СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОГО ИНИЦИИРОВАНИЯ БОЕПРИПАСА И БОЕПРИПАС С КОМБИНИРОВАННЫМ ИНИЦИИРОВАНИЕМ Российский патент 1999 года по МПК F42B15/01 F42C13/04 

Группа изобретений, способ и устройство, реализующее этот способ, объединенных единым замыслом, относится к боеприпасам, а более конкретно, к управляемым артиллерийским снарядам и минам, бомбам и боевым частям ракет с контактным и бесконтактным срабатыванием взрывателя, дистанционное инициирование которых осуществляют от воздействия оптических сигналов или радиоволн с внешнего источника управления временем подрыва боеприпаса.

Уровень техники артиллерийских боеприпасов с программируемым взрывателем характеризуют конструкции изделий с комбинированным инициированием взрывателя от сигналов с преобразователя при встрече с целью (преградой) и от блока дистанционного управления, запускаемого от внешней команды при выстреле (патенты США N 4240350, опубл. 23.12.80 и N 4160416, нац. кл. 102-215; Франции N 2591 327, опубл. 03.12.85, F 42 С 11/06; ФРГ N 2316976, опубл. 06.08.81, F 42 С 17/00) или на траектории полета посредством кодированных радиосигналов (патенты Франции N 2612622, опубл. 17.03.87, F 42 С 11/06; США N 4267776, опубл. 19.05.81, нац. кл. 102-215) и оптических сигналов (патент Франции N 2608267, опубл. 11.12.86, F 42 С 15/04; Одинцов В. А. "Конструкции осевого действия", учебное пособие, М., Изд. МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1995, с. 7-8).

Каждый канал инициирования имеет свой приемник команд внешней установки, контактный и дистанционный механизмы взведения и предохранения, устройства замедления, связанные с узлом инициирования боеприпаса.

Способ комбинированного инициирования описан в патенте РФ N 2018779, М., кл. F 42 B 12/32, опубл. 30.08.94, по которому управляющий сигнал времени принимают через донный или головной приемники соответственно бесконтактно на траектории полета и контактно при стрельбе от установленного на пушке программирующего устройства.

Электрический или оптический кодированный сигнал времени инициирования преобразуют в код и передают на предохранительно-исполнительный механизм взрывателя через устройство отсчета времени или устройство замедления.

Ударный импульс при встрече с преградой (целью) с помощью пьезоэлектрического преобразователя преобразуют в электрический сигнал, который подают через предохранительно-исполнительный механизм на электродетонатор, инициирующий ВВ (наполнение) снаряда.

Недостаток известного способа заключается в том, что каждый канал по типу действия снаряда имеет свою раздельную схему прохождения и преобразования управляющего сигнала, снятия ступеней предохранения и взведения исполнительного механизма, что снижает функциональную надежность, увеличивает потребные габариты, ограничивая тем самым область применения.

Так, известный способ практически реализован в изделиях минимально 40мм (см., например, Jne's Ammuhition, Handbook, Edited by Terry J Gander and Jan V Hogg Fifth Edition, 1996-97, с. 122- 123).

В корпусе этого снаряда ЗР шведской фирмы Bofors, содержащем наполнение, установлен взрыватель с контактным преобразователем и предохранительно-исполнительным механизмом, источник питания (батарея) и блок дистанционного управления, включающий последовательно соединенные приемное устройство кода времени и устройство замедления, связанные с исполнительным механизмом взрывателя через отдельный электронный предохранительный блок.

В известном боеприпасе могут быть реализованы следующие режимы инициирования.

1. Авторежим. Диапазон по дальности неконтактного действия в сочетании с контактным действием и самоликвидация в момент, соответствующий концу диапазона.

2. Авторежим. Диапазон по дальности неконтактного действия с приоритетом контактного действия и самоликвидация.

3. Временной режим. Установка неконтактного инициирования по заданному времени.

4. Режим контактного действия. Установка контактного действия с задержкой (0,3 мкс) и самоликвидация после 15 с полета.

5. Режим бронепробиваемости. Установка срабатывания от удара с задержкой инициирования.

Предохранительно-исполнительный механизм дистанционного инициирования управляется интегральным часовым механизмом.

Через 200 мкс после выстрела (это соответствует 200 м от среза ствола) часовой механизм запускает электронный детонатор, который, используя вращение, запускает предохранитель и устройство боевого срабатывания. Этот боеприпас также содержит механическое устройство безопасности в условиях транспортировки.

В авторежимах расстояние до заранее определенной точки встречи с целью передается в виде электрического сигнала на взрыватель снаряда ЗР, который игнорирует все сигналы до определенного уровня (заданного диапазона). Это обеспечивает защиту неконтактного взрывателя от электронных: средств противодействия и естественных внешних помех. В авторежимах инициирование выполняется с задержкой, обеспечивая приоритет возможного контактного действия.

Недостатком известного способа является неудовлетворительная оперативность управления огнем из-за предварительного, до выстрела, программирования работы взрывателя, а известного артиллерийского снаряда с комбинированным инициированием - ограниченное целевое применение этого способа в конкретном, уникальном изделии, сложной специальной конструкции, что снижает функциональную надежность и дорого.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание унифицированного механически переналаживаемого простого и надежного боеприпаса с частично совмещенной схемой контактного и неконтактного инициирования.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном способе комбинированного инициирования боеприпаса, основанном на приеме внешнего управляющего сигнала времени, преобразование его в сигнал временного замедления, соответствующего времени дистанционного инициирования, и на инициировании при встрече боеприпаса с целью, сигналом временного замедления формируют ударный импульс на корпус боеприпаса, адекватный импульсу при контакте боеприпаса с целью, а в боеприпасе, комбинированное инициирование которого осуществляется по этому способу, содержащем корпус, наполнение, взрыватель и связанный с источником питания блок дистанционного управления, включающий последовательно соединенные приемное устройство кода времени и устройство замедления, в корпусе дополнительно установлен автономный генератор ударного импульса, выполненный, преимущественно, в виде электродетонатора, электрически подключенного к выходу устройства замедления блока дистанционного управления.

Отличительные признаки позволяют использовать штатный, простой и надежный предохранительный механизм взрывателя для связи с блоком дистанционного управления, выходной сигнал которого трансформируют посредством дополнительного электродетонатора в ударный импульс, генерирующий ударную волну в корпусе, адекватную принимаемой пьезоэлектрическим преобразователем взрывателя при реальной встрече с преградой (целью).

Блок управления опосредствованно связан с преобразователем взрывателя, что позволяет использовать штатный предохранительно-исполнительный механизм, быстродействие которого гарантировано меньше времени замедления неконтактного инициирования для обеспечения приоритетности контактного срабатывания взрывателя.

Управляющий сигнал блока управления преобразуется электродетонатором в ударный импульс, который имитирует встречу с преградой и является идентичным реальному, поэтому его подают в штатный предохранительно-исполнительный механизм контактного инициирования снаряда.

Автономность независимой установки генератора ударного импульса в корпусе боеприпаса обеспечивает мобильность блока дистанционного управления временем инициирования, который просто устанавливается в донное очко под трассер взамен последнего и адаптируется в конструкции артиллерийского снаряда без электрических и кинематических связей со штатным взрывателем.

Предложенная взаимосвязь элементов боеприпаса осуществляется в функциональной последовательности их работы.

Отличительные признаки обеспечили универсальность боеприпасу, механизм подрыва которого инициируется от удара при встрече с преградой инерционно, а также альтернативно на траектории полета, от ударного импульса имитатора подобной встречи - автономного электродетонатора, срабатывает от управляющей внешней кодированной команды, содержащей информацию о времени подрыва, преобразуемой в стандартизованный исполнительный сигнал замедления.

Каждый существенный признак необходим, а их совокупность достаточна для достижения новизны качества, то есть нового сверхэффекта, а не суммы эффектов, неприсущего частям в их разобщенности.

Предложенный боеприпас пригоден для серийного производства и использования для стрельбы из штатного оружия, является неизвестным по выявленным источникам информации уровня техники, из которого явным образом не следует для специалиста-боеприпасника, то есть соответствует критериям патентоспособности.

Сущность изобретения поясняется чертежом, который имеет только иллюстративные цели, не ограничивает объема прав совокупности признаков формулы и где изображены на фиг. 1 - общий вид снаряда; на фиг. 2 - схема дистанционного инициирования.

В корпусе 1 (фиг. 1) осколочного 30 мм артиллерийского снаряда, наполненного взрывчатым веществом 2 и содержащего взрыватель 3, в донном очке 4 под трассер смонтирован узел, включающий генератор 5 ударного импульса (электродетонатор) и блок 6 дистанционного управления.

Блок 6 дистанционного управления (фиг. 2) включает в состав приемное устройство 7 кода времени, выход которого последовательно соединен с устройством 8 замедления. Приемное устройство 7 структурно состоит из приемника 9 внешних сигналов и последовательно соединенного декодера 10.

Приемник 9 сигналов оснащен антенной в виде полуволнового вибратора, детектора и видеоусилителя (условно не показаны), а декодер 10 выполнен в виде дешифратора временных интервалов на основе двоичных счетчиков. Устройство 8 замедления реализовано на основе двоичного счетчика, на счетный вход которого поступает сигнал с тактовой частотой, кратно меньшей частоты счетчика приемного устройства 7, и цифровой схемы сравнения, вырабатывающей импульс управления генератором 5 при совпадении их кодов.

Приемник 9 сигналов, декодер 10 и устройство 8 замедления параллельно связаны с источником 11 питания, разовой энергосодержащей батареей. Источник 11 тока выполнен предпочтительно в виде термоэлектрической батареи, поджигаемой пороховыми газами сгорающего метательного заряда при выстреле. Время выхода термоэлектрической батареи на режим составляет не более 0,1 с.

Взрыватель 3 включает связанные между собой пьезоэлектрический преобразователь 12, предохранительный механизм 13 и исполнительный механизм 14 в штатном исполнении.

Габаритные размеры узла, включающего генератор 5 ударного импульса и блок 6 в микроэлектронном исполнении его элементов, составляют величины: диаметр 18-20 мм, высота 22-24 мм.

Приемник 9 радиосигналов выполнен в частотном диапазоне 7-10 мм, характеризующемся повышенной помехозащищенностью и остронаправленностью излучения. Кроме того, миллиметровые волны проходят с наименьшим затуханием сквозь туман, пыль, дождь и т.п. рассеивающую среду реальных условий боевых действий.

Работает устройство следующим образом.

После выстрела в штатном взрывателе 3 через время задержки порядка 200 м полета снимаются все ступени предохранения и он готов принять ударный импульс на подрыв снаряда, а в батарее 11 накапливается заряд электрической энергии от запускаемого эндотермического процесса химической реакции взаимодействия ее компонентов, который создает за время 0,1 с импульс тока 10 мА с напряжением 5-10 В длительностью 5 с.

При инициировании пиротехнического заряда батареи 11 тепловая энергия его горения возбуждает химическую реакцию составляющих компонентов, то есть приводится в действие тепловой химический механизм преобразования в электрический ток, в результате чего возникает разница потенциалов с силой тока, достаточной для срабатывания элементов блока 6.

Дистанция срабатывания взрывателя 3 определяется передающим устройством, установленным на носителе пушки, как функция скорости полета снаряда и расстояние до цели и передается в виде последовательности сигналов радиодиапазонов, например четырех.

При поступлении на приемник 9 двух пар импульсов с передающего устройства, интервал между которыми пропорционален времени задержки подрыва снаряда, а временной интервал между импульсами в парах служит для обнаружения начала и конца передачи управляющей информации и является идентификационным признаком для исключения несанкционированного срабатывания схемы от внешних помех в декодере 10 отсчитывается временной интервал между принимаемыми парами импульсов и фиксируется в виде кода.

Передачу сигналов управления целесообразно осуществлять в диапазоне миллиметровых волн, характеризующимся компактностью приемопередающей аппаратуры, повышенной помехозащищенностью, направленностью излучения и относительно небольшим, сравнительно с оптическим диапазоном, затуханием в пыледымовых образованиях.

Временные интервалы между импульсами составляют порядка 100 мкс, между парами - 100-600 мкс при длительности импульсов примерно 2 мкс и длительности фронта импульсов 0,5 мкс.

Следовательно, величина передаваемой команды содержит 1000 градаций, что определяет точность дистанционного подрыва в 5 мс на дистанции полета снаряда за 5 с.

После приема двух пар управляющих импульсов приемником 9 и фиксации кода декодером 10 кодированный сигнал поступает на устройство 8 замедления, которое определяет величину интервала задержки и осуществляет формирование импульса запуска генератора 5 ударного импульса длительностью 5 мкс с выходным напряжением 0,1-0,4 В и силой тока 0,5 мА.

Время срабатывания электродетонатора 5 составляет не более 0,5 мс. Ударный импульс, создаваемый электродетонатором 5, эквивалентный импульсу от штатного элемента В-3-3-ОСТ В 84-814-88, возбуждает ударную волну в корпусе 1, передаваемую на пьезоэлектрический преобразователь 12, электрический импульс с которого через предохранительный механизм 13 подается на исполнительный механизм 14 взрывателя 3, срабатывание которого инициирует взрывчатое вещество и вызывает последующее дробление корпуса 1 в заданной точке траектории полета снаряда.

Задержка времени срабатывания взрывателя 3 относительно времени выстрела в реальных условиях может изменяться в диапазоне от 0,5 до 5,0 с. При темпе стрельбы порядка 100 Гц время, в течение которого может быть передана информация каждому снаряду в очереди при синхронизации передающего устройства относительно момента выстрелов и блокировке приемника 9 сигналов после окончания передачи информации, составит величину 5 мс. Таким образом коэффициент удлинения передаваемого временного интервала составит 1000, а тактовая частота передачи импульсов, с учетом требуемой точности, установлена 1 Мгц.

В случае встречи снаряда с целью в интервале времени неконтактного срабатывания генератора 5, устанавливаемого по описанному способу внешними управляющими кодированными командами, ударный импульс воздействует на пьезоэлемент 12 взрывателя 3, который преобразует его в электрический сигнал, приоритетно подаваемый на электродетонатор 14, инициирующий наполнение 2 корпуса 1.

Функциональные возможности штатного снаряда расширились при максимальной унификации, причем конструкция штатного снаряда, включая предохранительно-исполнительный механизм, осталась неизменной.

Изобретение позволяет усовершенствовать известный штатный осколочно-трассирующий снаряд, в котором, в случае стрельбы из системы, оснащенной передатчиком радиоволн микроволнового диапазона, в очко под трассер дополнительно установлен связанный с блоком дистанционного управления автономный генератор ударного импульса, передаваемого в виде ударной волны по корпусу снаряда на штатный пьезоэлектрический преобразователь взрывателя в заданной точке траектории над целью, чем повышена эффективность основного осколочного действия.

Подрыв снаряда на траектории полета над целью увеличивает углы свободного разлета осколков и склонения осколочного поля, что увеличивает площадь поражения.

Частота передачи информации синхронно с каждым выстрелом может изменяться от десятков до сотен герц.

Предложенный способ комбинированного инициирования позволил создать новый артиллерийский снаряд, который обладает высокой ремонтопригодностью, т. к. , во-первых, он проводится простой полной или частичной заменой автономного блока управления с электродетонатором, а, во-вторых, жизненный цикл надежного электромеханического предохранительно-исполнительного механизма штатного взрывателя, обеспечивающего высокую точность и чувствительность, как фактически следует из практики эксплуатации, превышает гарантийный срок без профилактики и ремонтов.

Группа изобретений относится к управляемым боеприпасам с контактным и бесконтактным срабатыванием взрывателя, дистанционное инициирование которых осуществляется от воздействия сигналов оптического и радиодиапазонов внешнего источника управления. Техническая задача - создание переналаживаемого и надежного боеприпаса. Способ комбинированного инициирования боеприпаса основан на приеме внешнего управляющего сигнала времени, преобразовании его в сигнал временного замедления, соответствующего времени дистанционного инициирования, и на контактном инициировании при встрече боеприпаса с целью, а боеприпас, комбинированное инициирование которого осуществляется по этому способу, содержит корпус, наполнение, взрыватель и связанный с источником питания блок дистанционного управления, включающий последовательно соединенные приемное устройство кода времени и устройство замедления. Новым является то, что сигналом временного замедления формируют ударный импульс на корпус боеприпаса, адекватный импульсу при контакте боеприпаса с целью, и что в корпусе дополнительно установлен автономный генератор ударного импульса, выполненный преимущественно в виде электродетонатора, электрически подключенного к выходу устройства замедления блока дистанционного управления. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ комбинированного инициирования боеприпаса, основанный на приеме внешнего управляющего сигнала времени, преобразовании его в сигнал временного замедления, соответствующего времени дистанционного инициирования, и на инициировании при встрече боеприпаса с целью, отличающийся тем, что сигналом временного замедления формируют ударный импульс на корпус боеприпаса, адекватный импульсу при контакте боеприпаса с целью. 2. Боеприпас с комбинированным инициированием, содержащий корпус, наполнение, взрыватель и связанный с источником питания блок дистанционного управления, включающий последовательно соединенные приемное устройство кода времени и устройство замедления, отличающийся тем, что в корпусе дополнительно установлен автономный генератор ударного импульса.