АМПУЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК ТОКА Российский патент 2020 года по МПК F42C19/12 H01M6/02 H01M6/38 

Изобретение относится к боеприпасам, а более конкретно к энергосодержащему источнику тока головного взрывателя малокалиберных артиллерийских выстрелов.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание конструкции источника тока, обеспечивающего надежность срабатывания при его активации.

Известен источник тока электронного артиллерийского взрывателя по патенту US6673486B2, 06.06.2004, включающий чашеобразный корпус с крышкой, в котором размещена неподвижно ампула, заполненная жидким электролитом, кроме этого в конструкцию входят узел фиксации и удержания ампулы, подпружиненное инерционное тело, связанное с узлом фиксации ампулы с помощью шариков, размещенных в направляющих. Инерционное тело установлено с возможностью осевого перемещения для разрушения ампулы под воздействием нагрузок.

Недостатком такой конструкции является то, что защита ампулы от нежелательных или непреднамеренных механических нагрузок оставляет желать лучшего.

Известен другой источник тока ампульного типа, содержащий корпус, разрушающуюся ампулу, заполненную жидким электролитом, электродные блоки, в каждом из которых установлены литиевые аноды, углеродные катоды, разделенные между собой пористыми сепараторами, источник импульса давления, задействующий кинематическую массу, которая разрушает ампулу с электролитом в процессе активации элемента (патент DE3718788А1, 10.12.1987).

К недостаткам известного источника тока ампульного типа относятся недостаточно высокая надежность срабатывания в момент задействования за счет появления в рабочей полости электродного блока остатков разрушенного материала ампул, что может привести к отказу в работе.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является ампульный энергосодержащий источник тока для электропитания электронного взрывателя малокалиберных артиллерийских выстрелов (патент RU 2487313 С1, 10.07.2013), который был выбран в качестве прототипа. Он содержит подвижный блок, выполненный в виде стеклянной подпружиненной ампулы с электролитом и размещенный внутри проницаемой втулки, примыкающей к коаксиальному блоку пластинчатых биполярных электродов. При этом подвижный блок помещен между отрицательным и положительным электродами, оснащенными токовыводами. Ампула имеет возможность продольного инерционного перемещения относительно накольника на дне корпуса и закрыта колпачковым кожухом, который фланцем закреплен в корпусе и опирается на торец втулки и блок электродов. В проницаемой втулке, соосно межэлектродным промежуткам блока электродов, выполнены сквозные отверстия, между которыми изнутри распределены по периметру продольные лопатки, выполняющие функцию устройства принудительного придания ускорения электролиту. Сквозные отверстия, выполненные во втулке, связывают объем между дном ампулы и корпусом с межэлектродным пространством. Биполярные электроды оснащены коммуникационными каналами, а сквозные отверстия в проницаемой втулке выполнены в форме продольных щелей на высоте блока электродов.

Описанный источник электропитания функционирует следующим образом. При выстреле под действием сил инерции стеклянная ампула перемещается к низу относительно корпуса взрывателя, сжимая опорную пружину, и раскалывается о неподвижный накольник. Жидкий электролит вытекает из ампулы в объем втулки, где под действием центробежных сил вращения боеприпаса и принудительного проталкивания лопатками, вовлекается в циркуляционное движение, в результате чего под давлением электролит радиальными распределенными потоками поступает через сквозные отверстия в межэлектродные промежутки блока, динамично заполняя их, в результате электрохимического взаимодействия электролита и электродов вырабатывается электрический ток.

Недостатком известной конструкции является то, что время выхода на рабочий режим при низких температурах относительно длительное (до 1,5 с). Кроме того, при низких температурах удельное сопротивление электролита увеличивается приблизительно в 6 раз по сравнению с нормальными климатическими условиями, что приводит к снижению выходной электрической мощности источника тока. Следует также отметить, что размещение втулки с отверстиями на пути движения электролита ухудшает динамику заполнения межэлектродного пространства, что увеличивает время выхода на рабочий режим даже при нормальных климатических условиях окружающей среды. Размещение жестко укрепленного накольника на дне корпуса приводит к неоправданно увеличенному зазору между дном ампулы и накольником, что приводит после разрушения ампулы к задержке перемещения электролита в межэлектродное пространство блока электродов. Расположение лопаток вдоль оси источника по всей высоте втулки приводит к их неэффективности как устройства принудительного придания ускорения электролита в первое время после разрушения ампулы, в виду неполного заполнения электролитом объема втулки в это время.

Техническим результатом является снижение времени выхода на рабочий режим и достижение источником тока необходимой выходной электрической мощности при низких температурах окружающей среды.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в конструкции ампульного источника тока, включающего корпус с блоком электродов и стеклянной подпружиненной ампулой, заполненной жидким электролитом, смонтированной с возможностью продольного инерционного перемещения относительно жестко укрепленного на дне корпуса накольника до ее разрушения, при этом ампула закрыта колпачковым кожухом, который фланцем закреплен в корпусе и опирается на блок электродов, а в объем, образованный между ампулой и дном корпуса, который связан с межэлектродным пространством блока электродов, помещено устройство принудительного придания ускорения заполнению электролитом межэлектродного пространства после разрушения ампулы, выполненное в виде лопаток, симметрично расположенных на одном из конструктивных элементов источника тока, новым является то, что объем между ампулой и дном корпуса с межэлектродным пространством связан напрямую, лопатки выполнены на внешней стороне накольника и вместе с ним представляют единую конструктивную деталь, высота которой выбрана из условия формирования минимального зазора между ней и дном ампулы, необходимого для разрушения ампулы, в лопатках выполнены сквозные отверстия и лопатки наклонены к продольной оси накольника под углом, меньшим 90°, причем выбор угла наклона лопаток зависит от скорости вращения боеприпаса.

Прямая связь объема между ампулой и дном корпуса с межэлектродным пространством позволяет обеспечить более быстрое заполнение межэлектродного пространства электролитом.

Выполнение лопаток на внешней стороне накольника в виде единой конструктивной детали позволяет при перемещении электролита и взаимодействии его с лопатками после разрушения ампулы нагревать электролит для уменьшения удельного сопротивления электролита и его плотности.

Выбор высоты накольника из условия формирования минимального зазора между ним и дном ампулы, необходимого для разрушения ампулы, позволяет обеспечить взаимодействие электролита с лопатками сразу после разрушения ампулы при отсутствии на этот момент воздействия центробежных сил.

Расположение лопаток под углом к продольной оси накольника, меньшим 90, выбор которого зависит от скорости вращения боеприпаса, позволяет в период после воздействия осевых нагрузок до воздействия центробежных сил придать электролиту вращательное движение при заполнении объема между дном ампулы и дном корпуса, что повышает температуру электролита, а после воздействия центробежных сил придать ускорение движению электролита при заполнении им межэлектродного пространства. Выбранный экспериментально расчетным путем диапазон угла наклона позволяет снизить временя выхода источника тока на рабочий режим и достичь необходимую выходную электрическую мощность при низких температурах окружающей среды.

Выполнение в лопатках сквозных отверстий позволяет при прохождении электролита через них в период после воздействия осевых нагрузок до воздействия центробежных сил уменьшить плотность электролита, а после воздействия центробежных сил при прохождении электролита в обратную сторону усилить этот эффект.

Заявляемое изобретение поясняется рисунками, представленными на фиг. 1-4. На фиг. 1 схематично приведена зона размещения накольника, на фиг. 2 - накольник с лопатками, на фиг. 3, 4 - вид накольника сверху и с низу соответственно, где: 1 - дно корпуса, 2 - ампула с электролитом, 3 - накольник, 4 - пружина, 5 - электроды биполярные, 6 - кольцо опорное.

Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить источник электропитания головного взрывателя малокалиберных артиллерийских выстрелов. Источник включает цилиндрический корпус, в котором установлен кольцевой блок из размещенных между отрицательным и положительным электродами биполярных пластинчатых электродов, разделенных диэлектрическими кольцевыми прокладками, образуя межэлектродные щелевые промежутки гальванических элементов. Положительные и отрицательные электроды электрически связаны с соответствующими токовыводами. В биполярных электродах выполнены коммуникационные каналы, соединяя межэлектродные промежутки блока в форме сообщающихся сосудов. На дне корпуса жестко укреплен накольник, соосно которому на цилиндрической пружине сжатия, на опорном кольце, установлена стеклянная ампула, наполненная жидким электролитом. Сверху ампула через прокладку прижата колпачковым кожухом, фланец которого коаксиально примыкает к корпусу и опирается на блок электродов. Объем между ампулой и дном корпуса с межэлектродным пространством связан напрямую, лопатки выполнены на внешней стороне накольника и вместе с ним представляют единую конструктивную деталь, высота которой выбрана из условия формирования минимального зазора (5 мм) между ней и дном ампулы, необходимого для разрушения ампулы. Накольник представляет собой конус и соосно сопряженный с ним цилиндр, на поверхности которого симметрично расположены четыре плоские лопатки с отверстиями. В каждой лопатке выполнено по четыре сквозных отверстия, диаметром 1,5 мм. Лопатки наклонены к продольной оси накольника под углом 10° (конкретно каким).

Работа заявляемого устройства заключается в следующем.

Активация источника тока происходит при выстреле под действием импульсной осевой нагрузки, когда ампула 2, отделенная от накольника зазором, сформированным с помощью опорного кольца 6, динамично сжимая пружину 4, раскалывается от удара о накольник 3, разламываясь его гранями на части. Наличие между накольником 3 и дном ампулы 2 минимального зазора, необходимого для разрушения ампулы 2. позволяет обеспечить взаимодействие электролита с лопатками накольника 3 сразу-после разрушения ампулы 2 при отсутствии на этот момент воздействия центробежных сил. При этом электролиту, вытекающему из ампулы 2 в объем между ампулой и дном корпуса 1, придается вращательное движение, и, в процессе его перемещения и взаимодействия с лопатками накольника 3. он нагревается, уменьшается его удельное сопротивление и плотность. Это очень актуально при низких температурах окружающей среды. При прохождении электролита через отверстия лопаток накольника 3 в период после воздействия осевых нагрузок до воздействия центробежных сил плотность электролита еще больше уменьшается. Все это позволяет увеличить скорость перемещения электролита. Далее, после воздействия центробежных сил, перемещение электролита происходит в обратную сторону, и при перемещении его через отверстия в лопатках накольника 3, еще больше уменьшается плотность электролита. Кроме того, принудительное ускорение, которое придается перемещению электролита лопатками, позволяет обеспечить заполнение пространства между электродами 5 за очень короткое время, даже при низких температурах.

Существенное сокращение времени активации ампульного источника тока уменьшает зону несрабатывания взрывателей. Достигается время заполнения 0,1 с.

Изобретение относится к боеприпасам, к энергосодержащему источнику тока головного взрывателя малокалиберных артиллерийских выстрелов. Ампульный источник тока включает корпус с блоком электродов и стеклянной подпружиненной ампулой, заполненной жидким электролитом, смонтированной с возможностью продольного инерционного перемещения относительно жестко укрепленного на дне корпуса накольника до ее разрушения. Накольник совмещает в себе функцию устройства принудительного придания ускорения заполнению электролитом межэлектродного пространства после разрушения ампулы, для чего на внешней стороне накольника симметрично размещены лопатки, которые вместе с ним представляют единую конструктивную деталь. При этом ампула закрыта колпачковым кожухом, который фланцем закреплен в корпусе и опирается на блок электродов. Высота накольника выбрана из условия формирования минимального зазора, необходимого для разрушения ампулы, между ним и дном ампулы. В лопатках выполнены сквозные отверстия и лопатки наклонены к продольной оси накольника под углом, меньшим 90°, причем выбор угла наклона лопаток зависит от скорости вращения боеприпаса. Техническим результатом является снижение времени выхода на рабочий режим и достижение источником тока необходимой выходной электрической мощности при низких температурах окружающей среды. 4 ил.

Ампульный источник тока, включающий корпус с блоком электродов и стеклянной подпружиненной ампулой, заполненной жидким электролитом, смонтированной с возможностью продольного инерционного перемещения относительно жестко укрепленного на дне корпуса накольника до ее разрушения, при этом ампула закрыта колпачковым кожухом, который фланцем закреплен в корпусе и опирается на блок электродов, а в объем, образованный между ампулой и дном корпуса, который связан с межэлектродным пространством блока электродов, помещено устройство принудительного придания ускорения заполнению электролитом межэлектродного пространства после разрушения ампулы, выполненное в виде лопаток, симметрично расположенных на одном из конструктивных элементов источника тока, отличающийся тем, что объем между ампулой и дном корпуса с межэлектродным пространством связан напрямую, лопатки выполнены на внешней стороне накольника и вместе с ним представляют единую конструктивную деталь, высота которой выбрана из условия формирования минимального зазора между ней и дном ампулы, необходимого для разрушения ампулы, в лопатках выполнены сквозные отверстия и лопатки наклонены к продольной оси накольника под углом, меньшим 90°, причем выбор угла наклона лопаток зависит от скорости вращения боеприпаса.