УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В АРТИЛЛЕРИЙСКОМ СНАРЯДЕ Российский патент 2019 года по МПК F42C17/04 F42C11/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Предлагаемое изобретение относится к автономным устройствам артиллерийских снарядов, обеспечивающих электропитанием их различных систем.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Разработка и применение различных видов управляемых артиллерийских снарядов и снарядов с электрическими взрывателями связана с необходимостью наличия в них источников электропитания. Такие источники электропитания должны выдерживать хранение в течение многих лет, а затем обеспечивать аппаратуру снаряда электроэнергией при воздействии на него больших сил инерции, возникающих при выстреле или при встрече летящего снаряда с препятствием.

Для решения указанной проблемы широко используются химические источники энергии. В качестве таких источников часто используются литиевые аккумуляторы. Создание таких аккумуляторов с гарантированными достаточно большими сроками хранения, особенно при низких температурах, является важной, еще не решенной задачей современного приборостроения. К недостаткам таких систем также относится уменьшение безопасности и надежности снарядов, содержащих готовые к использованию источники тока.

В соответствии с патентом РФ №2329461 применяются батареи, для активации которых в них при выстреле впрыскивается жидкий электролит, хранящийся отдельно в стеклянных ампулах. Такое достаточно сложное и дорогое устройство не всегда может быть размещено в снарядах, особенно в снарядах средних и малых калибров.

Применяются также приводимые в движение набегающим потоком воздуха электрогенераторы. Такое дорогостоящее техническое решение могут использоваться только на снарядах больших калибров.

Известен патент РФ №2122177 на «Импульсный магнитоэлектрический генератор», в котором внутри кольцевого магнита с продольной намагниченностью расположена катушка индуктивности. Магнит с катушкой перекрыты ферромагнитным якорем. Якорь под воздействием инерционных сил имеет возможность освободиться от крепления и удалиться от магнита с катушкой, вследствие чего в катушке вырабатывается электрический импульс. Недостатки конструкции и примененных материалов обуславливает низкую эффективность генератора при выработке короткого во времени импульса напряжения, а также не исключают возможности разрушения устройства при больших значениях сил инерции.

Известен патент РФ №2535313 на «Программируемый снаряд», в котором приведена ссылка на патент СН586384, принятый в настоящей заявке в качестве известного прототипа. В этом патенте ведущий поясок из мягкого железа и кольцевой постоянный магнит посредством линейного ускорения выстрела смещаются относительно индукционной катушки в направлении оси снаряда, из-за чего в катушке создается напряжение, которое заряжает конденсатор. Важным полезным свойством построения системы по указанному способу, является отсутствие в снаряде источника электропитания до выстрела. При этом обеспечивается безусловная безопасность снаряда при его хранении и транспортировке. Согласно этой публикации, для предотвращения разрушения устройства при возникающих на него продольных инерционных воздействиях, поперечных ускорениях и вращении снаряда, необходимы конструктивные меры, которые увеличивают цену устройства, требуют больше места в снаряде и делают его более тяжелым.

Таким образом, в области техники существует необходимость в появлении более простого и экономичного источника электрической энергии в артиллерийских снарядах.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства для выработки электрической энергии в снаряде, свободного от указанных недостатков.

Предлагаемое устройство содержит катушку индуктивности и кольцевой постоянный магнит, способный под действием сил инерции перемещаться относительно катушки индуктивности вдоль оси снаряда, и кроме того, содержит основание с направляющим стержнем из бронзы, чашку сердечника броневого типа из феррита, в которой размещена катушка индуктивности, связанную с основанием направляющего стержня, ферромагнитную шайбу, закрепленную на торце направляющего стержня, и кольцевой постоянный магнит с радиальной намагниченность, связанный силами взаимного притяжения с ферромагнитной шайбой, при этом магнит удален вдоль направляющего стержня на некоторое расстояние от чашки сердечника и имеет возможность под действием сил инерции преодолеть силы притяжения к ферромагнитной шайбе и перемещаться к чашке сердечника вдоль направляющего стержня.

При этом в сердечнике возникает магнитное поле с быстро возрастающей амплитудой, а на катушке возникает соответствующее напряжение. Оси симметрии деталей устройства совпадают с продольной осью снаряда.

Заявленное устройство может применяться как для выработки электрической энергии в момент выстрела, так и для выработки электрической энергии в момент встречи снаряда с препятствием. В этих ситуациях направления взаимодействующих с устройством сил инерции противоположны между собой. Это обстоятельство должно учитываться при установке устройства в снарядах.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение безопасности при длительном хранении снаряда, увеличение количества вырабатываемой энергии и высокая надежность устройства. Конструктивная простота изделия позволяет создавать источники электропитания с малыми размерами, малой массой и малой стоимостью. Указанный технический результат обеспечивается благодаря конструктивным мерам и использованию соответствующих материалов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА

На чертеже показана конструктивная схема предлагаемого устройства.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сущность изобретения поясняется конструктивной схемой, изображенной на чертеже.

Согласно заявленному изобретению, на направляющем стержне 1, связанным своим основанием с корпусом снаряда, неподвижно закреплена чашка сердечника броневого типа из феррита 2, содержащая катушку индуктивности 3, и на некотором расстоянии от чашки расположен кольцевой магнит с радиальной намагниченностью 4, связанный силами магнитного притяжения с ферромагнитной шайбой 5, закрепленной на торце направляющего стержня 1.

Под действием инерционных сил, существенно превышающих силы взаимного притяжения кольцевого магнита 4 к ферромагнитной шайбе 5, кольцевой магнит 4 перемещается в направлении, указанном стрелками, вдоль направляющего стержня 1 к чашке сердечника 2 с катушкой индуктивности 3. При этом в сердечнике возникает магнитное поле с возрастающей амплитудой, а в катушке вырабатывается соответствующее электрическое напряжение.

Вследствие большой скорости протекания указанного процесса возникающее в катушке напряжение представляет собой короткий импульс продолжительностью порядка 10^-4 секунд. Для эффективного преобразования энергии такого магнитного поля в электрическое напряжение на катушке используется сердечник магнитопровода броневого типа из феррита. При этом появляется возможность применения бескаркасной катушки индуктивности, что способствует уменьшению размеров устройства. В центре чашки имеется отверстие для прохода направляющего стержня.

Основание с направляющим цилиндрическим стержнем изготовлено из бронзы - немагнитного антифрикционного сплава, обладающего хорошими противозадирными свойствами. Диаметр отверстия кольцевого магнита превышает диаметр направляющего стержня, образую зазоры между этими деталями. При перемещении с большой скоростью кольцевого магнита с радиальной намагниченностью вдоль направляющего стержня нем возникают кольцевые токи, магнитное поле которых, взаимодействуя с магнитным полем магнита, способствует центрированию магнита относительно направляющего стержня. Принятые меры обеспечивают надежное срабатывание устройства.

Кольцевой магнит имеет радиальную намагниченность и при взаимодействии с чашкой сердечника обеспечивает эффективное изменение магнитного поля в сердечнике и выработку соответствующего напряжения в катушке индуктивности.

Ферромагнитная шайба, закрепленная на торце направляющего стержня, за счет сил взаимного притяжения с кольцевым магнитом обеспечивает его надежную фиксацию в исходном положении в условиях хранения и транспортировки снаряда, а также отсутствие его перемещений до выстрела.

Крышка, закрепленная на торце направляющего стержня, предохраняет устройство от попаданий в него посторонних частиц.

После выработки импульса напряжения на катушке индуктивности и заряда при этом конденсатора источника питания снаряда не исключено разрушение устройства в результате удара магнита о чашку сердечника. Поскольку устройство до этого выполнило свою задачу, то отмеченное явление не имеет значения.

Оси симметрии деталей устройства совпадают между собой и совпадают с продольной осью симметрии снаряда, что способствует уменьшению влияния на работу устройства ускорений, возникающих при вращении снаряда.

Заявитель прилагает формулу изобретения, где отражены существенные признаки изобретения.

Изобретение относится к автономным устройствам артиллерийских снарядов, обеспечивающим электропитанием их различные системы. Кольцевой постоянный магнит с радиальной намагниченностью, связанный силами взаимного притяжения с ферромагнитной шайбой, закрепленной на торце направляющего стержня из немагнитного антифрикционного сплава, имеет возможность под действием инерционных сил преодолеть силы притяжения к ферромагнитной шайбе и перемещаться вдоль направляющего стержня к чашке сердечника броневого типа из феррита, закрепленной у основания направляющего стержня и содержащей катушку индуктивности. Вследствие чего в катушке индуктивности возникает напряжение для заряда конденсатора источника электропитания снаряда. Оси симметрии деталей совпадают с продольной осью снаряда. Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение безопасности при длительном хранении снаряда, увеличение количества вырабатываемой устройством энергии и высокая его надежность. Конструктивная простота устройства позволяет создавать для артиллерийских снарядов источники электропитания с малыми размерами, малой массой и малой стоимостью. 1 ил.

Устройство для выработки электрической энергии в артиллерийском снаряде, содержащее расположенные в снаряде катушку индуктивности и кольцевой постоянный магнит, перемещающийся под действием инерционных сил относительно катушки вдоль оси снаряда, из-за чего в катушке создается напряжение, которое заряжает конденсатор, отличающееся тем, что содержит основание с направляющим стержнем из бронзы, чашку сердечника броневого типа из феррита, в которой размещена катушка индуктивности, связанную с основанием направляющего стержня, ферромагнитную шайбу, закрепленную на торце направляющего стержня, и кольцевой постоянный магнит с радиальной намагниченностью, связанный силами взаимного притяжения с ферромагнитной шайбой, при этом магнит удален вдоль направляющего стержня на некоторое расстояние от чашки сердечника и имеет возможность под действием инерционных сил преодолеть силы притяжения к ферромагнитной шайбе и перемещаться к чашке сердечника вдоль направляющего стержня, причем оси симметрии деталей устройства совпадают с продольной осью снаряда.