УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ Российский патент 1997 года по МПК F41H5/07 

Изобретение относится к технике вооружений, а именно к средствам защиты объектов от действия кумулятивной струи.

Известны конструкции навесной динамической защиты объектов, основанные на принципе разрушения кумулятивной струи тонкими металлическими пластинами, расположенными под углом к кумулятивной струе и метаемыми продуктами детонации взрывчатого вещества (ВВ) [1] Отдельные блоки такой динамической защиты, содержащие корпус с полостью, дно, крышку и элемент, состоящий из двух металлических пластин со слоем ВВ между ними, устанавливаются на защищаемый объект. В этом случае при взаимодействии кумулятивной струи с пробиваемой преградой под углом 60 70^o от нормали к преграде и оптимальных параметрах элементов динамической защиты глубина пробития кумулятивной струей преграды может быть уменьшена на 60 80% однако при уменьшении угла подхода от нормали эффективность такой защиты pезко падает.

Недостатком конструкций динамической защиты подобного типа является то, что не обеспечивается в целом высокий уровень противокумулятивного действия независимо от углов подхода кумулятивной струи к преграде и присутствует ВВ значительной массы, размещаемое на поверхности объекта. Эти недостатки частично устраняются при использовании электродинамической защиты объектов.

Известным техническим решением, принятым за прототип, является описанное в работе [2] устройство, включающее конденсаторную батарею (импульсный источник электрической энергии), электрически соединенную с элементом электродинамической защиты, выполненным в виде разделенных диэлектрическом металлических пластин и размещенным перед защищаемой преградой.

Недостатком такого устройства является то, что вследствие некоторого несоответствия времени прохождения кумулятивной струи и импульса тока, разряжающегося через элемент электродинамической защиты конденсатора, возможно проникание головной и хвостовой частей кумулятивной струи через этот элемент, что нередко приводит к взаимодействию кумулятивной струи с основной преградой, а иногда и ее пробитию. Расчеты показывают, что при оптимальном режиме тока удается уменьшить глубину пробития преграды кумулятивной струей на 60 80% т.е. до уровня обычной динамической защиты, однако при этом на преграде или в непосредственной близости от нее отсутствует ВВ.

Задачей изобретения является повышение противокумулятивной стойкости объекта, т.е. повышение эффективности его электродинамической защиты за счет специальным образом организованных последовательных электродинамических воздействий на кумулятивную струю, позволяющих периодически "сбрасывать" и возобновлять электродинамическую нагрузку на перемещающиеся в межэлектродном промежутке элементы кумулятивной струи.

Задача решается таким образом, что в известное устройство электродинамической защиты объектов, включающее импульсный источник электрической энергии с образованием электрической цепи, соединенный с боевым элементом, выполненным в виде двух электродов, разделенных массивом диэлектрика, и размещенным перед защищаемым объектом, введены один или несколько аналогичных дополнительных боевых элементов, последовательно включенных в электрическую цепь посредством проводников с малым сопротивлением и размещенных между основным боевым элементом и защищаемым объектом.

Предлагаемое техническое решение может быть усовершенствовано за счет того, что обращенные друг к другу электроды основного и дополнительных боевых элементов попарно объединяются с образованием единого боевого элемента с размещенными в массиве диэлектрика проводящими разделителями.

Другой вариант электродинамической защиты на базе предлагаемого технического решения может отличаться тем, что в массиве диэлектрика дополнительных боевых элементов образованы сквозные каналы, соединяющие электроды дополнительных боевых элементов, а на их обращенных друг к другу сторонах выполнены заостренные выступы, расположенные в полости каналов.

Сапоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна", так как в предлагаемую конструкцию введены дополнительные элементы, особым образом включенные в электрическую цепь и объединенные друг с другом, используются проводники с малым сопротивлением и новые конструктивные элементы (каналы, выступы) в массиве диэлектрика.

По результатам исследования аналогов, относящихся к указанной области возможного использования, а также ряду смежных областей не выявлено таких, где бы в данной совокупности использовались указанные отличительные признаки. Кроме того, именно введение дополнительных элементов в известное устройство электродинамической защиты, особым образом включенных в электрическую цепь и объединенных друг с другом, а также использование новых конструктивных элементов в массиве диэлектрика приводит к необходимому положительному результату. Все это указывает на соответствие предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1-3 показан общий вид предлагаемой конструкции электродинамической защиты объекта и его варианты.

Устройство электродинамической защиты (а) включает импульсный источник электрической энергии 1, с образованием электрической цепи соединенный с основным боевым элементом 1, выполненным в виде двух электродов 2 и 3, разделенных массивом диэлектрика 4, и размещенным перед защищаемым объектом 5. В электрическую цепь последовательно включены с помощью проводников 6 с малым сопротивлением один (или несколько) аналогичных дополнительных боевых элементов II (или II, III,), размещенных между основным боевым элементом I и защищаемым объектом 5.

В варианте устройства (б) электроды 2 и 3 основного и дополнительного боевых элементов, обращенные друг к другу, попарно объединяются с образованием единого боевого элемента с размещенными в массиве диэлектрика проводящими разделителями 7.

В варианте устройства (в) в массиве диэлектрика 4 дополнительных боевых элементов образованы сквозные каналы 8, соединяющие электроды 2 и 3 дополнительных боевых элементов и имеющие на их обращенных друг к другу сторонах заостренные выступы 9, расположенные в полости каналов.

Устройство электродинамической защиты объектов работает следующим образом.

Вариант (а) практически представляет устройство электродинамической защиты "тандемного" типа, состоящего из двух и более последовательно соединенных боевых элементов I, II, III, Разрядный ток в такой цепи начинается протекать с момента замыкания головной частью кумулятивной струи (КС) последнего по ходу межэлектродного промежутка. При движении всех последующих элементов КС в каждом из этих промежутков ток имеет одинаковое значение. Однако ток через участок КС между двумя боевыми элементами может быть существенно уменьшен при достаточно малом сопротивлении соединяющих боевые элементы проводников, выполняющих в данном случае роль шунта по отношению к КС.

Вариант (б) отличается от базового включением одного или нескольких разделителей 7, выполненных из материала с высокой проводимостью (медь, алюминий). Разрядный ток в цепи начинает протекать с момента подхода головной части пробивающей боевой элемент КС к нижнему электроду 3. С этого момента времени элементом электрической цепи становятся участок КС, находящийся в межэлектродном промежутке, проводящая плазма, находящаяся в пробитом струей канале, и пробитый струей разделитель. При этом разделитель как бы "берет на себя" часть полного тока, способствуя тем самым уменьшению тока I через соответствующий участок струи. В такт ситуации по мере движения элементов КС в межэлектродном промежутке ток I через каждый элемент будет меняться таким образом, что в законе его изменения будет существовать "пауза тока", соответствующая движению элемента в области разделителя. В результате наличие "паузы" тока ведет к большему "расшатыванию" КС по сравнению с однонаправленным монотонным электродинамическим воздействием. Еще в большей степени увеличиваются параметры колебательного процесса и скорость радиального рассеивания элемента КС при включении в боевой элемент электродинамической защиты двух и более проводящих разделителей.

В варианте (в) так же реализуется идея последовательных электродинамических воздействий на КС. От варианта (а) данная схема отличается введением дополнительного боевого элемента II (одного или нескольких II, III), в массиве диэлектрика 4 которого с этой целью выполнен канал 8. Идея такого устройства возникает из анализа недостатков, присущих как схеме (а), так и основной из ныне существующих схем электродинамической защиты, принятой за прототип, и заключающихся в том, что в связи с конечным временем выхода разрядного тока на максимальное значение, электродинамическое воздействие на головные элементы КС практически не ощущается. В схеме же (в) при пробитии КС первого боевого элемента 1 электрическая цепь источника энергии 1 сказывается разомкнутой только через воздушный промежуток канала 8, выполненного в массиве диэлектрика и второго боевого элемента II. Обеспечению одновременного пробоя этого воздушного промежутка может способствовать выполнению на обращенных друг к другу сторонах электродов второго боевого элемента II заостренных выступов 9 концентраторов электрического поля, находящихся в полости канала. В результате головная часть КС пробивает во втором элементе II канал с проводящей плазмой, шунтирующее влияние которой по отношению к КС невелико. Наличие же параллельного ранее пробитого промежутка 8 по существу эквивалентно незначительному увеличению диаметра, окружающего головную часть струи канала с плазмой. В такой ситуации замкнувший межэлектродный промежуток участок КС сам выступает в роли шунта и как бы "берет на себя" большую часть полного тока, что позволяет эффективно воздействовать на головную часть КС и оказывать повторное дополнительное воздействие на последующие участки струи. Общая эффективность устройства еще более повышается при использовании нескольких (двух и более) дополнительных боевых элементов (II, III,) с каналами и выступами.

С целью подтверждения положительного эффекта предлагаемого устройства электродинамической защиты (вариантов) проводилось сопоставление предлагаемых схем и прототипа с использованием численных методов расчетов. В качестве основного критерия при сопоставлении различных схем (вариантов) использовались параметры движения элемента КС в области воздействия электродинамической защиты и за ее пределами, так как по характеру изменения во времени радиальной скорость V_R наружной поверхности элемента струи можно судить о механическом действии тока. Расчет предсказывает, что на выходе из области воздействия электродинамической защиты базового варианта, принятого за прототип, материал струи существенно рассеивается в радиальном направлении ("размах" колебаний струи на выходе примерно в 10 раз превышает "размах" колебаний до входа в область воздействия), что дает представление о действии импульса тока на элемент КС и определяет приведенное выше снижение глубины пробития струей на 60 80% Использование же предлагаемых вариантов еще более увеличивает радиальную скорость рассеивания как минимум в 4 6 раз (при использовании одного и двух дополнительных боевых элементов, соответственно) по сравнению с прототипом, причем в варианте (в) осуществляется воздействие и на головные участки струи, что приводит практически к полной ликвидации пробивного действия, т.е. не пробитию защищаемого объекта.

Использование: средства защиты объектов от действия кумулятивной струи. Сущность изобретения: в устройстве электродинамической защиты, содержащем импульсный источник электрической энергии 1, соединенный с образованием электрической цепи с боевым элементом, размещенным перед защищаемым объектом 5, в электрическую цепь последовательно включены с помощью проводников 6 с малым сопротивлением один или несколько аналогичных дополнительных боевых элементов, размещенных между основным боевым элементом и защищаемым объектом 5. Боевые элементы выполнены в виде двух электродов 2 и 3, разделенных диэлектриком 4. Электроды основного и дополнительного боевых элементов, обращенные друг к другу, могут быть попарно объединены с образованием единого боевого элемента, с размещенными в массиве диэлектрика проводящими разделителями. В массиве диэлектрика 4 дополнительных боевых элементов могут быть образованы сквозные каналы, соединяющие электроды 2 и 3 и имеющие на их обращенных друг к другу сторонах заостренных выступы, расположенные в полости каналов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство электродинамической защиты объектов, включающее импульсный источник электрической энергии, с образованием электрической цепи соединенный с боевым элементом, выполненным в виде двух электродов, разделенных массивом диэлектрика, и размещенным перед защищаемым объектом, отличающееся тем, что в него введены один или несколько аналогичных дополнительных боевых элементов, последовательно включенных в электрическую цепь посредством проводников с малым сопротивлением и размещенных между основным боевым элементом и защищаемым объектом. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нем обращенные друг к другу электроды основного и дополнительных боевых элементов попарно объединены с образованием боевого элемента с размещенными в массиве диэлектрика проводящими разделителями. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в массиве диэлектрика дополнительных боевых элементов образованы сквозные каналы, соединяющие электроды дополнительных боевых элементов, а на их обращенных одна к другой сторонах выполнены заостренные выступы, расположенные в полости каналов.