Способ обеспечения неконтактного подрыва боеприпаса Российский патент 2020 года по МПК F42C13/00 

Изобретение относится к боеприпасам и может быть использовано при создании неконтактных взрывательных устройств различных боеприпасов.

В настоящее время для неконтактного подрыва боеприпасов используется множество различных радиовзрывателей. Наибольшее распространение получили радиовзрыватели, использующие в своих схемах обнаружения цели автодинные устройства. Радиовзрыватели на основе автодина отличаются простотой конструкции, малыми габаритами и высокой чувствительностью обнаружения цели (ru.wikipedia.org>Радиовзрыватель).

Недостатком, используемых схем, является неоднозначность обеспечения подрыва боеприпаса на заданном расстоянии от цели. Подрыв боеприпаса на заданном расстоянии от цели позволяет повысить эффективность действия боеприпаса на конкретную цель.

Настоящее изобретение направлено на обеспечение возможности неконтактного подрыва боеприпаса на заданном расстоянии до цели.

В основу предлагаемого технического решения положены результаты исследований, выполненные автором, по изучению процессов, происходящих в автодинном устройстве радиовзрывателя, при подлете боеприпаса к цели. Установлено, что при подлете боеприпаса с радиовзрывателем на основе автодина с антенным устройством, содержащим параллельный колебательный контур, к цели, в момент прихода отраженного сигнала от цели в антенную систему автодина частота излучения автодина ω₀ начинает возрастать. При этом начинает возрастать напряжение биений в цепи питания автодина, что позволяет создать устройства для срабатывания радиовзрывателя на подрыв на различном расстоянии до цели. Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе обеспечения неконтактного подрыва боеприпаса, боеприпас снабжают неконтактным радиовзрывателем на основе автодина с приемо-передающей антенной, излучающей при подлете боеприпаса к цели электромагнитные колебания частотой ω₀. Неконтактный подрыв боеприпаса у цели на расстоянии H_P обеспечивают за счет срабатывания порогового устройства, регистрирующего электрическое напряжение биений в цепи питания автодина. При этом приемо-передаюшую антенну автодина строят по схеме параллельного колебательного контура, а частоту электромагнитных колебаний ω₀ устанавливают меньше резонансной частоты автодина ω_р. В процессе приближения боеприпаса к цели непрерывно регистрируют изменение напряжения биений в цепи питания автодина U_D и анализируют характер изменения частоты электромагнитных колебаний в колебательном контуре. При возрастании частоты электромагнитных колебаний в колебательном контуре (возрастании ω₀) подают напряжение биений в цепи питания автодина U_D на пороговое устройство. Причем уровень напряжения срабатывания порогового устройства U_DP вводят во взрыватель перед выстрелом, а его величину вычисляют с помощью соотношения:

U_DP=H_PΔU_D/ΔH,

где H_P - необходимое расстояние подрыва боеприпаса от цели, ΔН - разность расстояний, на которой максимальные напряжения биений в цепи питания автодина изменяются на величину ΔU_D. Параметр взрывателя ΔU_D/ΔH определяют экспериментально для каждого типа взрывателя.

Для подтверждения работоспособности предлагаемого технического решения ниже приведены необходимые обоснования. Для иллюстрации обоснований в описании приведены рисунки, изображенные на фиг. 1-3.

Фиг. 1. Схема суперпозиции электромагнитных волн на антенне автодина при подвижном источнике излучения (V>0): ω - частота колебаний на выходе автодина после суперпозиции волн (излучаемой и отраженной); ω₁ - частота колебаний авто дина до наложения отраженной волны; ω₂ - частота колебаний отраженной волны; τ - период биений излучения после суперпозиции; х - t - координаты.

Фиг. 2. Электронная схема автодина, построенная на транзисторе VT1: L - индуктивность; С1-С4 - конденсаторы; R1 - R5 - резисторы; +U - напряжение питания схемы; X1 - Х2 - выход автодина; U_D - напряжение на выходе автодина.

Фиг. 3. График изменения сопротивления параллельного колебательного контура R_кон и напряжения в цепи питания автодина U_D при изменении частоты колебаний ω: ω₀ - частота колебаний автодина при отсутствии отраженных сигналов; ω_Р - резонансная частота автодина; U_DП - напряжение порогового уровня; U_DP - напряжение расчетное; U_D0 - напряжение при начале возрастания частоты.

В случае, если радиовзрыватель с автодином движется со скоростью V>0, длина излучаемых электромагнитных волн в разных направлениях будет различна, а именно, в направлении движения длина волны будет меньше, чем в обратном направлении. Это явление получило название эффект Доплера (Христиан Доплер - австрийский физик, открывший в 1842 году рассматриваемый эффект).

При этом частота излучения в направлении движения ω будет больше, чем в зоне излучения ω₀. Эту частоту ω можно определить с помощью известного соотношения:

где V - скорость движения источника, с - скорость света.

Таким образом, в случае, если устройство с автодином, например, радиовзрыватель артиллерийского снаряда, перемещается (приближается) по отношению к отражающей поверхности (V>0), частота колебаний, созданных этим автодином ω₁ и отраженных от поверхности ω₂, будет больше на величину, называемую частотой Доплера, а именно, на величину Δω=ω₂-ω₁. На рисунке фиг. 1 приведена схема, поясняющая эффект суперпозиции колебаний с различными частотами (схема характерна для колебаний с незначительной разницей в частотах колебаний).

Проведем расчет суперпозиции волн для идеального случая, когда амплитуды складываемых колебаний равны А, а начальные фазы обоих колебаний равны нулю. Частоты складываемых колебаний равны, соответственно: ω₁ и ω₂. Причем Δω=ω₂-ω₁>0. Тогда можно записать уравнения для этих колебаний в виде:

Сложив выражения (2) и (3), и, учитывая известную формулу тригонометрии, запишем:

При Δω<<ω в аргументе второго косинуса можно пренебречь сдвигом частоты, тогда соотношение (4) примет вид:

В соотношении (5) множитель в квадратных скобках меняется медленно по сравнению с cosωt. Поэтому результирующее колебание х можно рассматривать как модулированное гармоническое колебание с частотой ω_ср, величину которой можно определить с помощью соотношения:

Подчеркнем, что, в строгом смысле, такое колебание не является гармоническим.

При этом частоту пульсаций амплитуды модуляции w, называемой биениями, можно оценить с помощью соотношения:

Таким образом, из соотношения (6) видно, что частота электромагнитных колебаний ω в автодине после воздействия на него отраженной волны возрастет и может ориентировочно быть определена с помощью этого соотношения. Причем с каждой последующей волной при приближении к преграде частота излучения будет возрастать по рассмотренной выше схеме.

Этот эффект будет приводить к изменению параметров автодина. На фиг. 2 приведена типичная схема автодина с параллельным колебательным контуром.

Такая схема в радиоэлектронике является классической емкостной трехточкой, выполненной на биполярном транзисторе VT1. В этой схеме усилительный элемент VT1 включен в схему колебательного контура L, С1, С2, С3, С4, параметры которого задают резонансную частота ω_P авто дина. Глубина обратной связи задается соотношением емкостей С1, С3 и С4 и коэффициентом усиления транзистора VT1 на заданной частоте самовозбуждения.

В представленной схеме информативным параметром, характеризующим процесс взаимодействия автодина с целью, является напряжение U_D (биения в цепи питания автодина), измеряемое в точках X1 - Х2.

На этом рисунке показана часть электронной схемы типичная для основной массы автодинов, применяемых в радиовзрывателях боеприпасов, которая определяется разновидностью схем L-C генераторов.

Известно, что при росте частоты колебаний ω, подаваемых на такой контур L-C (до достижения резонанса) его сопротивление будет возрастать, и, как следствие, напряжение U, измеряемое в точках X1 - Х2 также будет возрастать. Максимального значения сопротивление контура R_кон достигает на резонансной частоте.

В соответствии с описанием процесса, приведенного выше, с уменьшением расстояния до преграды будет возрастать частота колебаний автодина, и, как следствие, возрастать напряжение биений на выходе автодина U_D. Этот эффект будет наблюдаться до тех пор пока автодин не начнет работать на резонансной частоте ω_Р. После прохода резонансной частоты напряжение U_D на выходе автодина начнет уменьшаться. Так как известно, что на зависимости реактивного сопротивления параллельного контура R_кон от частоты ω в точке ω=ω_р наблюдается разрыв второго рода. Сопротивление реального параллельного колебательного контура (т.е. с потерями), разумеется, не равно бесконечности - оно тем меньше, чем больше омическое сопротивление потерь в контуре. Известная схема, поясняющая характер изменения сопротивления контура R_кон в зависимости от частоты колебаний ω приведена на фиг. 3.

В процессе изготовления во взрывателе устанавливается пороговое напряжение срабатывания U_DП. U_DП - это величина напряжения на выходе автодина, при котором радиовзрыватель надежно срабатывает на известном расстоянии до цели.

Перед выстрелом с помощью вычислителя взрывателя устанавливается конкретный порог срабатывания взрывателя U_DP. Значение этого порога определяется на основе вычислений, например, с помощью соотношения:

где H_P - необходимое расстояние подрыва боеприпаса от цели, ΔН - разность расстояний, на которой максимальные напряжения биений в цепи питания автодина изменяются на величину ΔU_D. Величина ΔU_D/ΔH является характеристикой конкретного взрывателя по чувствительности.

Необходимые условия для измерения ΔU_D и ΔН обеспечиваются при проведении калибровки радиовзрывателя на установках, позволяющих фиксировать изменение напряжения биений в цепи питания автодина при перемещении цели или боеприпаса со взрывателем на известные расстояния. Например, на установке типа «мельница».

Изменение порога срабатывания взрывателя позволяет установить во взрывателе необходимое расстояние до цели Н_Р, при котором будет выдана команда на подрыв боеприпаса. Тем самым обеспечивается возможность изменять расстояние до цели, при котором боеприпас будет взрываться, и, тем самым будет повышена эффективность работы боеприпаса по различным целям.

Изложенные сведения о заявленном изобретении, охарактеризованном в независимом пункте формулы, свидетельствуют о возможности его осуществления с помощью описанных в заявке и известных средств и методов. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию промышленной применимости.

Изобретение относится к боеприпасам и может быть использовано при создании неконтактных взрывательных устройств различных боеприпасов. Способ заключается в том, что боеприпас снабжают неконтактным радиовзрывателем на основе автодина с приемо-передающей антенной, излучающей при подлете боеприпаса к цели электромагнитные колебания частотой ω. Неконтактный подрыв боеприпаса у цели обеспечивают за счет срабатывания порогового устройства, регистрирующего напряжения биений в цепи питания автодина, в момент превышения этим напряжением величины U_DP. Приемо-передающую антенну автодина строят по схеме параллельного колебательного контура, рабочую частоту электромагнитных колебаний автодина ω₀ устанавливают меньше резонансной частоты автодина ω_р, в процессе приближения боеприпаса к цели непрерывно регистрируют изменение напряжения биений в цепи питания автодина и анализируют характер изменения частоты электромагнитных колебаний в колебательном контуре. При возрастании частоты электромагнитных колебаний в колебательном контуре подают напряжение биений в цепи питания автодина на пороговое устройство, причем уровень напряжения срабатывания порогового устройства U_DP вводят во взрыватель перед выстрелом, а его величину определяют с помощью соотношения U_DP=H_PΔU_D/ΔH, где H_P - необходимое расстояние подрыва боеприпаса от цели, ΔН - разность расстояний, на которой максимальные напряжения биений в цепи питания автодина изменяются на величину ΔU_D. Изобретение позволяет оценить чувствительность радиовзрывателей на основе автодина к действию отраженных сигналов от различных отражающих поверхностей. 3 ил.

Способ обеспечения неконтактного подрыва боеприпаса, заключающийся в том, что боеприпас снабжают неконтактным радиовзрывателем на основе автодина с приемо-передающей антенной, излучающей при подлете боеприпаса к цели электромагнитные колебания частотой ω, а неконтактный подрыв боеприпаса у цели обеспечивают за счет срабатывания порогового устройства, регистрирующего напряжения биений в цепи питания автодина, в момент превышения этим напряжением величины U_DP, отличающийся тем, что приемо-передающую антенну автодина строят по схеме параллельного колебательного контура, рабочую частоту электромагнитных колебаний автодина ω₀ устанавливают меньше резонансной частоты автодина ω_р, в процессе приближения боеприпаса к цели непрерывно регистрируют изменение напряжения биений в цепи питания автодина и анализируют характер изменения частоты электромагнитных колебаний в колебательном контуре, и при возрастании частоты электромагнитных колебаний в колебательном контуре выше ω₀ подают напряжение биений в цепи питания автодина на пороговое устройство, причем уровень напряжения срабатывания порогового устройства U_DP вводят во взрыватель перед выстрелом, а его величину определяют с помощью соотношения

U_DP=H_PΔU_D/ΔH,

где H_P - необходимое расстояние подрыва боеприпаса от цели,

ΔН - разность расстояний, на которой максимальные напряжения биений в цепи питания автодина изменяются на величину ΔU_D.