МНОГОРЕЖИМНЫЙ ВЗРЫВАТЕЛЬ Российский патент 2024 года по МПК F42C13/00 

Изобретение относится к взрывателям многорежимного действия: дистанционного, предконтактного и ударного, срабатывающим от инерционного перемещения механизмов при встрече с преградой, а также временного по истечении заданного промежутка времени с момента начала применения, определяемого счислением времени самоликвидации, и имеет практическое применение преимущественно для комплектации боеприпасов, сбрасываемых с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) или инициирования полезной нагрузки БПЛА типа "дрон-камикадзе".

В настоящее время в некорректируемых боеприпасах в мировой практике применяются боеприпасы с одним или несколькими режимами работы с возможностью инициализации, как правило, временного или контактного способа подрыва, а также использующих автономные источники тока для питания электронной части схемы. Современный уровень микроэлектроники позволяет реализовать электронный взрыватель в виде одной микросхемы с минимальным количеством внешних элементов. К ним относятся микроконтроллеры и специализированные микросхемы с высокой степенью интеграции.

Известен «универсальный электронный взрыватель для мелкокалиберных боеприпасов», описанный в патенте RU 2767827 С2, опубл. 21.06.2021, согласно которому взрыватель может быть оснащен приемной СВЧ антенной, ИК фотоприемником, приемной индукционной катушкой, куда, благодаря связи с орудием, заносится информация, определяющая принцип взаимодействия боеприпаса с преградой. В основу действия взрывателя положено определение полетного времени, вычисляемого микроконтроллером по уравнениям, связывающим полетное время с оборотами боеприпаса в канале ствола. К недостаткам данного способа можно отнести то, что необходима связь с орудием, для повышения точности вычисления требуется высокостабильный генератор, а также работа взрывателя определяется лишь каким-нибудь одним режимом и невозможна одновременно в 4-х режимах. Кроме того, для взведения (запуска) автономного источника питания необходимо использовать перегрузку, возникающую при выстреле. Подрыв боеприпаса на оптимальной высоте, обеспечивающей максимальную эффективность поражения живой силы практически не реален.

Известен «взрыватель комбинированного действия», описанный в патенте RU 2482441 С1, опубл. 20.05.2013, согласно которому взрыватель, расположенный в донной части боеприпаса имеет оптическое окно, через которое лазерный источник излучения передает с помощью кодовой посылки информацию о времени инициирования боеприпаса. Кроме инициирования боеприпаса через установленный промежуток времени, в патенте предусмотрен контактный подрыв от срабатывания пьезодатчика. К недостаткам данного способа можно отнести то, что необходима связь с орудием и время дальнего взведения определяется временем выхода на режим ампульной батареи. К тому же для передачи информации о полетном времени требуется мощный лазер, способный передать информацию на взрыватель после прохождения команды дальнего взведения, при этом диаграмма направленности излучателя должна учитывать площадь, определяемую разбросом вектора скорости боеприпаса. Кроме того, для взведения (запуска) автономного источника питания необходимо также использовать перегрузку, возникающую при выстреле. Эффективность поражения живой силы при данном способе подрыва ничтожно мала. Интерес могут представлять только настильные траектории.

Известен «неконтактный взрыватель», описанный в патенте RU 2550713 С1, опубл. 10.05.2015, согласно которому взрыватель оснащен термовскрываемыми мембранами, предохраняющими оптику излучателя и фотоприемника. Данный взрыватель способен решить задачу обеспечения неконтактного подрыва на заданной высоте. К недостаткам данного способа можно отнести то, что для вскрытия оптических окон требуется температура 1000:1500°С. Кроме того, поля зрения оптической системы расположены перпендикулярно к оси боеприпаса, что не позволяет эффективно применять взрыватель в боеприпасах, сбрасываемых с дронов.

Известен «электронный взрыватель, описанный в патенте RU 2707108 С1, опубл. 22.11.2019, согласно которому электронный взрыватель содержит приемопередатчик последовательного интерфейса, электронно-временное устройство, источник питания, блок объединения сигналов, два контактных датчика цели, регулятор чувствительности сигналов, критический датчик, переключатель исходного состояния, инерционный замыкатель. Электронно-временное устройство содержит запальный конденсатор, разрядный и зарядный резисторы, ключ взведения, ключ задействования электродетонатора, микропроцессор. Однако, электронный взрыватель не может работать автономно, он функционирует только при контакте с объектом воздействия. Также отсутствует режим дистанционного срабатывания, что снижает эффективность его применения; нет возможности визуально оценить включение взрывателя в режим боевой работы. Указанные недостатки исключают применение электронного взрывателя в боеприпасах, применяемых в БЛА.

Известен «многорежимный взрыватель боеприпаса», описанный в патенте RU 2595104 С1, опубл. 20.08.2016, согласно которому взрыватель содержит установленные в корпусе, блок управления блок питания, систему предохранения с системой прерывания выполнения боевой задачи, механизм дальнего взведения, систему самоликвидации, контактный датчик, система эксплуатационной безопасности, предохранительный (пусковой) исполнительный механизм, электронные ключи. Также введены датчик температуры, датчик давления, акселерометры и датчики угловых скоростей с резервным блоком питания. Недостатками данного устройства являются: недостаточная эффективности из-за отсутствия датчика неконтактного подрыва, который обеспечил бы максимальную эффективность применения боеприпаса. В данном взрывателе дистанционный подрыв боеприпаса осуществляется по счислении полетного времени, а для повышения точности счисления времени дополнительно введены указанные выше датчики, которые усложняют схемотехническое решение и снижают надежность взрывателя. Кроме того, многофункциональность применения такого взрывателя ограничена способом ввода данных и количеством реализуемых режимов в одном боеприпасе. Данное устройство выбрано в качестве прототипа.

В дополнение к отмеченным недостаткам необходимо заметить, что для приведения взрывателей в активное состояние, а также обеспечения времени дальнего взведения используют различные физические принципы, основными из которых являются силы инерции и центробежные силы, их взаимодействие с пороховым замедлителем и пр. В боеприпасах, используемых для оснащения БПЛА, указанные физические принципы практически не реализуемы в виду того, что эти силы настолько незначительны, что попытка их использования в механизмах взведения приведет к активации взрывателя и, как следствие, к его несанкционированному срабатыванию, например, при транспортировании взрывателя, случайном падении БПЛА с подвешенным к нему боеприпасом на землю или при его резком перемещении в пространстве.

Отмеченные недостатки взрывателя устранены в конструкции предлагаемого многорежимного взрывателя боеприпасов.

Задачей изобретения является создание многорежимного взрывателя за счет наращивания режимов функционирования и эффективности действия взрывателя при работе по любым типам подстилающих поверхностей (грунтов, водным поверхностям и целям, накрытым маскировочными сетками и пр.) без вероятности срабатывания от элементов конструкции носителя в условиях использования широких диаграмм направленности приемопередатчика и повышения помехозащищенности, а также обеспечения широкого спектра применения взрывателя (последовательной реализации неконтактного, предконтактного и контактного действия при движении боеприпаса по траектории), в качестве устройства инициирования боевого снаряжения различных боеприпасов, как выпускаемых серийно, так и изготавливаемых «кустарно», в том числе, с использованием боевого наполнения штатных боеприпасов, с обеспечением их безопасности при транспортировании, надежности в эксплуатации и минимизации его габаритов.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей взрывателя, повышении эффективности поражения целей, повышении безопасности эксплуатации боеприпаса оснащенным взрывателем, возможности использования взрывателя в боеприпасах, применяемых на БПЛА.

Технический результат многорежимным взрывателем боеприпаса, содержащим установленные в корпусе блок управления, блок питания, систему предохранения с системой прерывания выполнения боевой задачи, механизм дальнего взведения, систему самоликвидации, контактный датчик, систему эксплуатационной безопасности, предохранительно-исполнительный механизм, электронные ключи, в котором блок управления выполнен на базе программируемого микроконтроллера, система эксплуатационной безопасности включает чеку, винт, блокирующий замыкатель, взрыватель дополнительно содержит неконтактный датчик оптического сигнала, включающий излучатель, усилитель тока и фотоприемник, а также блок конденсаторов, при этом фотоприемник неконтактного датчика соединен с первым входом блока управления на базе микроконтроллера, а излучатель через усилитель тока соединен с первым выходом блока управления на базе микроконтроллера, блок питания является автономным и содержит элемент питания, первый электронный ключ и преобразователь напряжения DC/DC, в котором элемент питания минусовым полюсом подключен ко второму входу блока управления на базе микроконтроллера, а плюсовым полюсом подключен к блокирующему замыкателю системы эксплуатационной безопасности, соединенному с третьим входом блока управления на базе микроконтроллера, предохранительно-исполнительный механизм, включает электровоспламенитель и зашунтированный перемычкой электродетонатор, связанные с блоком управления на базе микроконтроллера через второй и третий электронные ключи, соответственно, первый электронный ключ соединен со вторым выходом блока управления на базе микроконтроллера, обеспечивая подключение элемента питания к преобразователю напряжения DC/DC, связанному с блоком конденсаторов, подключенным ко второму и третьему электронным ключам, второй электронный ключ, соединен с третьим выходом блока управления на базе микроконтроллера, обеспечивая срабатывание электровоспламенителя, третий электронный ключ, соединен с четвертым выходом блока управления на базе микроконтроллера, и связывает блок конденсаторов с электродетонатором, контактный датчик одним выводом подключен к минусовой шине элемента питания, а другим к четвертому входу блока управления.

В преимущественном варианте изобретения приведение взрывателя в активный режим индицируется светодиодным излучателем VD, подключенным к выходу блока управления.

Оснащение взрывателя неконтактным датчиком оптического сигнала позволяет реализовать максимальную эффективность применения боеприпаса по дополнительным классам целей, обеспечивая его большую универсальность.

Строго регламентированная последовательность снятия ступеней предохранения включает удаление предохранительной чеки, подключение автономного элемента питания к блоку управления, выполненного на базе микроконтроллера (далее блок управления), таймер которого начинает отсчет времени дальнего взведения и времени самоликвидации. При этом время дальнего взведения и самоликвидации устанавливается программированием блока управления при производстве или непосредственно перед применением. По истечение времени дальнего взведения, сигнал с блока управления первым электронным ключом соединяет элемент питания с входом DC/DC преобразователя, выход которого подключен к блоку конденсаторов через зарядную цепочку с установленной постоянной, после достижения рабочего напряжения на конденсаторах, сигнал с третьего выхода блока управления посредством второго электронного ключа соединяет блок конденсаторов с электровоспламенителем. Срабатывание электровоспламенителя приводит к снятию шунта с цепи питания электродетонатора с одновременной сборкой детонационной цепи предохранительно-исполнительного механизма взрывателя, после чего производится дозарядка блока конденсаторов и подача электропитания на неконтактный датчик, после чего первый выход блока управления формирует кодовый сигнал излучателя, а первый вход блока управления переходит в режим фиксации сигнала с фотоприемника. Фотоприемник выполнен в виде микросхемы, включающей оптический фильтр и последовательно электрически связанные фотодиод, усилитель, селектор кодовой посылки, формирователь выходного сигнала, а также систему автоматической регулировки усиления. Кроме того, взрыватель оснащен индикатором, фиксирующим режим инициализации.

Сущность заявляемого технического решения поясняется фиг. 1-4, на которых приведена конструкция многорежимного взрывателя и блок-схемы взрывателя, демонстрирующие электрические связи:

фиг. 1 - блок-схема многорежимного взрывателя;

фиг. 2 - взрыватель;

фиг. 3 - взрыватель, сечение по А-А;

фиг. 4 - ПИМ.

В исходном состоянии (фиг. 1) излучатель 1 через усилитель тока (схему накачки) 2 подключен к первому выходу (выходу А), а выход фотоприемника 3 подключен к первому входу (вход В) блока управления на базе микроконтроллера 5. Элемент питания 4 минусовым полюсом подключен к второму входу (вход С) блока управления 5, плюсовой полюс элемента питания подключен к разомкнутому контакту блокирующего замыкателя 8. Узел обеспечения безопасности (УБ) включает винт 6, чеку 7 и блокирующий замыкатель цепи питания 8, при этом замыкатель 8 подключен к третьему входу (вход Е) блока управления 5 и к первому электронному ключу 9, который одновременно подключен ко второму выходу (выход F) блока управления 5. Между вторым входом (вход С) и пятым выходом (выход D) блока управления 5 подключен светодиодный индикатор VD и гасящее сопротивление R. Выход первого электронного ключа 9 подключен к блоку конденсаторов 13 через преобразователь напряжения 11. Выход блока конденсаторов 13 подключен ко второму и третьему электронным ключам 10, 14, которые подключены к электровоспламенителю (ЭВ) 12 и электродетонатору (ЭД) 16 соответственно, а контактный датчик 17 одним выводом подключен к минусовой шине элемента питания, а другим к четвертому входу (вход В') блока управления 5. ЭД 16, зашунтированный перемычкой, обозначенной нормально замкнутым контактом стопора шторки 15, через канал в поворотной шторке связан с дополнительным детонатором 18. Кроме того, для программирования блока управления 5 имеется 6-контактный разъем ХР.

В корпусе 19 взрывателя (фиг. 2-4) расположены дополнительный детонатор 18, ПИМ 20 (на фиг. 2 выделен сплошной рамкой), плата 21 с размещенными на ней усилителем тока 2, блоком управления 5 и электронными ключами 10 и 14, а также плата 23 с размещенными на ней электронным ключом 9, преобразователем напряжения (DC/DC) 11 и блоком конденсаторов 13. Кроме того, в корпусе установлена вставка 25, содержащая неконтактный датчик оптического сигнала, включающий излучатель 1, усилитель тока 2 и фотоприемник 3, а также индикатор VD 31, контактный датчик 17, переходная колодка 22 для подключения ЭВ и ЭД, защитный диск 26, винт активации взрывателя 6 с пружиной 27 и предохранительной чекой 7. Содержимое корпуса 19 закреплено резьбовой защитной крышкой 28 со стороны дополнительного детонатора 18 и резьбовым кольцом 29 со стороны защитного диска 26. В держателе 24 установлены элемент питания 4, подвижная планка 30, механически связанная с винтом активации взрывателя 6.

ПИМ 20 включает корпус 32, поворотную шторку 33, приводную пружину 34, один конец которой закреплен в корпусе ПИМ 32, а другой конец - в поворотной шторке 33, плату 35 с перемычкой, шунтирующей ЭД 16, ЭВ 12 и стопор шторки 15, который фиксирует поворотную шторку 33 таким образом, что детонационная цепь «ЭД-дополнительный детонатор» находится в разомкнутом состоянии. ЭВ 12 зафиксирован в стакане корпуса ПИМ 32 таким образом, что между днищем стакана и ЭВ 12 остается пространство, сообщающееся каналом 36 с стопор шторки 15. С обеих сторон корпус ПИМ закрыт крышками 37 и 38 с помощью винтов 39 и 40 соответственно.

Принцип действия взрывателя

Работа предлагаемого взрывателя активируется подключением элемента питания 4, для чего необходимо выдернуть чеку 7 и, при помощи отвертки из комплекта поставки, завернуть винт 6 блокирующего замыкателя 8 до упора. При этом во взрывателе начнет мигать светодиодный индикатор VD 31 (фиг. 3), что будет указывать на включение элемента питания 4, переход взрывателя в режим дальнего взведения и запуск таймера самоликвидации в блоке управления 5. Время дальнего взведения и самоликвидации программируется в блоке управления 5 при его производстве или непосредственно перед использованием изделия.

После отработки времени дальнего взведения сигнал со второго выхода (выход F) блока управления 5 открывает первый электронный ключ 9, при этом напряжение с элемента питания 4 поступает на преобразователь напряжения 11 и далее на зарядку блока конденсаторов 13 порядка 30 секунд. По истечении этого времени сигнал с третьего выхода (выход G) блока управления 5 поступает на второй электронный ключ 10, через который напряжение с блока заряженных конденсаторов 13 поступает на ЭВ 12. При срабатывании ЭВ, появляющиеся пороховые газы, воздействуя на стопор шторки 15 (фиг. 4), освобождают поворотную шторку 33, и стопор шторки 15 разрывает перемычку в плате 35, шунтирующую электрическую цепь ЭД 16. Под действием пружины поворотная шторка 33 разворачивается и устанавливается таким образом, что собирается огневая цепь ПИМ - «ЭД 16 - дополнительный детонатор 18». Одновременно с этим сигнал со второго выхода (выход F) блока управления 5 повторно открывает первый электронный ключ 9, при этом напряжение с элемента питания 4 поступает на преобразователь напряжения 11 и далее на дополнительную зарядку блока конденсаторов 13. По окончании заряда конденсаторов в блоке управления 5 запускается внутренний генератор, формирующий кодовые посылки, которые с первого выхода (выход А) блока управления 5 поступают на излучатель 1 (фиг. 3) через усилитель тока (схему накачки) 2.

Блок управления 5 постоянно опрашивает первый вход (вход В) и четвертый вход (вход В') на наличие сигнала с фотоприемника 3 (фиг. 3) и контактного датчика 17 (фиг. 2). При появлении сигнала на первом или четвертом входах блок управления 5 формирует сигнал на четвертом выходе (выход Н), который открывает третий электронный ключ 14, электрически соединяя блок конденсаторов 13 с цепью ЭД 16. В случае, если не происходит срабатывание от сигнала с фотоприемника 3 на установленной высоте (0,6÷1 м), при дальнейшем сближении происходит предконтактное срабатывание на расстоянии 3÷15 см от поверхности, а при ударе боеприпаса в преграду под действием сил инерции срабатывает контактный датчик цели 17, подключенный к минусовой шине элемента питания, в результате чего отрицательное напряжение элемента питания 4 поступает на четвертый вход (вход В') блока управления 5, и далее с четвертого выхода (выход Н) блока управления 5 сигнал поступает на третий электронный ключ 14, который электрически соединяет блок конденсаторов 13 с ЭД 16. В случае отсутствия срабатывания взрывателя от сигнала фотоприемника 3 или от контактного датчика 17 через установленное время для самоликвидации с четвертого выхода (выход Н) блока управления 5 подается сигнал на третий электронный ключ 14 и по ранее описанному алгоритму на цепь ЭД 16.

Функциональность взрывателя обеспечивается реализацией последовательно всех режимов работы, а также возможностью задания через внешний разъем времени дальнего взведения и времени самоликвидации. Эти режимы работы можно установить как в процессе изготовления, так и непосредственно перед применением в боевых условиях.

Эффективность и надежность поражения цели (живой силы) боеприпасом, оснащенным многорежимным взрывателем, обеспечивается благодаря тому, что неконтактный датчик реализует подрыв боеприпаса на оптимальной высоте (0,6÷1,0 м) и предконтактный подрыв на расстоянии 3÷15 см от подстилающей поверхности вследствие применения широкоугольных конусных диаграмм направленности приемопередающего тракта, а также контактный подрыв от воздействия сил инерции при ударе в подстилающую поверхность. Кроме того, применение во взрывателе электронных компонентов с высокой степенью интеграции, к которым относятся микроконтроллер, реализующий логическое управление командами снятие предохранений, генерацию кодовой посылки для модуляции передатчика и селекцию принятого сигнала приемника, не требующий применение внешних дополнительных элементов «обвязки», фотоприемный модуль, реализующий спектральную селекцию сигнала, усиление принятой кодовой посылки, ее фильтрацию, автоматическую регулировку усиления и формирование сигнала управления для микроконтроллера, повышают надежность взрывателя и, снижают его габариты, в том числе за счет оптимизации компоновки составных частей взрывателя, что в свою очередь высвобождает дополнительный объем для взрывчатого вещества боеприпаса, повышая его могущество. С точки зрения эргономики, также влияющей на безопасность эксплуатации, взрыватель снабжен световым индикатором, фиксирующим режим его активации.

Эксплуатационная безопасность обеспечивается применением многоступенчатой системы предохранения, включающей: механическую активацию взрывателя [без использования воздействия на него традиционных физических признаков (силы инерции, центробежные силы, подсчет числа оборотов и пр.)], поочередное снятие ступеней предохранения, дальнее взведение, заряд и дополнительный заряд накопительных конденсаторов, разрешение на установку огневой цепи в боевое положение и включение неконтактного датчика.

Минимизация габаритов позволяет использовать многорежимный взрыватель как в боеприпасах, применяемых в БПЛА, так и в обычных боеприпасах различных калибров.

Изобретение относится к взрывателям боеприпасов, а именно к многорежимному взрывателю. Многорежимный взрыватель боеприпаса содержит установленные в корпусе блок управления, блок питания, систему предохранения с системой прерывания выполнения боевой задачи, механизм дальнего взведения, систему самоликвидации, контактный датчик, систему эксплуатационной безопасности, предохранительно-исполнительный механизм и электронные ключи. Блок управления выполнен на базе программируемого микроконтроллера. Система эксплуатационной безопасности включает винт, чеку и блокирующий замыкатель. Взрыватель дополнительно содержит неконтактный датчик оптического сигнала, включающий излучатель, усилитель тока и фотоприемник, а также блок конденсаторов. Фотоприемник неконтактного датчика соединен с первым входом блока управления на базе микроконтроллера, а излучатель через усилитель тока соединен с первым выходом блока управления на базе микроконтроллера. Блок питания является автономным и содержит элемент питания, первый электронный ключ и преобразователь напряжения DC/DC, в котором элемент питания минусовым полюсом подключен ко второму входу блока управления на базе микроконтроллера, а плюсовым полюсом подключен к блокирующему замыкателю системы эксплуатационной безопасности, соединенному с третьим входом блока управления на базе микроконтроллера. Предохранительно-исполнительный механизм включает электровоспламенитель и зашунтированный перемычкой электродетонатор, а также связанные с блоком управления на базе микроконтроллера через второй и третий электронные ключи, соответственно. Первый электронный ключ соединен со вторым выходом блока управления на базе микроконтроллера, обеспечивая подключение элемента питания к преобразователю напряжения DC/DC, связанному с блоком конденсаторов, подключенным ко второму и третьему электронным ключам. Второй электронный ключ соединен с третьим выходом блока управления на базе микроконтроллера, обеспечивая срабатывание электровоспламенителя. Третий электронный ключ соединен с четвертым выходом блока управления на базе микроконтроллера и связывает блок конденсаторов с электродетонатором. Контактный датчик одним выводом подключен к минусовой шине элемента питания, а другим к четвертому входу блока управления. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей взрывателя, повышении эффективности поражения целей, повышении безопасности эксплуатации боеприпаса оснащенным взрывателем, возможности использования взрывателя в боеприпасах, применяемых на БПЛА. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Многорежимный взрыватель боеприпаса, содержащий установленные в корпусе блок управления, блок питания, систему предохранения с системой прерывания выполнения боевой задачи, механизм дальнего взведения, систему самоликвидации, контактный датчик, систему эксплуатационной безопасности, предохранительно-исполнительный механизм, электронные ключи, отличающийся тем, что

блок управления выполнен на базе программируемого микроконтроллера,

система эксплуатационной безопасности включает винт, чеку, блокирующий замыкатель,

взрыватель дополнительно содержит неконтактный датчик оптического сигнала, включающий излучатель, усилитель тока и фотоприемник, а также блок конденсаторов,

при этом фотоприемник неконтактного датчика соединен с первым входом блока управления на базе микроконтроллера, а излучатель через усилитель тока соединен с первым выходом блока управления на базе микроконтроллера,

блок питания является автономным и содержит элемент питания, первый электронный ключ и преобразователь напряжения DC/DC, в котором элемент питания минусовым полюсом подключен ко второму входу блока управления на базе микроконтроллера, а плюсовым полюсом подключен к блокирующему замыкателю системы эксплуатационной безопасности, соединенному с третьим входом блока управления на базе микроконтроллера,

предохранительно-исполнительный механизм включает электровоспламенитель и зашунтированный перемычкой электродетонатор, связанные с блоком управления на базе микроконтроллера через второй и третий электронные ключи, соответственно,

первый электронный ключ соединен со вторым выходом блока управления на базе микроконтроллера, обеспечивая подключение элемента питания к преобразователю напряжения DC/DC, связанному с блоком конденсаторов, подключенным ко второму и третьему электронным ключам, второй электронный ключ соединен с третьим выходом блока управления на базе микроконтроллера, обеспечивая срабатывание электровоспламенителя, третий электронный ключ соединен с четвертым выходом блока управления на базе микроконтроллера и связывает блок конденсаторов с электродетонатором, контактный датчик одним выводом подключен к минусовой шине элемента питания, а другим к четвертому входу блока управления.

2. Взрыватель по п. 1, отличающийся тем, что приведение взрывателя в активный режим индицируется светодиодным излучателем VD, подключенным к блоку управления на базе микроконтроллера.