КОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК
CONTACT SENSOR

Изобретение относится к военной технике, в частности к средствам инициирования, и может найти применение в конструкциях боеприпасов, а конкретно - реакционных контактных датчиков цели для боеприпасов, устанавливаемых в головной части боеприпаса, обеспечивающих замыкание электрического контакта для подачи сигнала на исполнительную систему при силовом ударном нагружении объекта.
Роль такого датчика заключается в обеспечении требуемого быстродействия его срабатывания при воздействии динамической силовой нагрузки, возникающей от удара объекта о преграду. Сокращение времени срабатывания таких устройств в конкретных условиях применения является основным фактором обеспечения работоспособности объекта.
Известен ударный замыкатель реакционного действия 108Д5 [Сенсорные системы боеприпасов: Учебное пособие / Г.А. Сумин; Балт. Гос. Техн. ун-т. СПб., 1998 г., стр.17, рис.7]. Данное устройство содержит опору, на основании которой закреплены чувствительный элемент в виде центрального электропроводного штыря и охватывающий его колпачок - замыкатель, обращенный токопроводящей рабочей поверхностью к штырю и установленный к нему с регламентируемым зазором.
При встрече объекта с преградой происходит локальное смятие токопроводящего колпачка до соприкосновения его со штырем, замыкая тем самым электрическую цепь, приводящую к срабатыванию исполнительной цепи объекта.
Данный ударный замыкатель прост в конструктивном выполнении.
Однако недостатками данного устройства является длительность срабатывания устройства и недостаточная чувствительность. При ударном нагружении объекта, где установлено данное устройство, направление вектора сминающей силы может не совпадать с локальной точкой размещения устройства в объекте, что значительно увеличивает время его срабатывания. Для того чтобы замкнуть электрическую цепь, необходимо смять колпачок и преодолеть зазор между ним и штырем, что увеличивает время срабатывания устройства на выдачу сигнала.
Известно в ударном замыкателе Б-168 введение продублированных контактов, аналогичных вышеприведенному аналогу (наличие двух штырей, охваченных колпачком) [Сенсорные системы боеприпасов: Учебное пособие / Г.А. Сумин; Балт. Гос. Техн. ун-т. СПб., 1998 г., стр.18, рис.9]. Отличаясь большей надежностью, известное устройство, однако, имеет тот же недостаток, что и аналог, а именно, длительность срабатывания устройства, вероятность несовпадения направления вектора сминающей силы с локальной точкой размещения устройства в объекте.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является кабельный датчик [Сенсорные системы боеприпасов: Учебное пособие / Г.А. Сумин; Балт. Гос. Техн. ун-т. СПб., 1998 г., 79 с. (стр.19, рис.11)], взятый авторами за прототип. Данный датчик содержит два кольца, опорное и рабочее, установленные соосно и скрепленные между собой, причем на основании опорного кольца размещен кольцевой чувствительный элемент, а рабочее кольцо оснащено замыкателями, обращенными к чувствительному элементу и установленными относительно него с регламентируемым зазором.
Кольцевой чувствительный элемент выполнен в виде электрического кабеля типа КФСДК в оплетке, а замыкатель выполнен в виде ножевых пластин, жестко закрепленных (с помощью сварки) на рабочем кольце.
При воздействии внешней динамической нагрузки ножевые пластины врезаются в кабель, вследствие чего происходит разрушение оплетки до токопроводящей жилы, электрическая цепь замыкается, производя выдачу сигнала для инициирования систем срабатывания объекта.
Однако недостатком данного устройства является низкая надежность срабатывания в расширенном диапазоне углов приложения динамической нагрузки (боковые удары). Данный датчик срабатывает преимущественно при нагружении, действующем под определенным углом относительно продольной оси устройства, когда направление приложения нагрузки (удара) совпадает с направлением движения ножевого элемента по отношению к кабелю. На быстродействие срабатывания данного датчика влияет большая радиальная жесткость рабочего кольца, сила трения, возникающая при боковом ударе, и диаметр самого кабеля. Так при небольших скоростях соударения объекта с преградой (до ~ 200 м/с) деформация корпуса объекта может быть недостаточна для обеспечения деформации рабочего кольца, несущего ножи и, соответственно, для того, чтобы замкнуть кабель, что не приведет к срабатыванию объекта. А при больших скоростях соударения объекта с преградой потребуется дополнительное время, которое определяется не только величиной зазора между ножом и кабелем, но и диаметром самого кабеля, который для кабеля КФСДК составляет 5 мм. Кроме этого, существует вероятность разрушения в месте крепления ножей на рабочем кольце (сварной шов), когда смятие кабеля может так и не произойти. Все это увеличивает возможность нестабильного электрического замыкания, что в расширенном диапазоне углов приложения нагрузки отрицательно влияет на надежность срабатывания датчика.
Задачей изобретения является повышение надежности срабатывания устройства.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в увеличении вероятности и быстродействия срабатывания устройства в широком диапазоне углов приложения нагрузки, в повышении чувствительности датчика за счет минимальных усилий воздействия на контактные замыкатели, работающих в условиях изгибной упругопластической деформации.
Указанный технический результат достигается тем, что контактный датчик содержит два кольца, опорное и рабочее, установленные соосно и скрепленные между собой, причем на основании опорного кольца размещен кольцевой чувствительный элемент, а рабочее кольцо оснащено замыкателями, обращенными к чувствительному элементу и установленными относительно него с регламентируемым зазором, согласно изобретению, чувствительный элемент выполнен в виде многослойной печатной платы с чередующимися слоями изоляционной пленки и металлической фольги, замыкатели равномерно разнесены по образующей поверхности рабочего кольца, при этом каждый замыкатель выполнен в виде консольной балки в сечении Г-образной формы с заостренным наконечником на свободном конце, при этом полочка каждой балки выполнена в продольном сечении в форме равнобедренной трапеции, обращенной меньшим основанием к наконечнику, а наконечник в месте соединения его с полочкой снабжен выпуклым буртиком, выступающим над поверхностью полочки на высоту не меньше суммарной величины регламентируемого зазора и толщины печатной платы, причем рабочее кольцо с замыкателями выполнено за одно целое из упругопластичного материала.
Размещение замыкателей равномерно разнесенными по образующей поверхности рабочего кольца расширяет область контакта, что важно при условии увеличения вероятности срабатывания устройства в широком диапазоне углов приложения нагрузки. Выполнение каждого замыкателя в виде консольной балки в сечении Г-образной формы с заостренным наконечником на свободном конце, выполнение рабочего кольца с замыкателями за одно целое из упругопластичного материала, все это обеспечивает надежную работу конструкции в условиях изгибной упругопластической деформации (т.е. упругопластический шарнир) и позволяет повысить чувствительность датчика за счет минимальных усилий воздействия на контактные замыкатели, работающих в условиях изгибной упругопластической деформации, повышая надежность срабатывания устройства.
Выполнение полочки каждой балки в продольном сечении в форме равнобедренной трапеции, обращенной меньшим основанием к наконечнику, выбрано из условия формирования балки равного сопротивления изгибу, что ведет к выполнению условия возникновения одинакового по величине максимального напряжения в любом сечении консольной балки, что также повышает надежность срабатывания устройства.
Выполнение каждого наконечника заостренным на свободном конце и установленным с регламентируемым зазором относительно наружной поверхности чувствительного элемента, выполненного в виде многослойной печатной платы с чередующимися слоями изоляционной пленки и металлической фольги, позволяют обеспечить минимальный контактный зазор, увеличивая быстродействие срабатывания устройства, повышая его чувствительность за счет минимальных усилий воздействия на консольные балки, тем самым повышая надежность срабатывания устройства в расширенном диапазоне углов приложения нагрузки.
Наличие у наконечника в месте соединения его с полочкой выпуклого буртика, выступающего над поверхностью полочки на высоту не меньше суммарной величины регламентируемого зазора и толщины печатной платы, позволяет уменьшить силу трения между контактными поверхностями, обеспечить минимальный контактный зазор, достаточный для осуществления «пробивки» платы и срабатывания устройства.
Для прогнозирования времени срабатывания датчика за счет регулирования величины регламентируемого зазора между опорным и рабочим кольцом установлена кольцевая металлическая прокладка (шайба) требуемой толщины.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».
Новые признаки (чувствительный элемент выполнен в виде многослойной печатной платы с чередующимися слоями изоляционной пленки и металлической фольги, замыкатели равномерно разнесены по образующей поверхности рабочего кольца, при этом каждый замыкатель выполнен в виде консольной балки в сечении Г-образной формы с заостренным наконечником на свободном конце, при этом полочка каждой балки выполнена в продольном сечении в форме равнобедренной трапеции, обращенной меньшим основанием к наконечнику, а наконечник в месте соединения его с полочкой снабжен выпуклым буртиком, выступающим над поверхностью полочки на высоту не меньше суммарной величины регламентируемого зазора и толщины печатной платы, причем рабочее кольцо с замыкателями выполнено за одно целое из упругопластичного материала) не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется следующими чертежами, где:
На фиг.1 представлен общий вид контактного датчика;
на фиг.2 - поперечный разрез A-A на фиг.1;
на фиг.3 - вид замыкателя, вид B на фиг.2.
Устройство выполнено следующим образом.
Контактный датчик (фиг.1, 2) содержит два соосно установленных кольца, опорное 1 и рабочее 2. Опорное кольцо 1 закреплено в корпусе головной части объекта (не показано) при помощи крепежных элементов (не показано). На основании кольца 1 размещен кольцевой чувствительный элемент, выполненный в виде многослойной печатной платы 3 с чередующимися слоями изоляционной пленки 4 и металлической фольги 5. Плата 3 приклеена в выполненной по периферии основания кольца 1 кольцевой проточке 6. Рабочее кольцо 2 закреплено на образовавшемся при выполнении кольцевой проточке 6 кольцевом выступе 7 при помощи крепежных элементов 8, равномерно разнесенных по радиусу кольца 2.
Кольцо 2 выполнено за одно целое с замыкателями 9, равномерно размещенными по его образующей. Каждый замыкатель 9 выполнен в виде консольной балки в сечении Г-образной формы (фиг.3) с заостренным наконечником 10 на свободном конце, установленном относительно контактной поверхности платы 3 с регламентируемым зазором Δ. Полочка каждого замыкателя 9 выполнена в продольном сечении в форме равнобедренной трапеции, обращенной меньшим основанием к наконечнику 10. Наконечник 10 оснащен в месте соединения его с полочкой замыкателя 9 выпуклым буртиком 11, выступающим над поверхностью полочки замыкателя 9 на высоту h не меньше суммарной величины зазора Δ и толщины b платы 3. Зазор Δ может регулироваться при помощи кольцевой металлической прокладки 12 (шайбы), установленной между кольцом 2 и выступом 7 кольца 1.
Сборка контактного датчика осуществляется следующим образом.
Плату 3 помещают в проточку 6 кольца 1 и приклеивают. Кольцо 2 закрепляют на выступе 7 при помощи крепежных элементов 8, поместив предварительно металлическую прокладку 12 и установив тем самым зазор Δ. Датчик собран и готов к работе. Датчик закрепляют в головной части корпуса объекта (не показано). При ударе о преграду происходит деформация головной части корпуса объекта, приводящая к контактному взаимодействию каждого наконечника 10 с платой 3, разрушающему слои фольги 5. Контакты электрической цепи замыкаются, подавая сигнал на срабатывание объекта.
Возможность промышленной реализации и практической возможности достижения требуемого результата при использовании изобретения иллюстрируется следующим примером.
Пример
Каждый замыкатель 9 был выполнен в виде Г-образной консольной балки из материала ВТ-1 толщиной 1 мм с размерами полочки: ширина заделки в рабочем кольце составляла 6 мм (большее основание трапеции), длина полочки составляла 6 мм, масса наконечника 10 составляла 0,2 грамма. Собственная частота каждого замыкателя 9 была равна 12700 Гц, что позволило установить зазор Δ равным 0,15 мм. Толщина печатной платы 3 составляла 0,75 мм. Таким образом, для замыкания наконечнику 10 при воздействии на его опорную поверхность элементов разрушающегося объекта необходимо переместиться на величину не более 0,6 мм, в отличие от прототипа, где расстояние между ножами и кабелем составляет, как минимум, 6 мм. То есть при равнозначном воздействии (одинаковой динамической нагрузке) заявляемое устройство сработает, как минимум, в 10 раз быстрее прототипа.
Таким образом, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- повышение надежности срабатывания датчика;
- увеличение вероятности и быстродействия срабатывания в широком диапазоне углов приложения нагрузки;
- повышение чувствительности датчика за счет минимальных усилий воздействия на контактные замыкатели, работающих в условиях изгибной упругопластической деформации;
- для заявляемого устройства и способа для его обеспечения в том виде, в котором он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств, методов и устройств.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость».