УНИВЕРСАЛЬНОЕ СРЕДСТВО ИНИЦИИРОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО НА ЕГО ОСНОВЕ Российский патент 2019 года по МПК F42C19/08 

Изобретения относятся к неэлектрическим средствам инициирования, преобразующим начальный механический импульс в огневой форс или возбуждающим взрывное превращение, которые могут быть использованы для инициирования взрывных устройств, боеприпасов, снарядов или пиротехнических изделий различного назначения, то есть любых средств, предполагающих санкционированный подрыв или воспламенение.

Средствами инициирования называются устройства и приспособления, действующие от простых начальных импульсов, для возбуждения взрывчатого превращения (воспламенения или детонации) порохов или взрывчатых веществ (П.Ф. Бубнов, И.П. Сухов, Средства инициирования, Москва, ОБОРОНГИЗ, 1945, с. 4).

Традиционными средствами инициирования, предназначенными для воспламенения или возбуждения детонации взрывчатых веществ, являются капсюли-воспламенители, применяемые в капсюльных втулках или ударных воспламенительных трубках, трубочные капсюли-воспламенители, вытяжные трубки, капсюли-детонаторы. Данные средства срабатывают от механического, например ударного, накольного или терочного импульса. Устройства, состоящие из накольного капсюля-воспламенителя и ударного приспособления, называются механическими воспламенителями, а включающие капсюль-воспламенитель и терочное приспособление - терочными воспламенителями.

Под термином «воспламенитель» в материалах данной заявки предполагается любое устройство, выполняющее функцию воспламенения в пиротехнических или взрывных устройствах.

В воспламенителях ударного действия в качестве инициирующего элемента традиционно используют капсюль-воспламенитель или капсюль-детонатор. Как правило, капсюли устанавливают в непосредственной близи к заряду взрывчатого или пиротехнического вещества [1] или на некотором расстоянии от заряда (через осевой огнепередаточный канал) [2, 3].

В запалах терочного типа используют терочные капсюли-воспламенители, в которых запуск осуществляется за счет перемещения специальной детали (терки) в воспламенительном составе [4, 5] или в терочном узле воспламенения со стопиновым замедлителем за счет выдергивания шнура [6].

Практика показывает, что запалы с терочными капсюлями чаще всего используют состав с красным фосфором, согласно чему не требуется значительных усилий и металлических элементов в конструкции воспламенителя. Запалы на красном фосфоре не надежны, избыточно чувствительны, гигроскопичны и небезопасны. Терочные запалы, не содержащие фосфорных составов, из-за низкой чувствительности требуют применения металлических узлов срабатывания и значительных усилий при инициировании. Такие запалы имеют ограниченный ресурс в хранении из-за гигроскопичности используемых составов и коррозии металлических элементов.

Выполнение средств инициирования индивидуально в зависимости от их назначения. Даже в конструкциях воспламенителей одного типа основные функциональные элементы могут различаться и не быть взаимозаменяемыми.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является получение безопасного, надежно функционирующего и компактного инициатора, пригодного для инициирования широкой номенклатуры взрывных и пиротехнических средств.

При использовании изобретения достигается следующий технический результат:

- универсальность;

- стабильная работа;

- надежность работы системы в целом;

- компактность устройства;

- безопасность;

- высокая продолжительность хранения;

- герметичность.

Технический результат достигается средством инициирования воспламенения или детонации, характеризующимся тем, что оно содержит корпус, в котором выполнен сквозной осевой канал, предназначенный для принятия механического импульса ударного, накольного или терочного типа, осевой канал имеет стенки, в осевом канале расположен воспламенительный состав, который нанесен на стенки сквозного канала или запрессован в канале, или расположен в виде капли инициирующего вещества в устье канала, или размещен в канале с использованием сочетания нескольких указанных методов, при этом средство инициирования выполнено в виде вставки в корпус воспламенителя, боеприпаса или пиротехнического устройства или заодно с корпусом воспламенителя, боеприпаса или пиротехнического устройства.

Как и в известных решениях, в изобретении средство инициирования предназначено для принятия начального механического импульса - ударного, накольного или терочного типа и преобразования его в огневой импульс.

В известных средствах отверстия в тонких стенках капсюлей и чашечек служат, как правило, для передачи импульса в определенном направлении (ударных, накольных) или его формирования (терочных). В отличие от известных средств в данном изобретении выполнен сквозной осевой канал, в котором происходит формирование направленного огневого импульса. Распространяясь по каналу от места инициирования, импульс передается пиротехническому, взрывчатому, горючему веществу или материалу.

Таким образом, в средстве инициирования совмещены функция элемента, воспринимающего начальный импульс и преобразующего его в огневой, и элемента, передающего огневой импульс инициируемому заряду. То есть, изобретение в полной мере осуществляет функцию известных неэлектрических средств инициирования, в частности капсюля-воспламенителя, что позволяет заменить их по месту применения.

Предложенное средство инициирования представляет собой объемный монолитный или сборный элемент, выполненный с возможностью соосной фиксации его в виде вставки в корпусе воспламенителя, боеприпаса или снаряда. В случае выполнения средства инициирования заодно с корпусом воспламенителя, боеприпаса или снаряда, средство инициирования является продолжением корпуса, в виде поперечного сужения (сходящихся стенок корпуса в поперечном сечении) с формированием осевого канала.

Периферийная конфигурация средства инициирования соответствует внутренней конфигурации корпуса воспламенителя или боеприпаса. Поскольку корпус воспламенителей и боеприпасов имеет, как правило, трубчатую форму, то в основном предполагается выполнение средства инициирования цилиндрической формы. Однако не исключается возможность его выполнения в виде других форм, поскольку это не влияет на его функционирование и реализацию назначения.

Далее приведены различные реализации средства инициирования с учетом различных приемов его применения.

Канал элемента выполнен прямым или конусообразным в продольном сечении, т.е. имеет воронкообразную форму, предпочтительно круглым или прямоугольным в поперечном сечении. Стенки канала могут быть выполнены вогнутыми внутрь канала (в виде сужающейся воронки). Внутренняя поверхность стенок канала выполнена гладкой, шероховатой или с рифами. Поскольку назначением канала элемента является формирование и передача огневого импульса, то осевой канал является «воспламенительным каналом».

По периметру входного отверстия канала (т.е. стороны, принимающей начальный импульс) может быть выполнен буртик.

В корпусе может быть выполнена как минимум одна щелевая сквозная прорезь, проходящая через канал, и/или, как минимум, одно сквозное отверстие между каналом и боковой поверхностью элемента, представляющие собой газоходный канал. Также перфорация может быть выполнена на стенке канала. Щелевая прорезь под давлением начального импульса раскрывается, тем самым гасит оказываемое давление и преобразует его в усилие трения. Избыток образовавшихся газообразных продуктов через щель (или отверстие) отводится из канала, что стабилизирует режим горения воспламенительного состава.

Средство инициирования может быть выполнено полимерным, металлическим или из композитного материала, например стеклопластика, или сгораемым.

В канале расположен воспламенительный состав (ВС).

В качестве воспламенительного состава может быть использован ударный инициирующий состав, пиротехнический воспламенительный состав, терочный состав или их различные сочетания.

В качестве альтернативного применения над каналом элемента, например с упором на буртик, может быть установлен капсюль-воспламенитель.

Со стороны, принимающей начальный импульс, средство инициирования герметизировано, например, пленкой, мембраной, фольгой или лаком поверх состава, что позволяет исключить контакт внешней среды с воспламенительным составом, а следовательно, увеличить сохранность воспламенителя и продлить срок его функционирования.

Предложенное средство инициирования в отличие от известных средств уровня техники не имеет привязанности к какому-либо конкретному устройству применения, поэтому является универсальным.

Другим объектом изобретения является воспламенитель, содержащий предложенное средство инициирования.

В случае реализации механизма инициирования ударного типа воспламенитель содержит ударный механизм, который включает ударник и боек, и, необязательно, стопор, шплинт, кольцо и предохранительную скобу. Средство инициирования может быть размещено в виде сосной вставки в корпусе воспламенителя или выполнено заодно при изготовлении его корпуса. Для более надежного удержания средства инициирования в корпусе на внутренней стороне стенки корпуса может быть выполнено углубление или ступенька, служащие в качестве дополнительной опоры. В случае установки средства инициирования в виде вставки она выполняется с внешним диаметром, немного превышающим внутренний диаметр корпуса воспламенителя.

Ударный механизм выполнен с возможностью продольного или радиального перемещения в корпусе, которое обеспечивает пружина. Ударник и боек могут быть выполнены слитно или отдельными элементами.

Боек, предпочтительно, выполнен в виде клиновидного элемента с затупленным или заостренным концом, но также может иметь Т-образную форму в продольном сечении, например расширяющийся к верху штифт. Боек при движении затупленным или заостренным концом или вертикальной частью штифта проникает в осевой канал средства инициирования и оказывает ударно-терочное воздействие на стенки канала, что вызывает воспламенение ВС. Конусность стенок сквозного канала повышает площадь поверхности, соприкасающейся с бойком, что способствует трению между бойком и стенкой, необходимому для воспламенения состава.

Допускается предварительное размещение бойка в осевом канале с небольшим притоплением в нем отдельно от ударника. При срабатывании ударник проталкивает боек в канале, который за счет плотного продвижения воздействует резким сильным трением на стенку канала.

В случае установки над каналом, например с упором на буртик, капсюля-воспламенителя боек способен осуществлять накольное действие с получением начального луча огня, проходящего по каналу к инициируемому веществу или материалу.

Наличие буртика у средства инициирования способствует более точному сочленению бойка со сквозным каналом.

Боек может содержать сообщающуюся с его внешней поверхностью полость с пиротехническим, взрывчатым или горючим веществом, воспламеняемым при срабатывании.

Если наличие ударника не предусмотрено, может быть реализован терочно-нажимной механизм инициирования. Для чего клиновидный боек или штифт предварительно устанавливают в канале, внутренняя поверхность которого, вертикальная часть штифта и ВС выполняются соответствующими для преобразования терочного импульса в огневой.

Механические части, такие как корпус воспламенителя, ударник, боек, шплинт, кольцо, предохранительная скоба, наковаленка могут быть выполнены полимерными, металлическими или из композитного материала. Пружина для надежности срабатывания, предпочтительно, выполняется из металла.

Для реализации механизма инициирования терочного типа в воспламенителе могут быть предусмотрены удлиненный гибкий или твердый терочный элемент, например шнур, лента, проволока или пруток, частично размещенные в осевом канале наковаленки.

Пруток может содержать сообщающуюся с его внешней поверхностью полость, в которой может располагаться пиротехническое, взрывчатое или горючее вещество, воспламеняемые при срабатывании. По внешней поверхности прутка допускается выполнение продольных рифлений или углублений, в которых также может располагаться пиротехническое или взрывчатое вещество.

При ударно-терочном, терочно-нажимном и терочном механизме инициирования ВС может быть нанесен на поверхность канала и/или на поверхность бойка, и/или поверхность терочного элемента.

Со стороны выходного отверстия средство инициирования герметизируется путем присоединения воспламенителя к емкости с инициирующим зарядом (зарядной капсуле) и/или герметизирующей мембраной.

Для установки воспламенителя с указанным средством инициирования во взрывном или пиротехническом устройстве на корпусе воспламенителя выполнена внешняя или внутренняя резьба для обеспечения возможности навинчивания на корпус взрывного устройства или вкручивания в него. Также допускается установка воспламенителя с помощью клея.

Путем варьирования видом начального импульса и воспламенительного состава средство инициирования может быть адаптировано для применения в различных взрывных, пиротехнических устройствах или боеприпасах в соответствии с требуемыми характеристиками конкретного устройства.

Герметизация небольшой навески воспламенительного вещества существенно продлевает срок годности изделия по сравнению с известными аналогами. В случае выполнения деталей инициатора полимерными или из материала, не подверженного окислению (коррозии), срок годности изделия становится практически неограниченным.

Механические части - наковаленка, боек, ударник, гибкие или твердые терочные элементы могут быть выполнены из сгораемых материалов.

Также объектами изобретения являются боеприпас и пиротехническое устройство, в которых в узле воспламенения использовано упомянутое выше средство инициирования. При этом средство может располагаться в виде вставки в узле воспламенения или изготавливаться заодно с корпусом боеприпаса или пиротехнического устройства, образуя, тем самым, узел воспламенения. При использовании упомянутого средства инициирования в боеприпасе или пиротехническом устройстве не требуется применение традиционных капсюлей. Как средство, представляющее собой альтернативу капсюлю-воспламенителю, средство инициирования характеризуется формированием устойчивого луча огня. Однако в зависимости от инициируемых им веществ и материалов импульс может быть преобразован в необходимый для срабатывания устройства.

На фиг. 1-4 изображены продольные разрезы средства инициирования и воспламенителя на его основе ударно-терочного (для боеприпаса - ручной гранаты), терочно-нажимного (для боеприпаса - мины) и терочного действия (для пиротехнического средства).

На фигурах использованы следующие обозначения: 1 - средство инициирования; 2 - сквозной осевой канал; 3 - воспламенительный состав; 4 - буртик; 5 - щелевая прорезь; 6 - герметизирующая мембрана; 7 - капсюль; 8 - корпус воспламенителя; 9 - механизм инициирования; 10 - стопор; 11 - пружина; 12 - предохранительная скоба; 13 - шнур; 14 - узел.

На фиг. 1 представлено средство инициирования (1) со сквозным осевым каналом (2) и буртиком (4), на котором расположен капсюль (7). Элемент со стороны входного отверстия герметизирован мембраной (полимерной пленкой или металлической фольгой) (6). На стенку канала вблизи входного отверстия нанесен ВС (3).

На фиг. 2 представлен механический воспламенитель, содержащий корпус (8), в котором соосно расположены механизм инициирования (9), ударно-терочного действия, включающий боек и ударник, средство инициирования (1). Устройство содержит стопор (10), связанный с предохранительной скобой (12) и сдерживающий до момента использования пружину (11). Временная неподвижность скобы и стопора обеспечивается шплинтом и кольцом (не показаны).

На фиг. 3 представлена часть воспламенителя терочно-нажимного действия, а именно корпус (8), механизм инициирования (9) - ударно-терочный элемент, средство инициирования (1), ВС (3).

На Фиг. 4 представлен воспламенитель терочного действия, включающий: средство инициирования со сквозным осевым каналом (2) и буртиком (4), ВС (3), механизм инициирования (9) - удлиненный гибкий элемент - шнур (13) и узел (14) на шнуре.

Работает средство инициирования следующим образом.

Средство инициирования (1), в том случае, когда оно выполнено в виде вставки, размещают и фиксируют в корпусе воспламенителя, боеприпаса или пиротехнического устройства таким образом, чтобы сквозной осевой канал (2) располагался соосно продольной оси ударника, терочного или терочно-нажимного механизма воспламенителя, боеприпаса или пиротехнического устройства. Аналогичным образом средство инициирования располагается в корпусе воспламенителя, боеприпаса или пиротехнического устройства при их изготовлении, в том случае, когда оно выполнено заодно с корпусом данных устройств.

Для инициирования воспламенения или детонации приводят в движение ударник, терочный или терочно-нажимной механизм, который вступает в прямой контакт с воспламенительным составом (3), расположенным в осевом канале (2), в результате чего начальный механический импульс преобразуется в огневой форс или возбуждает взрывное превращение, инициирующие воспламенитель, боеприпас или пиротехническое устройство.

Предложенный воспламенитель работает следующим образом.

Воспламенитель со средством инициирования (1) устанавливают во взрывном устройстве или пиротехническом изделии либо средство инициирования (1) сначала соединяют с зарядной колбой, а затем полученную конструкцию располагают в устройстве или изделии. Последующая реализация раскрывается на примере работы устройства ударного действия, например для ручной гранаты (см. фиг. 2, 1).

Для активации предохранительную скобу (12) плотно прижимают к корпусу (8) и за кольцо вытягивают шплинт, освобождая стопор (10) и обеспечивая свободный ход для скобы (12). При поднятии скобы (12) вверх стопор (10) выходит из отверстия в корпусе (8). В отсутствии сдерживающего элемента пружина (11) резко разжимается, придавая движение ударному механизму (9) вдоль корпуса в сторону инициирующего элемента (1). Двигаясь, боек разрушает (прорывает) герметизирующую мембрану (6) и входит в воспламенительный канал (2) средства инициирования (1). В момент удара боек оказывает прямое ударно-терочное воздействие на воспламенительный состав (3) и формирует форс огня, который, пройдя по воспламенительному сквозному каналу (2), осуществляет поджиг.

При использовании капсюля-воспламенителя (7) боек ударяет по капсюлю, который лучом огня осуществляет воспламенение инициируемого заряда. Использование капсюля-воспламенителя (7) не является обязательным.

Для приведения в действие устройства, выполненного с терочным элементом (см. фиг. 4), удлиненный гибкий или твердый элемент, например шнур (13), резко вытягивается за свободную часть. При этом противоположная часть, например узел (14), размещенная с другой стороны средства инициирования (1), при движении оказывает трение на состав в канале (2), приводя к воспламенению.

Проведенные заявителем испытания показали, что средство инициирования воспламенения или детонации может быть использовано в конструкции патронов для различных видов огнестрельного оружия, ручных гранат, мин, дымовых шашек и др.

Средство инициирования представляет собой альтернативу традиционному капсюлю-воспламенителю. При использовании средства инициирования в боеприпасе или пиротехническом устройстве применение капсюлей не требуется, что дает возможность отказаться от металлических деталей и фосфорных составов.

Использование фосфора в основе воспламенительных составов средств инициирования отрицательно сказывается на безопасности соотвествующих боеприпасов и пиротехнических устройств, поскольку фосфорные составы являются высокочувствительными и склонны к самовозгоранию. Предлагаемое изобретение позволяет при использовании безфосфорных составов на основе хлората или перхлората калия получить огневой форс, сопоставимый по мощности со средствами инициирования, в которых в качестве воспламенительного состава применяются фосфорные составы. Данный эффект достигается за счет прямого контакта воспламенительного состава с ударником, терочным или терочно-нажимным механизмом в связи с отсутствием капсюля. Кроме этого, отсутствие в конструкции устройства капсюля делает возможным инициирование воспламенения или детонации при начальном механическом импульсе меньшей силы.

С другой стороны, отказ от металлических деталей, в частности металлического капсюля, исключает коррозию средства инициирования, что положительно сказывается на его надежности и долговечности.

Источники информации

1. RU 111908 U1, F42B 8/26, 27.12.2011.

2. RU 101539 U1, F42C1 9/08, 20.01.2011.

3. RU 2473868 С2, F42C 14/02, 27.01.2013.

4. US 3194161 A, F42B 8/26, 1965.

5. DE 1081354 В, F42B 8/26, 1960.

6. GB 904348 A, F42C 15/32, 29.08.1962.

Изобретение относится к неэлектрическим средствам инициирования, преобразующим начальный механический импульс в огневой форс или возбуждающим взрывное превращение, которые могут быть использованы для инициирования взрывных устройств, боеприпасов или пиротехнических изделий различного назначения, то есть любых средств, предполагающих санкционированный подрыв или воспламенение. Средство инициирования представляет собой элемент, выполненный со сквозным осевым каналом, в виде вставки или заодно с корпусом воспламенителя, боеприпаса или пиротехнического устройства. В канале может быть расположен воспламенительный состав. Средство предназначено для срабатывания от любого механического, например ударного, накольного или терочного импульса. Средство унифицировано для работы с различными взрывными и пиротехническими устройствами и воспламенительными составами; обеспечивает высокую надежность работы; высокую безопасность; большой срок годности инициатора; простое и безопасное производство; возможность отказаться от металлических деталей и фосфорных составов. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Средство инициирования воспламенения, характеризующееся тем, что оно содержит корпус, в котором выполнен сквозной осевой сужающийся канал с возможностью принятия механического импульса ударно-терочного типа, в осевом канале расположен нанесенный на стенки воспламенительный состав, корпус выполнен из полимерного или композитного или сгораемого материала, при этом канал выполнен прямоугольным в поперечном сечении, а в корпусе выполнена сквозная щелевая прорезь.

2. Средство инициирования по п.1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность стенок канала выполнена гладкой, шероховатой или с рифами.

3. Средство инициирования по п.1, отличающееся тем, что по периметру верхнего отверстия канала выполнен буртик.

4. Средство инициирования по п.1, отличающееся тем, что часть корпуса со стороны, принимающей начальный импульс, герметизирована, например пленкой, мембраной, фольгой или лаком поверх состава.

5. Воспламенитель, отличающийся тем, что содержит средство инициирования по любому из пп. 1-4, при этом средство инициирования выполнено в виде вставки в корпус воспламенителя или заодно с корпусом воспламенителя.

6. Воспламенитель по п.5, отличающийся тем, что содержит ударный механизм, включающий ударник и боек, которые выполнены слитно или отдельными элементами и необязательно содержит стопор, шплинт, кольцо и предохранительную скобу.

7. Воспламенитель по п.6, отличающийся тем, что боек выполнен в виде клиновидного элемента с затупленным или заостренным концом или Т- образной формы в продольном сечении.

8. Воспламенитель по п.6, отличающийся тем, что боек установлен в осевом канале средства инициирования.

9. Воспламенитель по п.6, отличающийся тем, что ударный механизм выполнен с возможностью продольного или радиального перемещения в корпусе.

10. Воспламенитель по п.6, отличающийся тем, что воспламенительный состав нанесен на поверхность бойка.

11. Воспламенитель по п.6, отличающийся тем, что боек содержит сообщающуюся с его внешней поверхностью полость с пиротехническим, взрывчатым или горючим веществом.

12. Воспламенитель по п.6, отличающийся тем, что средство инициирования, ударник и боек выполнены сгораемыми.

13. Воспламенитель по п.6, отличающийся тем, что средство инициирования герметизировано со стороны выходного отверстия герметизирующей мембраной и/или путем присоединения воспламенителя к емкости с инициируемым зарядом.

14. Воспламенитель по п.13, отличающийся тем, что выполнен с возможностью навинчивания на корпус взрывного или пиротехнического устройства или вкручивания в него, или установлен с помощью клея.

15. Боеприпас, отличающийся тем, что содержит средство инициирования воспламенения по любому из пп. 1-4, при этом средство инициирования выполнено в виде вставки в корпус боеприпаса или заодно с корпусом боеприпаса.

16. Пиротехническое устройство, отличающееся тем, что содержит средство инициирования по любому из пп. 1-4, при этом средство инициирования выполнено в виде вставки в корпус пиротехнического устройства или заодно с корпусом пиротехнического устройства.