработки ЗАО «Электронные технологии измерительных систем» (г.Зеленоград) может регистрировать в цифровом виде до 8 сигналов. На его базе можно формировать так называемые виртуальные приборы, такие как обнаружители событий для определения моментов начала и окончания зарегистрированных процессов и арифметические процессоры для различных вычислений. Результаты могут отображаться на электронном дисплее.
Заявленный способ может быть пояснен на примере работы устройства, изображенного на фиг.1.
Пиротехническое изделие (1) подключают к источнику постоянного напряжения (3). Производят срабатывание пиротехнического изделия (1), для чего замыкают ключ (5) и, тем самым, подают электрический ток на элемент накаливания (7) пиротехнического изделия (1) от источника постоянного напряжения (3), осуществляя его срабатывание.
1
Таким образом, фиксируют момент t подачи тока и значение величины поданного тока I при помощи устройства измерения силы тока в цепи подрыва (4).
При воспламенении заряда пиротехнического изделия вокруг нити накаливания образуется высокотемпературная плазма высокого давления. За счет высокой электрической проводимости плазмы падение напряжения на нити накаливания становится практически нулевым и в цепи подрыва возникает скачок электрического тока, вызванный падением общего сопротивления замкнутой цепи подрыва при постоянстве подаваемого напряжения. Постоянство напряжения имеет значение для регистрации скачка тока, возникающего в цепи подрыва.
2
1
При помощи блока определения времени инициирования (2) фиксируют момент воспламенения заряда пиротехнического изделия tz по моменту появления скачка тока на элементе накаливания пиротехнического изделия, определяют время инициирования пиротехнического изделия Т как разницу между моментом воспламенения пиротехнического изделия t и моментом подачи постоянного электрического тока t.
Подавая при помощи регулировочного сопротивления (6) токи различных значений получают зависимость времени инициирования Т от различных значений величины подаваемого тока I.
По полученной зависимости времени инициирования от силы тока можно определить характеристики, связанные со временем инициирования. Это величина безопасного тока (ток, время инициирования для которого бесконечно велико), величина длительного воспламеняющего тока и стомиллисекундного тока, для которых время инициирования равно 1 минуте и 100 мс соответственно. По зависимости времени инициирования от силы тока строится зависимость импульса тока от силы тока и определяется значения импульса воспламенения и номинального импульса воспламенения.
Длительность скачка тока позволяет судить о длительности высокотемпературного состояния продуктов химико-физического преобразования заряда ВВ пиротехнического изделия (газовой плазмы), а значит и о длительности состояния высокого давления.
Существенно, что источник тока работает в режиме постоянного напряжения, то есть его внутреннее сопротивление много меньше сопротивления нагрузки. В противном случае, если внутреннее сопротивление источника тока много больше сопротивления нагрузки (источник питания работает как источник тока), изменение общего сопротивления цепи подрыва при воспламенении заряда будет незначительным и скачок тока будет трудно обнаружить из-за его малости. Учитывая изложенное, заявленный способ реализуется для сравнительно больших токов инициирования, когда сопротивление цепи подрыва сравнимо с электрическим сопротивлением элемента накаливания или меньше его.
При малых токах инициирования сопротивление цепи подрыва, как правило, велико по сравнению с сопротивлением элемента накаливания. Вследствие этого, скачок тока из-за падения сопротивления элемента накаливания становится малозаметным.