СПОСОБ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПУСКОМ И ВЗРЫВОМ РЕАКТИВНОГО СНАРЯДА Российский патент 2018 года по МПК F42C9/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к военной технике, в частности к пусковым устройствам и взрывателям снарядов реактивных систем со срабатыванием взрывателей по истечении заданного времени с момента выстрела.

Изобретение может также использоваться для обеспечения электропитанием расположенных в головной части снаряда контактных взрывателей, инфракрасных и радиолокационных устройств, устройств самонаведения, и для введения информации о других видах полетного задания.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны способы и устройства:

- подачи управляющего тока через проводную линии связи с контактами в хвостовой части снаряда на воспламенитель порохового двигателя снаряда,

- для заряда через проводную линию связи с контактами в головной части снаряда конденсаторного накопителя энергии взрывного устройства и ввода в него информации о задержке взрыва,

- бесконтактного ввода информации во взрывное устройство с помощь индукционных катушек, расположенных в головной части снаряда и в блоке орудий, при наличии в головной части снаряда аккумулятора.

В отечественных авиационных системах с реактивными снарядами С-5 и С-8 управляющий ток на воспламенители двигателей поступает из блока орудий через проводную линию связи с контактами в хвостовой части снарядов. При использовании снарядов, способных осуществлять взрыв через заданный интервал времени после пуска, установка времени запаздывания взрыва производится в заводских условиях. При этом в снаряд может быть введено только одно значение времени его взрыва после пуска. Такое свойство снаряда существенно ограничивает эффективность его применения и предъявляет жесткие требования к квалификации пилотов летательного аппарата.

С целью повышения точности работы системы, во взрывные устройства ракеты вводятся текущие значения временных задержек взрывов, вычисляемые аппаратурой летательного аппарата. Ввод управляющих команд во взрыватели непосредственно перед пуском снаряда, учитывающих характеристики боеприпаса и цели, а также условий применения, резко повышает эффективность вооружения.

Поскольку взрывные устройства расположены в головной или центральной части снарядов, то в этих местах должна быть предусмотрена аппаратура ввода информации о времени задержки взрыва.

В находящейся на вооружении ряда стран с конца сороковых годов авиационной реактивной системе Hydra-70 управление пуском и взрывом снарядов осуществляется через контактные линии связи блока орудий с хвостовыми и с головными частями снаряда.

В этой системе головные части снарядов выступают за пределы стволов блока орудий и имеют на них штепсельные разъемы. Такое выполнение системы обладает рядом недостатков, связанных с процедурой их установки и необходимостью фиксации ориентации снаряда вокруг продольной оси относительно орудийного ствола.

В последние годы наблюдается тенденция создания систем управления для существующих неуправляемых ракет.

В дистанционном взрывателе по патенту US №4022102 программирование вводимой в снаряд информации о времени задержки взрыва осуществляется электромагнитным полем двух катушек, установленных соосно со стволом орудия. Одна из катушек расположена в снаряде, а другая - в орудийном стволе. Возможность изменения полетного задания в системе с индуктивной линией связи непосредственно перед пуском снаряда повышает эффективность его использования.

Дистанционный взрыватель снарядов реактивных систем по патенту РФ №2240493, расположенный в головной части снаряда, содержит источник питания, электронное временное устройство и приемное устройство с индукционной катушкой. Индуктивная линия связи содержит вторую катушку, установленную в головной части ствола орудия.

Взрыватель для снарядов реактивных систем по патенту РФ №2456537 содержит приемный контур на основе индуктивной линии связи, расположенный в головной части снаряда.

К недостаткам известных способов и устройств управления пуском и взрывов реактивных снарядов с индуктивной линией связи относятся:

- уменьшение безопасности и надежности снарядов, содержащих постоянно заряженные аккумуляторы,

- необходимость при хранении снарядов периодически разбирать их для замены аккумуляторов после истечения их срока службы,

- увеличение размеров, массы, энергопотребления и усложнение аппаратуры, устанавливаемой в снарядах и блоках орудий, для осуществления индуктивной связи снарядов с блоком орудий,

- наличие в головных частях снарядов незащищенных от электромагнитного облучения индуктивных катушек и электронных устройств, что приводит к неустойчивости систем по отношению к воздействию на них существующих и перспективных типов электромагнитных видов оружия и боеприпасов, излучающих при взрыве интенсивный импульс электромагнитной энергии.

Таким образом, в области техники существует необходимость в обеспечении более эффективных способов и устройств осуществления пуска и взрыва реактивного снаряда.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа и системы управления пуском и взрывом реактивного снаряда, свободных от указанных недостатков.

В одном аспекте изобретение относится к системе для управления пуском и взрывом реактивного снаряда. Предлагаемая система содержит плату управления, блок питания, ключевые устройства, программное устройство, воспламенители, линии связи, контактное устройство, и кроме того, содержит нелинейное устройство, узел связи блока, узел связи снаряда, цепь контроля двигателя, цепь контроля взрыва, цепь заряда и накопитель энергии, причем блок питания выполнен с возможностью преобразовывать напряжение внешней сети в напряжения, необходимые устройствам системы, вход блока связан с бортовой линией питания носителя оружия, выход блока связан с платой управления и ключевым устройством; плата управления выполнена с возможностью приема и передачи информации о наличии и величине потребляемого тока, а также типе используемого снаряда, приема и передачи информации о времени запаздывания взрыва и моменте пуска снаряда, вход платы управления связан с линией обмена информацией бортового радиоэлектронного оборудования, выход платы управления связан с ключевым устройством блока и узлом связи блока; узел связи блока, выполнен с возможностью наложения управляющих и контрольных сигналов переменного тока на протекающий через него постоянный ток, ограничения и измерения постоянного тока, возможностью снижения выходного напряжения постоянного тока, достаточного для электропитания устройств снаряда и недостаточного для срабатывания нелинейного устройства, выход связан с линией связи блока; ключевое устройство блока выполнено с возможностью увеличивать напряжения постоянного тока в линии связи до уровня, достаточного для срабатывания воспламенителя двигателя снаряда, выход ключевого устройства соединен с линией связи блока; линия связи блока выполнена с возможностью двунаправленной передачи постоянного тока и сигналов переменного тока, выход линии связи связан с контактным устройством; контактное устройство выполнено с возможностью соединять линию связи блока и линию связи снаряда при установке снаряда в блок орудий и разрывать контакт между ними при пуске снаряда; линия связи снаряда выполнена с возможностью двунаправленной передачи постоянного тока и сигналов переменного тока, выход линии связи связан с узлом связи снаряда, нелинейным устройством и цепью контроля двигателя; нелинейное устройство, выполнено с возможностью при увеличении приложенного к нему напряжения уменьшать свое сопротивление до уровня, достаточного для срабатывания воспламенителя двигателя, выход нелинейного устройства связан с воспламенителем двигателя; цепь контроля двигателя, выполнена с возможностью снижения до безопасного уровня контрольного тока, протекающего через воспламенитель двигателя, выход цепи контроля двигателя связан с воспламенителем двигателя; воспламенитель двигателя выполнен с возможностью преобразовать энергии импульса электрического тока в тепловую энергию, достаточную для воспламенения порохового заряда двигателя; узел связи снаряда выполнен с возможностью разделения проходящего через него тока на постоянную составляющую и переменную составляющую, узел связи снаряда связан с программным устройством и цепью заряда; цепь заряда, выполнена с возможностью обеспечить заряд постоянным током, протекающим в накопитель энергии, выход цепи заряда связан с накопителем энергии; накопитель энергии выполнен с возможностью накопления энергии постоянного тока до пуска снаряда и расходования энергии после пуска снаряда, выход накопителя энергии связан с программным устройством, ключевым устройством снаряда и цепью контроля взрыва; цепь контроля взрыва, выполнена с возможностью снижения до безопасного уровня контрольного тока, протекающего через воспламенитель взрыва, выход цепи контроля взрыва связан с воспламенителем взрыва; программное устройство выполнено с возможностью выдачи информации о типе снаряда, приеме информации о времени задержки взрыва и выдачи электрического импульса для срабатывания воспламенителя взрыву через заданный интервал времени после пуска снаряда, выход программного устройства связан с ключевым устройством снаряда; ключевое устройство снаряда выполнено с возможностью по сигналу, поступившему из программного устройства, осуществить срабатывание воспламенителя взрыва, выход ключевого устройства связан с воспламенителем взрыва; воспламенитель взрыва выполнены с возможностью преобразовать энергии импульса электрического тока в тепловую энергию, достаточную для воспламенения порохового заряда взрыва.

Согласно другому аспекту предлагаемого изобретения, оно относится также к способу управления пуском и взрывом реактивного снаряда, согласно которому перед пуском снаряда через проводную линию связи блока орудий и снаряда, с контактным устройством, разрываемым при пуске снаряда, сигналами переменного тока, осуществляется ввод полетного задания и получается информация о типе снаряда, а также производится заряд накопителя энергии и электропитание устройств снаряда напряжением постоянного тока заданного уровня и определяется исправность воспламенителей, а срабатывание воспламенителя пуска двигателя снаряда осуществляется через нелинейный элемент напряжением, превышающим заданный уровень, причем питание программного и исполнительных устройств полетного задания снаряда в полете осуществляется от накопителя энергии.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности применения реактивных снарядов и упрощение аппаратуры снарядов и блоков орудий, в которые они устанавливаются.

Указанный технический результат обеспечивается благодаря тому, что введение полетного задания в аппаратуру снаряда перед его пуском и его подготовка к пуску производятся по электропроводной линии связи с контактами в хвостовой части снаряда.

При этом предусмотрены мероприятия, исключающие пуск снаряда до окончания введения полетного задания и получения информации о типе снаряда и его исправности.

Упрощение устройств снаряда и блока орудий достигается за счет исключения индукционных катушек снаряда и блока орудий, а также обслуживающей их аппаратуры.

Повышение надежности системы достигается за счет исключения аккумуляторного источника питания в снаряде и упрощения устройств системы. Повышение устойчивости системы по отношению к возможному внешнему радиопротиводействию достигается за счет возможности экранировки всех ее компонентов, в том числе, устройств и линий связи.

Имеется возможность применения изобретения при модернизации существующих систем с электрическими воспламенителями пороховых зарядов двигателей, поскольку в них используются электропроводные линии связи с контактами в хвостовых частях снарядов.

Необходимо отметить, что, так как предлагаемое изобретение имеет единый замысел, то все пояснения в работе системы могут быть также отнесены на функционирование предлагаемого способа.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сущность изобретения поясняется функциональной схемой способа и системы.

Функциональная схема системы совпадает с функциональной схемой способа и системы.

Функциональная схема содержит:

Блок питания, содержащий преобразователи напряжения первичной сети в необходимые напряжения для остальных элементов схемы. Блок питания связан с бортовой линией питания носителя оружия - летательного аппарата.

Плата управления, содержащая приемопередающее устройство для определения типа используемых снарядов и ввода в них информации о времени запаздывания взрыва, контроля энергопотребления, а также выдачи команды на пуск снарядов. Плата управления связана с бортовым радиоэлектронным оборудованием летательного аппарата цифровым каналов связи.

Ключевое устройство блока выполненное, например, в виде электронного реле, которое при срабатывании обеспечивает увеличение напряжения постоянного тока в линии связи блока до более высокого уровня, по отношению к заданному.

Узел связи блока, содержащий сумматор, например, трансформатор, для суммирования управляющих сигналов переменного тока с напряжением постоянного тока, питающего устройства снаряда, а также резистор для ограничения и измерения тока, обеспечивающий снижение напряжения постоянного тока в линии связи до заданного уровня.

Линия связи блока и линия связи снаряда, выполненные в виде двухпроводных линий, способных передавать постоянный ток и сигналы переменного тока.

Контактное устройство, соединяющее линию связи блока и линию связи снаряда при установке снаряда в блок орудий и разъединяющее их при пуске снаряда.

Нелинейное устройство, обладающее большим сопротивлением при заданном уровне напряжения и малым сопротивлением при превышении этого уровня напряжения.

Примерами таких устройств являются защитные диоды, стабилитроны и варисторы.

Цепь контроля двигателя, обеспечивающая снижение протекающего через воспламенитель двигателя контрольного тока до безопасного уровня и выполнена в виде резистора.

Воспламенитель двигателя и воспламенитель взрыва, осуществляющие преобразование энергии импульса электрического тока в тепловую энергию, достаточную для воспламенения связанных с ними пороховых зарядов.

Узел связи снаряда, содержащий устройство, например трансформатор, для разделения протекающих по линии связи токов на переменную и постоянную составляющие.

Цепь заряда, обеспечивающая однонаправленное протекание постоянного тока в накопитель энергии и выполненная в виде диода.

Цепь контроля взрыва, обеспечивающая снижение протекающего через воспламенитель взрыва контрольного тока до безопасного уровня и представляющая собой резистор соответствующего номинала, включенный последовательно с диодом, защищающим схему от возможных коротких замыканий при пуске двигателя.

Программное устройство, содержащее устройство связи, запоминающее устройство, содержащее информацию о типе снаряда, и таймер с высокостабильным генератором, обеспечивающее срабатывание ключевого устройства снаряда после заданного времени с момента его пуска.

Накопитель энергии, обеспечивающий электропитанием устройств снаряда после его пуска и выполненный, например, в виде конденсатора.

Ключевое устройство снаряда, выполненное, например, в виде электронного реле, через которое, при его срабатывании, поступает импульс тока на воспламенитель взрыва.

Предлагаемая система работает следующим образом.

При включении питания системы из блока питания поступает постоянный ток через узел связи блока, линии связи, контактное устройство, цепь контроля двигателя, воспламенитель двигателя, узел связи снаряда, цепь контроля взрыва, воспламенитель взрыва и цепь заряда накопителя энергии. От накопителя энергии осуществляется питание программного устройства. Величины токов, протекающих через цепи контроля, безопасны для воспламенителей.

За счет падения напряжения на резисторе узла связи блока на входе линии связи снаряда устанавливается напряжение заданного уровня, составляющая часть напряжения блока питания. Напряжение заданного уровня недостаточно для срабатывания нелинейного элемента, включенного последовательно с воспламенителем взрыва. По величине напряжения на резисторе узла связи блока в плате управления определяется исправность воспламенителей снаряда. Из программного устройства в плату управления передается сигналами переменного тока информация о типе данного снаряда. Из платы управления сигналами переменного тока передается текущая информация в программное устройство о времени запаздывания взрыва после пуска снаряда. Эта информация закладывается в ячейку памяти программного устройства и возобновляется с необходимой частотой. При поступлении команды от бортового радиоэлектронного оборудования на пуск снаряда через плату управления осуществляется срабатывание ключевого устройства блока, шунтирующего резистор узла связи блока. В результате напряжение постоянного тока в линиях связи увеличивается до уровня, достаточного для срабатывания нелинейного элемента, что приводит к воспламенению порохового заряда двигателя снаряда воспламенителем двигателя. С момента пуска снаряда в программном устройстве происходит отсчет времени, величина которого установлена в ячейку памяти в последний момент времени перед пуском снаряда. После завершения отсчета времени срабатывает ключевое устройство снаряда и осуществляется его взрыв.

Функциональная схема предлагаемого способа аналогична функциональной схеме предлагаемой системы.

Изменение уровня напряжения постоянного тока в линиях связи блока орудий со снарядом осуществляются по заявленному способу шунтированием резистора, установленного в узле связи блока. Такое решение обеспечивает питание напряжением заданного уровня устройств снаряда до его пуска, а при превышении напряжения заданного уровня приводит к срабатыванию через нелинейный элемент воспламенителя двигателя снаряда.

Обмен информацией между аппаратурой блока орудий и снарядом осуществляется сигналами переменного тока. Амплитуда этих сигналов выбирается таким образом, чтобы они существенно не влияли на срабатывание нелинейного элемента. Таким образом, в заявленном способе используется одна электропроводная линия связи блока орудий со снарядом, как для подготовки устройств снаряда к пуску, так и для его пуска.

Электропитание устройств снаряда после его пуска происходит от накопителя энергии. Емкость накопителя энергии выбирается достаточной для обеспечения функционирования во время полета программного устройства и срабатывания через ключевое устройство воспламенителя взрыва снаряда.

Заявитель прилагает формулу предлагаемого изобретения, где отражены существенные признаки изобретения. Специалисту в области техники понятно, что предлагаемое изобретение не ограничивается настоящим описанием и может быть осуществлено в различных вариантах, в объеме формулы изобретения. При этом может вводиться в снаряд более сложная программа работы после его пуска, и могут обеспечиваться в полете снаряда электропитанием различные виды устройств управления снарядом.

Способ и система предназначены для управления пуском и взрывом реактивных снарядов. В настоящем изобретении электропитание, связь и управление воспламенителями двигателя и взрыва ракеты предусмотрены через проводные линии связи блока орудий и снаряда с контактным устройством между ними. Перед пуском ракеты по линиям связи напряжением постоянного тока заданного уровня производится заряд накопителя энергии и энергопитание устройств ракеты. По величине постоянного тока, протекающего по линиям связи, определяется исправность воспламенителя двигателя и воспламенителя взрыва. Перед пуском ракеты по линиям связи сигналами переменного тока получается информация о типе ракеты и производится ввод в программное устройство значения времени запаздывания взрыва ракеты после ее пуска. При пуске ракеты через нелинейное устройство напряжением, превышающим заданный уровень, происходит срабатывание воспламенителя двигателя ракеты. Электропитание устройств ракеты после ее пуска осуществляются от накопителя энергии. Срабатывание воспламенителя взрыва ракеты производится после истечения времени запаздывания взрыва, заложенного в программное устройство. Изобретение позволяет повысить эффективность управления пуском и взрывом. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система для управления пуском и взрывом реактивного снаряда, содержащая: плату управления; блок питания; ключевые устройства; программное устройство; воспламенители; линии связи; контактное устройство; и отличающаяся тем, что, кроме того, содержит нелинейное устройство, узел связи блока, узел связи снаряда, цепь контроля двигателя, цепь контроля взрыва, цепь заряда и накопитель энергии; причем блок питания выполнен с возможностью преобразовывать напряжение внешней сети в напряжения, необходимые устройствам системы, вход блока связан с бортовой линией питания носителя оружия, выход блока связан с платой управления и ключевым устройством; плата управления выполнена с возможностью приема и передачи информации о наличии и величине потребляемого тока а также типе используемого снаряда, приема и передачи информации о времени запаздывания взрыва и моменте пуска снаряда, вход платы управления связан с линией обмена информацией бортового радиоэлектронного оборудования, выход платы управления связан с ключевым устройством блока и узлом связи блока; узел связи блока выполнен с возможностью наложения управляющих и контрольных сигналов переменного тока на протекающий через него постоянный ток, ограничения и измерения постоянного тока, снижения выходного напряжения постоянного тока, достаточного для электропитания устройств снаряда и недостаточного для срабатывания нелинейного устройства, выход связан с линией связи блока; ключевое устройство блока выполнено с возможностью увеличивать напряжения постоянного тока в линии связи до уровня, достаточного для срабатывания воспламенителя двигателя снаряда, выход ключевого устройства соединен с линией связи блока; линия связи блока выполнена с возможностью двунаправленной передачи постоянного тока и сигналов переменного тока, выход линии связи связан с контактным устройством; контактное устройство выполнено с возможностью соединять линию связи блока и линию связи снаряда при установке снаряда в блок орудий и разрывать контакт между ними при пуске снаряда; линия связи снаряда выполнена с возможностью двунаправленной передачи постоянного тока и сигналов переменного тока, выход линии связи связан с узлом связи снаряда, нелинейным устройством и цепью контроля двигателя; нелинейное устройство выполнено с возможностью при увеличении приложенного к нему напряжения уменьшать свое сопротивление до уровня, достаточного для срабатывания воспламенителя двигателя, выход нелинейного устройства связан с воспламенителем двигателя; цепь контроля двигателя выполнена с возможностью снижения до безопасного уровня контрольного тока, протекающего через воспламенитель двигателя, выход цепи контроля двигателя связан с воспламенителем двигателя; воспламенитель двигателя выполнен с возможностью преобразовать энергии импульса электрического тока в тепловую энергию, достаточную для воспламенения порохового заряда двигателя; узел связи снаряда выполнен с возможностью разделения проходящего через него тока на постоянную составляющую и переменную составляющую, узел связи снаряда связан с программным устройством и цепью заряда; цепь заряда выполнена с возможностью обеспечить заряд постоянным током, протекающим в накопитель энергии, выход цепи заряда связан с накопителем энергии; накопитель энергии выполнен с возможностью накопления энергии постоянного тока до пуска снаряда и расходования энергии после его пуска, выход накопителя энергии связан с программным устройством, ключевым устройством снаряда и цепью контроля взрыва; цепь контроля взрыва выполнена с возможностью снижения до безопасного уровня контрольного тока, протекающего через воспламенитель взрыва, выход цепи контроля связан с воспламенителем взрыва; программное устройство выполнено с возможностью выдачи информации о типе снаряда, приеме информации о времени задержки взрыва и выдачи электрического импульса для срабатывания воспламенителя взрыва через заданный интервал времени после пуска снаряда, выход программного устройства связан с ключевым устройством снаряда; ключевое устройство снаряда выполнено с возможностью по сигналу, поступившему из программного устройства, осуществить срабатывание воспламенителя взрыва, выход ключевого устройства связан с воспламенителем взрыва; воспламенитель взрыва выполнен с возможностью преобразовать энергии импульса электрического тока в тепловую энергию, достаточную для воспламенения порохового заряда взрыва.

2. Способ управления пуском и взрывом реактивного снаряда, заключающийся в том, что перед пуском снаряда через проводную линию связи блока орудий и снаряда, с контактным устройством, разрываемым при пуске снаряда, сигналами переменного тока, осуществляется ввод полетного задания и получается информация о типе снаряда, а также производится заряд накопителя энергии и электропитание устройств снаряда напряжением постоянного тока заданного уровня и определяется исправность воспламенителей, а срабатывание воспламенителя пуска двигателя снаряда осуществляется через нелинейный элемент напряжением, превышающим заданный уровень, причем питание программного и исполнительных устройств полетного задания снаряда в полете осуществляется от накопителя энергии.