Боеприпас неконтактного действия с дистанционным лазерным взрывателем Российский патент 2018 года по МПК F42C13/02 F42B12/00 

Предлагаемое изобретение относится к области вооружений, в частности к неконтактным взрывателям боеприпасов и может быть использовано в боеприпасах ствольной нарезной артиллерии для определения оптимального момента подрыва боеприпаса.

Известен оптический дистанционный взрыватель (патент ФРГ №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.

Наиболее близким по технической сущности является боеприпас неконтактного действия с дистанционным лазерным взрывателем (патент РФ №2484423, МПК: F42C 13/02, опубл. 10.06.2013), содержащий 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, что повышает эффективность поражения цели, осуществляя подрыв на оптимальной дистанции от цели.

Недостатком этого устройства является значительное количество приемоизлучающих каналов, каждый из которых включает электронный блок, импульсный источник оптического излучения и фотоприемник, что затрудняет применение для малокалиберных снарядов ствольной артиллерии, а также высокая трудоемкость изготовления и стоимость.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение количества приемоизлучающих каналов с сохранением эффективности поражения цели, с обеспечением подрыва на оптимальной дистанции от цели малокалиберных снарядов ствольной нарезной артиллерии.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в боеприпасе неконтактного действия с дистанционным лазерным взрывателем, содержащим корпус с взрывчатым веществом, взрыватель, источник питания, детонатор, предохранительно-взводящий механизм и оптический датчик цели, в отличие от известного, оптический датчик цели содержит один приемоизлучающий канал, при этом оптическая ось фотоприемника направлена параллельно или практически параллельно к продольной оси боеприпаса по направлению движения, а оптическая ось импульсного источника оптического излучения - лазерного диода, направлена под углом к продольной оси боеприпаса по направлению движения, причем плоскость, перпендикулярная длинной стороне излучающей площадки лазерного диода, направлена параллельно или практически параллельно к продольной оси боеприпаса, а в боеприпасе имеют место соотношения:

;

где α_и - угол между продольной осью фотоприемника и оптической осью импульсного источника оптического излучения - лазерного диода;

- угловая расходимость излучения лазерного диода в плоскости, перпендикулярной длинной стороне излучающей площадки;

N - число рабочих циклов измерения дистанции;

- угловая расходимость излучения лазерного диода в плоскости, параллельной длинной стороне излучающей площадки;

- угловое перекрытие соседних по времени излучений между двумя рабочими циклами измерения дистанции.

Такой боеприпас неконтактного действия с дистанционным лазерным взрывателем обеспечивает уменьшение количества приемоизлучающих каналов с сохранением эффективности поражения цели.

Сущность изобретения по второму варианту заключается в том, что в боеприпасе неконтактного действия с дистанционным лазерным взрывателем, в отличие от известного, перед фотоприемником установлена оптическая линза, при этом выполняются следующие соотношения:

где О_л - оптическая сила линзы, установленной перед фотоприемником;

d_фп - диаметр чувствительной площадки фотоприемника.

Такой боеприпас неконтактного действия с дистанционным лазерным взрывателем обеспечивает повышение эффективности поражения цели за счет более точного согласования диаграмм направленности фотоприемника и лазерного диода.

Схематическое изображение боеприпаса неконтактного действия с дистанционным лазерным взрывателем по варианту 1 показана на фигуре 1.

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 по варианту 2 содержит линзу, установленную перед фотоприемником 9.

Принцип действия боеприпаса неконтактного действия с дистанционным лазерным взрывателем по варианту 1 заключается в следующем.

Световые импульсы от источника излучения 8 выводятся наружу корпуса взрывателя 3. При наличии цели излучение отражается от ее поверхности и регистрируется фотоприемником 9.

Источником излучения 8 служит мощный импульсный полупроводниковый лазер, в варианте исполнения которого угол его излучения на уровне 0,5 без оптики составляет, например, 30° в плоскости, перпендикулярной длинной стороне излучающей площадки , и 10° в плоскости, параллельной длинной стороне излучающей площадки . Лазер крепится в головной части снаряда со смещением от центра, причем плоскость, перпендикулярная длинной стороне излучающей площадки лазерного диода, направлена параллельно или практически параллельно к продольной оси боеприпаса, а в боеприпасе имеют место соотношения:

;

где α_и - угол между продольной осью фотоприемника и оптической осью импульсного источника оптического излучения - лазерного диода;

- угловая расходимость излучения лазерного диода в плоскости, перпендикулярной длинной стороне излучающей площадки;

N - число рабочих циклов измерения дистанции;

- угловая расходимость излучения лазерного диода в плоскости, параллельной длинной стороне излучающей площадки;

- угловое перекрытие соседних по времени излучений между двумя рабочими циклами измерения дистанции.

В варианте исполнения ось излучения лазера может иметь наклон к оси снаряда (α_и), например, 12,5°. При вращении снаряда в полете зона облучения лазером является конусом с углом при вершине , равным в рассматриваемом варианте 55° (фигура 2).

Фотоприемник 9, в варианте, например, лавинного фотодиода, расположен в центре головной части снаряда. Поле зрения фотоприемника составляет, например, не менее 55°.

Электронный блок 10 может состоять из следующих элементов:

- драйвер питания лазера;

- трансимпедансный усилитель сигнала от лавинного фотодиода;

- контроллер управления лазером, обрабатывающий сигнал от фотодиода и выдающий сигнал на подрыв снаряда.

Для варианта размера цели - 1×1 м (цель типа вертолета, лобовая проекция) и требуемой дистанции до цели, расстояние до которой должно быть измерено, равной - 12 м, цель занимает угол, равный ~4,5°×4,5°.

Принимая угол излучения лазерного диода 8 по узкой стороне равным, например, 10°, приходим к выводу, что требуется по меньшей мере 360/10=36 отсчетов за один оборот снаряда.

Учитывая, что объект имеет угловой размер, требуется «перекрытие» соседних излучений на величину - угловое перекрытие соседних по времени излучений между двумя рабочими циклами измерения дистанции. В рассматриваемом варианте эта величина составит ~5°. Таким образом требуется обеспечить не менее 70 отсчетов за один оборот.

При частоте вращения снаряда 75000/мин получаем частоту измерения дальности 1250-70=88 КГц или максимальный интервал между измерениями - 11 мкс.

За один оборот снаряд пролетит расстояние порядка 1 м при скорости полета 1000 м/с. Это и будет дискрет измерения дальности в рассматриваемом варианте исполнения, причем при малой длительности излучения (не более 10 нс) смещением цели за время излучения можно пренебречь.

Принцип действия боеприпаса неконтактного действия с дистанционным лазерным взрывателем по варианту 2 заключается в следующем.

Перед фотоприемником устанавливается оптическая линза, обеспечивающая более точное согласование диаграмм направленности фотоприемника и лазерного диода, при этом выполняется следующее соотношение:

где О_л - оптическая сила линзы, установленной перед фотоприемником;

d_фп - диаметр чувствительной площадки фотоприемника.

В варианте исполнения фотоприемник 9, например, лавинный фотодиод, расположен в центре головной части снаряда калибром, например 57 мм, и может иметь объектив диаметром до 20 мм, состоящий из одной линзы. Поле зрения фотоприемника должно составлять в рассматриваемом варианте не менее 55°.

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

Изобретение относится к области вооружений, в частности к неконтактным взрывателям боеприпасов, и может быть использовано в боеприпасах ствольной нарезной артиллерии для определения оптимального момента подрыва боеприпаса. Боеприпас неконтактного действия с дистанционным лазерным взрывателем содержит корпус с взрывчатым веществом, взрыватель, источник питания, детонатор, предохранительно-взводящий механизм и оптический датчик цели. Оптический датчик цели содержит один приемоизлучающий канал, при этом оптическая ось фотоприемника направлена параллельно или практически параллельно к продольной оси боеприпаса по направлению движения, а оптическая ось импульсного источника оптического излучения - лазерного диода - направлена под углом к продольной оси боеприпаса по направлению движения, причем плоскость, перпендикулярная длинной стороне излучающей площадки лазерного диода, направлена параллельно или практически параллельно к продольной оси боеприпаса. Угол между продольной осью фотоприемника и оптической осью импульсного источника оптического излучения - лазерного диода - определяют из указанного в формуле изобретения математического выражения. Перед фотоприемником установлена оптическая линза с оптической силой, определяемой из указанного в формуле изобретения математического выражения. Изобретение позволяет уменьшить количество приемоизлучающих каналов с сохранением эффективности поражения цели, с обеспечением подрыва на оптимальной дистанции от цели малокалиберных снарядов ствольной нарезной артиллерии. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Боеприпас неконтактного действия с дистанционным лазерным взрывателем, содержащий корпус с взрывчатым веществом, взрыватель, источник питания, детонатор, предохранительно-взводящий механизм и оптический датчик цели, отличающийся тем, что оптический датчик цели содержит один приемоизлучающий канал, при этом оптическая ось фотоприемника направлена параллельно или практически параллельно к продольной оси боеприпаса по направлению движения, а оптическая ось импульсного источника оптического излучения - лазерного диода - направлена под углом к продольной оси боеприпаса по направлению движения, причем плоскость, перпендикулярная длинной стороне излучающей площадки лазерного диода, направлена параллельно или практически параллельно к продольной оси боеприпаса, а в боеприпасе имеют место соотношения:

,

где α_и - угол между продольной осью фотоприемника и оптической осью импульсного источника оптического излучения - лазерного диода, °,

θ_⊥ - угловая расходимость излучения лазерного диода в плоскости, перпендикулярной длинной стороне излучающей площадки, °,

N - число рабочих циклов измерения дистанции,

θ_|| - угловая расходимость излучения лазерного диода в плоскости, параллельной длинной стороне излучающей площадки, °,

Δθ_|| - угловое перекрытие соседних по времени излучений между двумя рабочими циклами измерения дистанции, °.

2. Боеприпас неконтактного действия с дистанционным лазерным взрывателем по п. 1, отличающийся тем, что перед фотоприемником установлена оптическая линза, при этом выполняется следующее соотношение:

,

где О_л - оптическая сила линзы, установленной перед фотоприемником, дптр.,

d_фп - диаметр чувствительной площадки фотоприемника, мм.