ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИЙ БОЕПРИПАС ДЛЯ ПОДСТВОЛЬНОГО ГРАНАТОМЕТА Российский патент 2022 года по МПК F42B12/38 F42B8/12 F42B30/00 F42B35/00 

Изобретение относится к практическим снарядам с бесконтактным срабатыванием на заданном удалении от цели, определяемым неконтактным датчиком цели, которые используются для исследовательских целей при создании и отработке перспективных видов боеприпасов.

Уровень данной области техники характеризует телеметрический модуль для артиллерийского подкалиберного снаряда по патенту US 6378437 B1, F42B 12/00, 2002 г., который включает радиопрозрачный корпус, антенну, печатную плату с радиопередатчиком диапазона сверхвысоких частот (СВЧ), запоминающее устройство, измерительный датчик и энергосодержащую батарею - источник питания резервного типа.

Малые габариты телеметрического модуля позволяют устанавливать его вместо трассера существующего бронебойного снаряда.

В стальной корпус встроена СВЧ-антенна с линейной или круговой поляризацией, коаксиальный провод которой расположен в не резьбовой части корпуса. Резьбовая часть корпуса служит для крепления телеметрического модуля в каморе трассера снаряда. Внутренние пустоты телеметрического блока заливаются электротехническим компаундом, формируя квазимонолитное изделие.

Электронная схема телеметрического модуля содержит СВЧ передатчик, магнитный датчик вращения или акселерометр, запитанный от миниатюрной литий-диоксид марганцевой батареи через промежуточный запирающий инерционный замыкатель.

Недостатком известного телеметрического модуля является то, что телеметрические данные возможно передавать и принимать на позиции стрельбы только при его функционировании, что требует дорогостоящей измерительной аппаратуры, которая идентифицирует все изделия залпового огня или в очереди.

Кроме того, телеметрический модуль имеет только один канал данных от магнитного датчика вращения или акселерометра, что ограничивает объем получаемой при опытных стрельбах информации.

Отмеченный недостаток устранен в конструкции телеметрического снаряда по патенту RU 2724066 C2, F42B 12/00; 15/01, 2018 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному боеприпасу.

Известный телеметрический снаряд включает ведущий поясок и головной обтекатель, содержащий приемное устройство сигналов управления через проницаемый донный канал, печатную плату в составе многоканального микроконтроллера, аналогово-цифрового преобразователя, электрически связанного с резервным источником питания измерительным датчиком, и исследуемый объект, встроенные в штатную камору корпуса и залитые отверждающимся электротехническим компаундом.

Особенностью известного телеметрического снаряда является то, что источник питания размещен в головном обтекателе, который кольцевым пояском базируется по резьбе в упор к открытому торцу корпуса, где источник питания через электроразъем подключен к микроконтроллеру, жестко связанному с исследуемым объектом в форме донного взрывателя, совмещенного с аналогово-цифровым преобразователем, свинченным с корпусом, при этом в диаметрально расположенных пазах крышки микроконтроллера геометрически замкнуты конгруэнтными выступами торца его оболочки разного профиля, приием микроконтроллер имеет электроразъем коммутации со стационарным считывающим устройством.

Другими особенностями телеметрического снаряда является то, что датчик телеметрического блока в структуре печатной платы представляет собой измеритель механических нагрузок, донный канал выполнен оптически прозрачным, а крышка с микроконтроллером жестко связаны стопором проворота. При совмещении головного обтекатель с источником питания внутри него и корпуса осуществляется силовое замыкание электроразъема микроконтроллера с источником питания.

Головной обтекатель посредством резьбового соединения поджимает через прослойку анаэробного отверждающегося электротехнического компаунда источник питания к печатной плате телеметрического блока, формируя ударопрочную конструкцию, которая выдерживает нагрузки при выстреле.

Печатная плата устанавливается в сопрягаемой с каморой корпуса оболочке без возможности радиальных смещений за счет геометрического замыкания ее торцевых выступов в конгруэнтных пазах крышки, при наличии дополнительной жесткой связи посредством стопоров от проворота.

Шлицы обечайки блока телеметрического, равно как и пазы в источнике питания для их совмещения выполнены различного профиля для адекватного соединения с заданной полярностью.

Печатная плата снабжена электроразъемом для подключения к стационарному считывающему устройству и чтению написанных телеметрических данных после извлечения из стрелянного снаряда.

Выполнение датчика телеметрического блока пригодным для фиксирования текущих значений механических нагрузок позволяет получать графики перегрузок на всех этапах функционирования снаряда.

Оптически прозрачный донный канал телеметрического снаряда позволяет использовать лазерную систему для автоматического ввода управляющих сигналов, которая обеспечивает надежную идентификацию каждого снаряда в очереди.

Продолжением отмеченных достоинств известного выстрела для гранатомета являются присущие недостатки:

- Пониженная автономность использования телеметрического снаряда, связанная с необходимостью его окончательной сборки и установки резервного источника тока непосредственно перед проведением испытаний, что обусловлено ограниченным энергетическим ресурсом источника тока при постоянно запитанной электронной схеме с работающим в режиме ожидания многоканальным микроконтроллером, аналого-цифровым преобразователем и запоминающим устройством;

- Отсутствие возможности получения объективной информации о внутреннем функционировании исследуемого изделия, что обусловлено электрической схемой подключения телеметрического блока к исследуемому изделию через только одну сигнальную линию. При этом исследуемый объект рассматривается как «черный ящик» с фиксацией только выходных параметров его функционирования;

Кроме того, телеметрический снаряд предложенной концепции не позволяет напрямую определять координаты точки срабатывания изделия на траектории относительно цели, необходимые для оценки эффективности действия изделия в целом.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение информативности проводимых стрельбовых испытаний с использованием телеметрического боеприпаса при одновременном упрощении методика их проведения и снижению стоимости.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном телеметрическом снаряде, включающим корпус с ведущим пояском, внутри которого устанавливают модуль питания, соединённый электрическим разъёмом с телеметрическим модулем, соединённым с корпусом втулкой с резьбовым соединением и закрытым сверху головным обтекателем, при этом телеметрический блок выполнен в виде печатной платы с расположенными на ней и соединёнными между собой многоканальным микроконтроллером с аналого-цифровым преобразователем, энергонезависимым запоминающим устройством, стабилизатором напряжения, соединённым с модулем питания и контактным разъёмом для подключения к компьютеру, согласно изобретению, модуль питания включает соединённые между собой источник тока, инерционный датчик удара и электронный коммутатор, соединённый со стабилизатором напряжения телеметрического блока и выполненный с возможностью формировать выходное напряжение в течение интервала времени длительностью, превышающей полётное время боеприпаса на максимальную дальность стрельбы, а телеметрический блок имеет схему импульсной световой индикации кругового обзора и электрически связан с блоком датчиков цели, включающим неконтактный и контактный датчики цели, при этом микроконтроллер телеметрического блока выполнен с возможностью параллельно моделировать алгоритм определения преграды по входным сигналам контактного и неконтактного датчиков цели и вести запись телеметрической информации в энергонезависимое запоминающее устройство.

Отличительные признаки предложенного технического решения повысили информативность проводимых стрельбовых испытаний при одновременном упрощении методики их проведения и снижении стоимости.

Источник питания предложенного телеметрического боеприпаса выполнен в виде автономного узла, включающего источник тока постоянной готовности, инерционный датчик удара и электронный коммутатор, формирующий выходное напряжение в течение интервала времени длительностью, превышающей полётное время боеприпаса на максимальную дальность стрельбы, что позволяет вести запись телеметрических данных на всех этапах функционирования боеприпаса.

Энергетический pecypc источника тока постоянной готовности вместе с микропотребляющим электронным коммутатором и не требующим электрического питания инерционного датчика удара обеспечивают постоянную готовность телеметрического боеприпаса к работе после сборки. При этом не требуется каких- либо дополнительных операций с боеприпасом перед стрельбой.

Многоканальный микроконтроллер телеметрического блок параллельно моделирует алгоритм определения преграды по выходным аналоговым сигналам неконтактного и контактного датчика цели и ведет запись телеметрической информации в энергонезависимое запоминающее устройство, при этом сохраняются как оцифрованные значения аналоговых сигналов, так и цифровые значения внутренних переменных алгоритма определения преград.

Многоканальный микроконтроллер позволяет параллельно, в режиме реального времени моделировать несколько алгоритмов определения преград, с сохранением цифровых данных работы каждого алгоритма в отдельности, что позволяет проводить объективное сравнение результативности работы алгоритмов. Четыре светодиода телеметрического блока управляемо срабатывают в импульсном режиме, что обеспечивает яркую вспышку. Светодиоды имеют видимый угол 90°, что гарантирует видимость вспышки при произвольном угловом положении изделия на траектории. Яркость вспышки достаточна для ее наблюдения и фото- видео- фиксации в условиях сильной солнечной засветки.

Управляющим сигналом для срабатывания вспышки является наступление события программного определения цели микроконтроллером по выходным сигналам неконтактного или контактного датчика цели. Таким образом, фото-видео фиксация вспышки телеметрического боеприпаса в районе цели позволяет точно определить его дистанцию срабатывания до цели.

Следовательно, каждый признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.

Сущность изобретения поясняется чертежом, которые служит чисто для иллюстрации и не ограничивает объема притязаний совокупности признаков формулы.

На чертеже изображены:

на фиг. 1 - телеметрический боеприпас для подствольного гранатомета; на фиг. 2 - телеметрический модуль;

на фиг. 3 - блок-схема электрическая.

Телеметрический боеприпас для подствольного гранатомета по предложенному изобретению (фиг. 1) имеет модульную конструкцию и собирается из телеметрического модуля 1 и модуля питания 2 в виде автономных сборочных единиц, электрически соединенных при помощи разъема 3, и устанавливаемых внутрь каморы корпуса 4 на резьбовом соединении 5. Силовое замыкание разъема и надежность его электрического контакта обеспечивается установкой внутрь корпуса 4 компенсатора веса 6 и набора прокладок 7 при затягивании резьбового соединения 5.

Из материала корпуса 4 монолитно выполнен поясок с готовыми нарезами 8, при выстреле выполняющий функции ведущего устройства, входящего в спиральные нарезы ствола подствольного гранатомета.

В торцевой диафрагме 9 камеры 10 сгорания метательного заряда 11, неразъемно связанной с корпусом 4, и имеющей расположенные по периметру выходные отверстия 12, установлен центральный капсюль-воспламенитель 13.

Телеметрический модуль (фиг. 2) состоит из телеметрического блока 14, при помощи пайки электрически соединяется с блоком датчика цели 15, которые совместно винтами 16 удерживаются во втулке 17 и закрываются головным обтекателем 18, образуя автономную сборочную единицу. На внешней цилиндрической поверхности телеметрического блока 14 расположены светодиоды 19 импульсной световой индикации, которые совмещены с соответствующими отверстиями во втулке 17.

В состав телеметрического блока (фиг. 3) входит печатная плата (условно не показана) с многоканальным микроконтроллером 20 с аналого-цифровым преобразователем, запоминающим устройством 21, стабилизатором напряжения 22, контактным разъемом 23 и схемой импульсной световой индикации 24, установленные в корпусе (условно не показан) и залитые анаэробно отверждающимся электротехническим компаундом. Блок датчика цели (фиг. 3) включает неконтактный датчик цели 25, и контактный датчик цели 26.

Модуль питания (фиг. 3) включает источник тока 27 постоянной готовности, инерционный датчик удара 28 и электронный коммутатор 29, установленные в корпусе (условно не показан) и залитые анаэробно отверждающимся электротехническим компаундом.

Функционирует предложенный телеметрический боеприпас для подствольного гранатомета следующим образом.

При инициировании ударником гранатомета капсюля-воспламенителя 13 форсом пламени поджигается метательный пороховой заряд 11, сгорание которого сопровождается генерированием газообразных продуктов, резко повышающих давление в камере 10. Горячие продукты сгорания заряда 11 прожигают мембрану, покрывающую выходные отверстия 12 диафрагмы 9, и струйно интенсивно выбрасываются в замкнутый объем каменной части оружия, создавая реактивно направленный импульс силы, в результате чего боеприпас ускоренно перемещается по стволу гранатомета.

При этом поясок с готовыми нарезами 8 корпуса 4 находясь в зацеплении с боевыми гранями спиральных нарезов ствола, закручивает гранату вокруг ее продольной оси для гироскопической стабилизации на траектории полета к цели. Выполняющая функции гильзы камера 10 сгорания не отделяется от гранаты, выстреливаясь совместно.

При появлении осевого ускорения определенной величины в момент выстрела срабатывает инерционный датчик удара 28 и электронный коммутатор 29 подключает к источнику тока 27 цепь питания телеметрического модуля 1 на заданное время.

После появления питания через стабилизатор напряжения 22 запускается микроконтроллер 20 и параллельно начинает оцифровку выходных сигналов неконтактного 25 и контактного 26 датчиков цели, моделирование работы алгоритмов определения преграды, и сохранение результатов работы алгоритмов и телеметрических данных в запоминающее устройство 21. Также заряжается емкостной накопитель схемы световой импульсной индикации 24.

При подлете боеприпаса к преграде, на заданном согласно логике работы алгоритма расстоянии от нее, наступает программное событие обнаружения преграды и микроконтроллер включает светодиоды 19 схемы импульсной световой индикации 24, формирую яркую вспышку.

По прошествии определённого интервала времени, микроконтроллер 20 завершает работу и электронный коммутатор 29 отключает питание телеметрического модуля.

После выстрела у боеприпаса откручивают головной обтекатель и подключают при помощи контактного разъема 23 типа USB к компьютеру для чтения и последующего анализа телеметрических данных из запоминающего устройства 21.

В практически реализованной конструкции используется энергонезависимое запоминающее устройство емкостью 128 Кбайт, в которое производится сохранение 16384 блоков информации по 8 Байт каждый. В каждый блок записываются оцифрованные значения с пяти аналоговых каналов и трех цифровых каналов от моделирования алгоритмов определения преграды.

При периодичности записи 1,3 мс время записи телеметрических данных составляет ≈21,3 сек. Данное время записи позволяет проводить испытания стрельбой из подствольного гранатомета на максимальную дальность в 400 м.

При использовании источника тока постоянной готовности — стандартной литий-тионилхлоридной батареи типа ЛТ14250С10 с рабочим напряжением 3,6 В обеспечивается время постоянной готовности боеприпаса к работе после сборки в течение не менее 6 месяцев.

Модульная конструкция телеметрического боеприпаса допускает повторное использование телеметрического модуля и модуля питания при замене корпуса с узлом метательного заряда с фактической живучестью на уровне 5 выстрелов, что значительно снижает стоимость проведения отработки перспективных видов боеприпасов.

Сравнение предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.

Предложенные отличия телеметрического боеприпаса для подствольного гранатомета, которые прямо не следуют из постановки технической задачи, не являются очевидными для специалистов по артиллерийским боеприпасам.

Изготовление усовершенствованного по изобретению модернизированного телеметрического боеприпаса возможно осуществлять на действующем в серийном производстве автоматическом оборудовании.

Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.

Изобретение относится к практическим снарядам с бесконтактным срабатыванием на заданном удалении от цели, определяемым неконтактным датчиком цели, которые используются для исследовательских целей при создании отработке перспективных видов боеприпасов. Техническим результатом является повышение информативности проводимых стрельбовых испытаний с использованием телеметрического боеприпаса при одновременном упрощении методики их проведения. Заявленный телеметрический боеприпас для подствольного гранатомёта включает корпус с ведущим пояском, внутри которого устанавливают модуль питания, соединённый электрическим разъёмом с телеметрическим модулем, соединённым с корпусом втулкой с резьбовым соединением и закрытым сверху головным обтекателем. При этом телеметрический блок выполнен в виде печатной платы с расположенными на ней и соединёнными между собой многоканальным микроконтроллером с аналого-цифровым преобразователем, энергонезависимым запоминающим устройством, стабилизатором напряжения, соединённым с модулем питания и контактным разъёмом для подключения к компьютеру. Причем модуль питания включает соединённые между собой источник тока, инерционный датчик удара и электронный коммутатор, соединённый со стабилизатором напряжения телеметрического блока и выполненный с возможностью формировать выходное напряжение в течение интервала времени длительностью, превышающей полётное время боеприпаса на максимальную дальность стрельбы. А телеметрический блок имеет схему импульсной световой индикации кругового обзора и электрически связан с блоком датчиков цели, включающим неконтактный и контактный датчики цели. При этом микроконтроллер телеметрического блока выполнен с возможностью параллельно моделировать алгоритм определения преграды по входным сигналам контактного и неконтактного датчиков цели и вести запись телеметрической информации в энергонезависимое запоминающее устройство. 3 ил.

Телеметрический боеприпас для подствольного гранатомёта, включающий корпус с ведущим пояском, внутри которого устанавливают модуль питания, соединённый электрическим разъёмом с телеметрическим модулем, соединённым с корпусом втулкой с резьбовым соединением и закрытым сверху головным обтекателем, при этом телеметрический блок выполнен в виде печатной платы с расположенными на ней и соединёнными между собой многоканальным микроконтроллером с аналого-цифровым преобразователем, энергонезависимым запоминающим устройством, стабилизатором напряжения, соединённым с модулем питания и контактным разъёмом для подключения к компьютеру, отличающийся тем, что модуль питания включает соединённые между собой источник тока, инерционный датчик удара и электронный коммутатор, соединённый со стабилизатором напряжения телеметрического блока и выполненный с возможностью формировать выходное напряжение в течение интервала времени длительностью, превышающей полётное время боеприпаса на максимальную дальность стрельбы, а телеметрический блок имеет схему импульсной световой индикации кругового обзора и электрически связан с блоком датчиков цели, включающим неконтактный и контактный датчики цели, при этом микроконтроллер телеметрического блока выполнен с возможностью параллельно моделировать алгоритм определения преграды по входным сигналам контактного и неконтактного датчиков цели и вести запись телеметрической информации в энергонезависимое запоминающее устройство.