Устройство контроля и подрыва пиропатрона

Изобретение относится к электронным устройствам автоматики и может найти применение как в изделиях ракетно-космической техники (РКТ), так и при проведении различного вида взрывных работ в народном хозяйстве. Техническим результатом является повышение надежности подрыва пиропатрона, а также возможность проведения контроля целостности и работоспособности, как нитей пиропатрона, так и всех элементов управления. Устройство контроля и подрыва пиропатрона содержит коммутирующие узлы, выполненные на первом и втором полевых транзисторах, пиропатрон с первой и второй нитями, силовой источник питания, источник питания информационных цепей, первый и второй формирователи одиночного импульса, два входных и сигнальный трансформаторы, первый и второй переключатели сигналов, первую и вторую дифференцирующие цепи. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к электронным устройствам автоматики и может найти широкое применение как в изделиях ракетно-космической техники (РКТ), так и при проведении различного вида взрывных работ в народном хозяйстве. В изделиях РКТ пиропатроны используются в качестве исполнительных элементов при запуске двигательных установок, разделении отсеков корабля, раскрытии антенн и других элементов.

Известно устройство для контроля и подрыва пиропатрона по патенту РФ №2029375, МПК: G 08 B 17/08, взятое в качестве аналога, которое содержит пиропатроны, светодиоды, для контроля состояния пиропатронов, резисторы в цепях светодиодов, диоды, реле срабатывания пиропатронов, реле принудительного обрыва пиропатронов, реле задержки, табло неисправности, кнопки, переключатели, источник питания. К недостаткам указанного устройства можно отнести большое количество электрорадиоизделий с малой надежностью, кроме этого при отказе одного элемента возможно несрабатывание пиропатрона. Кроме этого некоторые цепи находятся под постоянным напряжением. Известно также устройство для контроля и подрыва пиропатрона по авторскому свидетельству СССР №417820, кл. G 08 B 17/10, 1973 г., содержащее коммутирующий узел, к которому подключен пиропатрон (нагрузка) и промежуточный элемент, к которому подключена сигнальная лампа. Недостатком этого устройства является низкая надежность, как самих элементов, так и всего устройства в целом.

В качестве прототипа предлагается устройство для контроля и подрыва пиропатрона по патенту РФ №2157564, МПК: G 08 B 17/06, 1999 г. Указанное устройство состоит из коммутирующих узлов, пиропатрона, включающего первую и вторую нити, источника силового питания. Кроме этого устройство содержит блок с пороговой функцией ограничения напряжения и реле тока.

Устройство подрыва работает следующим образом. В режиме контроля пиропатрона через нити пиропатрона пропускается ток контроля малой величины. При исправности нитей весь ток течет через них, так как падение напряжения на каждой нити пиропатрона значительно меньше напряжения включения блока с пороговой функцией. При неисправности одной из нитей, напряжение на этом участке цепи резко возрастает и достигает порогового напряжения включения соответствующего порогового блока, при этом цепь тока на этом участке замыкается.

Недостатком указанного прототипа является то, что схема управления подрывом пиропатронов не дублирована, что приводит к снижению надежности устройства, более того нити пиропатронов соединены последовательно, что также снижает надежность устройства. Что касается введения блока с пороговой функцией, то единичный отказ этого блока тоже может привести к отказу пиропатрона.

Таким образом, можно сделать вывод, что приведенные выше устройства обладают недостаточной надежностью, которая связана с применением коммутационных элементов, и отсутствием дублирования подрыва нитей пиропатрона, которые к тому же соединены последовательно.

Техническим результатом предлагаемого устройства контроля и подрыва пиропатрона является повышение надежности подрыва пиропатрона, а также возможность проведения контроля целостности и работоспособности, как нитей пиропатрона, так и всех элементов управления.

Технический результат достигается за счет того, что в устройство контроля и подрыва пиропатрона, содержащее коммутирующие узлы, пиропатрон с первой и второй нитями, силовой источник питания, введены источник питания информационных цепей, первый и второй формирователи одиночного импульса, два входных и сигнальный трансформаторы, первый и второй переключатели сигналов, первая и вторая дифференцирующие цепи, коммутирующие узлы выполнены на первом и втором полевых транзисторах, при этом первая нить пиропатрона через первый полевой транзистор и первую обмотку сигнального трансформатора подключена к источнику силового питания, вторая нить пиропатрона через второй полевой транзистор и вторую обмотку сигнального трансформатора также подключена к источнику силового питания, вторичные обмотки первого и второго входных трансформаторов подключены между минусом силового источника питания и соответственно между затворами первого и второго полевых транзисторов, первичные обмотки первого и второго входных трансформаторов соответственно через первый и второй формирователь одиночного импульса подключены к источнику питания информационных цепей, первый переключатель сигналов подключен к входу первого формирователя одиночного импульса, второй переключатель сигналов подключен к входу второго формирователя одиночного импульса, входы дифференцирующих цепей являются контрольными входами устройства, а выходы дифференцирующих цепей связаны соответственно с первыми входами переключателей сигналов, вторые входы которых связаны с управляющими входами устройства, третья обмотка сигнального трансформатора является контрольным выходом устройства.

Высокая надежность предлагаемого устройства обеспечивается тем, что в нем применяемые электрорадиоизделия дублированы, при этом в случае одного отказа любого элемента обеспечивается подрыв одной нити, а так как пороховой заряд пиропатрона общий, то обеспечивается подрыв и второй нити. Необходимо также отметить, что при проведении контроля целостности нитей пиропатрона, за счет подачи импульса малой длительности, срабатывают все используемые элементы, в то же время нити пиропатрона не подрываются. Таким образом, изделие уходит в полет при полной проверке, как нитей пиропатрона, так и всех элементов управления подрывом пиропатрона.

Электрическая схема предлагаемого устройства, представленная на чертеже, содержит: пиропатрон 1, включающий первую нить 2 и вторую нить 3, при этом первая нить 2 через первый полевой транзистор 4 и первую обмотку 5 сигнального трансформатора 6, а вторая нить 3 пиропатрона через второй полевой транзистор 7 и вторую обмотку 8 сигнального трансформатора 6 подключены к силовому источнику питания 9, вторичные обмотки первого и второго входных трансформаторов 10 и 11 подключены между затворами первого полевого транзистора 4 и второго полевого транзистора 7 и минусом силового источника питания 9, первичные обмотки входных трансформаторов 10 и 11 через первый формирователь одиночного импульса 12 и второй формирователь одиночного импульса 13 подключены к источнику питания информационных цепей 14, первый переключатель сигналов 15 подключен к входу первого формирователя одиночного импульса 12, второй переключатель сигналов 16 подключен к входу второго формирователя одиночного импульса 13, входы дифференцирующих цепей 17 и 18 являются контрольными входами устройства, а выходы дифференцирующих цепей 17 и 18 связаны соответственно с первыми входами переключателей сигналов 15 и 16, вторые входы которых связаны с управляющими входами устройства, третья обмотка 19 сигнального трансформатора 6 является контрольным выходом устройства. Формирователи одиночного импульса 12 и 13 предназначены для исключения подачи несанкционированных сигналов, а также в случае поступления на входы устройства ложных сигналов. В качестве формирователей одиночного импульса могут быть использованы одновибраторы. Переключатели сигналов 15 и 16 предназначены для переключения сигналов, поступающих на входы устройства от СУ или от НИО. В простейшем случае переключатели сигналов 15 и 16 могут быть выполнены на электромеханических реле, имеющих переключающие контакты.

Электрическая схема предлагаемого устройства, представленная на чертеже, работает следующим образом. В исходном состоянии схема обесточена. Для обеспечения безопасности работ сначала подается напряжение питания от источника питания информационных цепей 14, при этом запитываются формирователи одиночного импульса тока 12 и 13 и переключатели сигналов 15 и 16. Затем подается напряжение питания от силового источника питания 9.

После проведения подготовительных операций необходимо провести операции контроля целостности цепей пиропатрона, а также подтвердить работоспособность всех штатных элементов управления подрывом пиропатрона.

Основными характеристиками пиропатрона являются ток подрыва, величина которого составляет 2-3 А, и длительность импульса подрыва, которая равна 2-5 мс. Таким образом, чтобы обеспечить безопасность работ при проведении контроля, на вход НИО (контрольные входы) устройства подается сигнал и дифференцирующая цепь 17 преобразовывает длительность входного сигнала до величины 10-50 мкс. Полученная длительность импульса вполне достаточна для срабатывания переключателя сигналов 15, формирователя одиночного импульса 12, входного трансформатора 10 и полевого транзистора 4. В результате этого через нить 2 пиропатрона 1 и первую обмотку 5 сигнального трансформатора 6 протекает ток. Однако длительность этого импульса тока значительно ниже гарантированного значения срабатывания нити пиропатрона, которая составляет 2-5 мс. Поэтому нить пиропатрона не срабатывает. При протекании тока через первую обмотку 5 сигнального трансформатора 6 в третьей обмотке 19 этого трансформатора наводится ЭДС, которая регистрируется наземным испытательным оборудованием (НИО).

Формирователь одиночного импульса 12 формирует одиночный импульс, который поступает на первый входной трансформатор 10 и далее на полевой транзистор 4. Таким образом, при проведении контрольных операций проверяется не только целостность нити пиропатрона, но и работоспособность и функционирование всех электрорадиоизделий, включая кабельные сети.

Аналогично работает устройство при подаче сигнала контроля от НИО на дифференцирующую цепь 18, переключатель сигналов 16, входной трансформатор 11 и далее на полевой транзистор 7. В результате этого включается полевой транзистор 7 и через нить 3 пиропатрона 1 и через вторую обмотку 8 сигнального трансформатора 6 протекает ток. На третьей обмотке 19 сигнального трансформатора 6 наводится ЭДС, которая регистрируется НИО. После проведения операций по отдельным каналам допускается одновременная подача сигналов на оба входа от НИО.

После отрыва изделия от стартового устройства, при отработке штатной программы полета от системы управления (СУ) входной сигнал на подрыв пиропатрона поступает на оба входа от СУ. При этом длительность сигнала составляет 20-50 мс, что значительно превышает гарантированную длительность срабатывания пиропатрона, что приводит к подрыву обеих нитей пиропатрона.

Входной сигнал от СУ поступает на переключатели сигналов 15 и 16, затем на формирователи одиночного импульса 12 и 13, на входные трансформаторы 10 и 11 и далее на входы полевых транзисторов 4 и 7. В результате этого включаются полевые транзисторы 4 и 7, и через нити 2 и 3 пиропатрона 1 протекает ток, величина которого равна 2-3 А, что и приводит к подрыву пиропатрона. Контроль подрыва пиропатрона регистрируется на третьей обмотке 19 сигнального трансформатора 6 с помощью бортовой телеметрической системы.

Таким образом, можно сделать вывод, что предлагаемое устройство обладает высоким уровнем безопасности, достигаемой за счет того, что подрыв пиропатрона не может быть осуществлен без поэтапной подачи напряжения силового питания, затем подачи питания информационных цепей и только после этого поступает исполнительная команда на подрыв. Необходимо также отметить, что источник силового питания и источник питания информационных цепей электрически не связаны между собой, что, безусловно, повышает безопасность, как устройства, так и всего изделия РКТ.

Высокая надежность предлагаемого устройства обеспечивается применением современных полупроводниковых элементов, а также дублированием устройства подрыва. При возникновении одного любого отказа обеспечивается работоспособность устройства и гарантированный подрыв пиропатрона. Важно также отметить, что при проведении наземных испытаний проводится контроль целостности нитей пиропатрона, а кроме этого проверяется работоспособность всех электрорадиоизделий, входящих в состав устройства.

В настоящее время проведены макетирование и лабораторная отработка устройства контроля и подрыва пиропатрона, при которых подтверждены высокая надежность и безопасность предлагаемого устройства.

Устройство контроля и подрыва пиропатрона, состоящее из коммутирующих узлов, пиропатрона с первой и второй нитями, силового источника питания, отличающееся тем, что в него введены источник питания информационных цепей, первый и второй формирователи одиночного импульса, два входных и сигнальный трансформаторы, первый и второй переключатели сигналов, первая и вторая дифференцирующие цепи, а коммутирующие узлы выполнены на первом и втором полевых транзисторах, при этом первая нить пиропатрона через первый полевой транзистор и первую обмотку сигнального трансформатора подключена к источнику силового питания, вторая нить пиропатрона через второй полевой транзистор и вторую обмотку сигнального трансформатора также подключена к источнику силового питания, вторичные обмотки первого и второго входных трансформаторов подключены между минусом силового источника питания и соответственно между затворами первого и второго полевых транзисторов, первичные обмотки первого и второго входных трансформаторов соответственно через первый и второй формирователи одиночного импульса подключены к источнику питания информационных цепей, первый переключатель сигналов подключен к входу первого формирователя одиночного импульса, второй переключатель сигналов подключен к входу второго формирователя одиночного импульса, входы дифференцирующих цепей являются контрольными входами устройства, а выходы дифференцирующих цепей связаны соответственно с первыми входами переключателей сигналов, вторые входы которых связаны с управляющими входами устройства, третья обмотка сигнального трансформатора является контрольным выходом устройства.