СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОДРЫВОМ ПИРОСРЕДСТВ Российский патент 2016 года по МПК F42D1/05 G08B17/06 

Предлагаемый способ управления подрывом пиросредств относится к электронным устройствам автоматики и может найти широкое применение как в изделиях ракетно-космической техники (РКТ), так и при проведении различного вида взрывных работ в народном хозяйстве. В изделиях РКТ пиросредства используются в качестве исполнительных элементов при запуске двигательных установок, разделении отсеков корабля, раскрытии антенн и других элементов.

Известен способ, реализованный, например, в устройстве контроля и подрыва нити пиропатрона по патенту РФ №2284056, 20.09.2006, в котором подрыв нити пиропатрона осуществляется путем подключения к ней источника напряжения, обеспечивающего необходимый импульс тока.

Недостатком указанного способа является то, что трудно обеспечить одновременность подрыва группы пиросредств из-за разброса параметров нитей мостиков при их последовательном включении и большие аппаратурные и энергетические затраты при включении их параллельно.

Известен способ инициирования зарядов (Б.Н. Кутузов. Взрывные работы. М., Недра, 1988 г.), который реализуется в конденсаторных взрывных машинках, в которых конденсатор, заряжаемый в течение 10-20 с от маломощного первичного источника тока, вмонтированного в машинку, весьма быстро, в течение 3-4 мс разряжается в сеть (посылает импульс тока во взрывную сеть), обеспечивая условия для воспламенения электровоспламенителя.

Недостатком этого способа является то, что для обеспечения одновременности подрыва группы пиросредств необходим тщательный подбор элементов по величине сопротивления нити мостика каждого элемента при их последовательном включении. Если же подрыв пиросредств осуществляется по параллельной схеме, то существенно возрастают аппаратурные затраты из-за необходимости обеспечения подачи на подрыв одновременно большого суммарного тока для формирования требуемого импульса тока для всех пиросредств одновременно.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является способ, реализованный в устройстве «OPTICALLY TRIGGERED FIRE SET/DETONATOR SYSTEM» (Patent N0.: US 7,191,706 B2, Date of Patent: Mar. 20, 2007), где к каждому детонатору подается импульс тока воспламенения от собственного конденсатора через управляемый оптоэлектронный ключ.

Недостатком этого способа является то, что при управлении группой детонаторов, параметры которых (значение сопротивления нити и величина емкости конденсатора) могут измениться во времени или из-за влияния окружающей среды (температуры, влажности и т.п.), появляется разброс времени срабатывания их.

Задачей заявляемого изобретения является создание способа подрыва группы пиросредств, обеспечивающего стабильное и очень короткое время задержки от момента подачи сигнала управления до подрыва пиросредств.

Это достигается путем того, что при реализации данного способа подрыва к каждому пиросредству подводится одинаковый импульс тока.

Суть изобретения заключается в том, что при подготовке к подрыву группы пиросредств проводится измерение параметров цепи подрыва и по результатам измерений каждый конденсатор в цепи управления подрывом соответствующего пиросредства заряжается до напряжения, обеспечивающего одинаковый для всех пиросредств импульс тока в цепи подрыва.

Технический результат заключается в обеспечении оперативного контроля состояния цепей управления подрывом пиросредства и гарантированного одновременного подрыва группы пиросредств, а также в снижении требований к разбросу параметров цепей подрыва и к характеристикам источника питания для обеспечения подрывом.

Возможность осуществления изобретения подтверждается тем, что авторами проведено полунатурное моделирование процессов, проходящих в цепях управления для условий разброса значений емкостей управления и сопротивлений мостика.

На фигуре 1 приведен пример структурной схемы устройства, на котором поясняются особенности реализации предложенного способа:

где 1.1 - 1.n - конденсаторы, обеспечивающие импульсы тока для подрыва пиросредства емкостью С1 - Cn,

2.1 - 2.n - ключевые элементы для подключения конденсатора к соответствующей нити пиросредства,

3.1 - 3.n - нити детонатора пиросредств, имеющие активное сопротивление R1 - Rn,

4.1 - 4.n - пиросредства, в состав которых входит детонатор, содержащий воспламеняющий элемент (нить, пленка и т.п.), конденсатор для подрыва его и ключевой элемент для замыкания цепи подрыва,

5 - мультиплексор, обеспечивающий поочередное подключение цепей заряда конденсатора и контроля параметров каждого пиросредства к блокам заряда и контроля,

6 - блок измерения активного сопротивления нити детонатора пиросредства 3.1 - 3.n,

7 - блок измерения величины емкости конденсаторов 1.1 - 1.n,

8 - блок заряда-разряда конденсаторов 1.1 - 1.n до требуемого напряжения,

9 - переключатель, обеспечивающий подключение к конденсаторам 1.1 - 1.n выходов либо блока 7, либо блока 8,

10 - блок управления, который формирует команды управления на блоки 5, 6, 7, 8 и 9 и сравнивает результаты измерения параметров, полученных от блоков 6 и 7, с допустимыми значениями, и, в случае если они находятся в допуске, вычисляет значение напряжения, до которого с помощью блока 8 он заряжает соответствующий конденсатор.

На фигуре 2 приведена блок-схема алгоритма реализации предложенного способа подрыва группы пиросредств, где

11 - начало,

12 - проверить наличие команды на подготовку системы к подрыву,

13 - поочередно измерить параметры цепи подрыва (С1 - Cn, и R1 - Rn) каждого пиропатрона,

14 - сравнить результаты измерения параметров с допустимыми значениями и принять решение о продолжении подготовки системы к подрыву,

15 - вычислить для каждого конденсатора значения напряжений, до которых необходимо зарядить конденсаторы, чтобы обеспечить достаточный для подрыва импульс тока,

16 - зарядить конденсаторы до выбранных напряжений,

17 - ожидать прихода команды на подрыв группы пиросредств,

18 - произвести подрыв при наличии команды, подключив одновременно конденсаторы к соответствующим нитям детонаторов группы,

19 - разрядить конденсаторы до допустимых безопасных значений в случае отсутствия команды на подрыв пиросредств

20 - конец.

Первый вывод конденсаторов 1.1 - 1.n (см. фиг. 1) подключен к первому выводу нити 3.1 - 3.n соответствующего пиросредства 4.1 - 4.n, а второй вывод каждого конденсатора 1.1 - 1.n соединен с соответствующим вторым выводом нитей 3.1 - 3.n через ключевые элементы 2.1 - 2.n. Оба вывода конденсатора и второй вывод нити детонатора каждого пиросредства подключены ко входам мультиплексора 5, первый выход которого соединен с первыми входами блоков 6, 7 и 8. Второй выход мультиплексора 5 подключен ко второму входу блока 6, а третий - к входу переключателя 9. Первый выход переключателя 9 соединен со вторым входом блока 7, а второй выход - со вторым входом блока 8. Первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока 10 подключены соответственно к управляющим входам блоков 5, 6, 7, 8 и 9, а шестой выход - к управляющему входу каждого элемента 2.1 - 2.n.

Способ реализуется следующим образом (см. фиг 1 и 2).

В исходном состоянии ключевые элементы 2.1 - 2.n разомкнуты. На стадии подготовки к подрыву пиросредства проводится поочередное измерение параметров цепей подрыва (С1 - Cn, и R1 - Rn) каждого пиропатрона с помощью блоков 6 и 7. Для этого мультиплексор 5 по команде от блока 10 три выхода первого пиросредства подключает к соответствующим входам блоков 6, 7, 8 и 9 и по команде блока 10 переключатель 9 подключает блок 7 измерения сопротивления ко второму выводу конденсатора С1. После чего проводится измерение величины сопротивления блоком 6 и величины емкости конденсатора блоком 7 цепи подрыва. Эта процедура повторяется для всех n пиросредств с помощью подключения соответствующих трех выводов каждого пиросредства к блокам 6, 7, 8 и 9. После завершения измерений параметров всех пиросредств блок 10 проводит их допусковый контроль и при отрицательном результате прерывает процесс подготовки до выяснения причин отказа, а при положительном результате (когда параметры укладываются в допустимые границы) дает команду на вычисление значений напряжений U_i для заряда соответствующего конденсатора C_i по формуле:

,

где К - паспортно-заданный для выбранного типа пиросредства импульс тока воспламенения, который является величиной импульса тока, проходящего во взрывную цепь за время подключения конденсатора t, и определяется по формуле:

По следующей команде блока 10 переключатель 9 подключает к выходу блока 8 третий выход коммутатора 5, который обеспечивает соединение со вторым выводом соответствующего конденсатора 1.i. По очередной команде блока 10 через коммутатор 5 проводится заряд последовательно всех конденсаторов до значений, вычисленных на предыдущем этапе, путем поочередного подключения блока 8 ко второму выводу каждого конденсатора 1.i. По приходу команды на подрыв группы пиросредств блок 10 замыкает ключи 2 выбранной группы, создавая цепи для разряда конденсаторов через соответствующие нити детонаторов этой группы. В результате этого импульсами тока одинаковой силы происходит одновременный подрыв пиросредств. Если команда на подрыв по каким-то причинам не поступает, то блок 10 с помощью блока 8 поочередно разряжает конденсаторы до допустимо безопасных значений.

Рассмотрим пример управления подрывом реальной группы пиросредств.

Исходные данные:

группа 20 пиропатронов сопротивление нити 3±1 Ом величина емкости конденсатора подрыва 47±10 мкФ номинальный импульс тока воспламенения 4,0 мА² сек

Импульс тока воспламенения Кн определяется формулой (2).

Из этой формулы определяется значение напряжения (формула 1), до которого необходимо зарядить конденсатор C выбранной емкости, который при разряде через сопротивление соответствующей нити образует импульс тока, необходимый для подрыва пиросредства.

Время, в течение которого выделится большая часть энергии этого импульса, определяется постоянной времени τ=RC и равно, примерно, 2.5·τ.

В таблице 1 приведены расчетные величины напряжения, до которого должны быть заряжены соответствующие конденсаторы при различном сочетании параметров цепи подрыва. Таблица значений напряжения заряда конденсатора для различных сочетаний параметров цепи подрыва приведена ниже

Как видно из таблицы 1, в приведенном примере для обеспечения постоянства импульса воспламенения во всех цепях подрыва пиропатронов группы, при существенном разбросе параметров цепи подрыва и при худших сочетаниях параметров значения напряжений заряда конденсаторов могут отличаться почти в два раза.

При этом время Тз заряда одного конденсатора определяется допустимым током заряда (например, 50 мА, что исключает в случае отказа ключа самоподрыв пиропатрона) и определяется по формуле:

С учетом того, что время измерения R и С (Тр и Тс) может занимать примерно столько же, то время последовательной подготовки группы из 20-ти пиропатронов будет:

Время приведения Т_U в исходное состояние конденсаторов в случае отмены команды подрыва определяется постоянной времени в цепи разряда конденсатора (например, при Rp=100 Ом) и будет определяться по формуле:

При выполнении этой операции последовательно с каждым конденсатором группы время Т_UO составит всего лишь:

Таким образом, время подготовки группы пиропатронов к подрыву составит 1,5 сек, время подрыва группы пиропатронов 5*10^-6 сек, а время приведения в исходное состояние составит 0,5 сек.

Приведенный пример показывает, что заявляемый способ управления подрывом группы пиросредств обеспечивает оперативный контроль состояния цепей управления подрывом пиросредства, оперативное приведение цепей управления в состояние готовности, одновременность подрыва группы пиросредств, снижение требований к мощности источника питания для управления подрывом и существенному снижению сечения подводящих проводов.

Способ управления подрывом пиросредств относится к электронным устройствам автоматики и может найти широкое применение как в изделиях ракетно-космической техники (РКТ), так и при проведении различного вида взрывных работ в народном хозяйстве. В изделиях РКТ пиросредства используются в качестве исполнительных элементов при запуске двигательных установок, разделении отсеков корабля, раскрытии антенн и других элементов. Суть способа заключается в том, что при подготовке к подрыву группы пиросредств проводится измерение параметров цепи подрыва и по результатам измерений каждый конденсатор в цепи управления подрывом соответствующего пиросредства заряжается до напряжения, обеспечивающего одинаковый для всех пиросредств импульс тока в цепи подрыва. Технический результат заключается в обеспечении оперативного контроля состояния цепей управления подрывом пиросредства и гарантированного одновременного подрыва группы пиросредств, а также в снижении требований к разбросу параметров цепей подрыва и к характеристикам источника питания для обеспечения подрывом. 2 ил.

Способ управления подрывом группы пиросредств, состоящий в том, что заряженный конденсатор подключают к цепи подрыва пиросредств, отличающийся тем, что в цепь подрыва каждого пиросредства устанавливают собственный конденсатор, перед взрывом измеряют параметры сопротивления мостов и емкостей конденсаторов в группе, контролируют то, что они находятся в допустимых пределах, и по результатам измерений вычисляют напряжение заряда каждого конденсатора, которое должно обеспечить импульс тока, необходимый для гарантированного подрыва соответствующего пиросредства, заряжают конденсаторы до этих напряжений и для обеспечения одновременного подрыва пиросредств по команде осуществляют одновременное подключение каждого конденсатора к соответствующему пиросредству, а в случае отмены подрыва разряжают конденсаторы до безопасного напряжения.