ДИСТАНЦИОННОЕ ЭЛЕКТРОШОКОВОЕ УСТРОЙСТВО, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЕ СПАРЕННЫЙ ВЫСТРЕЛ НА ОСНОВЕ УНИТАРНОГО СНАРЯДА Российский патент 2014 года по МПК F41B15/00 F42B5/02 F41H13/00 F41A15/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к оружию с электрическими средствами поражения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В патентной заявке WO 2009025575 описывается многозарядное дистанционное электрошоковое устройство, использующее спаренный выстрел на основе унитарных патронов, располагаемых в сменном магазине, который вставляется в устройство. В диэлектрическом корпусе унитарного патрона располагаются снаряд, пиротехнический источник и токоподводящие элементы. Снаряд состоит из разделяемых при выстреле головной и хвостовой частей (зонда и поддона), связанных между собой размещаемым во внутренней полости зонда проводником. Выстрел осуществляется путем одновременного перемещения пары унитарных патронов на позицию выстрела. Перемещение патронов из магазина на позицию выстрела осуществляется размещаемым в магазине затвором, связанным через систему рычагов с пусковой клавишей, управляемой мускульным усилием стрелка. При перемещении патронов на позицию выстрела происходит запуск электрической схемы устройства и на токоподводящие электроды патронов подается высокое напряжение. При подаче высокого напряжения, искровой разряд инициирует пиротехнические источники патронов. Под действием давления продуктов сгорания пиротехнического состава, снаряды ускоряются в каналах патронов. На конечном участке ускорения происходит разделение зонда и поддона в результате торможения поддона в дульном сужении патрона. После отделения от поддона зонд с прикрепленным концом катушки проводника, расположенного во внутренней полости зонда, летит в цель, а соединенный с другим концом катушки поддон останавливается в дульном сужении патрона. Остановленные в дульном сужении поддоны электрически связаны с токоподводящими электродами патронов, к которым подается высокое напряжение электрического разряда, передаваемого через тело объекта при замыкании разрядной цепи после попадания зондов в тело объекта.

При отпускании стрелком пусковой клавиши устройства отстрелянные патроны с прикрепленными к ним проводами выбрасываются из устройства. Для производства повторного выстрела стрелку необходимо повторно нажать пусковую клавишу.

Недостатком указанного устройства является большой ход клавиши и значительное усилие, необходимое для перемещения патронов на позицию выстрела, что отрицательно сказывается на точности выстрела. Другим недостатком указанного устройства является ручная экстракция отстрелянных патронов, которая происходит при отпускании стрелком спусковой клавиши. Если стрелок отпустит клавишу сразу же после выстрела, например интуитивно, как при стрельбе из обычного пистолета, или под действием отдачи, то патроны будут сразу же экстрагированы и длительности электрического разряда через тело объекта окажется недостаточным для эффективного воздействия на объект.

После отделения от поддона зонд движется в канале дульного сужения, который обеспечивает начальную ориентацию направления движения зонда при выстреле. Таким образом, длина участка, на котором осуществляется стабилизация движения зонда, ограничена габаритами патрона, что отрицательно сказывается на точности выстрела.

Длина участка ускорения снарядов в унитарном патроне также ограничена габаритами патрона. Поскольку корпус патрона выполнен из пластика, недостаточная прочность корпуса и габариты патрона ограничивают энергию зондов и соответственно диапазон выстрела.

В указанном устройстве для передачи электрического разряда через тело объекта необходимо, чтобы зонды закрепились на теле объекта. Для этого зонды имеют элемент фиксации на цели, выполненный в виде иглы с зацепом. Наличие у зондов иглы с зацепом существенно увеличивает возможность травмы, например, при попадании иглы зонда в кровеносную артерию.

Прототипом настоящего изобретения выбрано описанное в патентной заявке RU 2001126612 дистанционное электрошоковое устройство, использующее спаренный выстрел на основе унитарного снаряда. В прототипе унитарные снаряды располагаются в сменном магазине, который вставляется в устройство. Унитарный снаряд состоит из разделяемых при выстреле головной и хвостовой частей (зонда и поддона), связанных между собой размещаемым во внутренней полости зонда проводником. Для ускорения унитарных снарядов используется энергия предварительно взводимой пружины. Ускорение унитарных снарядов осуществляется в разделенных направляющих диэлектрических каналах при помощи диэлектрической каретки, соединенной с пружиной. Направляющие диэлектрические каналы имеют выходные окна, в которых происходит разделение снаряда при выстреле. Зонд с прикрепленным концом катушки проводника, расположенного во внутренней полости зонда, отделяется от поддона и летит в цель, а соединенный с другим концом катушки поддон останавливается в выходном окне направляющего диэлектрического канала. Остановленные в выходных окнах поддоны электрически связаны с токоподводящими электродами устройства, к которым подается высокое напряжение электрического разряда, передаваемого через тело объекта при замыкании разрядной цепи после попадания зондов в тело объекта.

Экстракция поддонов отстрелянных снарядов в описываемом устройстве осуществляется путем повторного взведения пружины. При этом подпружиненная каретка, удерживающая поддоны в устройстве после выстрела, освобождает поддоны, и поддоны выбрасываются из устройства упругими рычагами выбрасывателей, взводимых при движении каретки.

Недостатком прототипа является низкая практическая скорострельность, а также большое механическое усилие, которое должен прилагать стрелок для взведения пружины. Недостатком прототипа также является низкий коэффициент преобразования энергии, поскольку энергия сжатой пружины дополнительно расходуется на ускорение каретки, которая толкает ускоряемые снаряды. В момент остановки поддонов в выходных окнах устройства, поддоны, каретка и опорные поверхности выходных окон направляющих каналов испытывают высокую ударную нагрузку. Периодически действующая высокая ударная нагрузка может привести к деформации или разрушению элементов устройства, что отрицательно сказывается на надежности функционирования устройства и уменьшает рабочий ресурс.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения является увеличение скорострельности, надежности функционирования и точности выстрела оружия с электрическими средствами поражения.

Устройство, согласно настоящему изобретению, использует спаренный выстрел на основе унитарных снарядов. Унитарные снаряды располагаются в сменном магазине, который вставляется в устройство. При осуществлении выстрела унитарные снаряды перемещаются из магазина в металлические стволы устройства диэлектрическими затворами. В качестве магазина может использоваться, например, коробчатый магазин, который имеет два выхода для перемещения снарядов в соответствующий ствол. Металлические стволы размещаются в диэлектрической раме устройства. Корпус диэлектрической рамы изолирует металлические стволы от токопроводящих элементов устройства, которые не являются токоведущими элементами разрядной цепи, обеспечивающей передачу тока через тело объекта, и тем самым исключают возможность возникновения паразитного разряда в обход разрядной цепи.

Используемые в устройстве унитарные снаряды состоят из разделяемых при выстреле зонда и поддона, связанных между собой размещаемым во внутренней полости зонда проводником. Поддон унитарного снаряда выполнен из упругого диэлектрического материала, например полиуретана. В торце диэлектрического поддона размещается металлический колпачок капсюля, заполненный пиротехническим составом, а внутренняя полость колпачка связана с внутренней полостью зонда газовым каналом. В диэлектрическом поддоне размещается электрически связанный с металлическим корпусом зонда электрод, предназначенный для инициирования пиротехнического состава искровым разрядом, который проходит через пиротехнический состав при подаче напряжения между металлическим колпачком капсюля и металлическим корпусом зонда.

Инициирование выстрела осуществляется после того, как снаряды перемещены диэлектрическими затворами из магазина в металлические стволы и находятся на позиции выстрела. При инициировании выстрела происходит воспламенение пиротехнического состава капсюля, и продукты сгорания через газовый канал поддона проходят во внутреннюю полость зонда. Под действием давления продуктов сгорания происходит отделение зонда от поддона и ускорение зонда в металлическом стволе. После ускорения в стволе зонд летит в цель. Зонд и поддон связаны металлическим проводником, упакованным во внутренней полости зонда в виде катушки, которая раскрывается из полости во время полета зонда.

После попадания в цель зондов, одновременно запускаемых из обоих стволов устройства, электрическая разрядная цепь замыкается через тело объекта.

Для поражения объекта может использоваться одиночный высоковольтный импульс или серия последовательных высоковольтных импульсов. Одиночный импульс может быть получен при использовании высоковольтного конденсатора, подключаемого к токоведущим элементам разрядной цепи. Серия высоковольтных импульсов может быть получена путем использования высоковольтного трансформатора, подключаемого к токоведущим элементам разрядной цепи.

После передачи через тело объекта электрического разряда для осуществления последующего выстрела поддоны отстрелянных снарядов экстрагируются из стволов. Экстракция поддона каждого из снарядов осуществляется через ствол путем выталкивания поддона перемещаемым в канале ствола диэлектрическим штоком затвора. Экстракция поддонов отстрелянных снарядов после запуска зондов осуществляется с временной задержкой, обеспечивающей доставку в цель поражающего электрического разряда. Для того чтобы обеспечить прохождение одиночного разряда или серии последовательных разрядов через тело объекта, экстракция поддонов, связанных через соответствующие проводники с соответствующими зондами, должна происходить не раньше, чем зонды достигнут цели, и через тело объекта пройдет разряд. Таким образом, в общем случае, временная задержка экстракции поддонов после запуска зондов должна быть больше, чем сумма времени полета зонда к цели на максимальной дистанции выстрела и времени прохождения разряда.

Например, для максимальной дистанции выстрела 10 метров и усредненной скорости полета зондов 100 м/с, максимальное время полета зонда до цели составит 0,1 секунды.

В случае использования для поражения цели одиночного импульса высоковольтного конденсатора, электрический разряд конденсатора через тело объекта происходит за время существенно меньшее чем 0,1 секунды. Например, при емкости высоковольтного конденсатора 1000 пФ и сопротивлении разрядной цепи 1000 Ом характерное время разряда конденсатора составляет несколько микросекунд. Таким образом, время задержки экстракции при использовании одиночного разряда конденсатора определяется главным образом временем полета зонда до цели и должно быть чуть больше чем 0,1 секунды.

При использовании разряда в виде серии последовательных импульсов необходимое время задержки экстракции будет определяться временем полета зондов до цели и длительностью разряда. Например, при длительности разряда 0,5 секунды и максимальном времени полета зонда до цели 0,1 секунды, время задержки экстракции должно быть чуть больше чем 0,6 секунды.

После экстракции поддонов отстрелянных снарядов затворы возвращаются в исходное положение, и цикл выстрел/экстракция может повторяться. Для перемещения затворов используется электромеханический привод, например, на основе мотора-редуктора и зубчатой-реечной передачи.

Общее управление электронной схемой устройства осуществляется электронным блоком на основе микропроцессора. При использовании микропроцессорной логики может быть реализован алгоритм управления, при котором цикл выстрел/экстракция осуществляется в полуавтоматическом или автоматическом режиме путем нажатия пусковой клавиши, связанной с микропереключателем, запускающим электронный блок управления. Для выбора полуавтоматического или автоматического режима стрельбы может использоваться переводчик режима огня, положением которого задается алгоритм управления.

Использование в устройстве согласно настоящему изобретению электромеханического привода затворов позволяет обеспечить малый ход и малое усилие связанной с электронным микропереключателем пусковой клавиши, нажатием которой осуществляется выстрел. Малый ход и малое усилие на пусковой клавише позволяет увеличить точность выстрела.

Использование электромеханического привода затворов также позволяет увеличить скорострельность устройства, поскольку досылание снарядов на позицию выстрела и экстракция поддонов осуществляются автоматически. Кроме этого, автоматическая экстракция поддонов позволяет исключить возможность преждевременного прерывания разряда, как в случае ручной экстракции, что увеличивает надежность устройства.

Известные дистанционные электрошоковые устройства, например TASER®, использующие для поражения объекта электрический разряд в виде серии последовательных импульсов, используют зонды, каждый из которых снабжен элементом фиксации на цели, который выполнен в виде иглы с зацепом. Дистанционное электрошоковое устройство согласно настоящему изобретению, использующее для поражения цели разряд высоковольтного конденсатора, позволяет использовать зонды без элементов фиксации на цели. Отсутствие элементов фиксации позволяет уменьшить вероятность травмы, связанной с проникновением элемента фиксации в тело объекта, например при проникновении иглы в кровеносную артерию.

В отличие от прототипа, в котором разделение снаряда происходит при ударе поддона об упорную поверхность выходного окна устройства, разделение снаряда при выстреле в устройстве согласно настоящему изобретению происходит в металлическом стволе под действием давления продуктов сгорания пиротехнического состава. Отсутствие соударяющихся элементов, способных привести к их разрушению, и высокая механическая прочность металлического ствола позволяют увеличить надежность и рабочий ресурс устройства согласно настоящему изобретению.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение поясняется далее более подробно на конкретных предпочтительных примерах его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На Фиг.1 показан общий вид устройства согласно настоящему изобретению, использующего для поражения цели разряд высоковольтного конденсатора.

На Фиг.2 показан вариант магазина с унитарными снарядами без элементов фиксации на цели.

На Фиг.3 показан вариант магазина с унитарными снарядами, имеющими элемент фиксации на цели.

На Фиг.4 показан унитарный снаряд в разрезе.

На Фиг.5 показан поддон унитарного снаряда в разрезе.

На Фиг.6А-Е показаны разрезы в плоскости каналов стволов устройства, использующего для поражения цели разряд высоковольтного конденсатора, в различные моменты осуществления цикла выстрела/экстракции.

На Фиг.7А-Г показаны разрезы в плоскости каналов стволов устройства, использующего для поражения цели разряд в виде серии последовательных импульсов, в различные моменты осуществления цикла выстрела/экстракции.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Более детально конструкция и принцип действие дистанционного электрошокового устройства на основе унитарного снаряда согласно разным аспектам настоящего изобретения будут изложены далее на основе представленных чертежей.

На Фиг.1 показан общий вид устройства использующего для поражения цели разряд высоковольтного конденсатора. В диэлектрическом корпусе 1 устройства размещаются диэлектрическая рама 2, электромеханический привод на основе моторов-редукторов 3, электрический аккумулятор 4, электронная плата 5, микропроцессор 6, управляющий электронной схемой устройства, генератор постоянного высокого напряжения 7, высоковольтный конденсатор 8 и пусковая клавиша 9, связанная с микропереключателем 10, который запускает микропроцессор.

Диэлектрическая рама 2 имеет отсек, в котором размещается сменный магазин 11 с унитарными снарядами. Диэлектрическая рама 2 имеет передние выступы 12 с диэлектрическими каналами 13, через которые унитарные снаряды досылаются на позицию выстрела в металлические стволы 14. Диэлектрическая рама 2 также имеет задние выступы 15, в которых размещаются диэлектрические затворы 16. На корпусе диэлектрических затворов 16 имеется профиль в виде зубчатой рейки. Зубья зубчатой рейки затворов входят в зацепление с зубьями зубчатых колес 17, закрепленными на валу соответствующего мотора-редуктора 3. Выводы 18 генератора постоянного высокого напряжения 7 подключены к электродам 19, которые выведены во внутреннюю полость диэлектрических каналов 13. Выводы 20 высоковольтного конденсатора 8 подключены к электродам 21, которые имеют электрический контакт с металлическими стволами 14.

На Фиг.2 показан магазин 11 с унитарными снарядами 22 без элементов фиксации на цели. Магазин имеет два отсека, в каждом из которых размещаются снаряды 22, а также и подаватель снарядов и пружина (на Фиг.2 подаватель и пружина подавателя не показаны), предназначенные для подачи снарядов в соответствующий выход магазина. Для фиксации магазина используется упругая защелка 23, которая при установке магазина в устройство фиксируется зацеплением с соответствующей выемкой в корпусе устройства.

На Фиг.3 показан магазин 11 с унитарными снарядами 22, имеющими элемент фиксации на цели 24.

На Фиг.4 показан разрез унитарного снаряда без элемента фиксации на цели. Металлический зонд 25 имеет внутреннюю полость, в которой размещается катушка 26 из металлического проводника 26. Один конец катушки крепится к зонду, например, при помощи токопроводящего клеевого соединения 27, а второй конец катушки, крепится к электроду 28, например, пайкой. Металлический электрод 28 размещается в диэлектрическом поддоне 29, выполненном из упругого материала, например полиуретана. Поддон 29 имеет выступ 30, который вставлен во внутреннюю полость зонда 25. В собранном виде зонд и поддон образуют плотное соединение, обеспечиваемое упругими свойствами материала поддона. Усилие посадки выступа 30 поддона во внутреннюю полость зонда 25 выбирается таким образом, чтобы исключить возможность разделения снаряда при его транспортировке и снаряжении в магазин. Одновременно с этим, усилие посадки выбирается таким, чтобы обеспечивать свободное отделение зонда от поддона при выстреле. В торце поддона 29 имеется посадочное отверстие, в которое плотно вставлен металлический колпачок 31 капсюля. Во внутренней полости металлического колпачка 31 размещается пиротехнический состав 32, закрытый бумажной мембраной 33. В унитарном снаряде согласно настоящему изобретению может использоваться стандартный ударный капсюль типа Бердан, в котором пиротехнический состав закрыт бумажной мембраной. Альтернативно может использоваться стандартный ударный капсюль типа Бердан, в котором пиротехнический состав закрыт металлической мембраной при замене металлической мембраны на бумажную мембрану. Внутренняя полость металлического колпачка 31 связана с внутренней полостью зонда 25 газовым каналом, выполненным в виде прорезей 34 в корпусе поддона. Электрод 28 через присоединенный к нему конец катушки 26 электрически связан с металлическим корпусом зонда. При подаче высокого напряжения между металлическим колпачком 31 капсюля и металлическим корпусом зонда 25 между торцом электрода 28 и металлическим колпачком 31, через бумажную мембрану 33 и пиротехнический состав 32 проходит искровой разряд. В результате прохождения искрового разряда происходит воспламенение пиротехнического состава.

На Фиг.5 показан поддон унитарного снаряда в разрезе.

На Фиг.6А-Е показаны разрезы в плоскости каналов стволов устройства, использующего для поражения цели разряд высоковольтного конденсатора, в различные моменты осуществления цикла выстрела/экстракции.

На Фиг.6А показаны разрезы в плоскости каналов стволов устройства в исходном положении. Магазин 11 с унитарными снарядами 22 размещается в отсеке диэлектрической рамы 2. В передних выступах 12 диэлектрической рамы размещаются металлические стволы 14. Стволы 14 отделены от переднего среза магазина диэлектрическими каналами 13. Металлические стволы 14 контактируют с электродами 21, к которым подключены выводы высоковольтного конденсатора С1. Выводы генератора постоянного напряжения, выполненного в виде высоковольтного трансформатора ТР1 и высоковольтного выпрямительного диода VD1, подключены к электродам 19, которые имеют выход во внутреннюю полость диэлектрических каналов 13.

В задних выступах 15 диэлектрической рамы 2 размещаются диэлектрические затворы 16. На корпусе диэлектрических затворов 16 имеется профиль в виде зубчатой рейки. Зубья зубчатой рейки затворов входят в зацепление с зубьями зубчатых колес 17, закрепленными на валу соответствующего электрического мотора-редуктора. На торце штоков диэлектрических затворов 16 закреплено металлическое зеркало 35 затвора.

На Фиг.6Б показаны разрезы в плоскости каналов стволов устройства в момент перемещения унитарных патронов в положение начала зарядки высоковольтного конденсатора.

После нажатия стрелком пусковой клавиши происходит запуск электронной схемы управления и микропроцессор выдает команду на начало перемещения затворов. По этой команде происходит включение электрических моторов-редукторов и посредством зубчато-реечной передачи затворы 16 начинают перемещаться в сторону металлических стволов. При движении затворов 16 унитарные снаряды 22 перемещаются из магазина 11 в каналы соответствующих стволов 14. Канал ствола 14 и канал, в котором происходит движение диэлектрического штока затвора 16, выполняются соосными, а величины диаметра канала ствола и диаметра штока диэлектрического затвора примерно равны (диаметр штока диэлектрического затвора имеет чуть меньший диаметр, для того чтобы движение штока в канале ствола было свободным).

Зарядка высоковольтного конденсатора С1 начинается в тот момент, когда металлический корпус унитарного снаряда 22 войдет в полость металлического ствола 14, а торец диэлектрического штока затвора 16, на котором закреплено металлическое зеркало 35, окажется на достаточном удалении от среза диэлектрического канала 13, через который унитарные снаряды перемещаются в ствол. Включение генератора постоянного высокого напряжения и подача напряжения к электродам 19 производится в том момент, когда зеркало 35 затвора каждого из диэлектрических штоков затвора 16 окажется удаленным от среза диэлектрического канала 13 на расстояние S1. Величина 81 выбирается таким образом, чтобы исключить возможность прохождения паразитного электрического разряда через токопроводящие элементы, которые не являются элементами разрядной цепи, например, через металлические элементы магазина.

Для того чтобы включение генератора постоянного высокого напряжения происходило в нужный момент, микропроцессор, управляющий электронной схемой устройства, использует электронный таймер. На основании параметров электромеханического привода, определяющих скорость перемещения штоков затворов, микропроцессором может быть задана такая временная задержка момента включения генератора постоянного высокого напряжения (от момента включения электромеханического привода), при которой, в момент включения генератора высокого напряжения, штоки затворов переместятся на расстояние S1.

В тот момент, когда на электроды 19 подано постоянное высокое напряжение, электроды 19 и металлические стволы 14 оказываются электрически замкнутыми через металлический корпус снарядов 22 и электрический ток от генератора постоянного высокого напряжения через электроды 21 начинает заряжать высоковольтный конденсатор С 1.

На Фиг.6В показаны разрезы в плоскости каналов стволов устройства в момент перемещения унитарных патронов в положение окончания зарядки высоковольтного конденсатора.

В тот момент, когда электроды 19 выйдут из прямого электрического контакта с металлическим корпусом снаряда 22, микропроцессор выдает команду на выключение генератора постоянного высокого напряжения. Для определения временной задержки от момента включения генератора высокого напряжения до момента его отключения микропроцессор также использует электронный таймер. В момент отключения генератора постоянного высокого напряжения высоковольтный конденсатор оказывается заряженным до напряжения U1.

На Фиг.6Г показаны разрезы в плоскости каналов стволов устройства в момент перемещения унитарных патронов в положение выстрела.

После зарядки конденсатора до напряжения U1 и отключения генератора высокого напряжения диэлектрические штоки затворов продолжают перемещаться. В тот момент, когда металлическое зеркало 35 затворов войдет в прямой электрический контакт с электродом 19, снаряды оказываются на позиции выстрела и микропроцессор выдает команду на повторное кратковременное включение генератора высокого напряжения. В тот момент, когда снаряды окажутся на позиции выстрела, на электроды 19 кратковременно подается напряжение высоковольтного генератора U2, величина которого больше, чем U1.

Величина напряжения U1 зарядки конденсатора С1 определяется параметрами зарядной цепи и временем зарядки. На основании известных параметров зарядной цепи и параметров электромеханического привода, определяющего скорость перемещения затворов, время зарядки может быть рассчитано таким образом, чтобы при максимальном выходном напряжении высоковольтного генератора U2, высоковольтный конденсатор С1 заряжался до напряжения U1, меньшего чем U2.

Когда снаряды находятся на позиции выстрела, электрод 19 через металлическое зеркало 35 затвора контактирует с металлическим колпачком 31 капсюля, а металлический ствол 14, подключенный через электроды 21 к выводам конденсатора С1, контактирует через металлический корпус зонда 25 и металлический проводник 26 с электродом 28.

В тот момент, когда каждый из снарядов находится на позиции выстрела и к электродам 19 подается высокое напряжение U2, между металлическим колпачком 31 капсюля и электродом 28 каждого из снарядов оказывается приложенным напряжение, равное половине разницы между U2 и U1. Величина максимального выходного напряжения высоковольтного генератора U2 выбирается больше чем напряжение зарядки конденсатора U1 на величину, обеспечивающую надежное прохождение электрического разряда через пиротехнические составы капсюлей снарядов, находящихся на позиции выстрела. Например, напряжение U1 выбирается равным 50000 вольт, а максимальное выходное напряжение генератора U2 выбирается равным 60000 вольт. В этом случае, когда снаряды находятся на позиции выстрела и к электродам 19 подается высокое напряжение U2, между металлическим колпачком 31 капсюля и электродом 28 каждого из снарядов оказывается приложенным напряжение, равное 5000 вольт. Приложенное напряжение вызывает искровой разряд, который проходит между металлическим колпачком 31 и электродом 28 через пиротехнический состав 32. В результате прохождения электрического разряда происходит воспламенение пиротехнического состава. Надежное прохождение искрового разряда через пиротехнический состав капсюля обеспечивается за счет того, что расстояние между электродом 28 и металлическим колпачком 31 капсюля выбирается значительно меньше, чем длина диэлектрического поддона 29, который отделяет металлическое зеркало 35 и металлический корпус зонда 25, находящегося на позиции выстрела снаряда.

После воспламенения пиротехнического состава продукты сгорания через прорези 34 газового канала поддона заполняют внутреннюю полость зонда 25. В результате действия давления газов зонд 25 отделяется от поддона 29 и ускоряется в канале металлического ствола 14. В момент выстрела действующее в канале ствола давление прижимает поддон 29 к металлическому зеркалу 35. За счет упругих свойств материала поддона, под действием прижимающего усилия поддон 29 увеличивает степень обтюрации со стенками канала, препятствуя проникновению газов через кольцевой зазор между внешней поверхностью штока затвора 16 и внутренней поверхностью диэлектрического канала 13.

В момент выстрела на затвор действует усилие отдачи, направленное в сторону, противоположную направлению движения зонда, которое стремится подвинуть затвор 16 назад. В момент выстрела усилие отдачи воспринимается зубьями зубчатого колеса 17, жестко закрепленного на валу мотора-редуктора. Учитывая кратковременность действующего в момент выстрела усилия отдачи, инерционность зубчато-реечной передачи, а также значительный момент на валу мотора редуктора, обратное перемещение затвора в момент выстрела будет незначительным и практически не влияет на процесс осуществления выстрела.

В другом варианте устройства может использоваться жесткое запирание затвора в момент выстрела. Для запирания затвора в момент выстрела может использоваться, например, подпружиненный фиксатор с выступом, входящим в зацепление с соответствующей выемкой затвора, при перемещении затвора на позицию выстрела. Для отпирания затвора может использоваться электромеханический или электромагнитный привод, используемый для перемещения фиксатора затвора. Отпирание затвора может осуществляться электронной схемой управления, которая для освобождения затвора включает привод фиксатора затвора.

Длительность кратковременного включения генератора высокого постоянного напряжения для инициирования выстрела выбирается таким образом, чтобы обеспечить прохождение через пиротехнические составы капсюлей, по крайней мере, одного искрового разряда. Проведенные эксперименты показывают, что большинство пиротехнических составов стандартных капсюлей ударного типа могут быть надежно инициированы единственным искровым разрядом, проходящим через пиротехнический состав. Согласно проведенным экспериментам для надежного инициирования пиротехнического состава капсюля искровым разрядом для большинства стандартных капсюлей достаточно, чтобы между колпачком 31 и электродом 28, расположенным в непосредственной близости от поверхности пиротехнического состава 32, было приложено напряжение порядка 2500 вольт.

На Фиг.6Д показаны разрезы в плоскости каналов стволов устройства в момент вылета зондов из каналов стволов.

После отделения от поддонов 29 и ускорения в каналах стволов 14, зонды 25, связанные с поддонами раскрываемым из полости зонда проводником 26, летят в цель. В момент вылета зондов каждый из электрических проводников 26 находится в контакте с соответствующим металлическим стволом, каждый из которых посредством электродов 21 подключен к соответствующему выводу высоковольтного конденсатора С1. После попадания зондов в цель электрическая разрядная цепь замыкается через тело объекта и через тело объекта проходит разряд высоковольтного конденсатора С1.

На Фиг.6Е показаны разрезы в плоскости каналов стволов устройства в момент экстракции поддонов отстрелянных снарядов.

После того как электрический разряд высоковольтного конденсатора передан через тело объекта, происходит автоматическая экстракция поддонов 29 отстрелянных снарядов. Экстракция осуществляется путем выталкивания поддонов 29 через каналы стволов 14 перемещаемыми в канале стволов диэлектрическими штоками затворов 16. Для того чтобы обеспечить доставку в цель поражающего электрического разряда высоковольтного конденсатора, необходимо, чтобы экстракция поддонов происходила после того, как зонды достигнут цели. То есть экстракция поддонов должна происходить с временной задержкой между моментом запуска зондов и моментом экстракции поддонов. В случае использования для поражения цели одиночного разряда высоковольтного конденсатора величина временной задержки должна быть чуть больше, чем максимальное время полета зондов до цели. Величина необходимой временной задержки может быть вычислена на основании данных о максимальной дистанции выстрела устройства, усредненной скорости зондов на дистанции выстрела, скорости перемещения затвора и величины перемещения затвора при экстракции поддона. Например, максимальная дистанция выстрела составляет 10 метров, усредненная скорость зондов на дистанции выстрела составляет 100 м/с, скорость перемещения затвора составляет 0,4 м/с, а величина необходимого для экстракции поддона перемещения затвора составляет 0,05 метров. В этом случае максимальное время полета зондов до цели составит 0,1 секунды, а временная задержка экстракции поддонов составит 0,125 секунды. Таким образом, выбирая величину временной задержки экстракции поддонов чуть больше, чем максимальное полетное время зондов до цели, можно обеспечить выполнение условия, при котором экстракция поддонов будет осуществляться после того, как поражающий разряд передан через тело объекта.

Поскольку при экстракции поддоны прогоняются через каналы стволов, это обеспечивает автоматическое очищение стволов от образуемого при сгорании пиротехнического состава нагара после каждого выстрела.

После осуществления экстракции поддонов отстрелянных снарядов микропроцессор выдает управляющую команду на возврат затворов в исходное положение. По этой команде происходит реверсивное включение электромеханического привода, и затворы перемещаются в исходное положение, показанное на Фиг.6А. После этого устройством может быть произведен последующий выстрел. Устройство может иметь переводчик режима стрельбы, в зависимости от положения которого, микропроцессором задается определенный алгоритм управления режимом стрельбы в полуавтоматическом или автоматическом режиме.

Кроме вышеописанного варианта управления электронной схемой устройства на основе микропроцессора с электронным таймером, в устройстве согласно настоящему изобретению для управления электронной схемой также может использоваться механизм обратной связи с использованием датчиков положения штока затвора. В качестве датчиков обратной связи могут использоваться, например, контактные микропереключатели, срабатывающие в определенном положении штока затвора при контакте с соответствующими выступами на штоке затвора при перемещении затвора. В этом случае управляющий алгоритм микропроцессора формируется в зависимости от состояния микропереключателей.

На Фиг.7А-Г показаны разрезы в плоскости каналов стволов устройства, использующего разряд в виде серии последовательных импульсов, в различные моменты осуществления цикла выстрела/экстракции. На Фиг.7А-Г показан вариант устройства, использующего унитарные снаряды с элементами фиксации на цели, выполненные в виде иглы с зацепом.

На Фиг.7А показаны разрезы в плоскости каналов стволов устройства в исходном положении.

Магазин 11 с унитарными снарядами 22, снабженными элементами фиксации на цели 24, размещается в отсеке диэлектрической рамы 2. В передних выступах 12 диэлектрической рамы размещаются металлические стволы 14. Стволы 14 отделены от магазина диэлектрическими каналами 13. Выводы высоковольтного трансформатора ТР2 подключены к электродам 19, которые выведены во внутреннюю полость диэлектрических каналов 13. Выводы электродов 19 в полости диэлектрических каналов 13 удалены от соответствующих металлических стволов 14 на расстояние, равное длине диэлектрического поддона унитарного снаряда. Металлические стволы 14 контактируют с электродами 21, к которым подключены выводы высоковольтного газового (воздушного) разрядника Р1.

В задних выступах 15 диэлектрической рамы 2 размещаются диэлектрические затворы 16, на корпусе которых выполнен профиль в виде зубчатой рейки. Зубья зубчатой рейки затворов входят в зацепление с зубьями зубчатых колес 17, закрепленными на валу соответствующего электрического мотора-редуктора. На торце штоков диэлектрических затворов 16 закреплено металлическое зеркало 35 затвора.

На Фиг.7Б показаны разрезы в плоскости каналов стволов устройства в момент, когда снаряды находятся на позиции выстрела.

После нажатия стрелком пусковой клавиши происходит запуск электронной схемы управления, и микропроцессор выдает команду на начало перемещения затворов. По этой команде происходит включение электрических моторов-редукторов и посредством зубчато-реечной передачи затворы 16 перемещают унитарные снаряды 22 из магазина 11 в каналы соответствующих стволов 14 на позицию выстрела. После перемещения снарядов 22 на позицию выстрела микропроцессор выдает команду на отключение моторов-редукторов и затворы 16 останавливаются. На позиции выстрела каждый из электродов 19 контактирует с соответствующим металлическим зеркалом 35 затвора, а зеркало 35 каждого из диэлектрических штоков затвора 16 удалено от среза магазина 11 на расстояние S2. Величина S2 выбирается таким образом, чтобы исключить возможность прохождения паразитного электрического разряда через токопроводящие элементы, которые не являются элементами разрядной цепи, например, через металлические элементы магазина.

На Фиг.7В показаны разрезы в плоскости каналов стволов устройства в момент выстрела.

Когда унитарные снаряды находятся на позиции выстрела, микропроцессор выдает команду на запуск схемы генератора высоковольтных импульсов и на выводах трансформатора ТР2, связанных с электродами 19, формируются импульсы высокого напряжения. При подаче высокого напряжения к электродам 19, через пиротехнический состав капсюлей, расположенных в диэлектрических поддонах 29 и воздушный искровой разрядник Р1 проходит последовательный искровой разряд. Как показано на Фиг.6Г, искровой разряд проходит через пиротехнический состав 32 каждого из снарядов от соответствующего электрода 19, через металлическое зеркало 35, металлический колпачок 31 капсюля к электроду 28, электрически связанному через металлический проводник 26 с корпусом зонда 25, контактирующим с металлическим стволом 14.

Чтобы обеспечить прохождение последовательного искрового разряда через пиротехнические составы капсюлей и искровой разрядник Р1, величина максимального импульсного напряжения U3 на выходе высоковольтного трансформатора ТР2 выбирается больше, чем напряжение электрического пробоя U4 искрового разрядника Р1. Например, величина U3 выбирается равной 60000 вольт, а величина U4 выбирается равной 50000 вольт. В этом случае величина напряжения, приложенного между электродом 28 и металлическим колпачком 31 (Фиг.6Г) каждого из снарядов будет составлять 5000 вольт, что обеспечивает надежное прохождение искрового разряда через пиротехнический состав капсюлей.

После воспламенения пиротехнических составов искровым разрядом под действием давления продуктов сгорания зонды 25 отделяются от поддонов 29 и после ускорения в каналах стволов 14 летят в цель.

После попадания зондов в цель и закрепления на цели при помощи элементов фиксации 24 электрическая разрядная цепь, соединяющая электроды 19 с соответствующим зондом 25 посредством соответствующего металлического проводника 26, замыкается через тело объекта и через тело объекта начинает проходить серия последовательных импульсов тока, формируемых на выводах высоковольтного трансформатора ТР2. Прохождение разряда через тело объекта будет предпочтительнее чем замыкание разрядной цепи через искровой разрядник Р1 при условии, что падение напряжения в разрядной цепи, замыкаемой через тело объекта будет меньше, чем напряжение электрического пробоя U4 искрового разрядника Р1. Например, в случае непосредственного электрического контакта зондов с телом объекта, падение напряжения в разрядной цепи будет равняться сумме падения напряжения на участке прохождения тока через тело объекта и падения напряжения на токоподводящих элементах разрядной цепи. Учитывая, что эквивалентное сопротивление человеческого тока составляет порядка 1000 Ом, для величины тока в импульсе порядка 3 ампер (характерная сила тока в импульсе для дистанционного электрошокового устройства Taser® X26), получим величину падения напряжения на участке прохождения тока через тело объекта порядка 3000 вольт. Падение напряжения на токоподводящих элементах цепи будет равняться суммарному падению напряжения на участке прохождения искрового разряда между металлическим колпачком 31 капсюля и электродом 28 (Фиг.6Г) поддона каждого из снарядов. Согласно проведенным экспериментам для надежного инициирования большинства стандартных капсюлей искровым разрядом достаточно, чтобы напряжение между колпачком 31 капсюля и вплотную примыкающего к поверхности пиротехнического состава электродом 28 составляло порядка 2500 вольт. Таким образом, общее падение напряжения в разрядной цепи, замыкаемой через тело объекта в случае непосредственного контакта зондов с телом объекта, будет составлять порядка 8000 вольт, что значительно меньше, чем напряжение электрического пробоя искрового разрядника Р1, которое составляет 50000 вольт. Таким образом, в случае непосредственного контакта зондов с телом объекта электрический разряд через тело объекта будет предпочтительнее, чем замыкание разрядной цепи через искровой разрядник Р1. Дополнительное падение напряжения в разрядной цепи, замыкаемой через тело объекта, может быть вызвано наличием дополнительного воздушного промежутка между зондами и телом объекта, например, в случае закрепления одного или обоих зондов на одежде объекта. Однако, выбирая значение величины U4 достаточно большим, можно обеспечить прохождение разряда через тело объекта, даже при наличие дополнительного воздушного промежутка между зондами и телом объекта, до тех пор, пока падение напряжения в разрядной цепи, замыкаемой через тело объекта, будет меньше величины U4.

На Фиг.7Г показаны разрезы в плоскости каналов стволов устройства в момент экстракции поддонов отстрелянных снарядов.

После того как электрический разряд в виде серии последовательных высоковольтных импульсов передан через тело объекта микропроцессор выдает команду на включение электромеханического привода затворов и происходит автоматическая экстракция поддонов 29 отстрелянных снарядов. Экстракция осуществляется путем выталкивания поддонов 29 через каналы стволов 14 перемещаемыми в канале стволов диэлектрическими штоками затворов 16. Для того чтобы обеспечить доставку в цель поражающего электрического разряда в виде серии последовательных высоковольтных импульсов, необходимо, чтобы экстракция поддонов происходила после того, как зонды достигнут цели, и разряд пройдет через тело объекта. То есть экстракция поддонов должна происходить с временной задержкой между моментом запуска зондов и моментом экстракции поддонов. В случае использования для поражения цели разряда в виде серии последовательных высоковольтных импульсов величина временной задержки должна быть чуть больше, чем суммарное время, необходимое для подлета зондов к цели и прохождения разряда через тело объекта.

Например, для максимальной дистанции выстрела 10 метров и усредненной скорости зондов на дистанции выстрела 100 м/с, максимальное время полета зондов до цели составит 0,1 секунды. Общая длительность разряда в виде серии последовательных импульсов составляет, например, 0,5 секунды. Тогда временная задержка экстракции поддонов, при которой на максимальной дистанции выстрела через тело объекта будет передан электрический разряд длительностью 0,5 секунды, должна быть не меньше чем 0,6 секунды, например 0,625 секунды.

После осуществления экстракции поддонов отстрелянных снарядов микропроцессор выдает управляющую команду на возврат затворов в исходное положение. По этой команде происходит реверсивное включение электромеханического привода, и затворы автоматически перемещаются в исходное положение, показанное на Фиг.7А. После этого устройством может быть произведен последующий выстрел.

Вышеописанные предпочтительные варианты приведены лишь для лучшего понимания сущности и преимуществ заявленного изобретения и не может рассматриваться в качестве ограничительного. Специалисту ясно, что в рамках настоящего изобретения возможны и иные конкретные варианты воплощения дистанционного электрошокового оружия на основе унитарного снаряда.

Группа изобретений относится к дистанционным электрошоковым устройствам, использующим спаренный выстрел на основе перемещаемого диэлектрическим затвором в металлический ствол устройства унитарного снаряда. Унитарный снаряд состоит из зонда и поддона. Поддон унитарного снаряда является диэлектрическим. В поддоне размещается металлический колпачок капсюля, который заполнен пиротехническим составом. Внутренняя полость колпачка поддона соединяется с внутренней полостью зонда газовым каналом. Экстракция поддона отстрелянного снаряда осуществляется путем выталкивания поддона через ствол перемещаемым в канале ствола диэлектрическим штоком затвора. Экстракция поддона осуществляется с временной задержкой. Технический результат заключается в увеличении скорострельности, надежности функционирования и точности выстрела дистанционного электрошокового устройства, использующего спаренный выстрел на основе унитарного снаряда. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Дистанционное электрошоковое устройство, использующее спаренный выстрел на основе перемещаемого диэлектрическим затвором в металлический ствол устройства унитарного снаряда, состоящего из разделяемых при выстреле зонда и поддона, связанных между собой размещаемым во внутренней полости зонда проводником, отличающееся тем, что экстракция поддона отстрелянного снаряда осуществляется путем выталкивания поддона через ствол перемещаемым в канале ствола диэлектрическим штоком затвора, а экстракция поддонов осуществляется после запуска зондов с временной задержкой, обеспечивающей доставку в цель поражающего электрического разряда.

2. Дистанционное электрошоковое устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве поражающего цель электрического разряда используется одиночный разряд высоковольтного конденсатора.

3. Дистанционное электрошоковое устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве поражающего цель электрического разряда используется серия последовательных высоковольтных импульсов.

4. Дистанционное электрошоковое устройство по п.1, отличающееся тем, что для перемещения диэлектрического штока затвора используется электромеханический привод.

5. Унитарный снаряд дистанционного электрошокового устройства, состоящий из разделяемых при выстреле зонда и поддона, связанных между собой размещаемым во внутренней полости зонда проводником, отличающийся тем, что в торце выполненного из диэлектрического материала поддона размещается металлический колпачок капсюля, заполненный пиротехническим составом, а внутренняя полость колпачка соединяется с внутренней полостью зонда газовым каналом.

6. Унитарный снаряд по п.5, отличающийся тем, что в диэлектрическом поддоне размещается примыкающий к поверхности пиротехнического состава, электрически связанный с металлическим корпусом зонда электрод, предназначенный для инициирования пиротехнического состава искровым разрядом, который проходит через пиротехнический состав при подаче напряжения между металлическим колпачком капсюля и металлическим корпусом зонда.