Контактный датчик цели

Полезная модель относится к области военной техники и предназначена для выдачи команды на подрыв любых типов боеприпасов при их соударении с целью.
При использовании в боеприпасе электрической системы подрыва в качестве контактного датчика цели используют датчики как инерционного, так и реакционного типов, контакты которых замыкают цепь срабатывания взрывателя при соударении боеприпаса с целью.
В качестве инерционных датчиков используют, как правило, инерционные датчики порогового типа (см., например, Гирфанов М.З., Кузнецов С.В., Приемский Д.Г. Контактный подрыв ракетного боеприпаса. - СПб.: ОАО «НИИ ТМ», 2003 г., с. 85-94). К недостаткам инерционных датчиков порогового типа можно отнести необходимость обеспечения схемными или конструктивными решениями их устойчивости к траекторным нагрузкам, недостаточное быстродействие для выдачи команды на подрыв кумулятивных боевых частей, а также сложность их конструкции при условии обеспечения требуемой диаграммы чувствительности для подрыва боеприпаса в заданном диапазоне углов встреч с целью.
Наиболее простыми и надежными являются контактные датчики цели реакционного типа (там же, с. 94-98), выполненные в виде двух изолированных контактов. Один из контактов выполнен в виде центрального электрода, жестко соединенного с несущим корпусом, а другой - в виде наружной оболочки, размещенной относительно центрального электрода с зазором. При этом наружная оболочка является чувствительным элементом датчика. При соударении боеприпаса с целью наружная оболочка деформируется на величину зазора, благодаря чему происходит замыкание контактов датчика и выдача команды на подрыв боеприпаса. Датчики реакционного типа надежно срабатывают в широком диапазоне скоростей встреч боеприпаса с целью, а их быстродействие зависит только от скорости перемещения деформируемого участка наружной оболочки на величину зазора, которая, как правило, примерно равна скорости соударения боеприпаса с целью. Для получения максимального быстродействия подобные датчики устанавливаются в головной части боеприпаса, а зазор между их контактами выполняется минимально возможным.
При использовании контактных датчиков цели реакционного типа в малогабаритных и малокалиберных боеприпасах в качестве одного из контактов датчика используют конструктивные элементы боеприпаса, например, головной обтекатель ракеты. Роль другого контакта могут выполнять как элементы корпуса боеприпаса, так и отдельные детали, установленные на несущем корпусе, которые при ударе деформируются позже. При этом контакт имеет развитую поверхность, обращенную к наружной оболочке. В этом случае обеспечивается требуемая диаграмма чувствительности датчика для работы в заданном диапазоне углов встреч боеприпаса с целью.
Известен контактный датчик цели (патент США №5157221, МПК F42C 19/07, опубл. 20.10.1992), один из контактов которого выполнен в виде элемента несущего корпуса, а другой - в виде наружной оболочки, размещенной относительно корпуса с зазором. При этом в качестве наружной оболочки используется головной обтекатель ракеты, являющийся одновременно чувствительным элементом датчика. При соударении боеприпаса с целью деформация наружной оболочки на величину зазора между ней и несущим корпусом приводит к замыканию электрической цепи и подрыву боевой части.
Контактные датчики цели, имеющие аналогичную конструкцию, известны также из описаний к патентам РФ: №2125228, МПК F42B 12/00, опубл. 20.01.1999 и №2046281, МПК F42B 12/10, опубл. 20.10.1995.
К недостаткам аналогов можно отнести то, что в качестве электрических контактов используются элементы корпуса боеприпаса и особенно его наружные элементы. Это снижает помехозащищенность боеприпаса от внешних электромагнитных излучений вследствие возникновения наводок в электрической цепи взрывателя. При этом необходимость изоляции контактов друг от друга требует использования дополнительных конструктивных элементов, что приводит к усложнению конструкции датчика и конструкции боеприпаса в целом. Для упрощения конструкции датчика, используемого в боеприпасе по патенту РФ №2046281, наружную оболочку изготавливают из пластмассы. В данном случае для изоляции контактов друг от друга не требуется дополнительных конструктивных элементов. Для формирования электрического контакта на внутреннюю поверхность наружной оболочки наносится токопроводящий слой. В качестве второго контакта используют элемент корпуса боеприпаса или отдельная деталь, установленная на несущем корпусе. Недостатком выполнения наружной оболочки из пластмассы является снижение надежности замыкания контактов, так как при ее деформации особенно при высоких скоростях соударения или в случаях низких температур, будет происходить локальное разрушение токопроводящего слоя в том месте оболочки, в котором и должно происходить замыкание контактов. Поэтому замыкание контактов может быть либо очень кратковременным, либо вообще отсутствовать.
Известен также контактный датчик цели, содержащий несущий корпус, размещенную относительно него с зазором наружную оболочку, являющуюся одновременно головным обтекателем боеприпаса и электрические контакты, выполненные с возможностью замыкания при деформации участка наружной оболочки, обращенного к цепи, на величину зазора (патент РФ №2416780, МПК F42C 1/00, опубл. 20.04.2011). При этом из проводников сформированы структуры (путем укладки проводников с определенным шагом), определяющие заданные размеры зон чувствительности датчика. Зоны чувствительности датчика разнесены по поясам и секторам. В патенте №2416780 описано размещение одной чувствительной зоны в поясе Г и четырех чувствительных зон в поясе Д. Размещение зон чувствительности по поясам и секторам повышает функциональные возможности контактного датчика цели. Так, если соударение, например кумулятивной боевой части с целью происходит в зоне Г, то осуществляется подрыв заряда с образованием кумулятивной струи, а если в зоне Д (при малых углах соударения), то, благодаря разнесению зон чувствительности по секторам, производится подрыв заряда таким образом, что ударная волна и фрагменты корпуса направляются в сторону цели, увеличивая тем самым фугасное и осколочное действия боеприпаса.
Недостатком указанного контактного датчика цели является относительно низкая чувствительность при соударении с преградами, имеющими низкую плотность, когда деформация наружной оболочки недостаточна для разрушения изоляции между проводниками или между каждым проводником и поверхностями несущего корпуса и наружной оболочки.
Известен также контактный датчик цели [Вышинский П.Н., Коваленко А.Ф., Федорищев О.Н., Хватков А.С. Контактный датчик цели. Патент на полезную модель №155480. МПК F42C 1/00. Опубл. 10.10.2015 Бюл. №28.], содержащий несущий корпус, чувствительный элемент в виде наружной оболочки, размещенной с зазором относительно корпуса, пару электрических контактов, выполненных в виде соприкасающихся изолированных проводников, размещенных в зазоре между наружной оболочкой и несущим корпусом с образованием структуры, определяющей заданную зону чувствительности, концентраторы механических напряжений в виде прямоугольных выступов, высоту которых определяют по уравнению
из
k
h<h<d/2,
из
где h - толщина слоя изоляции проводников;
k
h - высота концентратора механических напряжений;
d - диаметр каждого из проводников,
расположенные на поверхности несущего корпуса вдоль его образующей, обращенной к паре электрических контактов, причем в каждой зоне чувствительности датчика размещают не менее одного концентратора. Прототип.
Недостатком прототипа является относительно низкая надежность срабатывания контактного датчика, так как под действием вибраций и механических нагрузок в процессе эксплуатации заданные структуры зон чувствительности могут изменять конфигурацию вследствие сползания проводников вдоль концентраторов.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности срабатывания контактного датчика цели за счет сохранения конфигурации зон чувствительности датчика.
Технический результат достигается тем, что в контактном датчике цели, содержащем несущий корпус, чувствительный элемент в виде наружной оболочки, размещенной с зазором относительно корпуса, пару электрических контактов, выполненных в виде соприкасающихся изолированных проводников, размещенных в зазоре между наружной оболочкой и несущим корпусом с образованием структуры, определяющей заданную зону чувствительности, и концентраторы механических напряжений в виде прямоугольных выступов, расположенных на поверхности несущего корпуса, обращенной к паре электрических контактов, вдоль его образующей, причем в каждой зоне чувствительности датчика размещают по два концентратора, имеющего гальваническую связь с корпусом, концентраторы выполнены из металла, имеющего более высокую твердость, чем твердость металла изолированных проводников, высоту концентраторов механических напряжений выбирают из условия
k
из
h=d+2h,
k
где h - высота концентраторов;
d - диаметр проводника;
из
h - толщина изоляции проводника, в концентраторах имеются поперечные цилиндрические проточки, радиус которых определяют по уравнению
П
из
R=h+d/2,
П
где R - радиус проточек, а проводники уложены в проточки.
Сущность полезной модели поясняется чертежами фиг. 1 - фиг. 3. На фиг. 1 показан вариант исполнения контактного датчика цели, имеющего несколько зон чувствительности, при его размещении, например, в носовой части боеприпаса. На фиг. 2 - то же, вид Б. Контактный датчик цели содержит несущий корпус 1, размещенную относительно него с зазором Δ наружную оболочку 2, являющуюся одновременно головным обтекателем боеприпаса, электрические контакты, выполненные с возможностью замыкания при деформации обращенного к цели участка наружной оболочки на величину зазора, в виде пяти пар изолированных друг от друга проводников 3, размещенных в зазоре Δ между корпусом 1 и наружной оболочкой 2. На поверхности несущего корпуса 1, обращенной к электрическим контактам в виде изолированных друг от друга проводников 3, вдоль его образующей размещены концентраторы механических напряжений 4 в виде прямоугольных выступов. Концентраторы напряжений выполнены из металла, имеющего более высокую твердость, чем металл проводников 3, и имеют гальваническую связь с корпусом 1. Из проводников 3 сформированы структуры (путем укладки проводников 3 с определенным шагом), определяющие заданные размеры зон чувствительности датчика. Датчик может иметь как одну зону чувствительности, так и несколько, в зависимости от задачи, решаемой при применении боеприпаса. В каждой зоне чувствительности размещают по два концентратора напряжений 4. На данном примере показана возможность реализации в одном датчике разных зон чувствительности, которые размещены как по поясам (фиг. 1 - поз. Г, Д) так и по секторам (фиг. 2 - поз. I, II, III, IV). То есть в поясе Г имеется одна, а в поясе Д - четыре зоны чувствительности. Это осуществляется благодаря определенному размещению в зазоре требуемого количества пар проводников, подключенных к соответствующим каналам электрической схемы взрывателя боеприпаса (не показано). На фиг. 2 показаны концентраторы 4 механических напряжений в виде прямоугольных выступов, которые изготавливают из металла, имеющего более высокую твердость, чем твердость металла изолированных проводников 3. В поясе Г размещены два скрещенных концентратора 4, в поясе Д размещены по два концентратора 4 по краям секторов I, II, III и IV. Высота концентраторов 4 составляет величину
k
где h - высота концентраторов;
d - диаметр проводника;
из
h - толщина изоляции проводника. В концентраторах 4 для укладки проводников 3 делают поперечные цилиндрические проточки, радиус которых определяют по уравнению
П
где R - радиус проточек.
Проводники 3 укладывают в поперечные цилиндрические проточки в концентраторах 4 (см. фиг. 3). Такая укладка проводников 3 обеспечивает фиксацию конфигурации зон чувствительности датчика, что способствует повышению надежности его срабатывания по сравнению с прототипом.
Для надежного замыкания изолированных проводников 3 при срабатывании датчика, высоту концентраторов механических напряжений 4 выбирают в соответствии с уравнением (1) а радиус цилиндрических проточек в них - в соответствии с уравнением (2), что обеспечивает разрезание концентраторами 4 изоляции проводников 3 и внедрение концентраторов 4 в проводники 3 на глубину, равную половине диаметра проводника.
Таким образом, обеспечивается надежная фиксация конфигурации зон чувствительности датчика, надежное замыкание проводников датчика и исключается их разрезание концентратором напряжений при соударении боеприпаса с целью.
Датчик работает следующим образом. При соударении боеприпаса с целью в соответствующей зоне чувствительности происходит деформация наружной оболочки 2 на величину, равную величине зазора между несущим корпусом 1 и наружной оболочкой 2. Наружная оболочка передает давление на проводники 3. При этом на концентраторах механических напряжений давление на изоляцию проводников 3 будет существенно выше, чем вне зоны концентраторов. Вследствие внедрения концентратора механических напряжений 4 в проводники 3 происходит разрезание изоляции проводников и замыкание их через концентратор механических напряжений 4, что приводит к выдаче команды на подрыв боеприпаса.