ЭНЕРГОСОДЕРЖАЩИЙ ИСТОЧНИК ТОКА Российский патент 2013 года по МПК F42C19/12 

Изобретение относится к автономному энергосодержащему источнику электропитания электронного взрывателя малокалиберных артиллерийских выстрелов, выполненного в виде батареи гальванических элементов, автоматически инерционно запускаемого в работу при выстреле.

Уровень данной области техники характеризует бортовой энергосодержащий источник тока, выполненный в виде зарядной батареи, наполненная электролитом стеклянная ампула которой установлена внутри пластинчатых электродов с возможностью продольного перемещения относительно стационарного бойка, который описан в изобретении по патенту RU 2211437 C1, F42C 9/14, 2003 г.

Ампула электролитической батареи электрически связана с электронным блоком управления работой электровоспламенителя, инициирующего функционирование узлов и механизмов взрывателя.

Описанный источник электропитания дополнительно выполняет функции инерционного механизма взведения, который обеспечивает быстродействие и последовательное срабатывание взаимосвязанных структурных устройств взрывателя.

При выстреле под действием сил инерции стеклянная ампула перемещается книзу относительно корпуса взрывателя, сжимая опорную пружину, и раскалывается о неподвижный боек.

Жидкий электролит разливается между пластинчатыми электродами, в результате электрохимического взаимодействия которых вырабатывается электрический ток.

Ампульная батарея выходит на режим на заданной дистанции полета боеприпаса, после чего происходит зарядка рабочего конденсатора до напряжения срабатывания порогового устройства электронного блока управления, который подключает электровоспламенитель к источнику тока для программного функционирования.

Недостатком этого источника тока является низкая чувствительность при больших углах встречи боеприпаса с преградой, особенно мягкими грунтами, когда возможны случаи несрабатывания накольного механизма.

Головной взрыватель, оснащенный известным источником тока, предназначен для использования в артиллерийском выстреле, где перегрузки стрельбы составляют до 80000g, что обеспечивает надежное инерционное срабатывание функциональных его элементов.

Однако при использовании источника тока в головном взрывателе для гранатометных выстрелов, имеющих скорость 180-240 м/с (соответственно перегрузка составляет 17000-24000g), функционирование накольного инерционного механизма ненадежно из-за того, что гарантированно не обеспечивается разрушение ампулы электролитической батареи, которая не заряжается, то есть возможны недопустимые отказы боеприпаса.

Отмеченный недостаток усугубляется тем, что при большой скорости внедрения бойка обычной конической формы в стеклянную ампулу происходит пробитие без раскалывания, в результате чего электролит не вытекает к электродам, потому что сформированное отверстие перекрыто примыкающим бойком.

Отмеченные недостатки устранены в более совершенном энергосодержащем источнике тока по патенту RU 2329461 C1, F42C 9/14, 2006 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному.

Известный энергосодержащий источник электропитания головного взрывателя малокалиберного артиллерийского выстрела включает стеклянную ампулу с электролитом, установленную через перфорированную втулку внутри блока гальванических элементов в форме блока пластинчатых биполярных электродов, установленных между отрицательным и положительным электродами, оснащенными токовыводами.

Подпружиненная ампула, закрытая демпфирующим кожухом, который фланцем закреплен в коаксиальном корпусе и опирается на торец перфорированной втулки и блок элементов, смонтирована с возможностью продольного инерционного перемещения относительно граненого бойка на дне корпуса.

Особенностью конструкции известного источника тока является использование массивной втулки, укрепленной на ампуле для увеличения инерционности, что обеспечивает тонкую настройку механизма взведения для точного и надежного срабатывания выстрела во всем диапазоне условий встречи с различными преградами, включая гранаты, имеющие низкую начальную скорость.

При этом упругий элемент опоры ампулы выполнен в виде пластинчатых пружин, консольно закрепленных на периферии дискового основания в тангенциальном направлении, выступая над ним противно вращению боеприпаса, что позволяет при стрельбе из нарезного ствола автоматически компенсировать их силы упругости за счет направленных встречно сил линейного ускорения и центробежных сил вращения боеприпаса.

В результате действия внешних сил пластинчатые пружины складываются в плоскости их дискового основания, освобождая пространство для рабочего перемещения ампулы к бойку.

Таким образом, упругий элемент опоры ампулы оказывает дифференцированное сопротивление инерционным перемещениям в служебном обращении и при стрельбе, когда увеличивается чувствительность к осевым перегрузкам для заданного дистанционного взведения взрывателя.

Выполнение бойка в форме клина или пирамиды дает кратное увеличение поперечных сил в разломе ампулы, возникающих при ее продольной инерционной нагрузке, а также способствует раскалыванию вращающейся ампулы на рабочем ребре бойка, что обеспечивает свободное истечение электролита к электродам периферийного блока.

Однако продолжением достоинств являются присущие недостатки, в частности, относительно высокая трудоемкость изготовления с прецизионной точностью исполнительных узлов взаимодействия при инерционном срабатывании накольного механизма ампульной батареи.

При достигнутой чувствительности инерционного механизма накалывания ампулы, с гарантированным ее разделением на части, время выхода источника тока на режим несопоставимо продолжительное, что создает предпосылки, когда не обеспечивается своевременного электропитания исполнительного электронного блока управления подрывом боеприпаса в различных режимах, до приема внешнего кодированного сигнала времени (дистанции) подрыва.

Это происходит по причине длительности перетока электролита из ампулы через перфорации примыкающей втулки в распределенные щелевые межэлектродные промежутки блока электродов, до заполнения их, необходимого для начала электрохимического процесса генерирования тока.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение быстродействия ампульного источника электропитания за счет кратного сокращения вспомогательного времени между разрушением ампулы и установлением номинального рабочего напряжения на токовыводах, что повышает функциональную надежность боеприпаса в целом.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном энергосодержащем источнике электропитания электронного взрывателя малокалиберного артиллерийского выстрела, включающем стеклянную ампулу с электролитом, смонтированную внутри проницаемой втулки, примыкающей к коаксиальному блоку пластинчатых биполярных электродов, помещенному между отрицательным и положительным электродами, оснащенными токовыводами, при этом подпружиненная ампула, закрытая колпачковым кожухом, который фланцем закреплен в корпусе и опирается на торец втулки и блок электродов, смонтирована с возможностью продольного инерционного перемещения относительно бойка на дне корпуса, согласно изобретению в проницаемой втулке соосно межэлектродным промежуткам блока электродов выполнены сквозные отверстия, между которыми изнутри распределены по периметру продольные лопатки, причем биполярные электроды оснащены коммуникационными каналами, а сквозные отверстия в проницаемой втулке альтернативно выполнены в форме продольных щелей на высоте блока электродов.

Отличительные признаки обеспечили заданное быстродействие источника тока, при кратном сокращении времени выхода электролитической батареи на стационарный рабочий режим, после разлива из расколовшейся при выстреле стеклянной ампулы и до обеспечения источником электропитания номинального напряжения, что происходит за счет принудительной циркуляции электролита внутри проницаемой втулки с распределенной ее принудительной подачей в батарею гальванических элементов.

Активизация подачи электролита к сквозным отверстиям втулки происходит за счет его центрифугирования под действием центробежных сил вращения боеприпаса и принудительной подачи лопатками, что обеспечивает кратное сокращение времени заполнения межэлектродных промежутков блока гальванических элементов направленными радиальными потоками электролита.

Так, в источнике электропитания для артиллерийских снарядов малого калибра по изобретению время выхода источника электропитания на режим сократилось в 3-4 раза, сравнительно с прототипом; конкретно для боеприпасов калибра 30 мм это время составляет 0,05 с против 0,18 с в известном источнике тока.

Продольные ребра внутри перфорированной втулки выполняют функции лопастей вращающегося (совместно со снарядом на траектории полета) барабана, принудительно равномерно распределяя жидкий электролит по блоку электродов, что способствует заполнению межэлектродного пространства электролитом под давлением, интенсифицируя электролитический процесс генерирования электрического тока.

Рабочий объем глухой части втулки (образованный после возврата расколовшейся ампулы под действием упругих сил пружины в исходное положение на траектории полета боеприпаса) служит накопителем и ресивером для вылившегося электролита, который лопатками принудительно подается и центробежно распределяется через сквозные отверстия на периферии втулки в межэлектродные промежутки блока гальванических элементов.

Сквозные отверстия во втулке выполнены соосно межэлектродным промежуткам и расположены на высоте блока электродов для формирования направленных радиальных потоков электролита, беспрепятственно заполняющего рабочий объем.

Выполнение сквозных отверстий втулки в форме продольных щелей проще технологически в изготовлении и не требует дополнительной их пространственной ориентации относительно межэлектродных промежутков блока электродов, так как они по высоте перекрыты совокупно продольными щелями.

Оснащение биполярных электродов коммуникационными каналами служит для перелива электролита, образуя систему сообщающихся сосудов (межэлектродных пространств), которые по определению наполняются равномерно, что обеспечивает динамичное достижение номинального напряжения в источнике электропитания.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущего признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по артиллерийским взрывателям, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности практического серийного изготовления на действующем производстве энергосодержащих источников электрического питания электронного взрывателя артиллерийских малокалиберных боеприпасов можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Сущность предложенного изобретения поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративную цель и не ограничивает объема притязаний совокупности признаков формулы.

На чертеже схематично изображены:

на фиг.1 - схематично источник тока;

на фиг.2 - втулка со щелевыми отверстиями, аксонометрия.

Внутри цилиндрического корпуса 1 установлен кольцевой блок 2 из размещенных между электродам 3 и 4 отрицательным и положительным соответственно биполярных пластинчатых электродов 5, разделенных диэлектрическими кольцевыми прокладками 6, образуя межэлектродные щелевые промежутки гальванических элементов.

При заполнении электролитом межэлектродных промежутков образуются гальванические элементы, количество которых в батарее 2 определяет ее вольтаж.

Положительные и отрицательные электроды 3 и 4 электрически связаны с соответствующими токовыводами 7 и 8.

В биполярных электродах 5 выполнены коммуникационные каналы 9, соединяя межэлектродные промежутки блока 2 в форме сообщающихся сосудов.

В кольцевом блоке 2 установлена примыкающая цилиндрическая проницаемая втулка 10, внутри которой выполнены продольные лопатки 11, распределенные по ее периметру.

Сквозные отверстия 12 втулки 10 выполнены на высоте примыкающего блока 2 и расположены соосно его межэлектродным промежуткам.

Для обеспечения проницаемости альтернативно сквозным отверстиям 12 во втулке 10 на высоте коаксиально размещенного блока 2 выполнены продольные сквозные щели 13 (фиг.2).

На дне корпуса 1 жестко укреплен накольник 14, соосно которому на цилиндрической пружине 15 сжатия установлена стеклянная ампула 16, наполненная жидким электролитом.

Сверху ампула 16 через прокладку 17 прижата колпачковым кожухом 18, фланец которого коаксиально примыкает к корпусу 1 и опирается на торец втулки 10 и блок 2, формируя конструктивное единство энергосодержащего источника тока. Кожух 18 может быть изготовлен заедино с втулкой 10 в форме конструктивного монолита.

Нагруженная пружиной 15 стеклянная ампула 16 геометрически замкнута кожухом 18 практически неподвижно в служебном обращении, что предотвращает ее от разрушений при случайных падениях и ударах.

Функционирует источник тока следующим образом.

Активация источника тока происходит при выстреле под действием импульсной осевой нагрузки, когда ампула 16, динамично сжимая пружину 15, раскалывается от удара о накольник 14, разламываясь его гранями на части.

При этом электролит вытекает из ампулы 16 в объем втулки 10, где под действием центробежных сил вращения боеприпаса и принудительного проталкивания лопатками 11 вовлекается в циркуляционное движение, в результате чего под давлением электролит радиальными распределенными потоками поступает через сквозные отверстия 12 или щели 13 в межэлектродные промежутки блока 2, динамично заполняя их.

Далее электролит, перетекая по коммуникационным каналам 9 электродов 9, равномерно заполняет свободный объем блока 2, что определяет время активации источника тока.

Минимизированное время активации в предложенном источнике тока сокращает зону нечувствительности артиллерийских снарядов (с начальной скоростью полета 1000 м/с) к управляющим сигналам что позволило сократить зону несрабатывания до 50 м от дульного среза ствола, что на порядок меньше, чем со штатными источниками тока резервного типа.

Сокращение времени активации ампульного источника тока снижает зону несрабатывания электронных взрывателей, чем повышается эффективность артиллерийского вооружения.

Стендовые испытания опытных образцов энергосодержащего источника тока предложенной конструкции подтвердили достижение кратного уменьшения времени активации батареи гальванических элементов, суммарное действие которых обеспечивает заданное напряжение генерируемого тока, питающего функциональные блоки и элементы управления подрывом малокалиберных артиллерийских боеприпасов, что позволяет рекомендовать его на серийное производство.

Изобретение относится к автономному энергосодержащему источнику электропитания электронного взрывателя малокалиберных артиллерийских выстрелов, выполненного в виде батареи гальванических элементов. Содержит стеклянную подпружиненную ампулу с электролитом, смонтированную внутри проницаемой втулки, примыкающей к коаксиальному блоку пластинчатых биполярных электродов. При этом блок помещен между отрицательным и положительным электродами, оснащенными токовыводами. Причем ампула смонтирована с возможностью продольного инерционного перемещения относительно бойка на дне корпуса и закрыта колпачковым кожухом, который фланцем закреплен в корпусе и опирается на торец втулки и блок электродов. В проницаемой втулке, соосно межэлектродным промежуткам блока электродов, выполнены сквозные отверстия, между которыми изнутри распределены по периметру продольные лопатки. Причем биполярные электроды оснащены коммуникационными каналами, а сквозные отверстия в проницаемой втулке альтернативно выполнены в форме продольных щелей на высоте блока электродов. Обеспечивается быстродействие источника тока, при кратном сокращении времени выхода электролитической батареи на стационарный режим, за счет принудительной циркуляции электролита внутри перфорированной втулки с распределенной ее подачей в батарею гальванических элементов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Энергосодержащий источник электропитания электронного взрывателя малокалиберного артиллерийского выстрела, включающий стеклянную ампулу с электролитом, смонтированную внутри проницаемой втулки, примыкающей к коаксиальному блоку пластинчатых биполярных электродов, помещенному между отрицательным и положительным электродами, оснащенными токовыводами, при этом подпружиненная ампула, закрытая колпачковым кожухом, который фланцем закреплен в корпусе и опирается на торец втулки и блок электродов, смонтирована с возможностью продольного инерционного перемещения относительно бойка на дне корпуса, отличающийся тем, что в проницаемой втулке соосно с межэлектродными промежутками блока электродов выполнены сквозные отверстия, между которыми изнутри распределены по периметру продольные лопатки, причем биполярные электроды оснащены коммуникационными каналами.

2. Источник электропитания по п.1, отличающийся тем, что сквозные отверстия в проницаемой втулке выполнены в форме продольных щелей на высоте блока электродов.