БОЕПРИПАС НЕКОНТАКТНОГО ДЕЙСТВИЯ С ДИСТАНЦИОННЫМ ЛАЗЕРНЫМ ВЗРЫВАТЕЛЕМ Российский патент 2013 года по МПК F42C13/02 

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано в реактивных боеприпасах для определения оптимального момента подрыва боеприпаса.

Известно бортовое устройство с лазерным блоком для обнаружения целей (патент США №5138947, МПК: F42C 13/02, опубл. 18.08.1992), состоящее из источника оптического излучения, коллимирующей линзы, двух зеркал и фотоприемника.

Зеркала установлены на подвижную панель, которая фиксируется в двух положениях. Одно из зеркал плоское и выполнено в форме уголкового отражателя. Второе зеркало выполнено фокусирующим. В первом положении панели оба зеркала находятся внутри корпуса устройства и лазерное излучение не выходит наружу. Во втором положении панели излучение источника, установленного в фокальной плоскости коллимирующей линзы, отражается от первого зеркала и выводится наружу в направлении "вперед и вбок," относительно направления движения боеприпаса. Оптическое излучение от поверхности цели отражается вторым зеркалом на фотоприемник, установленный в фокусе этого зеркала. Фотоприемник преобразует оптический сигнал в электрический и производит его дальнейшую обработку.

Недостатком данного устройства является низкая вероятность обнаружения малогабаритных целей и, следовательно, низкая надежность срабатывания по целям такого типа, а также недостаточная защищенность от оптических помех. К недостаткам следует отнести и невысокую точность установки заданной дальности срабатывания, поскольку пересечение осей диаграммы направленности источника оптического излучения и диаграммы чувствительности фотоприемника на определенном расстоянии от боеприпаса обеспечивается только технологически, и значительное ухудшение аэродинамических параметров боеприпаса при включении данного устройства и, в результате, невозможность его использования при высоких скоростях движения боеприпаса.

Известен оптический блок (патент РФ №2151372, МПК: F42C 13/02, опубл. 27.03.2005), состоящий из источника оптического излучения, установленного в фокальной плоскости коллимирующей линзы, системы светоделения, установленной между коллимирующей линзой и защитным стеклом, фокусирующей линзы, фотоприемника и светофильтра, установленного между фокусирующей линзой и фотоприемниками.

Указанный блок работает следующим образом.

Оптическое излучение источника, сколлимированное линзой, делится системой светоделения на два одинаковых пучка и через защитное стекло выводится наружу боеприпаса. При наличии цели на дистанции срабатывания датчика, излучение отражается от ее поверхности и через фокусирующую линзу и светофильтр попадает на фотоприемник, который преобразует оптический сигнал в электрический и производит его дальнейшую обработку. Формируемые два пучка оптического излучения зондируют каждый свой сектор пространства вокруг боеприпаса, а фокусирующая линза и фотоприемники формируют две приемные диаграммы чувствительности оптического блока.

Недостатками указанного блока являются значительные габаритные размеры из-за необходимости обеспечения базы, расстояния между приемником и излучателем, причем уменьшение базы снижает точность определения дистанции. Система светоделения указанного блока требует юстировки: технологического процесса установки пересечения оси диаграммы направленности зондирующих пучков источника и оси соответствующих диаграмм чувствительности фотоприемников на требуемом расстоянии от боеприпаса, в результате чего оптический блок обнаруживает только те цели, которые находятся на заданном расстоянии от боеприпаса, что снижает его универсальность.

Известен оптический дистанционный взрыватель (патент ФРГ PS №2949521, МПК: F42C 13/02, опубл. 21.10.82), состоящий из источника оптического излучения, работающего в пульсирующем режиме, коллимирующей и фокусирующей линз и фотоприемника.

Фотоприемник установлен таким образом, что ось диаграммы направленности источника оптического излучения пересекает ось диаграммы чувствительности фотоприемника на определенном расстоянии от боеприпаса, в результате чего дистанционный взрыватель срабатывает только при наличии цели на заданном расстоянии. Излучение от источника проходит через коллимирующую линзу, отражается от поверхности цели и, если она находится на заданном расстоянии от боеприпаса, через фокусирующую линзу попадает на фотоприемник, который преобразует оптический сигнал в электрический и производит его дальнейшую обработку.

Недостатком этого устройства является низкая вероятность обнаружения малогабаритных целей и, в результате чего, низкая надежность срабатывания по целям такого типа, а также невысокая точность установки заданной дальности срабатывания, поскольку пересечение осей диаграммы направленности источника оптического излучения и диаграммы чувствительности фотоприемника на определенном расстоянии от боеприпаса обеспечивается только технологически. Кроме этого данное устройство имеет значительные габаритные размеры и недостаточную защищенность от оптических помех.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание боеприпаса разрывного действия, обеспечивающего надежное неконтактное срабатывание на заданной дистанции от цели, имеющего требуемый уровень защищенности от оптических помех.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный боеприпас неконтактного действия с дистанционным лазерным взрывателем содержит корпус с взрывчатым веществом, взрыватель, в корпусе которого размещены источник питания, детонатор, предохранительно-взводящий механизм и соединенный с указанным механизмом датчик цели, при этом датчик цели содержит, как минимум, один, предпочтительно, не менее двух приемоизлучающих каналов, каждый из которых включает электронный блок, импульсный источник оптического излучения и фотоприемник, соединенные с электронным блоком, при этом оптические оси импульсного источника оптического излучения и фотоприемника, образующих приемоизлучающий канал, направлены под углом ≤90° к продольной оси боеприпаса по направлению движения и расположены со смещением друг относительно друга, преимущественно параллельно или практически параллельно, причем расстояние между оптическими осями излучателя и фотоприемника выбрано из условия l≥(d_и+d_п)/2, где d_и и d_п - наибольшие диаметры излучателя и фотоприемника соответственно, при этом приемоизлучающие каналы размещены вокруг продольной оси боеприпаса, через равные или практически равные угловые промежутки в радиальном направлении.

В варианте выполнения, необходимое количество излучателей/зондирующих оптических пучков k в оптическом датчике цели определено из одновременного выполнения следующих условий, при которых: высота боеприпаса над подстилающей поверхностью находится в диапазоне h∈[h_min, h_max], где h=f(υ, α, t) - высота над подстилающей поверхностью, υ - скорость подхода боеприпаса к цели/подстилающей поверхности, α - угол подхода боеприпаса к цели/ подстилающей поверхности; t - время; h_max - максимальная заданная высота срабатывания; h_min - минимальная заданная высота срабатывания, дистанция до подстилающей поверхности по оси оптического излучения $$L_i\left(t\right)=f\left(\nu ,\alpha ,\beta ,{\varphi }_i\left({\varphi }_i^0,n,t\right),t\right)$$ , где L_i - дистанция до подстилающей поверхности по оси оптического излучения, i=1, …, k, υ - скорость подхода боеприпаса к цели/подстилающей поверхности; α - угол подхода боеприпаса к цели/подстилающей поверхности; β - угол между продольной осью боеприпаса и осью диаграммы направленности излучателя - угол установки излучателя; n - частота вращения боеприпаса вокруг продольной оси; φ_i - угол поворота i излучателя в плоскости, перпендикулярной продольной оси боеприпаса, причем $${\varphi }_i\left(t\right)\in \left[{\varphi }_i^0,\left({\varphi }_i^0+\frac{2\pi }{k}\right)\right]$$ ,

где $${\varphi }_i^0$$ - исходное угловое положение i излучателя в момент достижения боеприпасом высоты h_max, причем $${\varphi }_i^0={\varphi }_1^0+\left(i-1\right)\frac{2\pi }{k}$$ , $${\varphi }_1^0\in \left[\mathrm{0,2}\pi \right]$$ ; t - время, находится, хотя бы для одного i излучателя, в установленном диапазоне измерения L_i(t)∈[L_min, L_max], при этом $$\left(\left[t_{L_{\min }},t_{L_{\max }}\right]\cap \left[t_{h_{\min }},t_{h_{\max }}\right]\right)\le T$$ ,

где T - временной интервал одного рабочего цикла определения дистанции.

В варианте выполнения, для повышения устойчивости боеприпаса к воздействию малоразмерных помех в электронном блоке реализован алгоритм одновременного функционирования, как минимум, двух приемоизлучающих каналов и проверки наличия регистрации сигналов идентификации цели одновременно по двум или более одновременно функционирующим приемоизлучающим каналам.

В варианте выполнения, одновременно функционирующие приемоизлучающие каналы, используемые для проверки наличия одновременной регистрации сигналов идентификации цели, установлены вокруг продольной оси боеприпаса на максимальном угловом расстоянии друг от друга в радиальном направлении, преимущественно диаметрально противоположно.

Техническим результатом, достигаемым заявляемым изобретением, является создание боеприпаса, обладающего повышенной эффективностью поражения цели, за счет подрыва на оптимальной дистанции от цели.

Технический результат достигается за счет того, что в предложенном боеприпасе разрывного действия с дистанционным лазерным взрывателем, содержащем корпус с взрывчатым веществом, взрыватель, в корпусе которого размещены взрыватель, включающий источник питания, детонатор, предохранительно-взводящий механизм, оптический датчик цели, в котором согласно изобретению в качестве источника оптического излучения применен импульсный лазерный диод, а в электронном блоке для обработки отраженного сигнала применен алгоритм реализующий время - импульсный метод анализа дистанции до цели. Излученные световые импульсы отражаются от поверхности цели и регистрируются фотоприемником с последующим анализом электронным блоком. Регистрацию отраженного сигнала осуществляют через временной интервал, определяющий дистанцию идентификации цели: с момента излучения светового импульса до открытия временного окна, продолжительностью которого задают погрешность определения дистанции.

Заявляемое устройство обеспечивает подрыв боеприпаса на оптимальной дистанции от цели, не требует настройки в процессе производства, позволяет устанавливать дистанцию подрыва непосредственно перед боевым применением боеприпаса, что расширяет область применения боеприпаса.

Изменение дистанции обнаружения цели осуществляется изменением установок в электронном блоке, что делает предлагаемое устройство более универсальным по сравнению с прототипом.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлено схематическое изображение поперечного сечения боеприпаса разрывного действия с дистанционным лазерным взрывателем, показан угол β установки излучателей; на фиг.2 представлена расчетная схема для варианта исполнения с k излучателями.

Боеприпас неконтактного действия с дистанционным лазерным взрывателем содержит корпус 1 с взрывчатым веществом 2, взрыватель 3, в корпусе которого размещены источник питания 4, детонатор 5, предохранительно-взводящий механизм 6, оптический датчик цели 7, содержащий, как минимум, два приемоизлучающих канала, состоящих из источника оптического излучения 8 и фотоприемника 9, соединенных с электронным блоком 10.

Боеприпас неконтактного действия с дистанционным лазерным взрывателем работает следующим образом.

Световые импульсы от источника излучения 8 выводятся наружу корпуса взрывателя 3 в сторону возможной цели. При наличии цели излучение отражается от ее поверхности и регистрируется фотоприемником 9. Далее электронный блок 10 анализирует принятый сигнал на соответствие величины t - временного интервала, отсчитываемого с момента излучения импульса до момента регистрации сигнала, заданного временной установкой T. Величина временной установки T вводится перед боевым применением боеприпаса в электронный блок 10 и равна времени прохождения светового импульса от боеприпаса до цели и обратно в момент соответствия расстояния между боеприпасом и целью требуемой дистанции детектирования, т.е. Т=2R/c, где c - скорость света, R - требуемая дистанция детектирования цели.

При выполнении условия t=T, с заданной точностью, электронный блок определяет принятый сигнал как «рабочий» и выдает сигнал идентификации цели.

Использование предложенного технического решения позволит создать боеприпас, обладающий повышенной эффективностью поражения цели, имеющий расширенную область применения.

Изобретение относится к области вооружений, в частности к неконтактным взрывателям реактивных боеприпасов. Боеприпас неконтактного действия с дистанционным лазерным взрывателем содержит корпус с взрывчатым веществом, взрыватель, в корпусе которого размещены источник питания, детонатор, предохранительно-взводящий механизм и соединенный с указанным механизмом оптический датчик цели. Оптический датчик цели содержит электронный блок, два приемоизлучающих канала, каждый из которых содержит импульсный источник оптического излучения и фотоприемник, соединенные с электронным блоком. Оптические оси импульсного источника оптического излучения и фотоприемника, образующие приемоизлучающий канал, направлены под углом ≤90° к продольной оси боеприпаса по направлению движения и расположены со смещением друг относительно друга параллельно или практически параллельно. Расстояние между оптическими осями излучателя и фотоприемника выбрано из условия l≤(d_и+d_п)/2, где d_и и d_п - наибольшие диаметры излучателя и фотоприемника соответственно. Приемоизлучающие каналы размещены вокруг продольной оси боеприпаса через равные или практически равные угловые промежутки в радиальном направлении. Достигается повышение эффективности работы боеприпаса разрывного действия. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Боеприпас неконтактного действия с дистанционным лазерным взрывателем, содержащий корпус с взрывчатым веществом, взрыватель, в корпусе которого размещены источник питания, детонатор, предохранительно-взводящий механизм, и соединенный с указанным механизмом оптический датчик цели, характеризующийся тем, что оптический датчик цели содержит электронный блок, как минимум два приемоизлучающих канала, каждый из которых содержит импульсный источник оптического излучения и фотоприемник, соединенные с электронным блоком, при этом оптические оси импульсного источника оптического излучения и фотоприемника, образующие приемоизлучающий канал, направлены под углом ≤90° к продольной оси боеприпаса по направлению движения и расположены со смещением друг относительно друга, преимущественно параллельно или практически параллельно, причем расстояние между оптическими осями излучателя и фотоприемника выбрано из условия l≥(d_и+d_п)/2, где d_и и d_п - наибольшие диаметры излучателя и фотоприемника соответственно, при этом указанные приемоизлучающие каналы размещены вокруг продольной оси боеприпаса, через равные или практически равные угловые промежутки в радиальном направлении.

2. Боеприпас неконтактного действия с дистанционным лазерным взрывателем по п.1, отличающийся тем, что необходимое количество излучателей зондирующих оптических пучков k в оптическом датчике цели определено из одновременного выполнения следующих условий, при которых: высота боеприпаса над подстилающей поверхностью находится в диапазоне h∈[h_min, h_max], где h=f(υ, α, t) - высота над подстилающей поверхностью, υ - скорость подхода боеприпаса к цели/подстилающей поверхности, α - угол подхода боеприпаса к цели/подстилающей поверхности; t - время; h_max - максимальная заданная высота срабатывания; h_min - минимальная заданная высота срабатывания, дистанция до подстилающей поверхности по оси оптического излучения $$L_i\left(t\right)=f\left(\upsilon ,\alpha ,\beta ,{\phi }_i\left({\phi }_i^0,n,t\right),t\right),$$ где L_i - дистанция до подстилающей поверхности по оси оптического излучения, i=1,…, k; υ - скорость подхода боеприпаса к цели/подстилающей поверхности; α - угол подхода боеприпаса к цели/подстилающей поверхности; β - угол между продольной осью боеприпаса и осью диаграммы направленности излучателя - угол установки излучателя; n - частота вращения боеприпаса вокруг продольной оси; φ_i - угол поворота i излучателя в плоскости, перпендикулярной продольной оси боеприпаса, причем $${\phi }_i\left(t\right)\in \left[{\phi }_i^0,\left({\phi }_i^0+\frac{2\pi }{k}\right)\right];$$ где $${\varphi }_i^0$$ - исходное угловое положение i излучателя в момент достижения боеприпасом высоты h_max, причем $${\varphi }_i^0={\varphi }_1^0+\left(i-1\right)\frac{2\pi }{k}$$ , $${\phi }_1^0\in \left[\mathrm{0,2}\pi \right];$$ t - время, находится, хотя бы для одного i излучателя, в установленном диапазоне измерения L_i(t)∈[L_min, L_max], при этом $$\left(\left[t_{L_{\min }},t_{L_{\max }}\right]\cap \left[t_{h_{\min }},t_{h_{\max }}\right]\right)\le T$$ , где T - временной интервал одного рабочего цикла определения дистанции.

3. Боеприпас неконтактного действия с дистанционным лазерным взрывателем по п.1, отличающийся тем, что в электронном блоке реализован алгоритм одновременного функционирования как минимум двух приемоизлучающих каналов и проверки наличия регистрации сигналов идентификации цели одновременно по двум или более одновременно функционирующим приемоизлучающим каналам.

4. Боеприпас неконтактного действия с дистанционным лазерным взрывателем по п.1, отличающийся тем, что одновременно функционирующие приемоизлучающие каналы, используемые для проверки наличия одновременной регистрации сигналов идентификации цели, установлены вокруг продольной оси боеприпаса на максимальном угловом расстоянии друг от друга в радиальном направлении, преимущественно диаметрально противоположно.