ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВЗРЫВАТЕЛЬ БОЕПРИПАСА Российский патент 2003 года по МПК F42C11/00 H01M6/20 

Изобретение относится к области боеприпасов, а именно к электрическим взрывателям боеприпасов, и может быть использовано в производстве электрических взрывателей боеприпасов.

Широко известны автономные электрические взрыватели боеприпасов, содержащие корпус, первичное воспламенительное вещество, электровоспламенитель, обычно в виде мостика накаливания, для поджигания первичного воспламенительного вещества и источник электрического тока для инициирования электровоспламенителя, в которых источником электрического тока служат взрывные (подрывные) машинки [1] . Недостатками этих известных взрывателей-аналогов являются громоздкость, ограниченные функциональные возможности и сфера использования, недостаточная надежность и безопасность использования.

Известны автономные электрические взрыватели боеприпасов, содержащие корпус, первичное воспламенительное вещество, электровоспламенитель, обычно в виде мостика накаливания, для поджигания первичного воспламенительного вещества и источник электрического тока для инициирования электровоспламенителя, в которых используются химические источники электрического тока (гальванические элементы и аккумуляторы с недостаточно высоким сроком гарантийного хранения). Из их числа наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является электрический взрыватель боеприпасов с источником постоянного тока [2, 3]. Однако у этого известного взрывателя-прототипа недостаточные безопасность хранения и использования, срок годности, надежность действия, температурный диапазон использования (в лучших случаях - до плюс 50-70^oС или невозможность использования при низких температурах, ниже минус 20^oС), функциональные возможности и область применения.

Для передачи инициирующего импульса с первичного воспламенительного вещества к основному взрывчатому веществу боеприпаса, если они разделены достаточно большим расстоянием, применяют огнепроводные и детонирующие шнуры [1 стр. 51] . Присоединение огнепроводных и детонирующих шнуров к первичному воспламенительному веществу осуществляют через электрозажигательные трубки (для единичных шнуров) или электрозажигательные патроны (для пучков шнуров). При необходимости провести взрыв через заданный интервал времени огнепроводный или детонирующий шнур подключают к основному взрывчатому веществу боеприпаса через детонационное реле. Известны многочисленные варианты электровоспламенителей (с мостиком накаливания - они применяются наиболее часто, с взрывающимся мостиком накаливания, с токопроводящим воспламенительным составом, искровые), детонационных реле, а также огнепроводных и детонирующих шнуров, электрозажигательных трубок и патронов.

Известны [4 стр. 284] высокотемпературные резервные термоактивируемые химические источники электрического тока (тепловые химические источники электрического тока, т.е. снабженные термоактивирующим пиротехническим нагревателем), содержащие металлический анод (кальциевый, магниевый, литиевый), катод из сильного окисляющего агента (например, хромат кальция СаCrO₄), разделяющий их термоактивируемый электролит на основе солевого расплава (например, смесь LiCl и KCl со связывающим веществом - каолином или мелкодисперсной окисью кремния) и снабженные термоактивирующим пиротехническим нагревателем (например, на основе смеси циркония и хромата бария, которая при сгорании образует изолирующую керамическую массу). Токовый коллектор изготовляют из относительно инертного металла (обычно, железа или никеля). Например, часто используется восстановительно-окислительная система: Са/LiCl, KCl - СаСrO₄/Fe, или сокращенно Са - СаСO₄. Перед расплавлением (т.е. перед термоактивацией) электролит представляет собой твердое тело. Он проводит ток только в расплавленном состоянии, для чего требуется его нагревание до нескольких сот градусов (более 400^oС). Пиротехнический нагреватель для термоактивирования (расплавления) электролита приводят в действие при помощи пламенного, электрического или механического запала (ударного капсюля). Тепловые батареи используются для обеспечения экстренного запуска двигателей военных самолетов и наземных транспортных средств при морозах (4 стр. 298]. Но они нетехнологичны в изготовлении, имеют высокий процент брака, не обладают достаточными надежностью и ударной устойчивостью для использования во взрывателях боеприпасов.

Разновидностью тепловых резервных источников электрического тока являются миниатюрные источники [5, 6], в которых катодные и анодные составы помимо солей-электролитов содержат пиротехнические компоненты. От воспламенительного импульса анодный и катодный составы загораются, в результате чего соли-электролиты расплавляются, заполняют поры разделяющей их сепараторной пластины (из асбеста), и на токовыводах нарастает разность потенциалов. Миниатюрные тепловые химические источники электрического тока имеют меньшие габариты (в 10-15 раз) и вес (использование картона вместо металла), по сравнению с обычными тепловыми химическими источниками электрического тока, и за счет этого имеют более высокую удельную мощность (в 3-6 раз). Однако они обладают намного меньшей прочностью, ударной устойчивостью, надежностью и сферой использования.

Известны высокотемпературные термоактивируемые химические источники тока, содержащие металлический анод (кальциевый, магниевый, литиевый), катод из сильного окисляющего агента (серы, селена или теллура в смеси с графитом или углем) и разделяющий их термоактивируемый электролит (твердый электролит на основе стекла) [7]. При обычных температурах твердый электролит на основе стекла практически не проводит электрического тока. Но при перемещении такого источника тока в нагретую среду и разогреве его до нескольких сот градусов (300-600^oС) стеклянный твердый электролит становится способным пропускать электрический ток (катионная электропроводность), в результате чего на токоотводы выдается рабочее электрическое напряжение. Такие источники высокотехнологичны в изготовлении, имеют стандартные технические параметры, обладают высокими удельными характеристиками Однако они могут быть использованы только при достаточно высокой температуре окружающей среды (300-600^oС), причем после медленного их разогрева и, вероятно, поэтому нет сведений об использовании их в комплекте с нагревателями-термоактиваторами или об использовании в электрических взрывателях.

Недавно нами предложен [8] тепловой химический источник электрического тока, содержащий анодную и катодную массы, разделяющий их термоактивируемый электролит и снабженный пиротехническим нагревателем для термоактивирования, отличающийся тем, что в качестве термоактивируемого электролита он содержит твердый электролит (например, на основе алюмосиликатното или алюмофосфатного стекла), обладающий высокой ионной проводимостью и низким коэффициентом линейного термического расширения. Такой источник тока отличается высокими механической прочностью, устойчивостью к ударным и температурным нагрузкам. Мы предлагаем использовать его в заявляемом изобретении.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение безопасности хранения и использования электрических взрывателей боеприпасов, повышение срока их гарантийного хранения и надежности действия, расширение температурного диапазона их использования, расширение функциональных возможностей и области применения по сравнению с прототипом. Кроме того, техническим результатом является также расширение арсенала электрических взрывателей боеприпасов.

Технический результат достигается тем, что электрический взрыватель боеприпаса, содержащий корпус, первичное воспламенительное вещество, электровоспламенитель для поджигания первичного воспламенительного вещества и источник электрического тока для инициирования электровоспламенителя, согласно изобретению дополнительно содержит пиротехнический нагреватель источника электрического тока, а в качестве источника электрического тока содержит термоактивируемый химический источник тока с твердым электролитом (например, на основе алюмосиликатного или алюмофосфатного стекла), обладающим высокой ионной проводимостью и низким коэффициентом линейного термического расширения.

Кроме того, технический результат достигается тем, что согласно изобретению, при необходимости, электрическая цепь электровоспламенителя для поджигания первичного воспламенительного вещества содержит включатель ударного или электроуправляемого типа, первичное воспламенительное вещество соединено с основным взрывчатым зарядом боеприпаса воспламенительным или детонирующим шнуром для передачи инициирующего импульса к основному взрывчатому заряду боеприпаса, воспламенительный или детонирующий шнур подключен к основному взрывчатому заряду боеприпаса через детонационное реле для задержки на заданный интервал времени передачи инициирующего импульса от первичного воспламенительного вещества к основному взрывчатому заряду боеприпаса, пиротехнический нагреватель источника электрического тока снабжен воспламенителем-включателем, приводимым в действие кодированным радиосигналом или электрическим сигналом, и/или соединен с воспламенительным шнуром, через который запускают инициирующий импульс для воспламенения нагревателя источника электрического тока.

Снабжение электрического взрывателя нагревателем источника электрического тока и термоактивируемым химическим источником тока с твердым электролитом, например, на основе алюмосиликатного или алюмофосфатного стекла позволяет повысить безопасность хранения и использования боеприпасов, повысить срок их годности и надежность действия, расширить температурный диапазон их использования по сравнению с электрическим взрывателем-прототипом. Такие твердые электролиты обладают повышенной устойчивостью к ударным механическим и температурным нагрузкам.

Снабжение электрического взрывателя включателем ударного или электроуправляемого типа в электрической цепи электровоспламенителя для поджигания первичного воспламенительного вещества позволяет повысить своевременность взрыва боеприпаса при достижении им объекта-цели или района расположения объекта-цели.

Снабжение электрического взрывателя воспламенительным или детонирующим шнуром для передачи инициирующего импульса от первичного воспламенительного вещества к основному взрывчатому заряду боеприпаса позволяет повысить безопасность и расширить сферу использования боеприпасов.

Снабжение электрического взрывателя детонационным реле для задержки на заданный интервал времени передачи инициирующего импульса от первичного воспламенительного вещества к основному взрывчатому заряду боеприпаса позволяет повысить эффективность и расширить сферу его использования.

Снабжение, в электрическом взрывателе боеприпаса, нагревателя источника электрического тока воспламенителем-включателем, приводимым в действие кодированным радиосигналом или электрическим сигналом, и/или соединение этого нагревателя с воспламенительным шнуром, через который запускают инициирующий импульс для воспламенения этого нагревателя, позволяет расширить сферу использования электрического взрывателя боеприпаса.

Сравнение заявляемого электрического взрывателя боеприпаса с прототипом позволяет установить, что заявляемое устройство отличается выполнением источника электрического тока, наличием пиротехнического нагревателя источника электрического тока, и сделать вывод, что изобретение соответствует критерию "новизна",
При изучении других известных решений в данной области взрывотехники признаки, идентичные признакам, отличающим заявляемый электрический взрыватель боеприпаса от прототипа, выявлены не были, и поэтому заявляемое устройство соответствует критерию "изобретательский уровень".

Возможность применения заявляемого изобретения в производстве электрических взрывателей боеприпасов обеспечивает ему критерий "промышленная применимость".

Сущность предлагаемого технического решения поясняется фиг.1 и 2.

Устройство (фиг.1) содержит корпус 1, первичное воспламенительное вещество 2, электровоспламенитель 3 для поджигания первичного воспламенительного вещества 2, источник электрического тока 4 и, согласно изобретению, содержит пиротехнический нагреватель 5 источника электрического тока, а в качестве источника электрического тока 4 содержит термоактивируемый химический источник тока с твердым электролитом (ТЭЛ) 6 на основе алюмосиликатного стекла, имеющего состав 0,15Li₂O•0,15Аl₂O₃•0,7SiO₂. Твердый электролит (ТЭЛ) разделяет анодную массу (например, литий) от катодной массы (например, на основе серы). Электропроводность этого ТЭЛ по литию при 300^oС составляет 8,3•10^-5 Ом^-1см^-1; электронная составляющая электропроводности составляет около 10^-3%, что является показателем очень малого саморазряда источника тока и большого срока годности (более 15 лет); средняя величина коэффициента линейного термического расширения (КЛТР) составляет 48•10⁷К^-1. Диапазон рабочих температур предложенного ТЭЛ - от 300^oС до 600^oС, что выгодно отличает его от известных тепловых химических источников тока, где для расплавления солей-электролитов требуется более высокая температура. Рабочее напряжение одинарного химического источника тока (гальванического элемента) со стеклянным ТЭЛ составляет не менее 3 В.

Устройство работает следующим образом. После установки и приведения взрывателя в боевое состояние поджигают воспламенительный состав нагревателя 5. За счет тепла, выделяющегося при горении воспламенительного состава 5, происходит повышение температуры химического источника тока 4 и его термоактивация с подачей рабочего электрического напряжения на электровоспламенитель 3, который поджигает первичное воспламенительное вещество 2. Горение первичного воспламенительного вещества 2 переходит в иниционный импульс, передаваемый к основному взрывчатому заряду боеприпаса, что приведет к взрыву боеприпаса.

В тех случаях, когда электрический взрыватель и основной взрывчатый заряд боеприпаса предназначены для попадания в цель или в район цели (снарядом, боеголовкой ракеты, бомбой, торпедой и др.) электрическая цепь электровоспламенителя 3 для поджигания первичного воспламенительного вещества 2 содержит включатель 7 ударного или электроуправляемого типа (фиг.2). При этом обычным способом использования электрического взрывателя боеприпаса является предварительное инициирование нагревателя 5 (например, за 1-2 минуты до взрыва) для повышения до рабочей величины разности потенциалов между катодом и анодом источника электрического тока 4 с последующим замыканием электрических контактов включателя 7 в момент достижения боеприпасом с электрическим взрывателем объекта-цели (включатель ударного типа) или района цели (включатель электроуправляемого типа). Включатель 7 ударного или электроуправляемого типа может быть выполнен в собственном корпусе, и его можно отделять от корпуса электрического взрывателя для раздельного хранения.

Известное [8] введение в состав пиротехнического нагревателя 5 "химической грелки" - дополнительного медленно действующего химического подогревателя (не показан) позволяет увеличить сохранение необходимой рабочей температуры источника тока с нескольких минут до нескольких часов.

В тех случаях, когда основной взрывчатый заряд боеприпаса необходимо расположить на дистанции от первичного воспламенительного вещества, используют для их соединения воспламенительный или детонирующий шнур (не показан), по которому инициирующий импульс передается от первичного воспламенительного вещества 2 к основному взрывчатому заряду боеприпаса.

Если при этом используют несколько основных подрывных зарядов, то каждый из них соединяют воспламенительным или детонационным шнуром с первичным воспламенительным веществом 2. При необходимости провести подрыв этих основных подрывных зарядов не одновременно, а в определенной последовательности, воспламенительный или детонационный шнур подключают к основному взрывчатому заряду боеприпаса через детонационное реле (не показано) для задержки на заданный интервал времени передачи инициирующего импульса от первичного воспламенительного вещества 2 к основному взрывчатому заряду боеприпаса. Такая разновидность устройства может быть использована, в частности, в диверсионной работе, в тех случаях, когда необходимо достичь наибольшего эффекта при подрыве объекта противника, например вначале подрывом заряда первого боеприпаса обрушить вход в туннель и лишь затем в закупоренном туннеле произвести последующие подрывы зарядов других боеприпасов.

В тех случаях, когда электрический взрыватель боеприпаса должен сработать по команде оператора (человека или прибора) и на дистанции от оператора, пиротехнический нагреватель источника электрического тока снабжают воспламенителем-включателем (не показан), приводимым в действие кодированным радиосигналом или электрическим сигналом, и/или соединяют с воспламенительным шнуром (первичным воспламенительным шнуром, не показан), через который запускают инициирующий импульс для воспламенения нагревателя 5 источника электрического тока 4. При этом разновидность устройства с воспламенителем-включателем может быть использована, в частности, в летательных снарядах при длительном их нахождении в полете для инициирования электровоспламенителя 4, например, за 1-2 минуты до подлета к цели. Причем электрический сигнал для включения воспламенителя-включателя может быть получен от бортового вычислительного устройства, например у крылатой ракеты - носителя боеприпаса, которое рассчитывает расстояние и время движения до цели. Включение воспламенителя-включателя кодированным радиосигналом космической связи можно использовать для ликвидации собственных опасных или секретных космических объектов (выработавших рабочий ресурс, вышедших из строя, сошедших с заданной траектории движения, захваченных космическим кораблем противника и др.). При хранении электрического взрывателя на складе такой воспламенитель-включатель (с устройством для приема кодированного радиосигнала или электрического сигнала) может быть отделен от корпуса электрического взрывателя для обеспечения безопасности хранения. А разновидность устройства с первичным воспламенительным шнуром может быть использована в диверсионной работе, например, для минирования главным зарядом боеприпаса с электрическим взрывателем специальных объектов при отступлении войск с последующим подрывом главного заряда боеприпаса (в подходящий момент после захвата войсками противника заминированного специального объекта) с удаленного расстояния путем подачи инициирующего импульса через замаскированный первичный воспламенительный шнур на воспламенительное вещество нагревателя 5 (для активации источника электрического тока 4 с последующей инициацией электровоспламенителя 3 электрического взрывателя) и затем от электровоспламенителя 3 на основной взрывчатый заряд боеприпаса.

По сравнению со взрывателем-прототипом заявляемое устройство характеризуется гораздо большей безопасностью хранения и использования. При температурах окружающей среды менее 150^oС самопроизвольное инициирование электровоспламенителя с последующим срабатыванием электровзрывателя практически исключено. То же самое относится и к неразорвавшимся использованным боеприпасам. Даже использованные неразорвавшиеся боеприпасы, причем, не отделяя их от взрывателя, можно транспортировать без излишних предосторожностей. Это объясняется тем, что в заявляемом устройстве не используются легко детонирующие от ударов вещества, типа гремучей ртути, динамита и др. И даже несанкционированное замыкание электрической цепи электровоспламенителя 3 включателем 7 (например, от случайного удара) не может привести к взрыву боеприпаса, до тех пор, пока от высокой температуры не произойдет возгорания пиротехнического нагревателя 5 с последующей подачей рабочего электрического напряжения от химического источника тока на электровоспламенитель 3. По сравнению с прототипом заявляемый электрический взрыватель боеприпаса характеризуется намного большим сроком годности (более 15 лет, а в прототипе до 5-7 лет в лучших случаях). Для повышения надежности и безопасности хранения на складах включатель 7, воспламенитель-включатель и пиротехнический нагреватель 5 химического источника тока можно отделять от корпуса электрического взрывателя боеприпаса. Кроме того, по сравнению со взрывателем-прототипом заявляемое устройство можно использовать в более широком температурном диапазоне окружающей среды (от минус 60^oС до плюс 120-150^oС в зависимости от природы конструктивных материалов средства радиосвязи, а в прототипе - от минус 20^oС и лишь до плюс 70^oС в лучшем случае, из-за выхода из строя химического источника электрического тока из-за перегрева), что расширяет его функциональные возможности и область применения.

Источники информации
1. Лурье А. И. Электрическое взрывание зарядов. // М.: Недра, 1973 г., стр. 59.

2. Авторское свидетельство РФ 1820182, F 42 С 19/08, 1993 г., БИ 21. - Прототип.

3. Авторское свидетельство РФ 1820184, F 42 C 19/12, 1993 г., БИ 21.

4. Кромптон Т. Первичные источники тока. //М.: Мир. 1986 г., стр. 284.

5. Патент РФ 2018782, F 42 C 11/00, Н 01 М 6/20, 1994 г., БИ 16.

6. Патент РФ 2018783, F 42 С 11/00, Н 01 М 6/20, 1994 г., БИ 16
7. Патент Великобритании 1344069, кл. Н 1 В, 1973.

Изобретение относится к области боеприпасов, а именно к электрическим взрывателям боеприпасов, и может быть использовано в производстве электрических взрывателей боеприпасов. Электрический взрыватель боеприпаса содержит корпус, первичное воспламенительное вещество, электровоспламенитель для поджигания первичного воспламенительного вещества, источник электрического тока для инициирования электровоспламенителя и дополнительно содержит пиротехнический нагреватель источника электрического тока, а в качестве источника электрического тока содержит термоактивируемый химический источник тока с твердым электролитом (например, на основе алюмосиликатного или алюмофосфатного стекла), обладающим высокой ионной проводимостью и низким коэффициентом линейного термического расширения. Техническим результатом изобретения является повышение безопасности хранения и использования электрических взрывателей боеприпасов, повышение срока их гарантийного хранения и надежности действия, расширение температурного диапазона их использования, расширение функциональных возможностей и области применения. Кроме того, техническим результатом является также расширение арсенала электрических взрывателей боеприпасов. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электрический взрыватель боеприпаса, содержащий корпус, первичное воспламенительное вещество, электровоспламенитель для поджигания первичного воспламенительного вещества, и источник электрического тока для инициирования электровоспламенителя, отличающийся тем, что дополнительно содержит пиротехнический нагреватель источника электрического тока, а в качестве источника электрического тока содержит термоактивируемый химический источник тока с твердым электролитом (например, на основе алюмосиликатного или алюмофосфатного стекла), обладающим высокой ионной проводимостью и низким коэффициентом линейного термического расширения. 2. Взрыватель по п. 1, отличающийся тем, что электрическая цепь электровоспламенителя для поджигания первичного воспламенительного вещества содержит включатель ударного или электроуправляемого типа. 3. Взрыватель по п. 1, отличающийся тем, что его первичное воспламенительное вещество соединено с основным взрывчатым зарядом боеприпаса воспламенительным или детонирующим шнуром для передачи инициирующего импульса к основному взрывчатому заряду боеприпаса. 4. Взрыватель по п. 3, отличающийся тем, что воспламенительный или детонирующий шнур подключен к основному взрывчатому заряду боеприпаса через детонационное реле для задержки на заданный интервал времени передачи инициирующего импульса от первичного воспламенительного вещества к основному взрывчатому заряду боеприпаса. 5. Взрыватель по п. 1, отличающийся тем, что пиротехнический нагреватель источника электрического тока снабжен воспламенителем-включателем, приводимым в действие кодированным радиосигналом или электрическим сигналом, и/или соединен с воспламенительным шнуром, через который запускают инициирующий импульс для воспламенения нагревателя источника электрического тока.