ЭЛЕКТРОННЫЙ ВЗРЫВАТЕЛЬ
ELECTRONIC FUSE

Изобретение относится к военной технике, в частности к электронным взрывателям управляемых ракет. Подобные электронные взрыватели должны обеспечивать надежность срабатывания, безопасность эксплуатации и обладать широкими функциональными возможностями.
Известно взрывательное устройство (патент РФ №2532509, приоритет от 16.04.2013 г., «Взрывательное устройство для торпед», авторы: Ильменский А.К., Кескинов А.Я., Киселев В.И., Оськин И.А., Селезнев Д.В., Смирнов А.П., МПК F42C 14/04, опубликовано 10.11.2014 г., бюл. №31), обеспечивающее возможность регулирования чувствительности контактного датчика цели, а дистанции дальнего взведения - времени самоликвидации, которое содержит электропусковое устройство, контактный датчик цели, устройство дальнего взведения с двумя стопорами - блокирующим и предохранительным с соответствующими пусковыми устройствами на основе электровоспламенителей, устройство самоликвидации и исполнительно-детонационное устройство. Устройство дальнего взведения и устройство самоликвидации выполнены в виде электронных счетчиков импульсов, входы которых через контакты разъема связаны с бортовой аппаратурой управления торпеды, а их выходы связаны с электронными спусковыми устройствами, выполненными на основе полевых транзисторов и накопительных конденсаторов. Первый счетчик и первое пусковое устройство с электровоспламенителем электрически и кинематически связаны с блокирующим стопором, второй счетчик и второе пусковое устройство с электровоспламенителем - с предохранительным стопором, а третий счетчик устройства самоликвидации - со входом исполнительно-детонационного устройства, включающего электронное устройство на основе логических элементов «исключающего «ИЛИ» и «ЗИ», позволяющее срабатывать от сигнала датчиков цели. Электронные спусковые устройства выполнены на основе полевых транзисторов и накопительных конденсаторов.
Недостатками данного взрывательного устройства являются: отсутствие возможности подключения к единому интерфейсу управления, отсутствие возможности самодиагностики и определения неисправности датчиков и переключателей, отсутствие возможности задания бортовой аппаратурой управления задержки подрыва, которая обеспечивает максимальную эффективность поражения цели после срабатывания датчика цели, отсутствие возможности срабатывания при критическом разрушении изделия и частичном отказе элементов схемы электрической от механического удара при встрече изделия с целью.
Наиболее близким по технической сущности является взрыватель (патент РФ №2500977 приоритет от 15.03.2012 г., «Боеприпас дистанционного действия», автор Шепеленко В.Б., МПК F42B 12/00, F42C 9/14, F42C 11/06, опубликовано 10.12.2013 бюл. №34), содержащий источник питания, электронно-временное устройство, содержащее запальный конденсатор, соединенное с источником питания линией связи, на которой установлен инерционный замыкатель, разомкнутый в исходном положении. Обеспечено синхронное срабатывание размыкателя и инерционного замыкателя.
Недостатками рассматриваемого взрывателя являются: отсутствие возможности подключения к единому интерфейсу управления, отсутствие возможности самодиагностики, зависимость задаваемой величины задержки взведения от длительности активного участка траектории.
Технической проблемой является создание электронного взрывателя, обладающего расширенными функциональными возможностями, повышенной эффективностью поражения цели и повышенной безопасностью обращения в эксплуатации и обеспечивающего:
- возможность взаимодействия по последовательному интерфейсу с другими устройствами;
- самодиагностику электронного взрывателя;
- задействование электродетонатора при критическом разрушении изделия;
- возможность задания задержек взведения, самоликвидации и задержек подрыва;
- возможность наращивания количества контактных датчиков цели;
- регулирование чувствительности контактных датчиков цели.
Технические результаты, на достижение которых направлено изобретение, заключаются в расширении функциональных возможностей, повышении эффективности поражения цели, повышении безопасности эксплуатации.
Данные технические результаты достигаются тем, что в электронном взрывателе, содержащем источник питания, электронно-временное устройство, включающее запальный конденсатор, первый вход электронно-временного устройства соединен с выходом инерционного замыкателя, новым является то, что дополнительно введены, по крайней мере, два контактных датчика цели, блок объединения сигналов, регулятор чувствительности сигналов, критический датчик, переключатель исходного состояния, приемопередатчик последовательного интерфейса, первый вход/выход которого является входом/выходом электронного взрывателя, а второй вход/выход - соединен с входом/выходом электронно-временного устройства, первый, второй и третий выходы которого являются первым, вторым и третьим выходами электронного взрывателя, первый выход источника питания соединен с входами инерционного замыкателя и переключателя исходного состояния, выход последнего из которых соединен со вторым входом электронно-временного устройства, третий вход которого соединен с выходом критического датчика, а четвертый вход - соединен с выходом регулятора чувствительности сигналов, вход которого соединен с выходом блока объединения сигналов, каждый первый вход которого соединен с выходом соответствующего контактного датчика цели, второй вход блока объединения сигналов является входом самоконтроля датчиков цели, при этом электронно-временное устройство содержит разрядный и зарядный резисторы, ключ взведения, ключ задействования электродетонатора, микропроцессор, вход/выход которого является входом/выходом электронно-временного устройства, первый, второй, третий и четвертый входы микропроцессора являются первым, вторым, третьим и четвертым входами электронно-временного устройства соответственно, первый и второй выходы микропроцессора соединены соответственно с первыми входами ключа взведения и ключа задействования электродетонатора, второй вход ключа взведения соединен со вторым выходом источника питания, а выход - соединен с первыми выводами разрядного и зарядного резисторов, второй вывод зарядного резистора соединен с первым выводом запального конденсатора и является первым выходом электронно-временного устройства, второй вывод запального конденсатора соединен со вторым выводом разрядного резистора, с первым выходом источника питания и с первым выходом ключа задействования электродетонатора, второй выход ключа задействования электродетонатора является вторым выходом электронно-временного устройства, а второй вход соединен с третьим входом микропроцессора, третий выход микропроцессора является третьим выходом электронно-временного устройства.
Введение приемопередатчика последовательного интерфейса позволяет подключить электронный взрыватель к последовательному интерфейсу, что позволяет бортовой аппаратуре дистанционно управлять работой электронного взрывателя. По данному интерфейсу бортовая аппаратура может задавать электронному взрывателю различные задержки срабатывания, а так же задавать необходимые алгоритмы работы, что расширяет его функциональные возможности.
Инерционный замыкатель в электронном взрывателе выполняет функцию ступени предохранения. Его переключение происходит при достижении изделием требуемого ускорения в заданном интервале времени. При переключении замыкателя за пределом заданного интервала времени микропроцессор сообщает по последовательному интерфейсу о данном событии бортовой аппаратуре и блокирует процесс взведения, что повышает безопасность эксплуатации изделия.
Выполнение электронно-временного устройства в виде схемы, включающей запальный конденсатор, разрядный и зарядный резисторы, ключ взведения, ключ задействования электродетонатора, микропроцессор, позволяет проводить самодиагностику электронного взрывателя после включения и в процессе работы. При самодиагностике целесообразно контролировать сигналы с контактных датчиков цели, критического датчика, инерционного замыкателя, переключателя исходного состояния, а так же, сигналы, поступающие на ключ взведения и ключ задействования электродетонатора. При обнаружении неисправности микропроцессор сообщает бортовой аппаратуре через последовательный интерфейс о неисправности. Оперативное обнаружение неисправности в электронном взрывателе повышает безопасность эксплуатации изделия.
Предлагаемая схема электронно-временного устройства обладает устойчивостью к двойному отказу, когда одновременно замкнуты ключ взведения и ключ задействования электродетонатора. Задействование электродетонатора в данной ситуации не происходит, так как ток через электродетонатор ограничивается зарядным резистором, и он не превышает безопасного значения, при этом запальный конденсатор не накапливает заряд. Отсутствие возможности задействования электродетонатора при отказах в электронном взрывателе обеспечивает его безопасную эксплуатацию.
Электронный взрыватель позволяет управлять работой механической ступенью предохранения. Исходное состояние механической ступени предохранения проверяется при самодиагностике по состоянию переключателя исходного состояния, который после снятия механической ступени предохранения переключается. Без снятия механической ступени предохранения задействование электродетонатора невозможно. Механическая ступень предохранения повышает безопасность эксплуатации изделия.
Введение критического датчика и связей его с микропроцессором и с ключом задействования электродетонатора позволяет задействовать электродетонатор после взведения при критическом разрушении изделия с отказом микропроцессора или с обрывом его связей.
Введение блока объединения сигналов с контактных датчиков цели, позволяет наращивать количество контактных датчиков цели до количества, обеспечивающего надежное срабатывание электронного взрывателя после взаимодействия с целью. Введение входа самоконтроля датчиков цели позволяет имитировать срабатывание датчиков цели, что улучшает возможности проверки работоспособности электронного взрывателя.
Введение регулятора чувствительности сигналов с датчиков цели позволяет настроить порог срабатывания электронного взрывателя в зависимости от типа цели.
На фигуре приведена схема электронного взрывателя.
Электронный взрыватель содержит приемопередатчик 1 последовательного интерфейса, электронно-временное устройство 2, инерционный замыкатель 3, переключатель 4 исходного состояния, критический датчик 5, два контактных датчика цели 6 и 7, регулятор 8 чувствительности сигналов, блок 9 объединения сигналов, источник питания 10.
Первый вход электронно-временного устройства 2 соединен с выходом инерционного замыкателя 3. Первый вход-выход приемопередатчика 1 последовательного интерфейса является входом-выходом электронного взрывателя и предназначен для подключения к последовательному интерфейсу 11. Второй вход/выход приемопередатчика 1 последовательного интерфейса соединен с входом/выходом электронно-временного устройства 2. Первый, второй и третий выходы электронно-временного устройства 2 являются первым, вторым и третьим выходами электронного взрывателя, при этом первый и второй выходы предназначены для подключения к электродетонатору 12, а третий выход - для подключения к механической ступени предохранения 13. Первый выход («0В») источника питания 10 соединен с входами инерционного замыкателя 3 и переключателя 4 исходного состояния, выход последнего из которых соединен со вторым входом электронно-временного устройства 2. Третий вход электронно-временного устройства 2 соединен с выходом критического датчика 5, а четвертый вход - соединен с выходом регулятора 8 чувствительности сигналов. Вход регулятора 8 чувствительности сигналов, соединен с выходом блока 9 объединения сигналов. Каждый первый вход блока 9 объединения сигналов соединен с выходами контактных датчиков цели 6 и 7, соответственно. Второй вход блока 9 объединения сигналов является входом 14 самоконтроля датчиков цели.
Электронно-временное устройство 2 содержит запальный конденсатор 15, разрядный 17 и зарядный 16 резисторы, ключ 18 взведения, ключ 19 задействования электродетонатора, микропроцессор 20. Вход/выход микропроцессора 20 является входом/выходом электронно-временного устройства 2. Первый, второй, третий и четвертый входы микропроцессора 20 являются первым, вторым, третьим и четвертым входами электронно-временного устройства 2 соответственно. Первый и второй выходы микропроцессора 20 соединены соответственно с первыми входами ключа 18 взведения и ключа 19 задействования электродетонатора. Второй вход ключа 18 взведения соединен со вторым выходом («+Пит») источника питания 10, а выход - соединен с первыми выводами разрядного 17 и зарядного 16 резисторов. Второй вывод зарядного резистора 16 соединен с первым выводом запального конденсатора 15 и является первым выходом электронно-временного устройства 2. Второй вывод запального конденсатора 15 соединен со вторым выводом разрядного резистора 17, с первым выходом («ОВ») источника питания 10 и с первым выходом ключа 19 задействования электродетонатора. Второй выход ключа 19 задействования электродетонатора является вторым выходом электронно-временного устройства 2, а второй вход соединен с третьим входом микропроцессора 20. Третий выход микропроцессора является третьим выходом электронного временного устройства 2.
Приемопередатчик 1 последовательного интерфейса может быть выполнен на микросхеме, обеспечивающей функции приемопередатчика данного интерфейса. В качестве последовательного интерфейса 11 может быть использован интерфейс CAN.
Микропроцессор 20 может быть выполнен на микроконтроллере с внутренней памятью программ.
Ключ взведения 18 и ключ задействования электродетонатора 19 могут быть выполнены на основе транзисторов.
Регулятор чувствительности 8 может быть выполнен на основе компаратора.
Блок объединения сигналов 9 может быть выполнен в виде схемы объединения сигналов на основе диодов.
Инерционный замыкатель 3 и переключатель 4 исходного состояния могут быть выполнены на основе кнопочных переключателей.
Критический датчик 5 может быть выполнен в виде провода расположенного на корпусе изделия.
Контактные датчики цели 6, 7 могут быть выполнены на базе пьезоэлектрических преобразователей, которые формируют электрические сигналы в момент встречи изделия с целью.
Механическая ступень предохранения 13 может быть выполнена на основе электрического двигателя.
Электронный взрыватель работает следующим образом.
Для штатной работы электронного взрывателя предварительно его вход/выход подключают к последовательному интерфейсу 11, к первому и второму выходу подключают электродетонатор 12, к третьему выходу подключают механическую ступень предохранения 13. К последовательному интерфейсу 11 также должна быть подключена бортовая аппаратура (на фигуре не показана).
После включения электронного взрывателя микропроцессор 20 в электронно-временном устройстве 2 проводит самодиагностику электронного взрывателя, во время которой проводятся проверки сигналов с контактных датчиков цели 6, 7, которые поступают на блок объединения сигналов 9, с выхода которого поступают на вход регулятора чувствительности 8, с выхода которого поступает на микропроцессор 20. Также проводятся проверки сигналов с выходов инерционного замыкателя 3, переключателя исходного состояния 4, критического датчика 5 и сигналов, которые поступают с микропроцессора 20 на входы ключа взведения 18 и ключа задействования электродетонатора 19. При проверках электронного взрывателя дополнительно допускается использование входа самоконтроля датчиков цели 14, который имитирует срабатывание контактных датчиков цели. По результатам самодиагностики микропроцессор 20 формирует слово состояния, которое через приемопередатчик последовательного интерфейса 1 и последовательный интерфейс 11 передается бортовой аппаратуре при получении от нее запроса. Передача слова состояния может происходить многократно во время работы электронного взрывателя по запросам, поступающим от бортовой аппаратуры по последовательному интерфейсу 11.
После поступления в электронный взрыватель от бортовой аппаратуры через последовательный интерфейс 11 команды начала работы микропроцессор 20 начинает отсчет следующих задержек: до начала интервала срабатывания инерционного замыкателя 3; до начала интервала взведения; до самоликвидации. Одновременно микропроцессор 20 управляет механической ступенью предохранения 13 для изменения состояния переключателя исходного состояния 4. Изменение сигнала с переключателя исходного состояния 4 меняет слово состояния, которое формирует микропроцессор 20. В процессе работы электронного взрывателя слово состояния, формируемое микропроцессором 20, меняется в зависимости от поступающих в микропроцессор 20 входных сигналов, а так же от полученных от бортовой аппаратуры команд. Бортовая аппаратура по получаемому от электронного взрывателя слову состояния контролирует правильность работы электронного взрывателя и при необходимости может остановить его дальнейшую работу. После отсчета задержки до начала интервала срабатывания инерционного замыкателя 3 микропроцессор 20 ожидает в заданном интервале поступление сигнала переключения от инерционного замыкателя 3, а также поступления подтверждающей команды, по последовательному интерфейсу 11 от бортовой аппаратуры. При поступлении ожидаемого сигнала и подтверждающей команды микропроцессор 20 управляет механической ступенью предохранения 13 для создания возможности в дальнейшем задействовать электродетонатор 12. После отсчета задержки до начала интервала взведения микропроцессор 20 ожидает поступления по последовательному интерфейсу 11 в заданном интервале времени от бортовой аппаратуры команды, разрешающей взведение. При поступлении подтверждающей команды по последовательному интерфейсу 11 от бортовой аппаратуры микропроцессор 20 формирует сигнал для открытия ключа взведения 18. После открытия ключа взведения 18 цепь «+ПИТ», от источника питания 10, поступает на зарядный 16 и разрядный 17 резисторы и запальный конденсатор 15 заряжается через зарядный резистор 16. Разрядный резистор 17 обеспечивает разряд запального конденсатора 15 при закрытии ключа взведения 18 при нештатной работе электронного взрывателя. После заряда запального конденсатора 15 электронный взрыватель взведен.
При дальнейшей работе микропроцессор 20 ожидает поступления сигналов с контактных датчиков целей 6, 7 (количество контактных датчиков цели в данной схеме может наращиваться) и с критического датчика 5. При появлении сигнала на выходе любого из датчиков цели 6 или 7 (или на обоих одновременно), блок объединения сигналов 9 формирует один выходной сигнал, поступающий на регулятор чувствительности сигналов 8, который при достаточной амплитуде входного сигнала передает в микропроцессор 20 сигнал, указывающий на срабатывание датчиков цели 6, 7. При срабатывании датчиков цели 6, 7 микропроцессор 20 отсчитывает задержку задействования электродетонатора 12 полученную от бортовой аппаратуры по последовательному интерфейсу 11. После отсчета задержки задействования электродетонатора 12 микропроцессор 20 открывает ключ задействования электродетонатора 19, что приводит к разряду запального конденсатора 15 на внутреннее сопротивление электродетонатора 12, обеспечивая его срабатывание. При срабатывании критического датчика 5, что происходит при начале критического разрушения изделия, микропроцессор 20 прекращает отсчет задержек и открывает ключ задействования электродетонатора 19, что приводит к его срабатыванию, как описано ранее. В случае отказа микропроцессора 20, что может произойти при взаимодействии с целью, сигнал с критического датчика 5 независимо от микропроцессора 20 открывает ключ задействования электродетонатора 19, что приводит к его срабатыванию, как описано ранее. При отсутствии сигналов с контактных датчиков цели 6, 7 и с критического датчика 5 микропроцессор 20, при условиях, что электронный взрыватель взведен, и задержка до самоликвидации отсчитана, открывает ключ задействования электродетонатора 19, что приводит к его срабатыванию.