ТЕПЛОВАЯ БАТАРЕЯ С УСТРОЙСТВОМ ЗАЩИТЫ ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК H01M6/00 

Изобретение относится к первичным химическим источникам тока одноразового действия, в частности к тепловым батареям, которые могут быть использованы для автономного питания бортовой аппаратуры летательных аппаратов.

Известна тепловая батарея, состоящая из контактирующих между собой анода и катода, при сгорании которых происходит преобразование химической энергии композиций в электрическую энергию (заявка RU №94013374, опубл. 15.05.1997 г., МПК F42C 11/00, H01M 6/20). Недостатком данного изобретения является недостаточно высокая надежность работы батареи из-за возможного несанкционированного срабатывания от воздействия высокочастотного электромагнитного поля.

Известно устройство для воспламенения газогенератора, состоящее из корпуса, порошкообразной воспламенительной смеси, размещенной в корпусе, воспламенителя, внешнего электронного модуля, расположенного вне корпуса газогенератора, и устройства защиты от электромагнитного излучения в виде соединенного с воспламенителем конденсатора, расположенного вне корпуса газогенератора и подключенного параллельно электронному модулю (заявка JP №2008284115, МПК F42B 3/12, от 05.11.2008 г.). Недостатком данного устройства является недостаточно высокая надежность работы устройства из-за слабой защищенности от воздействия высокочастотных электромагнитных полей.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является тепловая батарея, состоящая из герметично соединенных между собой металлического корпуса и металлической крышки, с размещенными внутри металлического корпуса пиротехнической и электрохимической смесями, а также нитью пиротехнического запала, соприкасающейся с пиротехнической смесью (И.А.Кедринский, В.Е.Дмитриенко, И.И.Грудянов. Литиевые источники тока. Москва, Энергоатомиздат, 1992, ISSN 5-283-00820-7, стр.172-173). На крышке тепловой батареи расположены первый и второй выводы запальной цепи, а также положительный и отрицательный токоотводы. Недостатком данной тепловой батареи является недостаточно высокая надежность работы из-за несанкционированного срабатывания от воздействия высокочастотных электромагнитных полей.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанного выше недостатка и создание надежной тепловой батареи с устройством защиты от электромагнитного излучения, обеспечивающим защиту от несанкционированного срабатывания в широком диапазоне частот электромагнитных помех.

Поставленная задача решается за счет того, что тепловая батарея с устройством защиты от электромагнитного излучения состоит из герметично соединенных между собой металлического корпуса и металлической крышки, при этом внутри металлического корпуса размещены соприкасающиеся между собой пиротехническая и электрохимическая смеси, и нить пиротехнического запала, притом нить пиротехнического запала соприкасается с пиротехнической смесью, при этом на металлической крышке установлены первый и второй выводы запальной цепи, по крайней мере, один положительный токоотвод и один отрицательный токоотвод, внешние концы первого и второго выводов запальной цепи соединены с командным узлом взведения батареи, внутри металлического корпуса установлены ограничивающий резистор и конденсатор, при этом внутренний конец первого вывода запальной цепи соединен с первым выводом конденсатора и с первым концом нити пиротехнического запала, второй конец нити пиротехнического запала соединен со вторым выводом конденсатора и с первым выводом ограничивающего резистора, второй вывод ограничивающего резистора соединен с внутренним концом второго вывода запальной цепи.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

на фиг.1 - вид сверху тепловой батареи с устройством защиты от электромагнитного излучения; на фиг.2 - вид сбоку в разрезе тепловой батареи с устройством защиты от электромагнитного излучения.

На фиг.1, 2 обозначены:

1 - внешний конец первого вывода запальной цепи;

2 - внешний конец второго вывода запальной цепи;

3 - крышка;

4 - первый вывод ограничивающего резистора;

5 - второй вывод ограничивающего резистора;

6 - первый конец нити пиротехнического запала;

7 - второй конец нити пиротехнического запала;

8 - внутренний конец первого вывода запальной цепи;

9 - внутренний конец второго вывода запальной цепи;

10 - первый вывод конденсатора;

11 - второй вывод конденсатора;

12 - корпус батареи;

13 - пиротехническая смесь;

14 - отрицательный токотвод;

15 - положительный токоотвод;

16 - электрохимическая смесь.

Предлагаемая тепловая батарея с устройством защиты от электромагнитного излучения, которая представлена на фиг.1, 2, состоит из металлического корпуса 12, в котором размещены конденсатор, ограничивающий резистор, нить пиротехнического запала и соприкасающиеся между собой пиротехническая 13 и электрохимическая 16 смеси. Металлический корпус 12 закрыт металлической крышкой 3, на которой установлены первый и второй выводы запальной цепи, по крайней мере один положительный токоотвод и один отрицательный токоотвод, при этом внутренний конец первого вывода запальной цепи 8 соединен с первым выводом конденсатора 10 и с первым концом нити пиротехнического запала 6, а второй вывод конденсатора 11 соединен с вторым концом нити пиротехнического запала 7 и с первым выводом ограничивающего резистора 4, второй вывод ограничивающего резистора 5 соединен со внутренним концом второго вывода запальной цепи 9. Нить пиротехнического запала соприкасается с пиротехнической смесью 13. Внешний конец первого 1 и внешний конец второго 2 выводов запальной цепи соединены с командным узлом взведения батареи. Отрицательный токоотвод 14 и положительный токоотвод 15 соединены с потребителями, например с блоком автоматики, инерциальной системой управления, головкой самонаведения.

Тепловая батарея предназначена для кратковременного автономного питания бортовой аппаратуры БПЛА и должна в состоянии готовности без ухудшения рабочих характеристик обеспечивать срок хранения до 15 лет при достаточно жестких условиях эксплуатации: температура: ±60°C, вибрации, перегрузки. При размещении БПЛА на носителе, например на авиационном, морском или наземном, электромагнитное излучение различных радиоэлектронных устройств носителя может создавать наводки в цепях, соединенных с выводами запальной цепи тепловой батареи БПЛА. Во время полета авиационного носителя (или движения наземного или морского носителя) возникают наводки на электрические цепи БПЛА от воздействия электромагнитных полей носителя и от воздействия радиолокационной станции, таким образом, при эксплуатации (до взведения) тепловые батареи подвергаются большим механическим нагрузкам (удары, вибрация), а также воздействию электромагнитного излучения.

В предлагаемом устройстве электрохимическая и пиротехническая смеси представляют собой твердые непроводящие материалы. Электрохимическая смесь может состоять из LiCl-KCl, а анод тепловой батареи может быть выполнен из сплава Li-Si, который остается твердым при температуре разряда батареи. Анод, катод и электрохимическая смесь (электролит) могут быть выполнены в виде таблеток, припрессованных друг к другу или соединенных каким-либо другим способом (с помощью стяжки, пружины и т.п.). Командный узел взведения БПЛА может быть расположен на носителе или внутри БПЛА в блоке автоматики.

Для взведения тепловой батареи применяется пиротехнический запал, приводимый в действие электрическим импульсом. Пиротехнический запал может быть выполнен в виде нити (проволочки с высоким удельным сопротивлением), которая располагается внутри пиротехнической смеси. При пропускании тока нить раскаляется и поджигает смесь.

При использовании тепловой батареи в качестве источника электроэнергии беспилотного летательного аппарата (БПЛА) необходимо обеспечить сохранность (не взведение) ее запала в условиях воздействия высокочастотных электромагнитных полей при хранении и эксплуатации. При больших наводках в запальной цепи может возникнуть ток достаточно большой величины, близкой к величине тока срабатывания, и это может привести к несанкционированному запуску тепловой батареи.

Для исключения несанкционированного срабатывания при использовании тепловой батареи, в условиях воздействия электромагнитных полей, как правило, экранируют ее запальную цепь, и вводят в эту цепь RC-фильтр, расположенный в отдельном экранированном корпусе.

В предлагаемом устройстве фильтр, не пропускающий высокочастотные помехи к нити запала, размещен в герметичном металлическом корпусе самой тепловой батареи, это позволяет также снизить габариты и вес БПЛА за счет того, что нет необходимости использовать дополнительный экранированный корпус для фильтра. При этом в фильтре предлагаемого устройства могут быть использованы ограничивающий резистор самой тепловой батареи и бескорпусной конденсатор, что позволяет повысить эффективность фильтра при сокращении его габаритов. Размещение фильтра внутри экранирующего металлического корпуса батареи позволяет исключить наводки не только на внешние цепи запала, но и на цепь от нити пиротехнического запала до RC-фильтра.

Рассмотрим работу тепловой батареи с устройством защиты от электромагнитного излучения на примере работы устройства, представленного на фиг.1, 2.

Во время полета авиационного носителя (или движения наземного или морского носителя) возникают наводки на электрические цепи БПЛА, в частности на запальную цепь тепловой батареи, от воздействия электромагнитных полей носителя и от воздействия радиолокационной станции. Фильтр нижних частот отфильтровывает высокочастотные наводки, это позволяет исключить подачу ложного сигнала на нить пиротехнического запала и избежать несанкционированного срабатывания тепловой батареи.

Командный узел взведения батареи подает импульс напряжения на внешние концы первого и второго выводов запальной цепи, нить пиротехнического запала раскаляется и воспламеняет пиротехническую смесь, которая расплавляет электрохимическую смесь (или твердый электролит). На аноде и на катоде вырабатывается электрическое напряжение, которое поступает к потребителям (блоку автоматики, головке самонаведения и другим). Ограничивающий резистор кроме элемента фильтра выполняет роль предохранителя, так как при поступлении длительного импульса и замыкании выводов запальной цепи он выгорает и цепь разрывается, что позволяет уменьшить электропотребление.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет исключить несанкционированное срабатывание от высокочастотного электромагнитного излучения и уменьшить вес БПЛА. Предлагаемое устройство может быть использовано в БПЛА с длительным гарантийным сроком и температурой хранения и эксплуатации ±60°C, а также при вибрациях и линейных ускорениях.

Техническим результатом является повышение надежности работы тепловой батареи путем введения в запальную цепь фильтра и размещения этого фильтра в корпусе самой батареи.

Представленные чертежи и описание устройства позволяют, используя существующую элементную базу, изготовить устройство промышленным способом, что характеризует предлагаемое изобретение как промышленно применимое.

Техническое решение относится к первичным химическим источникам тока одноразового действия, в частности к тепловым батареям, которые могут быть использованы для автономного питания бортовой аппаратуры летательных аппаратов. Предлагаемая тепловая батарея может быть использована в БПЛА с длительным гарантийным сроком и температурой хранения и эксплуатации ±60°С. Технический результат заключается в повышении надежности работы батареи, так как исключает возможность ее несанкционированного срабатывания из-за высокочастотных наводок от носителя. Предлагаемое устройство состоит из тепловой батареи с размещенным в ее корпусе RC-фильтром. 2 ил.

Тепловая батарея с устройством защиты от электромагнитного излучения, состоящая из герметично соединенных между собой металлического корпуса и металлической крышки, при этом внутри металлического корпуса размещены соприкасающиеся между собой пиротехническая и электрохимическая смеси, и нить пиротехнического запала, притом нить пиротехнического запала соприкасается с пиротехнической смесью, при этом на металлической крышке установлены первый и второй выводы запальной цепи, по крайней мере, один положительный токоотвод и один отрицательный токоотвод, отличающаяся тем, что внешние концы первого и второго выводов запальной цепи соединены с командным узлом взведения батареи, внутри металлического корпуса установлены ограничивающий резистор и конденсатор, при этом внутренний конец первого вывода запальной цепи соединен с первым выводом конденсатора и с первым концом нити пиротехнического запала, второй конец нити пиротехнического запала соединен со вторым выводом конденсатора и с первым выводом ограничивающего резистора, второй вывод ограничивающего резистора соединен с внутренним концом второго вывода запальной цепи.