УСТРОЙСТВО УСТАНОВКИ ВЗРЫВАТЕЛЯ Российский патент 2009 года по МПК F42C17/00 

Изобретение относится к взрывателям боеприпасов, а более конкретно к приборам для установки взрывателей артиллерийских снарядов в момент выстрела путем бесконтактного ввода энергии и информации в схему дистанционного инициирования, конструктивное выполнение которых представляет собой варианты, связанные единым изобретательским замыслом.

Уровень данной области техники характеризует система установки взрывателя для введения энергии во взрыватель малокалиберных артиллерийских снарядов при выстреле, описанная в патенте US 4022102, F42C 17/00, 1976 г., которая содержит выполненный в форме катушки индуктивности приемник, смонтированный во взрывателе снаряда, и передающее устройство, связанное через компьютер (вычислительный блок) с запускающей электромагнитной катушкой, закрепленной в надульнике из немагнитного материала, закрепленного на стволе орудия.

Вычислительный блок электрически связан непосредственно со второй соосной катушкой индуктивности надульника, взаимодействующей с приемной катушкой индуктивности взрывателя при движении снаряда во время выстрела. Переменный магнитный поток согласно закону электромагнитной индукции приводит к возникновению переменной эдс на выводах приемной катушки и появлению тока, обеспечивающего заряд конденсатора в структуре взрывателя, аккумулирующего выработанную таким образом электрическую энергию, которая расходуется на функционирование исполнительных элементов и систем взрывателя.

Наиболее близким аналогом предложенному устройству по числу совпадающих признаков и технической сущности выбрано устройство для установки взрывателя путем введения во время выстрела энергии и информации о пространственном положении снаряда относительно ствола, содержащее соосные стволу орудия источник магнитного поля и приемную катушку индуктивности, размещенную во взрывателе, которое описано в изобретении SU 4955279, F42C 17/04, 1990.

Недостатком известного устройства установки взрывателя является неудовлетворительная точность информации о реальной дистанции подрыва снаряда по причине плавного изменения наведенной переменной эдс, служащей косвенной характеристикой времени полета до цели, что определяет относительно высокий разброс инициирования по дистанции и, следовательно, снижение кучности подрыва снарядов у цели.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение точности установки взрывателя и его функциональной надежности по назначению.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном устройстве для установки взрывателя снарядов, содержащем соосные стволу орудия источник магнитного поля и приемную катушку индуктивности, размещенную во взрывателе, предназначенные для введения во время выстрела энергии и информации о пространственном положении снаряда относительно орудия, согласно изобретению, оно снабжено дополнительным источником магнитного поля, установленным вдоль ствола орудия на расстоянии от основного, и вычислительным блоком, установленным во взрывателе, при этом источники магнитного поля выполнены в виде смонтированных на стволе орудия двух состыкованных одноименными полюсами продольно намагниченных кольцевых постоянных магнитов, сердечник приемной катушки индуктивности электрически связан с вычислительным блоком, а катушка индуктивности выполнена с ферромагнитными фланцами, причем ферромагнитные фланцы сердечника приемной катушки индуктивности взрывателя сопряжены с внутренним профилем снаряда, при этом устройство снабжено установленными на торцах кольцевых постоянных магнитов магнитопроводами в форме шайб, примыкающих к наружной поверхности ствола орудия, и демпфирующими прослойками, через которые кольцевые постоянные магниты установлены на стволе орудия.

Отличительные признаки расширили технологические возможности устройства установки взрывателя, обеспечив дополнительно к вводу энергии передачу информации о дистанции инициирования подрыва снаряда с более высокой точностью относительно реальной начальной скорости снаряда, вычисление которой осуществляется автономно на борту каждого снаряда.

При этом обеспечивается введение большего потенциала электрической энергии для питания исполнительных структурных элементов взрывателя артиллерийских снарядов при выстреле, а также автономность установки взрывателей при повышенной точности инициирования в непосредственной близости от цели в зависимости от реальной начальной скорости снарядов на срезе ствола.

Выполнение источника магнитного поля в виде продольно намагниченного кольцевого постоянного магнита, на торцах которого установлены магнитопроводы в форме шайб, примыкающих к наружной поверхности ствола, обеспечивает магнитное насыщение ствола из ферромагнитного материала и, следовательно, его относительную магнитную проницаемость на участке между разноименными полюсами постоянного магнита, в результате чего внутри ствола формируется магнитное поле.

Формируемый магнитный поток является достаточным для активного взаимодействия в динамике его силовых линий с поперечно перемещающимся в канале ствола сердечником в форме приемной катушки индуктивности взрывателя снаряда при выстреле.

При пересечении силовых линий магнитного потока приемной катушкой индуктивности взрывателя генерируется переменная эдс, потенциал которой накапливается в электрической схеме взрывателя.

Торцевые магнитопроводы в форме шайб, пространственно расположенных нормально поверхности ствола, формируют концентрированный ввод-вывод магнитного потока через участок ствола между полюсами постоянного магнита. Размещение сформированных таким образом концентраторов магнитного поля в непосредственной близости от его источника (когда торцевые магнитопроводы примыкают к внутреннему профилю взрывателя) обеспечивает передачу максимальной энергии на приемную катушку взрывателя для автономного электропитания структурных элементов взрывателя.

Выступающие над сердечником ферромагнитные фланцы выполняют функции концентраторов магнитного потока, предотвращая его рассеивание, замыкая силовые линии магнитного поля, что обеспечивает направление магнитного потока внутрь ствола.

Состыковка одноименными полюсами постоянных магнитов описанной конструкции обеспечивает уменьшение сопротивления между внешними полюсами сборного источника магнитного поля и стволом.

Аналогичный сигнал с последующего источника магнитного поля предложенной конструкции позволяет точно измерить время прохождения фиксированного отрезка между датчиками и вычислить по формуле Ледюка реальную скорость снаряда в канале ствола и начальную скорость на дульном срезе (см. М.Б.Серебров. «Внутренняя баллистика». Гос. издательство оборонной промышленности, 1949 г., с.408).

Таким образом, изобретение позволяет ввести во взрыватель энергию и дополнительно информацию о пространственном местоположении снаряда относительно ствола.

Кроме того, прочная магнитная связь опирающихся на поверхность ствола шайб с торцами кольцевых постоянных магнитов обеспечивает их конструктивное единство и стабильную концентричность последних с гарантированным зазором относительно ствола.

При этом в динамике стрельбы обеспечивается демпфирование возникающих нагрузок на хрупкий постоянный магнит, который опирается на своеобразный воздушный буфер для снижения вибрации магнита, при которой уменьшается его магнитное поле.

В качестве конструктивного варианта механического демпфирования постоянных магнитов используется кольцевая прослойка из упругого материала, смонтированная между стволом и постоянным магнитом, которая дополнительно служит его термоизоляцией.

Выполнение источника магнитного поля в виде двух смонтированных на стволе орудия, состыкованных одноименными полюсами, продольно намагниченных кольцевых постоянных магнитов вышеописанной конструкции образует датчик, чувствительный к динамике электромагнитной индукции, в результате чего формируется амплитудный сигнал крутой формы, который имеет строгую координатную привязку местоположения снаряда посредством приемной катушки индуктивности взрывателя в стволе орудия.

При пересечении приемной катушкой индуктивности плоскости сопряжения постоянных магнитов, состыкованных одноименными полюсами, меняется полярность магнитного потока. Это, по крайней мере, удваивает скорость изменения магнитного потока dФ/dt, что обеспечивает повышение наводимой эдс в приемной катушке и, соответственно, увеличение вводимой во взрыватель энергии.

В результате наведенная эдс увеличивается не аддитивно, а возникает кратно большее по амплитуде пиковое значение, которое точно фиксирует координатное положение снаряда в канале ствола. Скачкообразное изменение направления магнитного поля вызывает появление импульса эдс очень крутых фронтов, что позволяет произвести точную «засечку» момента прохождения снаряда через центр магнитной системы, образованной двумя кольцевыми магнитами, состыкованными одноименными полюсами.

Таким образом, изобретение позволяет во время выстрела ввести во взрыватель энергию и дополнительно информацию о пространственном местоположении снаряда относительно ствола.

Оснащение сердечника приемной катушки индуктивности ферромагнитными фланцами, сопряженными с внутренним профилем снаряда (максимально возможными в стесненном объеме взрывателя), позволяет на 60% увеличить концентрацию магнитного потока, проникающего внутрь ствола, что повышает полезный сигнал электромагнитной индукции.

Посредством электрической связи сердечника приемной катушки индуктивности взрывателя с вычислительным блоком, установленным во взрывателе, осуществляется автономная корректировка дистанции подрыва в снаряде в зависимости от реальной его скорости, измеренной предложенным устройством в канале ствола.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность 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 признаков.

Сущность изобретения поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративные цели и не ограничивает объема притязаний совокупности существенных признаков формулы. На чертеже схематично изображены:

на фиг.1 - устройство неконтактного ввода энергии;

на фиг.2 - вид А на фиг.1;

на фиг.3 - график распределения магнитного потока под постоянным кольцевым магнитом на фиг.1;

на фиг.4 - график изменения наведенной эдс в приемной катушке взрывателя при прохождении снаряда по стволу;

на фиг.5 - предложенное устройство ввода энергии (вариант);

на фиг.6 - график распределения магнитного потока под системой встречно состыкованных магнитов на фиг.5;

на фиг.7 - график изменения наведенной эдс в приемной катушке при движении относительно системы магнитов на фиг.5.

Условно не показано устройство для ввода энергии и информации, где последовательно на стволе орудия установлено две системы магнитов, изображенных на фиг.5.

Устройство установки взрывателя 1 малокалиберных (25-, 30- мм) артиллерийских снарядов 2 содержит размещенные во взрывателе 1 вычислительный блок 3, электрически связанный с приемной катушкой 4 индуктивности, сердечник 5 которой оснащен ферромагнитными фланцами 6 (фиг.2), периферией примыкающими к внутреннему профилю взрывателя 1 для максимального концентрирования силовых линий магнитного потока, формируемого в канале ствола 7 орудия распределенными источниками 8 магнитного поля, конструкция которых идентична.

Каждый источник 8 магнитного поля содержит по два постоянных кольцевых магнита 9 и 10, намагниченных продольно и состыкованных одноименными полюсами при коаксиальном размещении на стволе 7 орудия.

На торцах кольцевых магнитов 9, 10 установлены магнитопроводы 11 в форме шайб, примыкающих к наружной поверхности ствола 7 орудия.

Магнитопроводы 11 являются несущими элементами для постоянных магнитов 9, 10, которые с радиальным зазором 12 расположены относительно ствола 7, что предотвращает прямую передачу тепловых и механических нагрузок со стороны ствола 7 в динамике автоматической высокотемповой стрельбы.

Источники 8 магнитного поля зафиксированы в заданном положении на стволе 7, координаты которых установлены в вычислительном блоке 3 взрывателя 1.

Функционирует устройство следующим образом.

При выстреле снаряд 2 проходит последовательно два источника 8 магнитного поля, разнесенные на заданное расстояние вдоль ствола 7 орудия.

В приемной катушке 4 взрывателя 1, пресекающей изменяющееся в пространстве магнитное поле первого по ходу источника 8, формируется импульс эдс, который используется как запасаемый на борту источник энергии для электропитания структурных элементов взрывателя 1.

Крутой фронт этого импульса эдс, который возникает при пересечении места стыка катушек 9 и 10 (фиг.5), используется в вычислительном блоке 3 в качестве сигнала отсчета интервала времени Δt, в течение которого снаряд 2 проходит до центра второго источника.

В приемной катушке 4 при прохождении второго источника 8 магнитного поля возникает импульс эдс аналогично вышеописанному, крутым фронтом которого вычислительный блок 3 фиксирует интервал времени Δt.

Таким образом во взрыватель 1 поступает информация о точном времени прохождения заданного отрезка снарядом 2 в канале ствола 7, что определенно характеризует реальную скорость, вычисленную с высокой точностью.

Аналогичным образом ввод энергии и информации осуществляется в более простом по конструкции устройстве фиг.3, но с меньшей точностью вырабатываемых управляющих сигналов.

Характерной особенностью предложенных вариантов устройства является то, что информация о скорости движения каждого снаряда 2 формируется непосредственно на борту, минуя перегрузку от чувствительных элементов в стационарное вычислительное устройство на обработку и последующую передачу во взрыватель 1 через передающую катушку, как это происходит в прототипе.

В вычислительном устройстве 3 происходит сравнение заданной расчетной скорости снарядов 2 с реально измеренной скоростью каждого из них и по разнице вырабатывается временная поправка на подрыв в непосредственной близости у цели.

Таким образом осуществляется установка взрывателя (ввод данных) по разным параметрам: передача энергии для его функционирования и дополнительно информация о реальной скорости снарядов в очереди для уточнения дистанции подрыва каждого из них.

Предложенное техническое решение обеспечило повышение эффективности основного действия артиллерийских снарядов по назначению.

Действующая модель предложенного устройства была испытана в тире Филиала предприятия, результаты опытов подтвердили эффективность действия и целесообразность промышленного внедрения конструкции, для чего составлена программа на проведение ОКР.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следуют для специалиста по телеметрии, показал, что оно не известно, а с учетом возможности промышленного серийного оснащения артиллерийских систем устройством автоматического индукционного управления и регулирования дистанцией подрыва снарядов во время выстрела можно сделать вывод о соответствии его критериям патентоспособности.

Устройство содержит соосные стволу орудия источник магнитного поля и приемную катушку индуктивности, размещенную во взрывателе, предназначенные для введения во время выстрела энергии и информации о пространственном положении снаряда относительно ствола орудия. Для повышения точности установки и функциональной надежности взрывателя оно снабжено дополнительным источником магнитного поля, установленным вдоль ствола орудия на расстоянии от основного, и вычислительным блоком, установленным во взрывателе. При этом источники магнитного поля выполнены в виде смонтированных на стволе орудия двух состыкованных одноименными полюсами продольно намагниченных кольцевых постоянных магнитов, сердечник приемной катушки индуктивности электрически связан с вычислительным блоком, а катушка индуктивности выполнена с ферромагнитными фланцами, которые могут быть сопряжены с внутренним профилем снаряда. Устройство может быть снабжено установленными на торцах кольцевых постоянных магнитов магнитопроводами в форме шайб, примыкающих к наружной поверхности ствола орудия, и демпфирующими прослойками, через которые кольцевые постоянные магниты установлены на стволе орудия. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для установки взрывателя снарядов, содержащее соосные стволу орудия источник магнитного поля и приемную катушку индуктивности, размещенную во взрывателе, предназначенные для введения во время выстрела энергии и информации о пространственном положении снаряда относительно ствола орудия, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным источником магнитного поля, установленным вдоль ствола орудия на расстоянии от основного, и вычислительным блоком, установленным во взрывателе, при этом источники магнитного поля выполнены в виде смонтированных на стволе орудия двух состыкованных одноименными полюсами продольно намагниченных кольцевых постоянных магнитов, сердечник приемной катушки индуктивности электрически связан с вычислительным блоком, а катушка индуктивности выполнена с ферромагнитными фланцами.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ферромагнитные фланцы сердечника приемной катушки индуктивности взрывателя сопряжены с внутренним профилем снаряда.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно снабжено установленными на торцах кольцевых постоянных магнитов магнитопроводами в форме шайб, примыкающих к наружной поверхности ствола орудия.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно снабжено демпфирующими прослойками, через которые кольцевые постоянные магниты установлены на стволе орудия.