Высокоскоростной инициатор и управляющая схема его исполнительного устройства

Изобретение относится к контактным газодинамическим импульсным устройствам. Высокоскоростной инициатор содержит корпус, исполнительное устройство, датчик цели, включающий в себя расположенную в свободном объеме высокоскоростного инициатора электроконтактную группу, выполненную в виде токопроводящих элементов. Один из токопроводящих элементов гальванически развязан с управляющей схемой исполнительного устройства и является замыкателем, который установлен с возможностью свободного перемещения в сформированном объеме датчика при отсутствии инерционных сил, а при их наличии - фиксированного размещения в положении крайнего удаления от ответных токопроводящих элементов электроконтактной группы, соответствующем минимуму его потенциальной энергии. При этом часть объема датчика для перемещения замыкателя ограничена поверхностью конуса, расположенной под углом α к оси высокоскоростного инициатора, составляющим менее 90° от направления действия осевой инерционной силы. Управляющая схема включает электронный ключ, коммутирующий огневую цепь исполнительного устройства, и одновибратор, управляющий электронным ключом и подключенный параллельно электроконтактной группе, в схему дополнительно включен предварительный усилитель, установленный последовательно между электронным ключом и одновибратором. Изобретение обеспечивает повышение быстродействия и надежность срабатывания высокоскоростного инициатора, упрощение конструкции датчика цели, универсальности схемы. 2 н. и 1 з п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к контактным газодинамическим импульсным устройствам, для которых основными критериями являются надежность и обеспечение оптимального момента срабатывания исполнительного устройства с достижением наибольшей эффективности применения. Такой высокоскоростной инициатор должен обеспечить контактный подрыв.

Известен высокоскоростной инициатор ударного действия по патенту RU 2288443 (опубл. 27.01.10 г.), включающий датчик цели, один из токопроводящих элементов электроконтактной группы которого выполнен в виде подпружиненного выдвижного контакта, упирающегося в мембрану, закрепленную в вершине наконечника, а второй элемент - ответный контакт выполнен в виде центральной электропроводной втулки с расположенными в ней ударником, вышибным зарядом и исполнительным устройством с огневой цепью.

Недостатком данного высокоскоростного инициатора является большая вероятность его несрабатывания при малых углах подхода к цели, т.к. при этом отсутствуют силы реакции, приводящие к замыканию элементов контактной группы.

Известен высокоскоростной инициатор по патенту RU 2399019 (опубл. 10.09.10 г.), снабженный бокобойной функцией и содержащий корпус, реакционный датчик цели и исполнительное устройство, датчик цели выполнен в виде двух, четырех или шести токопроводящих штырей, равномерно расположенных в торце корпуса на окружности диаметра D, и колпачка с токопроводящей внутренней поверхностью диаметром D1. Штыри изолированы от корпуса. Четные штыри подключены к управляющей цепи исполнительного устройства, нечетные - к цепи питания. Колпачок гальванически развязан от схемы исполнительного устройства. Диаметры D и D1 связаны соотношением D=(0,3…0,8)D1. Повышается помехоустойчивость и надежность взрывателя при электризации снаряда на траектории и при встрече снаряда с преградой под рикошетными углами, но не менее 10°.

Недостаток данной конструкции заключается в том, что в конструкцию взрывателя входит очень чувствительный реакционный датчик цели. Следует также отметить, что его надежность обеспечивается множеством дублирующих токопроводящих элементов, что существенно снижает технологичность, а выполнение токопроводящего перемещаемого элемента в виде колпачка подразумевает его деформацию и замыкание штырей, что требует тщательного подбора материалов, размеров, толщин, что сужает область применения взрывателя.

Известен высокоскоростной инициатор ударного действия по патенту RU 2479825 (опубл. 20.04.13 г.), выбранный в качестве наиболее близкого аналога заявляемому высокоскоростному инициатору. Известный высокоскоростной инициатор содержит корпус, исполнительное устройство, датчик цели, включающий в себя расположенную в свободном объеме высокоскоростного инициатора электроконтактную группу, связанную с управляющей схемой исполнительного устройства и изолированную от токопроводящих частей высокоскоростного инициатора, выполненную в виде токопроводящих элементов, один из которых гальванически развязан с управляющей схемой исполнительного устройства и является замыкателем, установленным в объеме датчика, сформированном для его перемещения под действием осевой составляющей инерционных сил, возникающих при ударе о препятствие, до замыкания им ответных токопроводящих элементов электроконтактной группы после взведения высокоскоростного инициатора. Токопроводящие элементы, перемещаемые под действием инерционных сил, в количестве не менее трех размещены под углом друг к другу и оси высокоскоростного инициатора, и каждому соответствует свой ответный контакт, который соединен параллельно с ответными контактами других токопроводящих элементов. При движении перемещаемые токопроводящие элементы датчика цели удерживаются от действия инерционных сил предохраняющей пружиной и до встречи с препятствием исходное состояние узлов датчика сохраняется. При контакте с препятствием при любом угле подхода к нему хотя бы один перемещаемый токопроводящий элемент испытывает инерционную нагрузку, преодолевает действие предохраняющей пружины и замыкает ответный контакт, тем самым обеспечивая срабатывание высокоскоростного инициатора. При размещении перемещаемых под действием инерционных сил токопроводящих элементов под углом к оси высокоскоростного инициатора, в диапазоне свыше 45° и до 90° от направления действия осевой инерционной силы, устанавливают дополнительный перемещаемый под действием инерционных сил токопроводящий элемент с ответным ему контактом под углом к оси высокоскоростного инициатора меньшим 45°.

Недостатки этой конструкции связаны с тем, что наличие дополнительных удерживающих элементов - пружин - усложняет конструкцию датчика и увеличивают его габариты, кроме того использование пружинных удерживающих элементов приводит к увеличению времени срабатывания и снижению надежности замыкания, что снижает эффективность работы высокоскоростного инициатора в целом.

Из предшествующего уровня техники известна электронная управляющая цепь высокоскоростного инициатора, которая включает в себя электронный ключ, соединенный с исполнительным устройством (патент US 6966261, опубл. 22.11.05 г.).

Недостатком известной электронной управляющей цепи высокоскоростного инициатора является отсутствие первичного стабилизатора напряжения, что может привести к выводу из строя схемы устройства вцелом из-за непредсказуемости напряжения на входе. При ударе о препятствие имеет место эффект «дребезга», связанный с прерывистым сигналом из-за «тряски» перемещающегося токопроводящего элемента, от чего энергии недостаточно для задействования исполнительного устройства, что увеличивает время срабатывания высокоскоростного инициатора.

Известна также управляющая схема исполнительного устройства высокоскоростного инициатора по патенту RU 2088892 (27.08.97 г.), выбранная в качестве наиболее близкого аналога и включающая в себя электронное реле в виде электронного ключа и одновибратора, установленное между исполнительным устройством и электроконтактной группой. Электронный ключ коммутирует огневую цепь исполнительного устройства. Вход одновибратора и электронный ключ подключены параллельно электроконтактной группе.

Конструкция работает следующим образом. При пуске происходит зарядка конденсатора исполнительного устройства и он приводится в рабочее положение, а также подается напряжение на электронное реле и оно устанавливается в режим "ожидания". При ударе о препятствие замыкаются контакты электроконтактной группы, в результате чего срабатывает электронное реле, то есть запускается одновибратор и замыкается электронный ключ, через который происходит разрядка конденсатора на исполнительное устройство, которое срабатывает через определенное время.

Недостатком схемы является непосредственная связь исполнительного устройства с контактной группой, что существенно снижает помехозащищенность устройства при воздействии электромагнитного импульса, а следовательно, надежность срабатывания высокоскоростного инициатора.

Техническим результатом, который может быть получен от реализации заявляемой конструкции высокоскоростного инициатора, является повышение быстродействия и надежности срабатывания высокоскоростного инициатора, упрощение конструкции датчика цели и его миниатюризация.

Техническим результатом, который может быть получен от реализации заявляемой управляющей схемы исполнительного устройства высокоскоростного инициатора, является повышение надежности срабатывания высокоскоростного инициатора и универсальности схемы по отношению к применению различных типов исполнительных устройств.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в конструкции высокоскоростного инициатора, содержащей корпус, исполнительное устройство, датчик цели, включающий в себя расположенную в свободном объеме высокоскоростного инициатора электроконтактную группу, связанную с управляющей схемой исполнительного устройства и изолированную от токопроводящих частей высокоскоростного инициатора, выполненную в виде токопроводящих элементов, один из которых гальванически развязан с управляющей схемой исполнительного устройства и является замыкателем, установленным в объеме датчика, сформированном для его перемещения под действием осевой составляющей инерционных сил, возникающих при ударе высокоскоростного инициатора о препятствие, до замыкания им ответных токопроводящих элементов электроконтактной группы после взведения высокоскоростного инициатора, замыкатель установлен с возможностью свободного перемещения в сформированном объеме датчика при отсутствии инерционных сил, а при их наличии - фиксированного размещения в положении крайнего удаления от ответных токопроводящих элементов электроконтактной группы, соответствующем минимуму его потенциальной энергии, при этом, по крайней мере, часть объема датчика для перемещения замыкателя ограничена поверхностью конуса, расположенной под углом α к оси высокоскоростного инициатора, составляющим менее 90° от направления действия осевой инерционной силы.

Кроме того, токопроводящие элементы ответных контактов могут быть запрессованы в изоляционный материал и представлять собой единый конструктивный элемент.

Указанный технический результат достигается также за счет того, что в управляющей схеме исполнительного устройства высокоскоростного инициатора, включающей электронный ключ, коммутирующий огневую цепь исполнительного устройства, и одновибратор, управляющий электронным ключом и подключенный параллельно электроконтактной группе, дополнительно включен предварительный усилитель, установленный последовательно между электронным ключом и одновибратором.

Расположение замыкателя с возможностью свободного перемещения в объеме датчика при отсутствии инерционных сил, а при их наличии - фиксированного размещения в положении крайнего удаления от ответных токопроводящих элементов электроконтактной группы, соответствующем минимуму его потенциальной энергии, позволяет существенно уменьшить габариты датчика, оптимизировать конструкцию высокоскоростного инициатора и его характеристики.

Выполнение, по крайней мере, части объема датчика для перемещения замыкателя, ограниченного поверхностью конуса, расположенной под углом α к оси высокоскоростного инициатора, находящегося в пределах 0°<α<90° от направления действия осевой инерционной силы, позволяет создать необходимые условия для удержания замыкателя в положении крайнего удаления от ответных токопроводящих элементов электроконтактной группы, соответствующем минимуму его потенциальной энергии без использования дополнительных удерживающих элементов, что упрощает конструкцию датчика и уменьшает его габариты, кроме того, приводит к снижению времени срабатывания и повышению надежности замыкания, что повышает эффективность работы высокоскоростного инициатора в целом.

Запрессовка токопроводящих элементов ответных контактов в изоляционный материал в виде единого конструктивного элемента позволяет обеспечить компактность датчика, повысить технологичность изготовления и сборки, а также обеспечить герметичность датчика, что повышает его надежность.

Включение в схему предварительного усилителя, установленного последовательно между электронным ключом и одновибратором, позволяет обеспечить облегченный режим работы одновибратора и использовать сильноточные электронные ключи в зависимости от типов применяемых исполнительных устройств, что приводит к повышению надежности срабатывания взрывателя.

На фиг. 1, 2 приведен один из примеров конкретного выполнения конструктивной схемы электроконтактной группы датчика цели заявляемого высокоскоростного инициатора, на фиг. 1 - при движении, на фиг. 2 - при ударе о препятствие, где: 1- замыкатель электроконтактной группы; 2 - токопроводящие элементы ответного контакта электроконтактной группы; 3 - гнездо корпуса под электроконтактную группу; 4 - корпус предохранительно-взводящего механизма (ПВМ) высокоскоростного инициатора, где сформировано гнездо под электроконтактную группу.

На фиг. 3. приведена расчетная схема угла α в зависимости от характеристик высокоскоростного инициатора, где:

F_цб - центробежная сила при вращении высокоскоростного инициатора вокруг своей оси с угловой скоростью ω;

F_опоры - прижимающая сила;

F_тор - сила, удерживающая инерционное тело на дне гнезда;

F_уд - сила удара;

F_дв - составляющая силы удара вдоль боковой поверхности гнезда, обуславливающая движение инертного тела при ударе;

F_{ин. осевая} - сила инерционная осевая.

На фиг. 4 приведена блок- схема исполнительного устройства высокоскоростного инициатора, где:

5 - электроконтактная группа;

6 - одновибратор на триггере;

7 - предварительный усилитель;

8 - электронный ключ;

9 - конденсатор;

10 - исполнительное устройство;

11 - преобразователь напряжения.

Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить высокоскоростной инициатор ударного действия, включающий корпус, ПВМ, корпус которого выполнен из пресс-материала, исполнительное устройство с управляющей схемой и контактный датчик цели, встроенный в гнездо, сформированное в свободном объеме ПВМ. Датчик цели занимает объем в два раза меньший по сравнению с прототипом. Датчик выполнен в виде электроконтактной группы, которая связана с управляющей схемой исполнительного устройства и изолирована от токопроводящих частей высокоскоростного инициатора. Один из токопроводящих элементов гальванически развязан с управляющей схемой исполнительного устройства и является замыкателем, установленным в объеме датчика, сформированном для его перемещения, при этом часть этого объема ограничена поверхностью конуса, расположенной под углом α к оси высокоскоростного инициатора, значение которого определено в зависимости от характеристик высокоскоростного инициатора, и в данном случае угол равен 29°. Токопроводящие элементы ответных контактов в виде усеченных конусов запрессованы в изоляционный материал и представляют собой единый конструктивный элемент, при этом часть поверхности ответных контактов заходит в объем, сформированный для перемещения замыкателя. Замыкатель выполнен в виде цилиндра, высота которого равна диаметру, причем замыкатель установлен с возможностью свободного перемещения в сформированном объеме датчика при отсутствии инерционных центробежных сил, а при их наличии - фиксированного размещения в положении крайнего удаления от ответных токопроводящих элементов электроконтактной группы, соответствующем минимуму его потенциальной энергии.

Управляющая схема исполнительного устройства высокоскоростного инициатора включает одновибратор, подключенный параллельно электроконтактной группе, выполненный на Д-триггере и управляющий электронным ключом, установленные последовательно с одновибратором, предварительный усилитель, представляющий собой усилитель тока, и электронный ключ, коммутирующий огневую цепь исполнительного устройства, которое связано с конденсатором и преобразователем напряжения.

Высокоскоростной инициатор работает следующим образом.

В служебном обращении замыкатель 1 свободно перемещается в объеме датчика 3, сформированном для этого в корпусе 4, не требуя дополнительных ограничителей движения. При действии осевого ускорения на высокоскоростной инициатор замыкатель 1 оседает на дно объема 3. Под действием составляющих центробежной силы F_тор и F_опоры он устанавливается в положение, показанное на фиг. 1, упираясь в дно и коническую поверхность, оставаясь в таком положении до удара высокоскоростного инициатора о препятствие. Под воздействием осевой инерционной силы срабатывает ПВМ, и задействуется электрическая цепь высокоскоростного инициатора. В момент удара развивается сила F_дв, преодолевающая силу F_тор, в результате чего замыкатель 1 перемещается в направлении удара и замыкает ответный контакт 2 (фиг. 2), при этом не требуется расхода энергии на сжатие пружины, как в прототипе, что увеличивает быстродействие и точность срабатывания.

Из схемы на фиг. 3 следует:

Сила, перемещающая замыкатель F_дв=F_уд·cosα,

Сила реакции удара: F_тор=F_цб·sinα.

Перемещение замыкателя 1 произойдет при F_дв.>F_тор, т.е. при F_уд>F_цб·tgα.

Поскольку выводы электроконтактной группы 5 соединены с одновибратором 6, выполненным на Д-триггере, то исключается эффект "дребезга" контактов. Сигнал с выхода одновибратора 6 поступает на предварительный усилитель 7, представляющий собой усилитель тока, необходимый для управления мощным электронным ключом 8, имеющим, как правило, большую входную емкостью. Электронный ключ 8 коммутирует исполнительное устройство 10, разряжая через него конденсатор 9. Энергия, запасаемая в конденсаторе 9, необходимая для срабатывания исполнительного устройства 10, поступает от повышающего преобразователя напряжения 11.

Т.о., при использовании данного высокоскоростного инициатора обеспечиваются быстродействие, точность срабатывания при различных характеристиках препятствия, а простота конструкции позволяет повысить технологичность высокоскоростного инициатора.

1. Высокоскоростной инициатор, содержащий корпус, исполнительное устройство, датчик цели, включающий в себя расположенную в свободном объеме высокоскоростного инициатора электроконтактную группу, связанную с управляющей схемой исполнительного устройства и изолированную от токопроводящих частей высокоскоростного инициатора, выполненную в виде токопроводящих элементов, один из которых гальванически развязан с управляющей схемой исполнительного устройства и является замыкателем, установленным в объеме датчика, сформированном для его перемещения под действием осевой составляющей инерционных сил, возникающих при ударе о цель, до замыкания им ответных токопроводящих элементов электроконтактной группы после взведения высокоскоростного инициатора, отличающийся тем, что замыкатель установлен с возможностью свободного перемещения в сформированном объеме датчика при отсутствии инерционных сил, а при их наличии - фиксированного размещения в положении крайнего удаления от ответных токопроводящих элементов электроконтактной группы, соответствующем минимуму его потенциальной энергии, при этом, по крайней мере, часть объема датчика для перемещения замыкателя ограничена поверхностью конуса, расположенной под углом α к оси высокоскоростного инициатора, составляющим менее 90° от направления действия осевой инерционной силы.

2. Высокоскоростной инициатор по п. 1, отличающийся тем, что токопроводящие элементы ответных контактов запрессованы в изоляционный материал и представляют собой единый конструктивный элемент.

3. Управляющая схема исполнительного устройства высокоскоростного инициатора, включающая электронный ключ, коммутирующий огневую цепь исполнительного устройства, и одновибратор, управляющий электронным ключом и подключенный параллельно электроконтактной группе, отличающаяся тем, что в схему дополнительно включен предварительный усилитель, установленный последовательно между электронным ключом и одновибратором.