СИСТЕМА ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ДЕСТРУКТИВНОГО БОЕВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКУЮ АППАРАТУРУ И ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ Российский патент 2022 года по МПК F42B23/04 

Изобретение может быть использовано для временного или полного выведения из строя электротехнического оборудования или компонент электронных приборов широкого спектра использования, задействованных в боевых и иных машинах и объектах противника в боевых условиях.

В мировой практике питание почти всех бортовых систем боевой техники построено на основе однопроводной схемы подключения с заземлением на корпус через фильтры. Для защиты электрических сетей техники применяются следующие решения:

заземление цепи на корпус техники через фильтр; фильтры низких частот - позволяют нивелировать возмущения в цепи с временем соответственно частотному рабочему интервалу и мощностями импульсов, согласно их спектральным характеристикам;

реле магнитные и тепловые со скоростью срабатывания на 10% превышения силы тока 5 – 10 мс и плавящиеся предохранители со временем 0,25 с.

В свою очередь, в целях достижения паритета боевых возможностей и превосходства свойств вооружений получило развитие направление создания средств радиоэлектронного поражения (РЭПр), в котором главным образом выделяют три больших подкласса:

помехоустанавливающие (для «ослепления» средств противника);

изменяющие условия распространения э/м волн (для «обмана» систем противника);

функциональные (выводящие эти системы из строя временно или полностью).

Для последнего главной целью зачастую является даже не уничтожение электронных компонент боевой техники, а временное выведение их из строя, что позволяет сорвать выполнение противником его боевой задачи и/или облегчить выполнение своей. Такую цель решают современные средства функционального поражения (ФП) РЭБ, основанные на специальных излучателях, являющихся отдельными боевыми единицами или модулями на боевой технике (например, комплекс РЭБ «Красуха-4», эффективно себя проявивший в борьбе с БПЛА, ЛА и кораблями противника; смонтированный на ракете-носителе комплекс «Алабуга»), а также в виде полностью автономных радиочастотных электромагнитных излучателях (РЧЭМИ) (взрывогенераторах) широкополосного РЧЭМ-излучения – боеприпасов, аналогичных «Атропус», основанных на комбинированном генераторе частот (КГЧ), включающем в себя взрывные генераторы на пьезоэффекте (ПГЧ) и ударно-волновой (УВГ), предназначенных для временного вывода из строя САЗ (систем активной защиты) бронетехники при совместной атаке с основным средством поражения.

Воздействие на электронные компоненты боеприпасов на основе взрывных генераторов основано на мощном сверхкоротком импульсе широкополосного РЧЭМИ, мощность которого пропорциональна второй производной индукции магнитного поля при его расширении из сжатого имплозивным взрывом состояния: d²В/dt² (изменение скорости инерциального расширения магнитного поля), при этом возникает множество гармоник вихревого электрического поля, которые индуцируют токи высокой частоты в силиконовых кристаллах на pn – переходах. Эффективность воздействия РЧЭМИ на электронные компоненты зависит от времени импульса, его мощности и энергии. Снижение времени импульса увеличивает энергетическую эффективность, а при переходе в субнаносекундный диапазон меняет механизм с теплового на пробойный, повышая, тем самым, эффективность воздействия. Однако, достижимость такого режима воздействия у взрывогенератора ограничена возможностями взрывчатых веществ (ВВ) (октоген дает скорость УВ не более 10 км/с), а мощность источника излучения (как и дальность воздействия РЧЭМИ) ограничена эффектом пробоя атмосферы (эффект 1:1000 – отношение линейного размера или калибра взрывогенератора к максимальной дистанции поражения).

Задача, решаемая при создании заявленного изобретения, состоит в разработке и развитии новых средств поражения, использующих ТВЧ (токи высокой частоты) и ЭМИ (электромагнитное излучение) или РЧЭМИ (радиочастотное ЭМИ) с широким спектром гармоник, но с иными поражающими факторами электромагнитного поля в качестве основных.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, состоит в повышении мощности и эффективности поражающего воздействия на электротехническую аппаратуру, РЭС (радиоэлектронные системы) и электронные компоненты транспортных средств, боевых машин, объектов и т.п. целей противника.

Для достижения поставленного результата предлагается система функционального поражения электротехнической аппаратуры и электронных компонент транспортных средств, боевых машин и объектов противника, включающая внешний одно- или многоразовый пьезо-электрический взрывной генератор (ПЭВГ) короткого электрического импульса высокого напряжения и большой мощности, боеприпас (граната, снаряд, ракета, мина, беспилотный летательный или плавающий аппарат), выполненный из условия доставки к поражаемой цели и снабженный инерционным датчиком (на столкновение или резкое замедление или при установленном сближении с целью или по команде с пускового устройства) и/или дистанционным датчиком, и связывающий ПЭВГ и боеприпас проводниковый контакт или провод-антенну,

в которой ПЭВГ состоит из прочного внешнего корпуса с полостью, в которой размещено взрывчатое вещество (бризантное твёрдое ВВ или аэрозольная взрывная смесь) с детонатором, связанным с датчиком подрыва, окруженное демпфером для регулирования и распределения интенсивности ударной волны, и слоёв или блоков или брикетов или пакетов, расположенных в пространстве между прочным корпусом и демпфером,

упомянутые слои или блоки или брикеты или пакеты соединены параллельно в общую проводящую шину по однопроводной схеме с собственным независимым заземлением второго общего контакта, и состоят из последовательно или параллельно соединенных пьезоэлектрических тонких пластин или плёнок, чередующихся с изоляционными прокладками и плоскими проводящими электродами (аналогично биполярным или биморфным пьезогенераторам высокого напряжения), обеспечивающими в совокупности импульс напряжения высокой амплитуды и высокой мощности, выдаваемый на общую проводящую шину;

упомянутый проводниковый контакт одним концом соединен с инерционным и/или дистанционным датчиком, вторым – с датчиком подрыва и общей проводящей шиной.

Заявленное решение поясняется следующими графическими материалами:

Фиг.1 – принципиальная конструктивная схема боеприпаса, применяемого в составе заявленной системы;

Фиг.2 – принципиальная конструктивная схема ПЭВГ, входящего в состав заявленной системы;

Фиг.3 – зависимость выходного напряжения ПЭВГ U(t) при единичном подрыве, где полупериод Т_1/2 удовлетворяет условию (≈) δ/V (δ – толщина слоя/блока/брикета/пакета пьезоэлектрика (ПЭ), V – скорость ударной волны в ПЭ);

Фиг.4 - имитационная эксплуатационная модель;

Фиг.5 - регулируемый импульс имитационной модели;

Фиг.6 - зависимость амплитуды и длительности импульса при котором выходит из строя потребитель;

Фиг.7 - генератор высокого напряжения, схема электрическая структурная;

Фиг.8 - источник питания со стабилизацией тока;

Фиг.9 - имитационная модель источника питания со стабилизацией тока;

Фиг.10 - генератор с регулировкой амплитуды и частоты;

Фиг.11 - имитационная модель генератора с регулировкой амплитуды и частоты;

Фиг.12 - результаты моделирования генератора;

Фиг.13 - инвертор;

Фиг.14 - имитационная модель инвертора;

Фиг.15 - результаты моделирования инвертора;

Фиг.16 - осциллограмма моделирования инвертора;

Фиг.17 - умножитель напряжения;

Фиг.18 - имитационная модель умножителя напряжения;

Фиг.19 - результаты моделирования умножителя напряжения;

Фиг.20 - имитационная модель линии;

Фиг.21 - результаты моделирования импульса высокого напряжения на конце линии;

Фиг.22 - экспериментальная установка для определения напряженности;

Фиг.23 - экспериментальная установка на танке Т72Б3, а) спереди; б) сбоку; в) сзади;

Фиг.24 - схема питания потребитеей танка Т72Б3 с указанием точки подключения осцилографа;

Фиг.25 - результаты измерений амплитуды скачка напряжения (пробой брони).

Идеология воздействия на системы активной защиты (САЗ) и другую электронику объекта противника, положенная в основу заявленного решения, заключается в создании мощного (короткого) и высоковольтного электрического импульса при помощи большого мощного бортового или переносного пьезоэлектрического взрывогенератора (ПЭВГ) с доставкой энергии такого импульса прямо на корпус цели или на контактную поверхность в непосредственной близости от неё, другими словами - имитация удара молнии, сгенерированного ПЭВГ и доставленного боеприпасом (снарядом-болванкой) с проводом (по однопроводной схеме на заземленный корпус объекта противника).

В рамках заявленного решения особенностью ПЭВГ является то, что он способен выдавать затухающую серию из нескольких затухающих синусоидальных очень коротких (из конструкторских соображений: Т ~ 1 ÷ 100 мкс) знакопеременных импульсов высокого напряжения и огромную мощность в каждом. При этом сила тока в таком генераторе невелика. При подходе к воздействию типа «удара напряжением», генератор можно замыкать через контактный боеприпас напрямую или через диодный мост с высоковольтными диодами при решении задачи воздействия на объект противника одним знаком напряжения (потенциалом). Такой подход эффективен при воздействии через прямой механический контакт с целью на значительных дистанциях, когда сопротивление вытяжного провода много больше сопротивления заземленного корпуса, цель неподвижная или медленная. Примером практического применения заявленного решения по функциональному поражению электронных компонент сухопутной, морской техники и наземных объектов противника является кратковременное (от единиц до десятков мкс) воздействие сверхвысокого напряжения (от десятков до сотен кВ, положительного, отрицательного или переменного потенциала в зависимости от схемы подключения ПЭВГ к передающему проводу) высокой мощности U²/R (от сотен кВт для переносного ПЭВГ до десятков и сотен МВт для бортового, устанавливаемого на тяжелой технике), доставляемого на заземленный корпус бронетехники (объекта) противника специальным малокалиберным боеприпасом стержневого типа (Фиг. 1), адаптированным под боевую часть управляемой или неуправляемой ракеты (малой торпеды или «дрона») или подкалиберный снаряд орудия, связанный с бортовым импульсным пьезо-электрическим взрывным генератором (Фиг. 2) тонким, например, вытяжным проводником длиной не менее дистанции выстрела боеприпаса (БП).

Примером практического применения заявленного решения по функциональному поражению электронных компонент тактических пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов (ЛА и БПЛА) на небольших расстояниях является воздействие на такой аппарат РЧЭМИ, которое образуется за счет генерации мощных высокочастотных токов (с большой величиной d²I/dt²) в вытягиваемом в сторону цели проводе. Поскольку прямое попадание одиночным выстрелом с невысокой скоростью боеприпаса, вызванной ограничениями по прочности материала провода, в быстро летящую и маневрирующую цель крайне затруднено, то вытяжной провод уже не служит для доставки импульса высокого напряжения на корпус цели, а снаряд снабжается дистанционным датчиком подрыва, например, на размотку провода или предел замедления. В свою очередь, ПЭВГ выдает поражающий импульс не прямым подключением к проводу в виде высокого напряжения, а через СВЧ-трансформатор (со снижением напряжения) с максимальной амплитудой силы тока всех входящих в поражающий импульс электрической мощности частотных гармоник. Подрыв в ПЭВГ осуществляется не при попадании снаряда в объект, а при сближении с ним. При этом генерируется импульс СВЧ-тока в проводе, который в данном случае играет роль сверхдлинной излучающей УКВ-антенны, доставленной максимально близко к объекту воздействия.

Если же объект противника недосягаем для прямого попадания и механического контакта, то оператором или автоматикой может быть принято решение «удара током». В этом случае импульс генератора проходит через трансформатор по одно- или двухпроводной схеме, а затем уже формируется поражающий импульс (с высокой базовой частотой и высокой амплитудой силы тока), который передаётся в контактный провод-антенну в сторону объекта противника. Мощность широкополосного РЧЭМИ от такой антенны зависит от второй производной силы тока (магнитной индукции) по времени. Учитывая генерацию электрического импульса в сотни Дж – десятки кДж и от сотен кВт до десятков (а возможно, и сотен) МВт при сопротивлении порядка до 1000 Ом/км проводника (возможно использование высокочастотных медных лакированных сверхтонких проводов ЛЭЛ-10/0,05 (10 жил по 0,05 мм) с расчётным сечением по меди 0,0196 мм² с сопротивлением 1012 Ом/км), изменения (амплитуды) силы тока за 1 – 10 мкс будут достигать величин порядка 300 А, а индукция магнитного поля на поверхности провода: В ≈ µ₀I/(2πr) ~ 0,6 Тл. Таким образом, в заявленном решении временно возникающая антенна имеет большие размеры (сотни – тысячи метров), а вложенная электрическая энергия в виде токов высокой частоты составляет от сотен до десятков тысяч джоулей. В результате, эффект от применения заявленной системы при «поражении» ЛА и БПЛА состоит от создания радиопомех, способных сорвать боевую задачу аппарата противника, до функционального поражения его бортовых электронных компонент.

Со ссылкой на фиг.1А боеприпас в заявленной системе выполнен из электропроводящего материала, вариативно – в виде комбинации из мягкого 1 и твердого 2 электропроводящих материалов, и в общем виде снабжен наконечником 3 из мягкого материала из электропроводного материала (медь, свинец и т.п. мягкие металлы и/или сплавы), который в момент контакта, например, с броней поражаемого объекта деформируется, обеспечивая, в свою очередь, хороший электрический контакт на достаточное время – см. фиг.1Б. Инерционный датчик (детонатор ударного действия, вариативно – обычный пьезоэлемент) 4 под воздействием механической нагрузки удара (торможения) по проводниковому контакту 5 посылает сигнал к пусковому устройству. По этому сигналу в камере ПЭВГ (подробнее см. ниже) происходит подрыв специального заряда в виде патрона с взрывчатым веществом бризантного типа (гексоген, октоген, пластид, ТНТ и т.д.) или подаваемого в камеру аэрозоля или пылегазовой смеси, от которого по тому же проводу, по однопроводной схеме, высокий потенциал (инвертированный положительный или отрицательный, или переменный) с трансформацией или без таковой подается к точке контакта.

Со ссылкой на фиг.2А ПЭВГ состоит из прочного внешнего корпуса 6 с полостью 7 – взрывной камерой, в которой размещено взрывчатое вещество (бризантное твёрдое ВВ или аэрозольная взрывная смесь) с детонатором, связанным с датчиком подрыва, окруженное демпфером 8 для регулирования и распределения интенсивности ударной волны, и слоёв или блоков или брикетов или пакетов пьезоэлементов 9, расположенных в пространстве между прочным корпусом и демпфером. Взрывная камера ПЭВГ вариативно представляет собой некоторую полость с демпфирующей упругой стенкой, обеспечивающей защиту пьезоэлектрических модулей (модулей, сборок, брикетов или больших толстых слоёв) от избыточного механического воздействия ударной волны, ограничивая давление в слоях материала не выше 30 МПа и ограждающей его от воздействия высокой температуры при взрыве и во время стравливания газов через клапан.

Процесс сжатия пакетов пьезоэлементов схематично представлен на фиг.2Б. Значение электрического заряда в пьезоэлектрике, возникающего при продольной деформации растяжения-сжатия под воздействием определенной силы, не зависит от геометрических параметров пьезоэлемента и площади, к которой приложена сила, а определяется исключительно значением пьезомодуля (J). Так как значение разности потенциалов на электродах зависит от электрической емкости пьезоэлемента, то оно будет определяться не только значением пьезомодуля, но зависеть от толщины, площади пьезоэлемента и диэлектрической проницаемости пьезо-материала (ПМ). Естественно, что вышеизложенное справедливо для случаев, когда механическая нагрузка и электрическое поле не превышают критических значений, приводящих к нелинейности свойств ПМ.

Поскольку электрическая емкость одного слоя рассматриваемого многослойного пьезоэлемента, если пренебречь толщиной электродов, будет в п раз больше емкости С одного слоя, то при параллельном соединении слоев полная электрическая емкость многослойного пьезоэлемента по сравнению с однослойным возрастает в п² раз.

В ПЭВГ за демпфирующей стенкой параллельно соединёнными толстыми слоями расположены брикеты (пакеты) с последовательно намотанной (S – образно уложенной с образованием биморфных контактных слоёв) через слюдяной или иной изолятор пьезоэлектрической пленкой или последовательно соединенные проводниками тонкие слои пьезокерамики или структурированного материала с внедрением в его матрицу кристаллов сегнетоэлектрика. Некоторое количество таких последовательно замкнутых слоев при механическом воздействии на сжатие и растяжение ударной волной позволяет в рамках одного брикета или общего толстого слоя за счет подбора толщины и ударного давления суммировать напряжение до рабочей величины ПЭВГ в десятки и сотни кВ. В качестве альтернативы данной конструкции может быть использовано также пакетное параллельное соединение тонких биморфных слоев пьезолектрика (со встречно направленным вектором поляризации).

Брикеты (пакеты) или большие (толстые) слои связаны параллельным соединением как можно более синфазно в блоки с одинаковым потенциалом, равным выходному, и с повышением суммарной силы тока (ёмкости пьезоэлемента, мощности) кратно их количеству в ПЭВГ. В итоге вся эта конструкция генерирует импульс на два контакта: один соединен с контактным проводом боеприпаса, второй – с отдельным (в том числе от собственного корпуса борта-носителя ПЭВГ) заземлением. (Таким образом, формируется доставка потенциала на корпус техники противника по однопроводной схеме).

По внешней поверхности ПЭВГ ограничен прочным электрически надёжно изолированным от частей носителя генератора (ТС, боевого модуля) взрывозащитным корпусом, вариативно являющимся заземлением второго (не переносимого к объекту) контакта.

При подрыве внутри взрывной камеры бризантного ВВ возникает ударная волна, распространяющаяся от центра или оси в радиальном (периферийном) направлении, проходящая через демпфер и слои пьезоэлементов. Скорость волны в материале зависит от модуля упругости и мощности ВВ. При использовании современных мощных бризантных ВВ (пластид, С-4, гексоген, октоген и т.д.) в керамических материалах скорость ударной волны превосходит 5000 м/с и в некоторых из них достигают 9000 м/с и выше. Это означает, что при толщине брикета (слоя) пьезоэлектрика в 1 см и скорости волны 5000 м/с время его сжатия, а значит и время накопления электрической энергии составит около 2 мкс, а при толщине в 10 см около 20 мкс. При выходе фронта волны из слоя материала он упруго реагирует и возвращает форму с выбросом этой энергии в контактный провод. При этом после сжатия инерционность процесса приводит к обратному эффекту – растяжению с тем же временным параметром (при работе в линейной части зависимости, J = const), что меняет знак заряда на поверхности слоя пьезоэлектрика. Но обратный инерционный процесс идет уже с меньшей амплитудой (потери механической энергии). В итоге, как показано на фиг. 3, процесс выработки электроэнергии пьезоэлектрическим слоем (брикетом) имеет периодический затухающий характер. Выдаваемое на выходном контакте напряжение переменное и будет иметь основную гармонику представленного на фиг. 3 вида. Очевидно, что значимой энергией будут обладать лишь первые 2 – 3 полуволны, а максимальной – первая. Однако, свой вклад внесет и отраженная от прочного корпуса (внешнего корпуса) ослабленная ударная волна, но уже имплозивная, направленная теперь обратно в сторону демпфера. То есть, при подрыве одного заряда образуется совместная затухающая серия знакопеременных импульсов высокого напряжения (десятки кВ – сотни кВ – дальнейшее увеличение нецелесообразно ввиду пробойных явлений, Uсух.возд. = 1 кВ/мм) длительностью от нескольких мкс до 10 мкс и общей продолжительностью в несколько десятков мкс.

Для получения в брикете (пакете) или толстом слое напряжений порядка десятков – сотен кВ, количество размещённых и последовательно соединенных элементарных S – образных или параллельно соединенных биморфных слоев пьезоэлектрика может составлять до нескольких сотен и даже тысяч, поскольку возникающее при сжатии и растяжении на поверхности материала напряжение не зависит от его толщины, а зависит от внутренней структуры. Напряжённость поля Е (как и сила/давление/механическое напряжение) имеет для большинства пьезокерамик критический предел до 1 – 2 кВ/мм. В свою очередь, это говорит о том, что при проектировании ПЭВГ этот факт необходимо учитывать и набирать брикеты (пакетные конструкции) или формировать толстые (рабочие) слои из пленочного материала. В настоящее время пьезомодули силовых установок обычно имеют толщину 0,3 – 0,6 мм и максимальное напряжение не выше 300 – 600 В. В силовых пакетных актюаторах обычно используют 5÷200 таких слоёв. При этом толщины слоёв могут быть толщиной 6 – 12 мкм и созданы нанесением на керамическую подложку. Из этого также следует, что при задании размеров брикета (рабочей пакетной конструкции или толстого слоя) с выходным напряжением из инженерных соображений на уровне от десятков до сотен кВ толщина элементарных, последовательно соединяемых S-слоев-плёнок (или параллельно соединяемых биморфных плёнок-пьезоэлементов) в представленном в данной заявке устройстве может быть на уровне 0,1 – 0,01 мм. Отсюда, приняв скорость ударной волны порядка 5 км/с можно сделать вывод о том, что кроме основной гармоники спектр импульса генератора будет иметь гораздо более сложный спектр с наложением частот до 5 – 50 ГГц, но много меньшей амплитуды (фиг. 3). При контакте с корпусом объекта противника основным поражающим фактором будет импульс основной гармоники, на которую придется основная доля электрической энергии ПЭВГ. Современные пьезоэлектрики позволяют накапливать и выдавать энергию до 0,3 и даже 0,4 Дж/см³ при пределе деградации 0,625 Дж/см³. Таким образом, как пример, в 1 литре пьезоэлектрического преобразователя может аккумулироваться и выдаваться на объект за очень короткое время (порядка 10 мкс) энергия около 300 Дж, то есть обеспечиваться мощность «удара током» в 30 МВт.

Для подтверждения возможности практической реализации заявленного решения, в среде MULTISIM было смоделировано воздействие кратковременным импульсом сверхвысокого напряжения и высокой мощности на заземленный корпус бронетехники (объекта) посредством доставки энергии специальным малокалиберным боеприпасом стержневого типа.

Для этого создали простую эксплуатационную модель (Фиг.4), в которой к основному напряжению 27 В дополнительно подают импульсное напряжение с частотой 1 кГц, превышающее основное на 50% (Фиг.5).

В результате исследования имитационной модели при увеличении амплитуды и уменьшении длительности импульса потребитель выходит из строя раньше, чем сработает защита (Фиг.6), при этом минимальное пробивное напряжение составило 41 В.

Для проверки работоспособности защиты бронетехники использовали в полевых условиях экспериментальную установку высоковольтного генератора с регулировкой амплитуды и длительностью импульса (Фиг.7), имеющую два источника электроэнергии: аккумуляторная батарея или солнечная панель.

Была выбрана солнечная панель CNC86X115 на 12В, модернизированная путем дополнительной установки регулятора напряжения со стабилизацией тока (Фиг.8). Выбранный стабилизатор тока LM318 рассчитан на 15 А. Стабилитрон VD3 подбирается на напряжение 12 В.

Имитационная модель источника питания со стабилизацией тока представлена на Фиг.9.

В схеме используется аккумуляторная батарея 12В и ёмкостью 55А/ч. К источнику электроэнергии подключен генератор импульсов (Фиг.10) с регулировкой амплитуды 0…9В (Фиг.11), и длительностью импульса 250 нс…10 мкс (Фиг.12).

Использовали инвертор 12/220В (Фиг.13) мощностью 300Вт, в котором в качестве задающего генератора задействован мультивибратор (рис. 14). Конденсаторы С1 и С2 выбирали таким образом, чтобы на выходе инвертора было 50 Гц, их номинал 3 - мкф (рис. 12, 13).

Трансформатор использован готовый, от UPS, габариты сердечника позволяют снять 300 Вт выходной мощности. Трансформатор имеет две первичные обмотки на 7 Вольт (каждое плечо) и сетевую обмотку на 220 Вольт.

Переменное напряжение поступает на выпрямитель (рис. 17), трансформатор выбран таким образом, чтобы постоянное напряжение было 39 В. Это напряжение подается на транзистор VT1. Ввиду того, что на излучатель будет подаваться высокое напряжение высокой частоты, то использован транзистор MJE13009, установленный на радиатор. В схеме использован высоковольтный трансформатор от обычного цветного телевизора ТВС 110ПЦ15 и умножитель УН9/27.

Для проверки работоспособности схемы в программе MULTISIM собрана имитационная модель (Фиг.18) и получены результаты выходного напряжения (Фиг.19). Излучатель является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Трансформатор основан на использовании резонансных стоячих электромагнитных волн в катушках. Его первичная обмотка содержит небольшое число витков и является частью искрового колебательного контура, включающего в себя также конденсатор и искровой промежуток. Вторичной обмоткой служит прямая катушка провода. При совпадении частоты колебаний колебательного контура первичной обмотки с частотой одного из собственных колебаний (стоячих волн) вторичной обмотки вследствие явления резонанса во вторичной обмотке возникнет стоячая электромагнитная волна и между концами катушки появится высокое переменное напряжение.

Экспериментальная установка генератора высокого напряжения высокой частоты (Фиг.7) собрана таким образом, чтобы при подключении АБ к генератору импульсов (Фиг.10) и подачей этих импульсов на трансформатор высокого напряжения, сохранялась работоспособность системы.

Ввиду того, что боеприпас связан с бортовым импульсным пьезоэлектрическим взрывным генератором напряжением порядка 20…100 кВ (Фиг. 2) тонким вытяжным проводником длиной не менее дистанции выстрела боеприпаса, т.е. 2…3 км, то существуют потери мощности на линии.

Любой провод, используемый в исследованиях имеет свои сопротивление (1), индуктивность (2) и ёмкость (3).

(1)

где ρ – удельное сопротивление проводника, ;

l – длина проводника, м;

S – площадь поперечного сечения, мм².

(2)

где μ₀ - магнитная постоянная, равная ;

μ – относительная магнитная проницаемость;

l – длина проводника, м;

r₂ – внутренний радиус внешнего проводника, мм;

r₁ – радиус внутреннего проводника, мм.

(3)

где ε₀ – постоянная диэлектрическая проницаемость

ε – диэлектрическая проницаемость проводника;

l – длина проводника, м;

r₂ – внутренний радиус внешнего проводника, мм;

r₁ – радиус внутреннего проводника, мм.

В качестве модельного проводника использовали характеристики медного лакированного высокочастотного тонкого провода ЛЭЛ – 10/0,05 площадью сечения 0,0192 мм². Сопротивление (погонное) около 1012 Ом/км. Выбор модельного проводника обусловлен балансом характеристик материала: плотность, прочность, удельное сопротивление с целью минимизации потерь энергии импульса при доставке, массы снаряда и самого вытяжного провода и обеспечения максимально возможной скорости боеприпаса (для меди это 200 – 250 м/с).

Согласно расчёта активной и реактивных составляющих для провода ЛЭЛ 10/0,5 составлена имитационная модель (Фиг.20) и получены результаты падения напряжения при длине провода 2 км (Фиг.21), по результатам которых представляется возможным сделать вывод о том, что потери напряжения при высоковольтной передаче энергии в линии несущественны.

При проведении натурных экспериментов с имитационной генерирующей установкой на предмет изучения законов распространения электрических импульсов в почве (Фиг.22) и проникновения сквозь броню военной техники (Фиг.23) было определённо установлено, что моделированный импульс амплитудой 27 кВ и частотностью от 100 кГц до 4 МГц проникает в экранированное бронекорпусом пространство (Фиг.24) и вызывает скачок напряжения на потребителях от 520 В до 960 В (Фиг.25) в зависимости от толщины, вида брони, её состава и АЧХ самого импульса с тенденцией к слабому логарифмическому росту от частоты генерации. Периодичность (продолжительность) импульса полностью исключает возможность срабатывания защитных реле и его подавление любыми штатными LC-фильтрами. Проникающая амплитуда сигнала многократно превосходит максимально допустимую с учетом всей комплексной защиты потребителей нагрузку (75 В).

Изобретение может быть использовано для временного или полного выведения из строя электротехнического оборудования или компонент электронных приборов широкого спектра использования, задействованных в боевых и иных машинах и объектах противника в боевых условиях. Система функционального поражения электротехнической аппаратуры, радиоэлектронных систем и электронных компонент транспортных средств, боевых машин и объектов противника включает внешний одно- или многоразовый пьезоэлектрический взрывной генератор (ПЭВГ) короткого электрического импульса от 1 до 100 мкс высокого напряжения от 20 до 100 кВ и мощности от сотен кВт для переносного ПЭВГ до сотен МВт для бортового, устанавливаемый на тяжелой технике, боеприпас, выполненный с возможностью доставки к поражаемой цели и снабженный инерционным датчиком и/или дистанционным датчиком, и связывающий ПЭВГ и боеприпас проводниковый контакт или провод-антенну, в которой ПЭВГ состоит из прочного внешнего корпуса (6) с полостью (7), в которой размещено взрывчатое вещество с детонатором, связанным с датчиком подрыва, окруженное демпфером (8) для регулирования и распределения интенсивности ударной волны, и слоев или блоков, или брикетов или пакетов, расположенных в пространстве между прочным корпусом и демпфером, упомянутые слои или блоки, или брикеты, или пакеты, чередующиеся с изоляционными прокладками, соединены параллельно в общую проводящую шину по однопроводной схеме с собственным независимым заземлением второго общего контакта, и состоят из последовательно соединяемых S-слоев-пленок или параллельно соединяемых биморфных пленок-пьезоэлементов толщиной 0,1-0,01 мм, чередующихся с плоскими проводящими электродами, обеспечивающими в совокупности импульс, выдаваемый на общую проводящую шину. Обеспечивается повышение мощности и эффективности поражающего воздействия электротехнической аппаратуры, радиоэлектронных систем и электронных компонент транспортных средств, боевых машин и объектов противника. 3 з.п. ф-лы, 25 ил.

1. Система функционального поражения электротехнической аппаратуры, радиоэлектронных систем и электронных компонент транспортных средств, боевых машин и объектов противника, включающая внешний одно- или многоразовый пьезоэлектрический взрывной генератор (ПЭВГ) короткого электрического импульса от 1 до 100 мкс высокого напряжения от 20 до 100 кВ и мощности от сотен кВт для переносного ПЭВГ до сотен МВт для бортового, устанавливаемый на тяжелой технике, боеприпас, выполненный с возможностью доставки к поражаемой цели и снабженный инерционным датчиком и/или дистанционным датчиком, и связывающий ПЭВГ и боеприпас проводниковый контакт или провод-антенну, в которой ПЭВГ состоит из прочного внешнего корпуса с полостью, в которой размещено взрывчатое вещество с детонатором, связанным с датчиком подрыва, окруженное демпфером для регулирования и распределения интенсивности ударной волны, и слоев или блоков, или брикетов или пакетов, расположенных в пространстве между прочным корпусом и демпфером, упомянутые слои или блоки, или брикеты, или пакеты, чередующиеся с изоляционными прокладками, соединены параллельно в общую проводящую шину по однопроводной схеме с собственным независимым заземлением второго общего контакта, и состоят из последовательно соединяемых S-слоев-пленок или параллельно соединяемых биморфных пленок-пьезоэлементов толщиной 0,1-0,01 мм, чередующихся с плоскими проводящими электродами, обеспечивающими в совокупности импульс, выдаваемый на общую проводящую шину.

2. Система по п.1, в которой боеприпас выбран из группы, включающей гранату, снаряд, ракету, мину, беспилотный летательный или плавающий аппарат.

3. Система по п.1 или 2, в которой инерционный датчик выполнен с возможностью срабатывания при столкновении боеприпаса с целью или при резком его замедлении, или при установленном сближении с целью, или по команде с пускового устройства.

4. Система по любому из пп.1-3, в которой в качестве взрывчатого вещества (ВВ) используют бризантное твердое ВВ или аэрозольную, или пылевую взрывную смесь.