АРТИЛЛЕРИЙСКИЙ БОЕПРИПАС Российский патент 2009 года по МПК F42B12/00 F42C11/06 

Изобретение относится к артиллерийским снарядам с комбинированным, контактным и бесконтактным срабатыванием взрывателя, который автоматически инициируется при достижении заданного расстояния от поверхности падения снаряда на траектории полета к цели, что обеспечивает его воздушный подрыв.

Уровень данной области техники характеризует артиллерийский снаряд, содержащий корпус с взрывчатым наполнением, взрыватель, включающий преобразователь, предохранительно-исполнительный механизм и связанный с автономным источником электрического питания блок дистанционного управления взрывателя в составе последовательных приемного устройства кода времени, дешифратора и устройства временной задержки, описанный в патенте RU 2135947, F42B 15/01, F42C 13/04, 1999 г.

Между блоком дистанционного управления и штатным взрывателем, содержащим пьезоэлектрический преобразователь, дополнительно установлен генератор ударного импульса, выполненный в виде электродетонатора, срабатывание которого по команде устройства временной задержки 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 при контактном срабатывании, что обеспечивает адекватность обоих режимов инициирования взрывателя.

Этот артиллерийский боеприпас характеризуется универсальным механизмом подрыва наполнения, который инициируется реакционно от удара при встрече с преградой под воздействием сил инерции подвижных масс на пьезоэлектрический преобразователь, а также альтернативно от ударного импульса имитатора подобной встречи - автономного электродетонатора, который срабатывает 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, что позволяет использовать штатный предохранительно-исполнительный механизм.

Выход на режим энергосодержащей батареи - источника электрического питания блока управления происходит с задержкой 0,1 с (100 м полета) после выстрела для обеспечения безопасности от несанкционированного разрыва снаряда 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.

Описанное универсальное техническое решение пригодно для использования в артиллерийских снарядах большого калибра, авиабомбах и минах, однако практическое применение в артиллерийских снарядах малого калибра не представляется возможным из-за физической 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, без источника тока, имитируя срабатывание электродетонатора.

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

Отмеченные недостатки устранены в артиллерийском боеприпасе с комбинированным инициированием взрывателя, контактным и воздушным, описанном в патенте RU 2198374, F42B 15/01, F42C 13/00, 2003 г., который по большинству совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога.

Известный артиллерийский боеприпас содержит корпус с взрывчатым наполнением, взрыватель, включающий преобразователь, предохранительно-исполнительный механизм и связанный с источником электрического питания блок дистанционного управления взрывателем в составе последовательных приемного устройства кода времени, дешифратора и устройства задержки, при этом выход блока дистанционного управления непосредственно соединен с преобразователем взрывателя, выполненным в виде электровоспламенителя, а выход дешифратора связан с коммутатором линии питания приемного устройства кода времени, причем взрыватель дополнительно снабжен контактным датчиком, связанным с электровоспламенителем через выходной ключ устройства задержки.

Известное техническое решение характеризуется уменьшенными габаритами блока дистанционно управляемого взрывателя до приемлемых к использованию в артиллерийских снарядах малого калибра, что обеспечивает расширение области применения этих боеприпасов без потери эффективности основного поражающего действия.

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

Дополнительное введение в структуру системы управления инициированием подрыва контактного датчика и связь его с с электровоспламенителем через выходной ключ устройства задержки унифицировало действие взрывателя в обоих режимах функционирования боеприпаса: при контакте с преградой и управляемом воздушном подрыве на заданной расчетной дистанции полета, а также для самоликвидации.

Импульс контактного датчика при встрече с преградой на траектории полета или при падении на землю приоритетно поступает на выходной ключ, который непосредственно связан с электровоспламенителем, инициирующим подрыв наполнения корпуса снаряда.

Установка коммутатора, управляемого дешифратором, в цепи питания приемного устройства обеспечивает отключение питания приемника после получения им кодовых сигналов, что позволяет уменьшить энергопотребление и, следовательно, потребную мощность источника питания, то есть его габариты, высвободив объем для дополнительной массы взрывчатого вещества наполнения.

Однако продолжением достоинств являются присущие недостатки. Так, неизбежные ошибки при расчете полетного времени боеприпаса и отличия реальной траектории полета от расчетной приводят, соответственно, к разбросу координат точек подрыва, следствием чего являются или преждевременный подрыв на большой высоте от поверхности, или контактный подрыв с пониженной эффективностью осколочного действия.

Если принять во внимание только одну компоненту ошибки - разброс начальных скоростей 30 мм гранат при стрельбе из автоматического гранатомета, то при заданном времени срабатывания 15,5 с и номинальной скорости полета гранаты она подорвется на высоте около 2,5 м.

При скорости, меньшей на 5 м/с, и таком же заданном времени срабатывания дистанционный подрыв вообще не произойдет, поскольку граната упадет на землю при времени полета примерно 15,2 с, а при скорости, большей на 5 м/с, подрыв в заданное время 15,5 с произойдёт на высоте около 25 м, практически безопасной для противника.

Кроме того, существенным недостатком дистанционного подрыва боеприпасов по известному аналогу является необходимость дополнительного оснащения оружия сложной системой ввода данных в момент выстрела.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование известного артиллерийского боеприпаса, предназначенного для стрельбы из штатного оружия, при автономном осуществлении воздушного подрыва, независимо от скорости и дальности полета снаряда, то есть расчетного времени, задаваемого наземной системой ввода данных, а при фактическом достижении заданного расстояния от поверхности земли.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном артиллерийском боеприпасе, включающем осколочный корпус, взрывчатое наполнение и взрыватель, содержащий детонатор, предохранительно-исполнительный механизм и связанный с источником питания электронный блок в составе приемника, тактового генератора и последовательно соединенных устройства задержки, выходного ключа, к которому непосредственно подключен контактный датчик, и электровоспламенителя, согласно изобретению взрыватель установлен в головной части боеприпаса, а в структуру его электронного блока дополнительно введены излучатель зондирующих импульсов и схема совпадения, при этом тактовый генератор соединен с излучателем, устройством задержки и одним их выходов схемы совпадения, к другому выходу которой подключен приемник, а выход схемы совпадения соединен с входом устройства задержки.

Отличительные признаки обеспечили предконтактный подрыв боеприпаса при автономном опосредованном контроле приближения к поверхности падения, независимо от скорости и времени полета, то есть подрыв артиллерийского снаряда происходит не в заданное извне время после выстрела, а на установленном расстоянии от преграды.

Введение в структуру артиллерийского боеприпаса указанных дополнительных узлов и блоков, а также связи между ними служат тому, что взрыватель излучает зондирующие импульсы в направлении полета. При обнаружении приемником взрывателя рассеянного подстилающей поверхностью отраженного излучения автоматически происходит инициирование подрыва боеприпаса.

Воздушный подрыв боеприпаса на оптимальной высоте от поверхности земли заметно увеличивает приведенную площадь осколочного поражения, обеспечивая более эффективное использование секторов разлета осколков.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи является достаточной для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решается не суммой эффектов, а новым эффектом суммы существенных признаков.

Сущность изобретения поясняется чертежами, которые имеют чисто иллюстративные цели и не ограничивают объема притязаний формулы. На чертежах схематично изображены:

на фиг. 1 - общий вид снаряда;

на фиг.2 - блок дистанционного управления.

В осколочном корпусе 1 артиллерийского снаряда авиационно-зенитного калибра имеется наполнение 2 взрывчатого вещества, электронный блок 3 дистанционного управления инициированием головного взрывателя 4.

Головной взрыватель 4 включает лучевой детонатор 5, предохрантельно-исполнительный механизм 6 и связанный с источником 7 электрического питания электронный блок 3.

Электронный блок 3 (фиг.2) содержит приемник 8 и последовательно соединенные устройство 9 временной задержки, выходной ключ 10 и электровоспламенитель 11. Между приемником 8 и устройством 9 задержки подключена схема 12 совпадения, связанная с тактовым генератором 13, управляющим излучателем 14 зондирующих импульсов и устройством 9 задержки.

К выходному ключу 10 независимо подсоединен контактный датчик 15.

На головном торце взрывателя 4 (фиг.1) имеются оптические окна 16, 17, соосно совмещенные соответственно с излучателем 14 и приемником 8.

Функционирует артиллерийский снаряд следующим образом.

После выстрела и выхода источника 7 питания на рабочий режим начинает действовать электронный блок 3. При этом тактовый генератор 13 вырабатывает электрические импульсы, которые поступают на излучатель 14, схему 12 совпадения и устройство 9 временной задержки. Излучателем 14 управляющие импульсы генератора 13 преобразуются в оптические зондирующие импульсы, направляемые через оптическое окно 16 вперед вдоль траектории полета боеприпаса.

На нисходящем участке траектории полета зондирующее излучение попадает на подстилающую поверхность, которая рассеивает его во всех направлениях, в том числе часть излучения попадает через оптическое окно 17 взрывателя 4 в приемник 8.

При достижении установленного уровня принятые отраженные сигналы поступают на схему 12 совпадения, где происходит сопоставление с импульсами тактового генератора 13, что исключает прохождение на выход схемы 12 совпадения случайных помеховых сигналов, которые могли бы вызвать несанкционированные траекторные срабатывания.

Сигналы со схемы 12 совпадения поступают на блок 9 задержки, который после не менее двух следующих подряд, без пропуска сигналов со схемы 12 совпадения выдает импульс на выходной ключ 10. Этим обеспечивается исключение несанкционированного срабатывания взрывателя 3 от малоразмерных предметов на местности. Конкретное количество импульсов, на которое задерживается схемой 12 выдача сигнала на выходной ключ 10, а также частота их следования, задаются при изготовлении взрывателя 4 в зависимости от типа боеприпаса, где он устанавливается, и скорости его полета.

Выходной ключ 10 открывается поступившим на него импульсом от схемы 9 задержки и пропускает ток на электровоспламенитель 11, срабатывание которого инициирует чувствительный лучевой детонатор 5, подрывающий наполнение 2 боеприпаса.

Очевидно, что описанный контролируемый подрыв боеприпаса происходит вблизи поверхности, когда уровень рассеянного ею излучения, генерируемого излучателем 14, становится достаточным для обнаружения приемниником 8, а такой подрыв существенно повышает площадь накрытия местности осколками, то есть эффективность поражающего действия боеприпаса увеличивается.

Принимая подстилающую поверхность диффузным рассеивателем, можно оценить обнаружительную способность взрывателя 4. В этом случае при мощности излучения Р, дальности до поверхности R, коэффициенте отражения ρ, угле подхода боеприпаса к поверхности β (от нормали) облученность Е взрывателя 4 рассеянным излучением составит

Коэффициент отражения ρ для большинства типов подстилающих поверхностей составляет величину 0,2-0,4 (см., например, Л.З.Криксунов, Справочник по основам инфракрасной техники, Москва, Советское радио, 1978 г.).

Мощность излучения Р малогабаритных импульсных полупроводниковых лазеров, которые могут быть использованы для создания предконтактного взрывателя 4, составляет единицы ватт, поэтому принимается Р=1Вт . Тогда, согласно приведенной формуле, при подходе боеприпаса к земле под углом β=30° от нормали на расстоянии R=l м от поверхности облученность Е фотоприемника 8 во взрывателе 4 составит Е~(0,3-0,6)×10^-5 Вт/см², а фототок от сигнала (при эффективной поверхности фотоприемника 0,1см² и крутизне его характеристики ~0,5 А/Вт) составит i_s=(0,15-0,3)×10^-6А. При этом среднеквадратичный уровень шума i_ш даже при прямой солнечной засветке, создающей облученность фотоприемника 8 в его спектральной полосе ~10^-2 Вт/см² и соответственно уровень фонового фототока i_ф=0.5×10^-2А:

где е=1.6×10^-19 кулона - заряд электрона;

Δf~10⁵Гц - полоса частот фотоприемного тракта.

Отсюда видно, что даже при такой «жесткой» оценке (заниженной мощности лазера и прямой солнечной засветке) соотношение сигнал/шум составляет 12-24, что с запасом достаточно для уверенного обнаружения рассеянного сигнала не только на расстоянии 1 м от поверхности, принятом для расчета, но и на расстоянии более 2 м.

Эта ориентировочная оценка нашла полное подтверждение при экспериментальной проверке, выполненной с помощью специально разработанного и изготовленного макета описанного приемопередатчика. В результате было получено, что дальность срабатывания по различным типам поверхностей (трава зелёная и сухая, песок глина, пашня, асфальт, бетон и т.д.) находится в диапазоне 2,4-0,5 м, что полностью подтверждает сделанную выше оценку.

Практическая реализуемость предложенного артиллерийского боеприпаса с взрывателем комбинированного действия не вызывает сомнений, поскольку вся необходимая для создания последнего элементная база существует. В качестве одного из ключевых элементов - излучателя 14 может быть применен полупроводниковый импульсный лазер, электронный элемент, широко распространенный в современной технике, а в качестве приемника 8 - фотодиод, обширная номенклатура которых выпускается отечественной промышленностью. Остальные блоки взрывателя 4, показанные на фиг.2, могут быть построены из стандартных цифровых и аналоговых микросхем, а при серийном выпуске боеприпасов по изобретению они могут быть объединены в одну - две специализированные интегральные микросхемы.

Проведенный 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 возможности промышленного серийного изготовления предложенных артиллерийских боеприпасов можно сделать вывод о его соответствии критериям патентоспособности.

Изобретение относится к боеприпасам с комбинированным, контактным и бесконтактным срабатыванием взрывателя. Боеприпас содержит осколочный корпус, взрывчатое наполнение и взрыватель, включающий детонатор, предохранительно-исполнительный механизм и связанный с источником питания электронный блок, содержащий приемник, тактовый генератор и последовательно соединенные устройство задержки, выходной ключ, к которому непосредственно подключен контактный датчик, и электровоспламенитель. Взрыватель установлен в головной части боеприпаса, а электронный блок дополнительно содержит излучатель зондирующих импульсов и схему совпадения, при этом тактовый генератор соединен с излучателем зондирующих импульсов, устройством задержки и с одним их выходов схемы совпадения, к другому выходу которой подключен приемник, причем выход схемы совпадения соединен с входом устройства задержки. Обеспечивается предконтактный подрыв боеприпаса при автономном опосредованном контроле приближения к поверхности падения, независимо от скорости и времени полета. 2 ил.

Артиллерийский боеприпас, содержащий осколочный корпус, взрывчатое наполнение и взрыватель, включающий детонатор, предохранительно-исполнительный механизм и связанный с источником питания электронный блок, содержащий приемник, тактовый генератор и последовательно соединенные устройство задержки, выходной ключ, к которому непосредственно подключен контактный датчик, и электровоспламенитель, отличающийся тем, что взрыватель установлен в головной части боеприпаса, а электронный блок дополнительно содержит излучатель зондирующих импульсов и схему совпадения, при этом тактовый генератор соединен с излучателем зондирующих импульсов, устройством задержки и с одним их выходов схемы совпадения, к другому выходу которой подключен приемник, причем выход схемы совпадения соединен с входом устройства задержки.