УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И ПОДРЫВА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ ПИРОПАТРОНОВ Российский патент 2008 года по МПК G08B17/06 

Устройство для контроля и подрыва последовательных цепей пиропатронов относится к изделиям ракетно-космической техники, но может быть широко использовано в авиации, в противопожарной технике, где требуется обеспечение высокой надежности и снижение потребляемой мощности.

Известно устройство контроля и подрыва пиропатронов по авторскому свидетельству №417820 СССР (кл. G08B 17/10, 1973 г.), содержащее коммутирующий узел, к которому подключены пиропатроны и промежуточный элемент, к которому подключена сигнальная лампа. Недостатком этого устройства является малая функциональная надежность.

Известно устройство для контроля и подрыва пиропатронов по патенту РФ №2266569 (20.12.05, МПК: G08B 17/08), которое состоит из пиропатрона с двумя нитями, при этом первая нить через первый полевой транзистор и первую обмотку сигнального трансформатора, вторая нить через второй полевой транзистор и вторую обмотку сигнального трансформатора подключены к силовому источнику питания. Кроме этого это устройство содержит два формирователя импульсов и два переключателя сигналов, а также дифференцирующие цепи. Недостатками этого устройства, так же как и других устройств, является большой ток потребления, так как в них нити подключаются параллельно источнику питания.

В качестве прототипа выбрано устройство для контроля и подрыва последовательных цепей пиропатронов по патенту РФ №2157564 (16.08.1999, МПК: G08B 17/06), содержащее пиропатроны с двумя нитями, каждая из которых зашунтирована полупроводниковым прибором восстановления электрической цепи с переходом из состояния закрытого в открытое, коммутирующие узлы тока контроля и подрыва, а также контрольный элемент, при этом к коммутирующему узлу подключена последовательная цепь из двух и более пиропатронов, при этом параллельно каждому из пиропатронов подключен блок с пороговой функцией ограничения напряжения, который по существу является полупроводниковым прибором. Схема прототипа работает следующим образом. В режиме контроля целостности последовательной цепи пиропатронов через указанную цепь пропускается безопасный ток. При исправности нитей пиропатронов ток контроля течет через них. Так как падение напряжения на нитях мало, то пороговые блоки не включаются. В случае обрыва одной из нитей пиропатронов напряжение на этом участке резко возрастает и достигает порогового напряжения включения соответствующего порогового блока. При этом общая цепь последовательно соединенных нитей не нарушается.

К недостаткам прототипа следует отнести то, что на каждом пороговом элементе, после его включения, образуется падение напряжения, величина которого зависит от параметров самого порогового блока и может достигать значительной величины. При увеличении количества включенных последовательно пиропатронов растет и величина падения напряжения на них, что соответственно ограничивает общее количество последовательно соединенных пиропатронов или приводит к снижению КПД и необходимости увеличения напряжения источника питания, что в ракетно-космической технике недопустимо. Кроме этого следует отметить, что включение реле тока последовательно с каждым пороговым блоком приводит к снижению надежности всего устройства и еще больше снижает коэффициент использования источника питания.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение коэффициента полезного действия и упрощение конструкции.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для контроля и подрыва последовательных цепей пиропатронов, содержащем пиропатроны с двумя нитями, каждая из которых зашунтирована полупроводниковым прибором восстановления целостности электрической цепи с переходом из состояния закрытого в открытое, коммутирующие узлы тока контроля и подрыва, а также контрольный элемент, каждый коммутирующий узел выполнен на двух ключевых элементах, при этом каждый ключевой элемент выполнен на полевых транзисторах и имеет два входа, первый из которых подключен к наземному испытательному оборудованию, а второй вход подключен к бортовой системе управления, первые нити каждого пиропатрона соединены между собой последовательно, вторые нити каждого пиропатрона также соединены между собой последовательно, первые ключевые элементы подключены между плюсом источника питания и входами последовательных цепей нитей пиропатронов, вторые ключевые элементы подключены между минусом источника питания и выходами последовательных цепей нитей пиропатронов, контрольный элемент выполнен в виде трансформатора с двумя входными обмотками и одной выходной обмоткой, первая входная обмотка трансформатора включена последовательно с первыми нитями пиропатронов, а вторая входная обмотка трансформатора подключена последовательно со вторыми нитями пиропатронов, выходная обмотка трансформатора является контрольным выходом устройства.

В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве полупроводниковый прибор выполняет функцию восстановления целостности электрической цепи с переходом из закрытого состояния (нить пиропатрона цела) в открытое состояние (нить пиропатрона подорвана), каждый коммутирующий узел выполнен на двух ключевых элементах, при этом каждый ключевой элемент выполнен на полевом транзисторе и имеет два входа, первый из которых подключен к наземному испытательному оборудованию, а второй вход подключен к бортовой системе управления, первые нити каждого пиропатрона соединены между собой последовательно, вторые нити каждого пиропатрона также соединены между собой последовательно, первые ключевые элементы подключены между плюсом источника питания и входами последовательных цепей нитей пиропатронов, вторые ключевые элементы подключены между минусом источника питания и выходами последовательных цепей нитей пиропатронов, контрольный элемент выполнен в виде трансформатора с двумя входными обмотками и одной выходной обмоткой, первая входная обмотка трансформатора включена последовательно с первыми нитями пиропатронов, а вторая входная обмотка трансформатора подключена последовательно со вторыми нитями пиропатронов, выходная обмотка трансформатора является контрольным выходом устройства.

Суть изобретения поясняется чертежами, на которых приведены:

на фиг.1 - электрическая схема предлагаемого устройства для контроля и подрыва последовательных цепей пиропатронов;

на фиг.2 - электрическая схема полупроводникового прибора на полевом транзисторе;

на фиг.3 - электрическая схема полупроводникового прибора на тиристоре.

Электрическая схема предлагаемого устройства состоит из пиропатрона 1 и пиропатрона 2, первые нити которых Пн 1.1 и Пн 2.1 соединены между собой последовательно, вторые нити Пн 1.2 и Пн 2.2 также соединены между собой последовательно, каждая нить пиропатрона зашунтирована полупроводниковым прибором восстановления электрической цепи с переходом из состояния закрытого в открытое, выполненным в виде динистора 3, первые ключевые элементы 4 выполнены на полевых транзисторах и включены между плюсом источника питания (+П) и входами последовательно соединенных нитей пиропатронов Пн 1.1 и Пн 2.1, вторые ключевые элементы 5 также выполнены на полевых транзисторах и включены между минусом источника питания (-П) и выходами последовательно соединенных нитей пиропатронов Пн 1.2 и Пн 2.2, каждый ключевой элемент имеет два входа: "обтекание", который подключен к наземному испытательному оборудованию (НИО), и "подрыв", который подключен к бортовой системе управления (СУ), контрольный элемент выполнен в виде трансформатора и состоит из первой входной обмотки 6, включенной последовательно с первыми нитями пиропатронов Пн 1.1 и Пн 2.1 и второй входной обмотки 7, включенной последовательно с вторыми нитями пиропатронов Пн 1.2 и Пн 2.2, выходная обмотка 8 является контрольным выходом устройства.

Электрическая схема предлагаемого устройства работает следующим образом. При проведении контрольных и проверочных испытаний с наземным испытательным оборудованием необходимо обеспечить проверку целостности нитей пиропатронов, а также работоспособность всех электрорадиоизделий, входящих в состав устройства, и надежное функционирование устройства в целом. При этом следует учитывать, что схема надежно работает при одном отказе типа "обрыв" или "короткое замыкание".

Необходимо отметить, что все команды "Обтекание" подаются от наземного испытательного оборудования (НИО), а при натурных испытаниях (в полете) команды "Подрыв" поступают от бортовой системы управления.

После подачи напряжения питания дают команду "Обтекание 1.1", после чего убеждаются в отсутствии сигнала на контрольном выходе. Затем подают команду "Обтекание 1.2" и также убеждаются в отсутствии выходного сигнала на контрольном выходе, после чего одновременно подают команды "Обтекание 1.1 и "Обтекание 1.2" и убеждаются в наличии сигнала на выходной обмотке трансформатора 8, то есть на контрольном выходе. Это подтверждает то, что все первые нити пиропатронов целы, а коммутирующие элементы 4, 5 и контрольный элемент работают нормально.

При этом обеспечивается, что длительность команд "обтекание" не должна превышать время 10-50 мкс, что обеспечивает не срабатывание пиропатронов, так как время необходимое для срабатывания пиропатронов равно 1000-3000 мкс.

В то же время режим полевых транзисторов ключевых элементов выбирается так, чтобы напряжение на затворе было близким к пороговому напряжению транзистора. В этом случае ток через полевой транзистор, а следовательно, и через пиропатроны не превышает величины безопасного тока, которая составляет 5-50 мА.

После этого приступают к проверке целостности нитей пиропатронов и рабоспособности схемы подрыва вторых нитей пиропатронов, также соединенных последовательно. Для этого подают поочередно команды "Обтекание 2.1" и "Обтекание 2.2" и убеждаются в отсутствии сигнала на контрольном выходе.

Затем одновременно подают команды "Обтекание 2.1" и Обтекание 2.2" также длительностью 10-50 мкс и убеждаются в наличии сигнала на выходной обмотке трансформатора 8.

Проверку работоспособности динисторов 3 проводят при отключенных пиропатронах или при подключенных имитаторах пиропатронов. На этом цикл проверки работоспособности схемы от наземного испытательного оборудования считается законченным.

Таким образом, можно отметить, что при проведении наземных испытаний проверяется не только целостность нитей пиропатронов, но и работоспособность всех элементов, входящих в состав схемы.

При работе изделия в полете и необходимости подрыва пиропатронов от бортовой системы управления подаются команды "Подрыв 1.1 и 1.2", "Подрыв 2.1 и 2.2", длительность которых больше времени срабатывания пиропатронов (1-3 мс).

Кроме этого режим работы полевых транзисторов выбирается таким, что напряжение смещения на затворе полевого транзистора превышает пороговое напряжение, следовательно, через полевые транзисторы коммутирующих элементов нити пиропатронов и входные обмотки 6, 7 трансформатора протекает ток, величина которого больше, чем ток срабатывания пиропатронов (2 А).

Учитывая разновременность срабатывания нитей пиропатронов (1-3 мс), рассмотрим, например, что первой срабатывает нить Пн 1.1, при этом к динистору 3 прикладывается напряжение, превышающее напряжение включения этого динистора (динистор 2Н102А имеет напряжение включения 7-10 В, ток в импульсе равен 3 А).

Когда динистор закорочен нитью пиропатрона, его сопротивление равно несколько сот кОм и он практически не влияет на параметры нити, поскольку ее сопротивление равно 1-3 Ом. После срабатывания нити Пн 1.1 и включения динистора 3 остаточное напряжение на динисторе равно 0,5-1 В, поэтому параметры цепи практически не изменяются. То есть динистор работает в режиме ключа: "закрыт-открыт ("выключен-включен") и после подрыва нити пиропатрона восстанавливает электрическую цепь. При срабатывании нитей на выходной обмотке 8 трансформатора, с помощью бортовой телеметрической системы, фиксируется выходной сигнал, подтверждающий срабатывание пиропатронов.

Использование в качестве полупроводникового прибора динистора, с малым остаточным напряжением во включенном состоянии, позволяет подключать большее количество нитей пиропатронов и эффективнее использовать источник питания, что обеспечивает повышение КПД.

В качестве полупроводникового прибора можно использовать не только динистор, но и полевые транзисторы и тиристоры.

При использовании полевых транзисторов и тиристоров необходимы цепи смещения, выполненные на резисторах. Схемы с использованием полевых транзисторов и тиристоров приведены на фиг 2, фиг.3. При этом необходимо отметить, что в отличие от прототипа резисторы 9 и 10, задающие режим работы полевого транзистора (тиристора), не шунтируют нить пиропатрона, а подключены к источнику питания и, следовательно, не влияют на работу нити пиропатрона, что также упрощает конструкцию.

Таким образом, можно сделать вывод, что использование полупроводниковых приборов, шунтирующих нити пиропатронов, с малым остаточным напряжением во включенном состоянии, позволит повысить коэффициент полезного действия как источника питания, так и всего устройства.

Кроме этого, применение в качестве контрольного элемента одного трансформатора позволило упростить конструкцию устройства для контроля и подрыва соединенных последовательно цепей пиропатронов, так как при последовательном соединении нитей пиропатронов не требуется введение контрольного элемента в каждую нить пиропатрона.

В настоящее время проведена лабораторная отработка предлагаемого устройства, которая показала высокую эффективность и простоту конструкции.

Использование: в ракетно-космической, противопожарной технике и авиации. Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия и упрощении конструкции. В устройстве, содержащем пиропатроны с двумя нитями, каждая из которых зашунтирована полупроводниковым прибором восстановления целостности электрической цепи с переходом из состояния закрытого в открытое, коммутирующие узлы тока контроля и подрыва, а также контрольный элемент, каждый коммутирующий узел выполнен на двух ключевых элементах, при этом каждый ключевой элемент выполнен на полевых транзисторах и имеет два входа, первый из которых подключен к наземному испытательному оборудованию, а второй вход подключен к бортовой системе управления, первые нити каждого пиропатрона соединены между собой последовательно, вторые нити также соединены последовательно, первые ключевые элементы подключены между плюсом источника питания и входами последовательных цепей нитей пиропатронов, а вторые - между минусом источника питания и выходами последовательных цепей нитей пиропатронов, контрольный элемент выполнен в виде трансформатора, первая входная обмотка которого включена последовательно с первыми нитями пиропатронов, а вторая - со вторыми нитями пиропатронов, выходная обмотка является контрольным выходом устройства. 3 ил.

Устройство для контроля и подрыва последовательных цепей пиропатронов, содержащее пиропатроны с двумя нитями, каждая из которых зашунтирована полупроводниковым прибором восстановления целостности электрической цепи с переходом из состояния закрытого в открытое, коммутирующие узлы тока контроля и подрыва, а также контрольный элемент, каждый коммутирующий узел выполнен на двух ключевых элементах, при этом каждый ключевой элемент выполнен на полевом транзисторе и имеет два входа, первый из которых подключен к наземному испытательному оборудованию, а второй вход подключен к бортовой системе управления, первые нити каждого пиропатрона соединены между собой последовательно, вторые нити каждого пиропатрона также соединены между собой последовательно, первые ключевые элементы подключены между плюсом источника питания и входами последовательных цепей нитей пиропатронов, вторые ключевые элементы подключены между минусом источника питания и выходами последовательных цепей нитей пиропатронов, контрольный элемент выполнен в виде трансформатора с двумя входными обмотками и одной выходной обмоткой, первая входная обмотка трансформатора включена последовательно с первыми нитями пиропатронов, а вторая входная обмотка трансформатора подключена последовательно со вторыми нитями пиропатронов, выходная обмотка трансформатора является контрольным выходом устройства.