АРТИЛЛЕРИЙСКИЙ БОЕПРИПАС Российский патент 2004 года по МПК F42B15/00 F42C13/00 

Изобретение относится к управляемым артиллерийским снарядам с комбинированным срабатыванием взрывателя, контактным при встрече с преградой и бесконтактным для дистанционного инициирования взрыва от воздействия излучения внешнего источника.

Уровень техники данной области характеризует артиллерийский снаряд с дистанционным взрывателем, включающим приемник радиосигналов, декодер (дешифратор) и устройство временного замедления, связанное с автономным источником питания, и электродетонатор предохранительно-исполнительного устройства взрыва наполнения снаряда, описанный в патенте US 4083308, F 42 C 11/06, 1978 г.

Срабатывание взрывателя происходит через заданное время после выстрела на заданной дистанции полета от сигнала на электродетонатор для подрыва наполнения снаряда, получаемого в результате обработки принятых бортовым приемником информационных кодированных сигналов управления, устанавливающих границы их счета.

Обработка принятых сигналов в устройстве временной задержки включает шаги передачи первого информационного сигнала для запуска генератора колебаний, передачи второго информационного сигнала, спустя заданный интервал времени для остановки генератора, причем счетчик обеспечивает выдачу числа колебаний, выданных в названный единичный период времени, и передачи третьего информационного сигнала, представляющего число единичных временных интервалов до окончания интервала задержки и приводящего к умножению этого числа на число колебаний, сосчитанных в названный единичный материал времени.

Величина данного произведения используется в качестве границы счета счетчика.

Далее счетчик устанавливается в исходное состояние со стиранием ранее сосчитанного числа колебаний, генератор колебаний перезапускается и счетчик осуществляет счет числа колебаний до установленной границы, при достижении которой формируется сигнал подрыва снаряда.

Техническая реализация артиллерийских снарядов по указанному изобретению для боевого применения в условиях высокоскоростной стрельбы при внешних радиопомехах не представляется практически возможной из-за относительно большого времени, необходимого для многоэтапной передачи данных алгоритма функционирования взрывателя:

- кода настройки приемника в снаряде при вылете из ствола оружия;

- пары импульсов при удалении снаряда, интервал между которыми задает цену деления;

- множителя двоичным кодом, на который перемножается цена деления для получения заданного полетного времени.

Электропитание от бортового источника подается в момент выстрела для предварительной кодировки, обеспечивающей необходимую помехоустойчивость на траектории полета снаряда, после перевода приемника в режим высокой чувствительности. Однако осуществить безошибочный прием 12-15 импульсов по радиоканалу в условиях помех эфира на поле боя затруднительно, что снижает эффективность боевого применения изделий.

Для работы всех структурных элементов схемы взрывателя в течение полетного времени необходим мощный источник питания, размещаемый в корпусе снаряда, что при дефиците объема малокалиберных артиллерийских снарядов является трудноразрешимой задачей из-за сокращения при этом ниже регламентированного минимума массы взрывчатого вещества, то есть снижается функциональная надежность по назначению.

Кроме того, в этом боеприпасе не предусмотрен режим контактного подрыва при встрече с целью на траектории полета, что снижает эффективность боевого действия и ограничивает область применения.

Более совершенным артиллерийским снарядом с комбинированным инициированием подрыва, выбранным по технической сущности и числу совпадающих признаков в качестве наиболее близкого аналога, является боеприпас по патенту RU 2135947 С1, F 42 В 15/01, 1999 г., содержащий корпус, наполнение, взрыватель, включающий преобразователь, предохранительный и исполнительный механизмы, и связанный с источником питания блок дистанционного управления взрывателя в составе последовательных приемного устройства кода времени, дешифратора и устройства замедления (задержки).

Между блоком дистанционного управления и штатным взрывателем, содержащим пьезоэлектрический преобразователь, дополнительно установлен генератор ударного импульса, выполненный в виде электродетонатора, срабатывание которого по команде устройства временного замедления в корпусе снаряда возбуждает ударную волну, передаваемую на пьезоэлектрический преобразователь взрывателя. Ударный импульс, создаваемый электродетонатором в заданной точке траектории полета снаряда, эквивалентен импульсу от штатного элемента при контактном срабатывании, что определяет идентичность функционирования схемы подрыва в разных режимах инициирования.

Известный боеприпас характеризуется универсальным механизмом подрыва наполнения, который инициируется от удара при встрече с целью под воздействием сил инерции на пьезоэлектрический преобразователь, а также альтернативно: от ударного импульса имитатора подобной встречи с автономного электродетонатора, срабатывающего по внешней управляющей кодированной команде, содержащей информацию о времени подрыва, преобразуемой в стандартный исполнительный сигнал по истечении времени задержки.

Выходной сигнал с блока дистанционного управления трансформируется посредством дополнительного электродетонатора в ударный импульс, генерирующий ударную волну в корпусе снаряда, адекватную принимаемой пьезоэлектрическим преобразователем штатного взрывателя при реальной встрече с преградой.

Блок управления опосредованно связан с преобразователем взрывателя, что позволяет использовать штатный предохранительно-исполнительный механизм, унифицируя конструкцию и комплектацию боеприпасов, что снижает производственные затраты.

Выход на режим энергосодерожащей батареи – источника питания блока управления происходит с задержкой 0,1 с после выстрела (100 м полета) для обеспечения безопасности, исключив несанкционированные разрывы снарядов вблизи позиции стрельбы.

Генератор ударного импульса размещается в корпусе боеприпаса независимо от взрывателя, то есть без электрических и кинематических с ним связей, что обеспечивает конструктивную мобильность блоку дистанционного управления.

Это универсальное техническое решение пригодно для артиллерийских снарядов большого калибра, авиабомб и мин, однако практическое использование в артиллерийских снарядах малого калибра не представляется возможным из-за ограниченности объема, где затруднительно разместить дополнительный электродетонатор и блок дистанционного управления с источником тока.

Во-вторых, использование штатного взрывателя обеспечивает адаптивную переналаживаемость боеприпасов, но при этом снижается боевая эффективность снаряда из-за больших суммарных габаритов блока дистанционного управления с источником тока и взрывателя с относительно мощным пьезоэлектрическим преобразователем, функционирующим автономно, инициируя срабатывание электродетонатора без дополнительного источника тока.

Кроме того, блок дистанционного управления и генератор ударного импульса должны быть изолированы от прямого воздействия высокого давления пороховых газов метательного заряда. В лимитированном объеме снаряда это может быть сделано только за счет уменьшения массы наполнения взрывчатым веществом, что снижает боевое могущество изделия.

Высокочувствительный взрыватель известного боеприпаса может вызывать ложно срабатывание от взаимодействия с ландшафтными препятствиями, ветками деревьев, кустарником, и с атмосферными осадками в виде града, ливневых струй, что приводит к разрыву снарядов вблизи огневой позиции и расположения личного состава своих войск.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование конструкции артиллерийского боеприпаса с комбинированным инициированием подрыва для использования в снарядах малого калибра при повышении эффективности боевого действия и функциональной надежности, а также безопасности применения.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном артиллерийском боеприпасе с комбинированным инициированием, содержащем корпус, наполнение, взрыватель, включающий преобразователь, предохранительный и исполнительный механизмы, и связанный с источником питания блок дистанционного управления взрывателем в составе последовательных приемного устройства кода времени, дешифратора и устройства задержки, согласно изобретению, устройство задержки структурно включает связанные последовательно счетчик запускающих импульсов, схему сравнения, схему дальнего взведения, управляемую счетчиком тактовых импульсов, и выходной ключ, который непосредственно соединен с преобразователем взрывателя, выполненным в виде электровоспламенителя, при этом ко входу схемы дальнего взведения подсоединен контактный датчик.

Отличительные признаки обеспечили уменьшение габаритов блока дистанционного управляемого взрывателя до приемлемых для использования в артиллерийских снарядах малого калибра, что расширяет технологические возможности и область применения этих боеприпасов при повышении эффективности основного боевого действия.

Непосредственная связь блока дистанционного управления с преобразователем, в качестве которого используется чувствительный электровоспламенитель, восприимчивый к управляющему сигналу устройства задержки без усиления, гарантированно обеспечивает срабатывание взрывателя, как при контактном действии, так и в заданное извне время, без применения дополнительного энергоемкого детонатора и мощного пьезопреобразователя.

Введение в структуру устройства задержки управляемой схемы дальнего взведения позволяет блокировать случайные срабатывания электровоспламенителя от механических воздействий на контактный датчик на старте и преждевременный подрыв боеприпаса, что повышает безопасность применения и функциональную надежность.

Дополнительное оснащение артиллерийского боеприпаса контактным датчиком унифицировало действие взрывателя в обоих режимах функционирования боеприпаса: при контактном и управляемом подрыве, при встрече с целью и на заданной дистанции полета.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, и их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть новый сверхэффект как эффект суммы признаков, а не сумма эффектов.

Сущность изобретения поясняется чертежом, который служит чисто иллюстративным целям и не ограничивает объема прав формулы, где изображены:

на фиг.1 – общий вид снаряда;

на фиг.2 – структурная схема взрывателя.

В осколочно-фугасном корпусе 1 (фиг.1) артиллерийского снаряда авиационно-зенитного калибра содержатся наполнение 2 взрывчатым веществом и взрыватель 3.

Взрыватель 3 (фиг.2) последовательно содержит блок 4 дистанционного управления инициированием, связанный с контактным датчиком 5 и источником питания 6, преобразователь 7, выполненный в виде электровоспламенителя, предохранительный механизм 8 и лучевой детонатор - исполнительный механизм 9.

Блок 4 дистанционного управления включает в состав связанные между собой приемное устройство 10 кода времени, содержащее приемник 11 управляющих кодированных сигналов внешнего лазерного излучения и дешифратор 12, который связан с устройством 13 задержки, состоящим из последовательных счетчика 14 запускающих импульсов, схемы 15 сравнения, схемы 16 дальнего взведения, связанной со счетчиком 17 тактовых импульсов, и выходного ключа 18.

Устройство 13 задержки содержит тактовый генератор (ТГ), один выход которого с частотой тактовых импульсов ƒ подсоединен к счетчику 17 и дешифратору 12, а другой выход с частотой ƒ/к – к счетчику 14 запускающих импульсов.

Выходной ключ 18 устройства 13 задержки, то есть в целом выход блока 4 дистанционного управления инициированием взрывателя, соединен с электровоспламенителем 7, оснащенным штатными предохранительным механизмом 8 и исполнительным механизмом 9, в частности, лучевым детонатором наполнения 2 корпуса 1 боеприпаса.

Источник 6 питания через стабилизатор 19 напряжения связан с устройством 13 задержки и с дешифратором 12, а через стабилизатор 20 – с приемником 11 приемного устройства 10 кода времени.

В линии питания приемника 11 управляющих кодированных сигналов, между источником 6 и стабилизатором 20 напряжения, смонтирован коммутатор 21, связанный с выходом дешифратора 12.

Функционирует предложенный снаряд в режимах контактного и дистанционного управления подрывов следующим образом.

При выстреле от воспламенения метательного заряда под действием высокотемпературных пороховых газов или механически от перегрузок ускорения снаряда инициируется источник 6 электротока, питающего структурные элементы блока 4 дистанционного управления инициирования взрывателя 3: приемник 11 управляющих кодированных сигналов и дешифратор 12 приемного устройства 10 и устройство13 задержки.

При появлении электропитания схема 16 дальнего взведения запирается, не пропуская никаких импульсов на выходной ключ 18, а счетчик 17 тактовых импульсов начинает счет импульсов тактового генератора ТГ. При достижении заранее заложенного при изготовлении числа тактов счетчик 17 вырабатывает команду на открытие схемы 16, осуществляя тем самым дальнее взведение на заданном безопасном от огневой позиции расстоянии.

После временной задержки, необходимой для гарантированного выхода энергосодержащего источника 6 на требуемый уровень, достаточный для работы структурных элементов взрывателя 3, внешнее передающее лазерное устройство, связанное с пушкой, излучает в направлении снаряда кодовую посылку в виде двух пар (как в прототипе) импульсов.

В зависимости от условий применения передающее устройство и, следовательно, приемник 11 на снаряде могут работать в лазерном или радиодиапазоне. В первом случае в донной части корпуса 1 снаряда установлено оптическое окно 22 (фиг.1), а во втором – в структуре приемника 11 имеется приемная антенна (не показана).

При поступлении на приемник 11 двух пар управляющих кодированных импульсов с внешнего передающего устройства в дешифраторе 12 отсчитывается временной интервал между этими парами импульсов и фиксируется в виде числа импульсов тактового генератора, полученных в течение времени между парами импульсов.

Интервал между двумя парами импульсов пропорционален времени задержки подрыва снаряда (в К раз меньше), а временной интервал между импульсами в парах служит идентификационным признаком для исключения приема случайных помеховых сигналов в качестве управляющих сигналов.

Сигнал с дешифратора 12 о завершении приема кодовой посылки поступает на:

- коммутатор 21, который отключает электропитание приемника 11;

- устройство 13 задержки, куда от дешифратора 12 передается также и число, характеризующее времязадающий интервал.

После этого счетчик 14 начинает отсчет запускающих импульсов с частотой, в К раз меньшей тактовой частоты, а схема 15 сравнивает текущие значения числа на выходе счетчика 14 с числом, переданным устройству 13 задержки от дешифратора 12.

При совпадении этих чисел схема 15 сравнения выдает сигнал на выходной ключ 18, импульс тока с которого поступает на электровоспламенитель 7. Сигнал срабатывания электровоспламенителя 7 через штатное предохранительное устройство 8 вызывает срабатывание лучевого детонатора 9, инициирующего детонацию взрывчатого вещества наполнения 2 и подрыв снаряда в заданной точке траектории полета.

При встрече снаряда с преградой сигнал от реакционного контактного датчика 5, независимо от работы схемы сравнения 15 поступает через открытую к этому времени схему 16 дальнего взведения на выходной ключ 18 и приоритетно вызывает подрыв снаряда.

Следует заметить, что, пока счетчик 17 тактовых импульсов отсчитывает установленное их число, никакие случайные сигналы со схемы 15 сравнения не пройдут на выходной ключ 18 и не вызовут несанкционированных срабатываний взрывателя 3.

Таким образом, подрыв наполнения 2 в предложенном снаряде осуществляется при срабатывании электровоспламенителя 7, связанного со штатным предохранительным устройством 8 и лучевым исполнительным детонатором 9, в отличие от прототипа, где для этого используется два электродетонатора и мощный пьезопреобразователь при двукратном преобразовании управляющего сигнала в моделируемый ударный импульс дополнительного электродетонатора, адекватный перегрузкам при встрече с преградой, для надежного функционирования которых требуется относительно мощный источник тока.

Исключение из известной совокупности части структурных элементов взрывателя и применение компактного источника тока позволили увеличить массу взрывчатого вещества наполнения, повысив эффективность боевого действия.

Дополнительная функция боеприпаса по дальнему взведению взрывателя повышает безопасность применения при стрельбе через передовые позиции своих войск, исключая преждевременное срабатывание от мелких ландшафтных препятствий, в частности кустарника, ветвей деревьев.

Контактный датчик 5 выполняет функции чувствительного элемента для самоликвидации снаряда, неразорвавшегося по каким-либо причинам, при падении на мягкий грунт и в снег, что увеличивает степень надежности и безопасности его применения. В качестве контактного датчика 5 может быть использовано как механическое устройство, так и маломощный пьезодатчик.

Отключение приемника 11 управляющих кодированных сигналов после выполнения функционального назначения, после приема, обработки и передачи кодовой посылки, снижает в 2-3 раза потребление взрывателем тока, что позволяет уменьшить габариты источника 6 питания, а также снизить тепловыделение в электронном блоке 4 взрывателя 3, чем повысить точность отсчета времени, уменьшая температурную погрешность частоты тактового генератора, в результате чего увеличивается вероятность поражения цели от сокращения расстояния места подрыва снаряда до цели.

Предложенный блок 4 дистанционного управления инициированием взрывателя реализован в малогабаритной специальной интегральной схеме (СБИС) марки 1508ХК1, включающей в себя все электронные элементы кроме приемника 11.

В соответствии с типом и схемным решением приемника 11 стабилизатор 20 может не входить в состав блока 4, что дополнительно снизит энергопотребление и выделение тепла.

Сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по боеприпасам, показал, что оно не известно, а с учетом возможного промышленного серийного воспроизводства этих артиллерийских снарядов малого калибра, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Изобретение относится к управляемым артиллерийским снарядам с комбинированным, контактным и бесконтактным срабатыванием взрывателя для дистанционного инициирования от воздействия управляющего излучения внешнего источника и подрыва непосредственно при встрече с целью на траектории полета. Технический результат - повышение боевой эффективности, безопасности действия и расширение области применения. Артиллерийский боеприпас с комбинированным инициированием содержит корпус, наполнение, взрыватель, включающий преобразователь, предохранительный и исполнительный механизмы, связанный с источником питания блок дистанционного управления взрывателем в составе последовательно соединенных приемного устройства кода времени, дешифратора и устройства задержки. Устройство задержки структурно включает связанные последовательно счетчик запускающих импульсов, схему сравнения, схему дальнего взведения, управляемую счетчиком тактовых импульсов, и выходной ключ, который непосредственно соединен с преобразователем взрывателя, выполненным в виде электровоспламенителя, при этом ко входу схемы дальнего взведения подсоединен контактный датчик. 2 ил.

Артиллерийский боеприпас с комбинированным инициированием, содержащий корпус, наполнение, взрыватель, включающий преобразователь, предохранительный и исполнительный механизмы, и связанный с источником питания блок дистанционного управления взрывателем в составе последовательных приемного устройства кода времени с дешифратором и устройства задержки, отличающийся тем, что ко входу схемы дальнего взведения устройства задержки, управляемой счетчиком тактовых импульсов, связанным с тактовым генератором, подсоединен контактный датчик, а выход схемы дальнего взведения через ключ непосредственно связан с преобразователем взрывателя, выполненным в виде электровоспламенителя.