ИМПУЛЬСНЫЙ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ДЛЯ ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОВОСПЛАМЕНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ПУСКОВЫХ И БОРТОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЯЕМОГО СНАРЯДА И СПОСОБ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F42C15/16 F42C11/04 H02K35/00 

Изобретение относится к источникам электрических импульсов и наиболее целесообразно может быть использовано в ракетной технике для приведения в действие электровоспламенительных устройств пусковых и бортовых систем управляемого снаряда, выстреливаемого из артиллерийской пушки.

Известен импульсный магнитоэлектрический генератор-индуктор механизма пуска 9П135.01.000, принятый за аналог [1] и содержащий ярмо, состоящее из цилиндрического сердечника и основания в форме диска, с центральным сквозным отверстием, трубчатый цилиндрический магнит, катушку, скрепленную с ярмом дисковой шайбой из проводящего материала, якорь с толкателем, проходящим через центральное сквозное отверстие ярма, размещенные в оболочке из проводящего материала.

Известное устройство не обеспечивает требований по безопасности, предъявляемых к управляемым снарядам, выстреливаемым из артиллерийской пушки в связи с тем, что магнитная система импульсного генератора выполнена не жесткой, ярмо с катушкой скреплены с трубчатым цилиндрическим магнитом тонкостенной оболочкой, якорь с толкателем механически не зафиксированы относительно торцев постоянного магнита и ярма. В связи с этим перечисленные детали могут перемещаться относительно друг друга в условиях воздействия на импульсный магнитноэлектрический генератор-индуктор внешних механических факторов (ударов, вибрационных нагрузок, случайных бросков и падений управляемого снаряда) и наводить в витках обмотки "паразитные" электродвижущие силы (ЭДС), величины которых могут превысить уровень допустимой безопасной величины токовой нагрузки электровоспламенителя, являющегося нагрузкой обмотки импульсного магнитоэлектрического генератора, и привести к несанкционированному запуску бортовых и пусковых систем управляемого снаряда.

Кроме того, масса якоря не выбирается из условий воздействия безопасной перегрузки, а усилие отрыва якоря от торцев магнита и ярма не контролируется, что снижает стабильность параметров импульсного магнитоэлектрического генератора.

Кроме того, использование в качестве фиксатора катушки дисковой шайбы из проводящего материала, а в качестве корпуса генератора - оболочки из проводящего материала приводит к дополнительным, неучитываемым потерям энергии генератора из-за потерь на вихревые токи и также снижает стабильность выходных электрических параметров импульсного магнитоэлектрического генератора.

Кроме того, конструкция известного устройства работоспособна совместно с ударно-взводящим механизмом, включающим в себя ударник и боевую пружину, предохранитель и спусковой механизм, и не обеспечивает работоспособности импульсного магнитоэлектрического генератора в условиях воздействия заданного уровня инерционных нагрузок управляемого снаряда при его движении в канале ствола артиллерийской пушки.

Известен также импульсный магнитоэлектрический генератор-индуктор снаряда 9M117, принятый за прототип [2], содержащий ярмо, состоящее из цилиндрического сердечника и основания в виде диска с центральным сквозным отверстием, с установленным на нем трубчатым цилиндрическим магнитом, внутри которого расположена бескаркасная катушка с обмоткой, жестко скрепленные между собой, дисковый якорь с толкателем, проходящим через упомянутое центральное отверстие ярма, замыкающий магнитопровод, и жестко скрепленный толкателем с фиксатором, выполненным в форме срезной чеки, установленной во втулке на основании ярма.

Конструкция известного устройства работоспособна совместно с ударно-спусковым механизмом артиллерийской пушки, из которой производится запуск управляемого снаряда.

Конструкция известного устройства не удовлетворяет возросшим требованиям в части обеспечения стабильности выходных параметров импульсного магнитоэлектрического генератора в условиях малого интервала разброса воздействующих на него инерционных перегрузок срабатывания и безопасности, связанных со все возрастающими требованиями по увеличению безопасной перегрузки управляемого снаряда и относительно малой величиной порохового заряда, используемого при запуске управляемого снаряда.

Например, усилие среза чеки, являющейся фиксатором якоря в исходном положении, имеет сравнительно широкие технологические разбросы при ее изготовлении, что приводит к различным скоростям отрыва и перемещения якоря с толкателем при срезе чеки и, как следствие, к разбросу амплитуд ЭДС, генерируемых обмоткой импульсного магнитоэлектрического генератора.

Кроме того, при воздействии на якорь с толкателем перегрузок, близких по величине к перегрузке срабатывания генератора, происходит смятие материала чеки, что приводит к микроперемещениям якоря и генерированию в обмотке "паразитных" ЭДС, величины которых могут превысить уровень допустимой безопасной величины ЭДС (тока) электровоспламенителя, являющегося нагрузкой обмотки импульсного магнито-электрического генератора, и привести к несанкционированному запуску бортовых и пусковых систем управляемого снаряда.

Кроме того, технологические операции, проводимые при изготовлении деталей и сборок импульсного магнитоэлектрического генератора, связанные с измерением усилия отрыва якоря от торцев магнита и сердечника ярма и усилием среза фиксатора якоря, являются контрольными и не направлены на повышение стабильности выходных параметров импульсного магнитоэлектрического генератора.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение безопасности и стабильности параметров импульсного магнитоэлектрического генератора, предназначенного для проведения в действие электровоспламенительных устройств пусковых и бортовых систем управляемого снаряда.

Поставленная задача достигается тем, что импульсный магнитоэлектрический генератор включает ярмо, состоящее из цилиндрического сердечника и основания в форме диска с центральным сквозным отверстием, трубчатый цилиндрический постоянный магнит, катушку с обмоткой, жестко скрепленные между собой, направляющую, якорь в виде диска и фиксатор, при этом якорь выполнен с центральным сквозным отверстием, соосным центральному сквозному отверстию ярма, диаметром, большим диаметра участка направляющей, проходящей через это отверстие, причем на одном конце направляющей, проходящей через центральные соосные сквозные отверстия якоря и ярма, соосно с якорем закреплен груз из немагнитного материала, поджимающий механически с помощью резьбы якорь в исходном положении к торцам магнита и сердечника ярма, а на другом конце направляющей жестко закреплены нож и фиксатор, выполненный в форме неупругого пластинчатого диска с центральным отверстием, соосным центральному сквозному отверстию ярма, жестко закрепленный по наружному диаметру на основании ярма фланцем, при этом направляющая снабжена кольцевым буртиком с диаметром, превышающим диаметр центрального сквозного отверстия якоря, образующим с якорем зазор безопасности, выбираемый по зависимости:
δ ≥ Δ_ф+l,
где δ - величина зазора безопасности,
Δ_ф - толщина фиксатора,
l - свободный ход системы "направляющая - груз-нож-срезная часть фиксатора, компенсирующий технологические допуски на детали.

Способ осуществления импульсного магнитоэлектрического генератора для приведения в действие электровоспламенительных устройств пусковых и бортовых систем управляемого снаряда основан на измерении во время контрольных операций при изготовлении деталей и сборки импульсного магнитоэлектрического генератора усилия среза фиксатора и усилия отрыва эталонного якоря от торцев постоянного магнита и сердечника ярма, выбирают массу груза в зависимости от усилия среза фиксатора и величины заданной минимальной перегрузки срабатывания импульсного магнитоэлектрического генератора по формуле:

где m_r - масса немагнитного груза,
F_ср - усилие среза фиксатора,
n_min - величина заданной минимальной перегрузки срабатывания импульсного магнитоэлектрического генератора,
выбирают массу якоря в зависимости от усилия отрыва эталонного якоря от торцев постоянного магнита и сердечника якоря, и величины заданной безопасной перегрузки, воздействующей на импульсный магнитоэлектрический генератор, по формуле:

где m_я - масса якоря импульсного магнитоэлектрического генератора,
F_отр - усилие отрыва эталонного якоря от торцев постоянного магнита и сердечника ярма,
K_з - коэффициент запаса,
n_б - величина заданной безопасной перегрузки, воздействующей на импульсный магнитоэлектрический генератор, соединяют в исходном положении посредством направляющей груз с фиксатором и ножом, поджимают механически при помощи резьбы якорь немагнитным грузом к торцам постоянного магнита и сердечника ярма.

Данное предлагаемое изобретение поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 представлен продольный разрез импульсного магнитоэлектрического генератора; на фиг. 2 - схема сборки предлагаемого устройства.

Импульсный магнитоэлектрический генератор (фиг. 1) содержит ярмо 1, состоящее из цилиндрического сердечника и основания в форме диска с центральным сквозным отверстием, трубчатый цилиндрический постоянный магнит 2, намагниченный по продольной оси, катушку с обмоткой 3, жестко скрепленные между собой, якорь 4 с центральным сквозным отверстием, диаметром, большим, чем диаметр участка направляющей 5, проходящей через это отверстие. На одном конце направляющей 5 жестко закреплены нож 6 и фиксатор 7, выполненный в форме неупругого пластинчатого диска с центральным отверстием, установленный соосно центральному сквозному отверстию ярма и жестко закрепленный по наружному диаметру на наружной поверхности основания ярма фланцем 8. Направляющая 5 снабжена кольцевым буртиком 9 с диаметром, превышающим диаметр центрального сквозного отверстия якоря 4, образующим с якорем зазор безопасности δ, выбираемый по зависимости:
δ ≥ Δ_ф+l,
где δ - зазор безопасности,
Δ_ф - толщина фиксатора,
l - свободный ход системы "направляющая-груз-нож-срезная часть фиксатора", компенсирующий технологические допуски на детали.

На другом конце направляющей 5 устанавливается груз 10 из немагнитного материала, поджимающий с помощью резьбового соединения якорь 4 к торцам сердечника ярма 1 и постоянного магнита 2.

Груз 10 крепится на направляющей 5 при помощи резьбы и контрится гайкой 11.

Схема сборки предлагаемого устройства (фиг. 2) позволяет предварительно намагниченную подборку, включающую постоянный магнит 2, ярмо 1 с катушкой 3, якорь 4 и немагнитный груз 10 (фиг. 1) установить на опору 14 и закрепить прижимом 13 для исключения осевых технологических зазоров между вышеуказанными деталями, которые увеличивают осевой перепад рабочих торцев ярма 1 и направляющей 5 (фиг. 1).

Наличие упомянутого перепада приводит к несанкционированному и непрогнозируемому уменьшению усилия среза фиксатора 7, и соответственно, снижению величины безопасной перегрузки за счет повреждения фиксатора 7 по срезному диаметру при затяжке винта, крепящего нож 6 (фиг. 1).

На направляющую 5 (фиг. 1) устанавливается оправка 12 (фиг. 2) и в таком виде направляющая по резьбе свинчивается с грузом 10 (фиг. 1) до посадки рабочего торца оправки 12 на торец ярма. Направляющая контрится на грузе гайкой 11 (фиг. 1), после чего снимается оправка 12 (фиг. 2) и окончательно устанавливается фиксатор 7, нож 6 и фланец 8 (фиг. 1).

Импульсный магнитоэлектрический генератор для приведения в действие электровоспламенительных устройств пусковых и бортовых систем управляемого снаряда работает следующим образом (фиг. 1).

При запуске управляемого снаряда из канала ствола артиллерийской пушки импульс ствольной перегрузки воздействует на импульсный магнитоэлектрический генератор, установленный в бортовой аппаратуре управляемого снаряда. При достижении амплитудой перегрузки величины заданного минимального значения, необходимого и достаточного для срабатывания импульсного магнитоэлектрического генератора, начинается перемещение немагнитного груза 10 и жестко связанной с ним кинематически направляющей 5. При перемещении направляющей 5 нож 6 воздействует на закрепленный на основании ярма 1 фланцем 8 фиксатор 7 и срезает его.

После среза фиксатора и дальнейшего перемещения груза и скрепленной с ним направляющей 5 кольцевой буртик 9 направляющей выбирает зазор безопасности δ ≥ Δ_ф+l и воздействует на якорь 4, отрывая его от торцев постоянного магнита 2 и сердечника ярма 1, тем самым разрывается магнитная цепь импульсного магнитоэлектрического генератора.

При отрыве якоря 4 от торцев постоянного магнита и сердечника ярма и дальнейшем его перемещении со скоростью V_я изменяется величина рабочего магнитного потока φ_р, сцепляющегося с витками катушки 3, вследствие чего в витках катушки генерируются импульсные ЭДС:

где l_1,n - импульсные ЭДС, наводимые в витках катушки импульсного магнитоэлектрического генератора;
V_я - скорость перемещения якоря импульсного магнитоэлектрического генератора;
W - число витков катушки;
φ_p - рабочий магнитный поток;
X_я - величина рабочего хода (перемещения) якоря импульсного магнитоэлектрического генератора.

При воздействии на управляемый снаряд перегрузок, возникающих при его досылании в камору артиллерийской пушки, при его случайных падениях автономно или в штатной упаковке с заданной высоты на любое основание, при бросках его и т. п., масса якоря, выбранная с учетом усилия отрыва якоря от торцев постоянного магнита и сердечника ярма, с соответствующим выбранным коэффициентом запаса по возможной перегрузке не чувствительна к их воздействию в заданном диапазоне безопасных перегрузок, а микроперемещения груза, вызванные смятием фиксатора, не могут генерировать в витках обмотки "паразитные" ЭДС в связи с тем, что груз выполняется из немагнитного материала, кроме этого, возможные микроперемещения значительно меньше величины зазора безопасности δ.
Испытания макетных образцов импульсных магнитоэлектрических генераторов управляемых снарядов, изготовленных в Конструкторском бюро приборостроения с учетом предлагаемой конструкции и способа ее осуществления, показали, что уровень безопасной перегрузки может быть повышен по сравнению с базовым не менее чем в два раза, при этом разброс по перегрузке срабатывания импульсного магнитоэлектрического генератора уменьшается примерно в два раза, в связи с чем повысилась стабильность амплитуды напряжения импульсного магнитоэлектрического генератора в нагрузке обмотки (на мостике накаливания электровоспламенителя бортовых систем управляемого снаряда).

Источники информации
1. Пусковая установка 9П135, Техническое описание 9П135.00.000 ТО, М.: Военное издательство Министерства обороны СССР, 1975, стр.32-34, рис.34, выпущено отдельной книгой, несекретно, 88 стр. (из них 43 стр. рисунков, чертежей, схем).

2. Выстрел ЗУБК10-1 с управляемым снарядом 9М117, Техническое описание и инструкция по эксплуатации, ЗУБК10-1.00.00.000 ТО, М.: Военное издательство Министерства обороны СССР, 1987 г., стр.50-51, рис. 28, выпущено отдельной книгой, несекретно, 88 стр. (из них 38 стр. рисунков, чертежей, схем).

Использование: для приведения в действие электровоспламенительных устройств пусковых и бортовых систем управляемого снаряда, выстреливаемого из артиллерийской пушки. Технический результат заключается в повышении уровня безопасности и стабильности параметров импульсного магнитоэлектрического генератора. Импульсный магнитоэлектрический генератор содержит ярмо, состоящее из цилиндрического сердечника и основания в форме диска с центральным сквозным отверстием. Якорь выполнен в форме диска из магнитомягкого материала с буртиком по наружному диаметру с центральным сквозным отверстием диаметром, превышающим диаметр участка направляющей, проходящей через это отверстие. На одном конце направляющей, проходящей через центральные соосные сквозные отверстия якоря и ярма, соосно с якорем закреплен груз из немагнитного материала, поджимающий в исходном положении якорь к торцам магнита и сердечника ярма. На другом конце направляющей жестко закреплены нож и фиксатор, жестко закрепленный по наружному периметру на основании ярма, соосно его центральному возможному отверстию. Направляющая снабжена кольцевым буртиком с диаметром, превышающим диаметр центрального сквозного отверстия якоря, образующим с якорем зазор. 2 c.п.ф-лы, 2 ил.

1. Импульсный магнитоэлектрический генератор для приведения в действие электровоспламенительных устройств пусковых и бортовых систем управляемого снаряда, включающий ярмо, состоящее из цилиндрического сердечника и основания в форме диска с центральным сквозным отверстием, трубчатый цилиндрический постоянный магнит, катушку с обмоткой, жестко скрепленные между собой, направляющую, якорь в виде диска и фиксатор, отличающийся тем, что в нем якорь выполнен с центральным сквозным отверстием, соосным центральному сквозному отверстию ярма, диаметром, большим диаметра участка направляющей, проходящей через это отверстие, при этом на одном конце направляющей, проходящей через центральные соосные сквозные отверстия якоря и ярма, соосно с якорем с помощью резьбового соединения закреплен груз из немагнитного материала, поджимающий механически якорь в исходном положении к торцам постоянного магнита и сердечника ярма, а на другом конце направляющей жестко закреплены нож и фиксатор, выполненный в форме неупругого пластинчатого диска с центральным отверстием, соосным центральному сквозному отверстию ярма, жестко закрепленный по наружному диаметру на основании ярма фланцем, причем направляющая снабжена кольцевым буртиком с диаметром, превышающим диаметр центрального сквозного отверстия якоря, образующим с якорем зазор безопасности, выбираемый по зависимости
δ ≥ Δ_ф+l,
где δ - величина зазора безопасности;
Δ_ф - толщина фиксатора;
l - свободный ход системы направляющая - груз - нож - срезная часть фиксатора, компенсирующий технологические допуски на детали. 2. Способ осуществления импульсного магнитоэлектрического генератора для приведения в действие электровоспламенительных устройств пусковых и бортовых систем управляемого снаряда, основанный на измерении во время контрольных операций при изготовлении деталей и сборки импульсного магнитоэлектрического генератора усилия среза фиксатора и усилия отрыва эталонного якоря от торцов постоянного магнита и сердечника ярма, отличающийся тем, что выбирают массу груза в зависимости от усилия среза фиксатора и величины заданной минимальной перегрузки срабатывания импульсного магнитоэлектрического генератора по формуле

где m_г - масса немагнитного груза;
F_ср - усилие среза фиксатора;
n_min - величина заданной минимальной перегрузки срабатывания импульсного магнитоэлектрического генератора,
выбирают массу якоря в зависимости от усилия отрыва эталонного якоря от торцов постоянного магнита и сердечника ярма и величину заданной безопасной перегрузки, воздействующей на импульсный магнитоэлектрический генератор, по формуле

где m_я - масса якоря импульсного магнитоэлектрического генератора;
F_отр - усилие отрыва эталонного якоря от торцов постоянного магнита и сердечника ярма;
К₃ - коэффициент запаса;
nnδ - величина заданной безопасной перегрузки, воздействующей на импульсный магнитоэлектрический генератор,
соединяют в исходном положении посредством направляющей груз с фиксатором и ножом, поджимают механически якорь грузом к торцам постоянного магнита и сердечника ярма.