Универсальный электронный взрыватель для мелкокалиберных боеприпасов

Изобретение относится к области военной техники и может быть использовано в качестве многорежимного электронного взрывателя малокалиберных артиллеристских боеприпасов. Многорежимный электронный взрыватель для малокалиберных артиллерийских патронов, содержащий детонатор, предохранительно-взводящее устройство, источник питания, электронный модуль, содержащий арифметическо-логическое устройство (АЛУ), оперативное и постоянное запоминающие устройства для хранения переменных констант и постоянных коэффициентов, тактовый генератор, таймер реального времени, схему начальной инициализации электронного устройства и датчик линейных ускорений, отличающийся тем, что тактовый генератор выполнен в виде RC-генератора с температурной компенсацией для приема данных от аппаратуры, сопряженной с орудием, взрыватель содержит: поляризованную радиочастотную антенну СВЧ, а электронный модуль взрывателя содержит СВЧ-приемник, на выходе которого последовательно включены усилитель детектированного сигнала и контроллер интерфейса радиоканала, обнаруживающий и декодирующий входящие команды радиоканала; или ИК-фотоприемник, а в электронную часть взрывателя последовательно введены усилитель сигнала фотоприемника и контроллер интерфейса оптического канала, обнаруживающий и декодирующий входящие команды оптического канала; или индукционную катушку связи, а в электронную часть взрывателя введен усилитель-демодулятор сигналов индуктивного канала связи и контроллер интерфейса индуктивного канала, обнаруживающий и декодирующий входящие команды индуктивного канала. Обеспечивается возможность инициализировать снаряды и устанавливать режимы его работы несколькими способами: с помощью радиоканала, оптического канала или индукционного канала, как до момента выстрела, так и после выстрела. Обеспечивается возможность проведения калибровки отдельных узлов электронной части взрывателя, например встроенных часов, непосредственно в процессе выстрела, что позволит повысить эффективность боевого применения боеприпасов за счет уменьшения дисперсии точки подрыва снарядов на траектории полета. 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к области военной техники и может быть использовано в качестве многорежимного электронного донного или головного взрывателя малокалиберных артиллеристских боеприпасов.

В настоящий момент в некорректируемых артиллеристских боеприпасах в мировой практике применяются боеприпасы с одним или несколькими приведенными ниже режимами работы с возможностью инициализации одного из указанных ниже способов, а также использующих для автономного питания электронной части схемы, источники тока, перечисленные ниже.

Возможны следующие режимы работы взрывателя в части способа подрыва снаряда: 1) контактный взрыватель мгновенного действия - режим устанавливается по умолчанию, 2) контактный взрыватель с замедлением, возможно замедление подрыва для гарантированного заглубления в препятствие, 3) взрыватель запреградного действия - обеспечение подрыва снаряда после выхода из слабобронированного препятствия в свободное пространство, 4) дистанционный взрыватель - подрыв снаряда заданном расстоянии. Все указанные режимы относятся к пассивным режимам - в этих режимах снаряд не занимается обнаружением цели, а обеспечивает свою работу по состоянию внутренних узлов (механизмов и датчиков пассивного действия).

Современный уровень микроэлектроники позволяет реализовать электронный взрыватель в виде системы на кристалле с минимальным количеством внешних элементов, таких как источники питания, огневые исполнительные цепи и датчики состояния окружающей среды, например, датчик контакта с целью и др.

Известен «способ установки и отсчета времени действия дистанционного взрывателя», описанный в [3] согласно которому информационные сигналы установщика формируют в виде кода времени действия, временной интервал между двумя фиксированными элементами которого равен значению t_y, благодаря которому осуществляется калибровка внутренних часов взрывателя. К недостаткам данного способа можно отнести отсутствие кодовой защиты от помех при передаче кода полетного времени, что может привести к значительной ошибке положения точки подрыва снаряда.

Известен «способ установки, контроля и отсчета времени действия временного устройства взрывателя» описанный в [1] согласно которому во взрыватель передается заданное полетное время в виде интервала между двумя импульсами, который во взрывателе умножается на коэффициент К, определяющий соотношение между заданным интервалом и полетным временем снаряда. К недостаткам данного способа можно отнести то, что время программирования пропорционально требуемому полетному времени.

Известно устройство взрывателя с замедлителем электрического типа описанное в [4], содержащее минимум два датчика взаимодействия с мишенью и электронную схему вычисления скорости замедления снаряда в мишени. Электронная схема в зависимости от скорости замедления вырабатывает сигнал задержки подрыва обеспечивающий заданное заглубление снаряда в мишени в зависимости от скорости встречи снаряд-мишень, повышая тем самым эффективность поражения мишени за счет проникания снаряда в тело мишени на заданную глубину. Единственным недостатком данного устройства является то, что в алгоритме расчета заглубления считается, что мишень однородна по плотности и при входе в тонкостенную мишень не учитывается время преодоления тонкой стенки мишени, т.е., например, чем тоньше стенка мишени, тем дальше за ее плоскостью происходит подрыв снаряда и при прохождении малогабаритной мишени насквозь осколки снаряда могут уйти за пределы мишени, т.е. необходима работа параллельно работа алгоритма запреградного подрыва за тонкой стенкой по признаку преодоления преграды по пропаданию ускорения замедления.

Известен способ отсчета времени действия временного устройства взрывателя, описанный в [1], основанный на калибровке встроенного во взрыватель таймера с помощью подачи двух импульсов от внешнего устройства, интервал времени между которыми выдерживается с высокой точностью. Недостатком примененного способа является то, что в схеме не вычисляется частота встроенного генератора, а используется его отношение к опорному интервалу времени, что при необходимости использовать точное время в различных алгоритмах приводит к необходимости повторного учета отклонения частоты встроенного генератора.

Известно устройство «многофункциональный магнитный взрыватель» описанный в [7], патентная формула которого содержит 24 пункта, поясняемые 5 чертежами (классический патент - «зонтик»). В указанном патенте описан взрыватель, определяющий заданную дальность до цели путем подсчета количества оборотов, сделанных снарядом, а количество оборотов с учетом индивидуальных поправок вводиться во взрыватель индукционным способом, а также описаны различные режимы работы взрывателя.

К недостаткам данного устройства можно отнести то, что данный взрыватель хотя и назван «многофункциональный», но область его применения сильно ограничена, как способом ввода данных, так и количеством реализуемых режимов, что неизбежно приводит к необходимости расширения номенклатуры боеприпасов для их использования различными артсистемами. Данное устройство выбрано в качестве прототипа.

Цель изобретения - изобретение преследует следующие основные цели:

1) создание многорежимного взрывателя для некорректируемых боеприпасов с целью их унификации и снижения используемых типов боеприпасов на поле боя;

2) повышение боевой эффективности применения за счет оперативной выборки наиболее подходящего режима работы;

3) уменьшение дисперсии точки подрыва снаряда на траектории путем ввода индивидуальных баллистических поправок;

4) регулирование времени подрыва снаряда фугасного действия в зависимости от особенностей среды заглубления;

5) регулирование времени подрыва снаряда запреградного действия в зависимости от плотности преодолеваемого барьера;

6) повышение надежности подрыва каждого снаряда и его самоликвидации в случае отказа от подрыва на траектории;

7) введение дополнительной ступени защиты в предохранительно-взводящие цепи.

Многорежимность работы взрывателя обеспечивается:

- различными способами подрыва снаряда,

- различными способами инициализации и способами ввода индивидуальных поправок,

- различными способами организации автономного электропитания,

- различными способами определения начальной скорости вылета снаряда.

Повышение надежности обеспечивается:

- уменьшением количества электронных компонентов в составе взрывателя за счет создания однокристального специализированного контроллера (система на кристалле) с минимальным количеством дополнительных к схеме активных и пассивных электрических компонентов,

- обеспечением регулировок и настроек электронным способом с использованием встроенного ПЗУ и без использования в процессе работы дополнительных контактов микросхемы.

Уменьшение количества навесных элементов обеспечивается применением современной полупроводниковой технологии, позволяющей выполнить на одном кристалле как аналоговые элементы с питанием от 2В до 40В, так и микроконтроллер со встроенной памятью и развитой периферийной частью, а также позволяющей иметь встроенные термостабильные калибруемые генераторы тактовых частот.

Современный уровень микроэлектроники позволяет реализовать электронный взрыватель в виде системы на кристалле с минимальным количество внешних элементов, таких как источники питания, огневые исполнительные цепи и датчики состояния окружающей среды, например, датчик контакта с целью и др.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в том, что электронный модуль взрывателя содержит арифметическо-логическое устройство (АЛУ), оперативное и постоянное запоминающие устройства для хранения переменных констант и постоянных коэффициентов, тактовый генератор - таймер реального времени, схему начальной инициализации электронного устройства и датчик линейных ускорений, позволяющие путем ввода в электрическую схему новых известных ранее устройств реализовать новые свойства и характеристики взрывателя.

Данное изобретение предлагает электронный модуль взрывателя, в котором с целью повышения ударной прочности и уменьшения количества элементов введен тактовый генератор, выполненный без применения внешних высокостабильных электромеханических резонаторов в виде RC-генератора с температурной компенсацией за счет применения комбинации имеющихся в составе применяемого технологического процесса полупроводниковых резисторов и конденсаторов на основе диоксида кремния с различными температурными коэффициентами, чем достигается окончательный температурный коэффициент рабочей частоты генератора на уровне не более ±10Е^-6/°С (±10ppm).

Существует вариант электронного модуля взрывателя, в котором для организации канала связи «орудие-снаряд» для приема данных от аппаратуры, сопряженной с орудием, в состав конструкции взрывателя введена поляризованная радиочастотная антенна СВЧ, например в виде полуволнового диполя, а в состав электронного модуля взрывателя введен СВЧ приемник, например, детекторный диодный приемник, на выходе которого последовательно включены усилитель детектированного сигнала и контроллер интерфейса радиоканала, обнаруживающий и декодирующий входящие команды радиоканала

Существует вариант электронного модуля взрывателя, в котором для организации канала связи «орудие-снаряд» для приема данных от аппаратуры, сопряженной с орудием в состав конструкции взрывателя введен ИК фотоприемник, например, на основе фотодиода, а в состав электронной части взрывателя последовательно введены усилитель сигнала фотоприемника и контроллер интерфейса оптического канала, обнаруживающий и декодирующий входящие команды оптического канала обнаруживающий и декодирующий входящие команды оптического канала

Существует вариант электронного модуля взрывателя, в котором для организации канала связи «орудие-снаряд» для приема данных от аппаратуры, сопряженной с орудием в состав конструкции взрывателя введена индукционная катушка связи, а в состав электронной части взрывателя введен усилитель-демодулятор сигналов индуктивного канала связи и контроллер интерфейса индуктивного канала, обнаруживающий и декодирующий входящие команды индуктивного канала,

Существует вариант электронного модуля взрывателя, в котором для формирования ответного сигнала от снаряда в аппаратуру, сопряженную с орудием, в канале связи «орудие-снаряд», в состав контроллера интерфейса индукционного канала введен ключ, шунтирующий индукционную катушку связи, а в состав аппаратуры, сопряженной с орудием должен быть включен амплитудный демодулятор, обнаруживающий ответный сигнал от снаряда к орудию

Существует вариант электронного модуля взрывателя, в котором для организации первичного питания конденсаторного источника питания взрывателя по индукционному каналу одновременно с передачей данных по этому каналу в состав системы питания взрывателя введен выпрямитель напряжения входной индукционной катушки, позволяющий зарядить конденсаторы источника питания,

Существует вариант электронного модуля взрывателя, в котором для организации первичного питания конденсаторного источника питания взрывателя в конструкцию взрывателя введен многослойный пленочный пьезопреобразователь, выполняющий функции первичного источника заряда накопительных конденсаторов автономного конденсаторного источника питания при появлении линейных ускорений в момент выстрела, а также служащий пьезодатчиком, регистрирующим вылет снаряда из канала ствола при смене ускорения разгона на ускорение торможения.

Существует вариант электронного модуля взрывателя, в котором для калибровки встроенного RC-генератора применен способ при котором сигналы установщика режима работы взрывателя передаются с точным интервалом времени равным Т_уст, а в состав электронной части взрывателя включен счетчик, определяющий количество импульсов N_уст калибруемого RC-генератора f_хрон, далее арифметическое устройство определяет отклонение частоты RC-встроенного генератора и использует эту в алгоритмах работы взрывателя, в том числе и в алгоритме определения дальности полета снаряда и коррекции его времени подрыва.

Существует вариант электронного модуля взрывателя, в котором для определения дальности полета снаряда используется жесткая эмпирическая зависимость между скоростью и количеством оборотов снаряда и пройденным им путем, для чего ИК фотоприемник, конструктивно разделен на минимум два фотоприемника с двумя предварительными усилителями сигналов фотоприемников, имеющих максимум пространственной чувствительности под углом к оси снаряда, тем самым позволяющим принимать не только сигнала от аппаратуры орудия, но и фоновый сигнал от неба и подстилающей земной поверхности, разностный сигнал с выходов предварительных усилителей во встроенном АЦП преобразуется в цифровую форму и предварительно проходит через цифровой полосовой фильтр, реализованный в АЛУ, с целью выделения первой гармоники частоты вращения снаряда, далее измеряется период частоты вращения снаряда и усредняется скользящим цифровым фильтром, также реализованным в АЛУ, результирующий сигнал на выходе фильтра есть текущая угловая скорость вращения снаряда.

Существует вариант электронного модуля взрывателя, в котором в СВЧ приемнике, сигнал, подверженный паразитной амплитудной модуляции обусловленной приемом поляризованного сигнала и вращением поляризованной СВЧ антенны поступает на вход усилителя детектированного сигнала, и далее поступает на вход АЦП в котором преобразуется в цифровую форму и предварительно проходит через цифровой полосовой фильтр с целью выделения первой гармоники частоты вращения снаряда, далее измеряется период частоты вращения снаряда и усредняется скользящим цифровым фильтром, результирующий сигнала на выходе фильтра есть текущая угловая скорость вращения снаряда

На рис 1 показана блок схема многорежимного электронного взрывателя содержащего: электродетонатор 1, неэлектронные предохранительно-взводящие узлы 2, источник питания взрывателя 3, датчик линейных ускорений 11, поляризованную СВЧ антенну 13, детектор СВЧ излучения 12 и электронный модуль 4 в состав которого входят - арифметическо-логическое устройство 5, оперативное 6 и постоянное 7 запоминающие устройства для хранения переменных констант и постоянных коэффициентов, тактовый генератор 8, таймер реального времени 9, схему начальной инициализации электронного устройства 10, усилитель СВЧ сигналов 15 и интерфейс СВЧ канала связи 14;

На рис. 2 показано устройство, в котором по сравнению с устройством, изображенным на рис 1 вместо поляризованной СВЧ антенны 13 и детектора СВЧ излучения 12 введен ИК приемник 16, а в состав электронного модуля введены усилитель ИК сигнала 17 и контроллер интерфейса ИК канала 18.

На рис. 3 показан вариант устройства, в которое по сравнению с устройством, изображенным на рис 1 вместо поляризованной СВЧ антенны 13 и детектора СВЧ излучения 12 введена индукционная катушка связи 19 и в электронный модуль 4 введены усилитель-демодулятор сигналов индуктивного канала связи 20 и контроллер интерфейса индуктивного канала 21.

На рис. 4 показан вариант устройства, в которое по сравнению с устройством, изображенным на рис 3 дополнительно введен коммутационный ключ 22 соединенный с индукционной катушкой.

На рис. 5 показан вариант устройства, в которое по сравнению с устройством, изображенным на рис 4 дополнительно введен выпрямитель напряжения индукционной катушки 23 соединенный с источником питания 3.

На рис. 6 показан вариант устройства, в которое по сравнению с устройством, изображенным на рис 1 дополнительно введены пленочный пьезопреобразователь 24 соединенный с источником питания 3.

На рис. 7 показан вариант устройства, в которое по сравнению с устройством, изображенным на рис 3 фотоприемник 16 заменен на фотоприемник 27 содержащий фотодиода 28 со своими предварительными усилителями 29, а в электронный модуль 4 включен двухканальный аналогово-цифровой преобразователь 26.

На рис. 8 показан вариант устройства, в которое по сравнению с устройством, изображенным на рис 1 в электронный модуль 4 включен аналогово-цифровой преобразователь 30.

Согласно рисунку 1 устройство работает следующим образом: в момент вылета снаряда из канала ствола включается источник питания 3, срабатывающий от перегрузки в момент выстрела, срабатывает схема «Reset» 10, фиксирующая момент вылета снаряда из канала ствола, запускается генератора 8 и таймер 9 который начинает отсчет полетного времени снаряда, в это время арифметическое устройство 5 в соответствии с программой находящейся в ПЗУ 7 и оперативными данными находящихся в ОЗУ 6 вычисляет безопасную дистанцию от орудия и разблокирует предохранительно-взводящее устройство 2, которое обеспечивает безопасность снарядов до их вылета из канала ствола в штатном режиме. При ударе о препятствие срабатывает датчик линейных ускорений 11 и выполняется безусловный режим работы - «контактный», или если в ПЗУ заложен алгоритм вычисления скорости торможения снаряда в препятствии, альтернативно может быть выполнен режим работы «фугасный» с вычислением величины заглубления в препятствие по скорости торможения или режим работы «запреградный» по пропаданию торможения. Все указанные режимы вносятся во взрыватель при его изготовлении. В случае невыполнения ни одного из режимов (например, недостаточный сигнал датчика линейных ускорений) через примерно 100-200 сек (задается при изготовлении) происходит режим «самоликвидация». Встроенный СВЧ канал связи позволяет после вылета снаряда послать вдогонку команды его оперативной настройки. Появляется возможность реализации режима подрыва снаряда на заданной дистанции - режим «дистанционный», а также при стрельбе короткими очередями и индивидуальному программированию каждого снаряда можно реализовать режим «дорожка», при котором снаряды взрываются вдоль траектории полета с заданной дистанцией между точками подрыва, увеличивая тем самым зону поражения осколками по дальности.

Запреградный режим обеспечивается измерением отрицательного ускорения по датчику линейных ускорений с момента достижения заданной дистанции (наклонная дальность). Включается встроенное АЦП и измеряет тормозное ускорение. Если обнаружено появление и пропадание тормозного ускорения, то это означает что снаряд прошел преграду и через установленный промежуток времени производится подрыв снаряда.

Возможно фугасное действие с замедлением до нескольких миллисекунд.

Согласно рисунку 2 устройство работает следующим образом: в момент вылета снаряда из канала ствола включается источник питания 3, также, как и в случае с устройством показанном на рисунке 1, а в системе «орудие-снаряд» со стороны орудия начинает работать ИК-передатчик, который передает данные необходимые алгоритму вычисления полетного времени. ИК сигнал принимается встроенным во взрыватель ИК приемником 16, включенного на входе усилителя 17. С выхода усилителя сигнал поступает на специализированный контроллер последовательного интерфейса 18, где производится демодуляция и декодирование входного сигнала. Далее, как и в случае с устройством, показанном на рисунке 1, осуществляется алгоритм работы взрывателя в соответствии с полученными данными вплоть до момента подрыва снаряда.

Согласно рисунку 3 устройство работает следующим образом: в момент досылания снаряда в канал ствола в системе «орудие-снаряд» со стороны орудия начинает работать передатчик беспроводного индукционного ввода данных, расположенный в казенной части орудия, который передает данные необходимые алгоритму вычисления полетного времени. Сигнал принимается встроенной во взрыватель катушкой индуктивности 19, и поступает на вход специализированного усилителя 20, который демодулирует входной сигнал. Далее, как и в случае с устройством, показанном на рисунке 1, осуществляется алгоритм работы взрывателя в соответствии с полученными данными вплоть до момента подрыва снаряда.

Согласно рисунку 4 устройство работает следующим образом: в момент досылания снаряда в канал ствола в системе «орудие-снаряд» со стороны орудия начинает работать передатчик беспроводного индукционного ввода данных, расположенный в казенной части орудия, который передает данные необходимые алгоритму вычисления полетного времени. Сигнал принимается встроенной во взрыватель катушкой индуктивности 19, и поступает на вход специализированного усилителя 20, который демодулирует входной сигнал. Встроенный во взрыватель ключ 22 позволяет передать сигнал подтверждения принятых команд или иную информацию, согласно алгоритмам работы взрывателя. Далее, как и в случае с устройством показанном на рисунке 1, осуществляется алгоритм работы взрывателя в соответствии с полученными данными вплоть до момента подрыва снаряда.

Согласно рисунку 5 устройство работает следующим образом: перед досылом снаряда в канал ствола в системе «орудие-снаряд» при работе передатчика беспроводного индукционного ввода данных на выходе катушки 19 появляется переменное напряжение, которое выпрямляется выпрямителем 23 и заряжает накопительные конденсаторы в источнике питания 3. Накопленной в конденсаторах энергии достаточно для того чтобы осуществить любой заданный алгоритм работы взрывателя.

Согласно рисунку 6 устройство работает следующим образом: в малокалиберной скоростной пушке в процессе досыла снаряда и в процессе выстрела возникают значительные ускорения. В процессе досыла они достигают значений от 5000g до 20000g, а в процессе выстрела до 100000g. Для преобразования механической энергии в электрическую в конструкцию взрывателя введен многослойный пленочный пьезопреобразователь 24 выход которого присоединен к конденсаторному источнику питания снаряда. В процессе заряжания и выстрела конденсаторный источник питания заряжается энергий достаточной для выполнения алгоритм работы взрывателя как это описано в случае с устройством, показанном на рисунке 1. Учитывая тот факт, что напряжение на выходе источника питания 3 появляется, уже в процессе досыла снаряда и электронная часть взрывателя становится работоспособной уже до момента выстрела, в схеме взрывателя датчик линейных ускорений 11, контролирует напряжение пьезопреобразователя и в момент вылета снаряда из канала ствола по перепаду напряжения на пьезопреобразователе (разгонное ускорение величиной более 50000g сменяется на тормозное ускорение при движении в воздухе) в АЛУ 5 и схему сброса 10 поступает импульс сигнализирующий об этом событии. Это позволяет с высокой точностью определить момент выстрела, чем достигается уменьшение рассеивания точки подрыва снаряда по дальности.

Согласно рисунку 7 устройство работает следующим образом: для повышения точностью подрыва на траектории во взрыватель, изготовленный согласно рисунку 7, установлен 2-х канальный фотоприемник 27, содержащий 2 фотодиода 28 и 2 предварительных усилителя 29 имеющих максимум пространственной чувствительности под углом к оси снаряда, тем самым позволяющим принимать не только сигнала от аппаратуры орудия, но и фоновый сигнал от неба и подстилающей земной поверхности. Разностный сигнал с выходов предварительных усилителей во встроенном АЦП 26 преобразуется в цифровую форму и поступает на вход АЛУ 5, в котором программным путем реализован цифровой полосовой фильтр, выделяющий первую гармонику разностного фонового сигнала, который соответствует удвоенной частоте вращения снаряда. И далее, как это описано в случае реализации схемы согласно рисунку 7 выполняется алгоритм коррекции полетного времени снаряда до точки его подрыва.

Зависимость индивидуальной текущей скорости полета для каждого типа снаряда определяется на этапе его изготовления и подтверждается на периодических испытаниях. Фундаментальные уравнения полета снаряда и его скорости вращения приведены ниже.

Угловая скорость вращения снаряда описывается уравнением

где - начальная угловая скорость на вылете из канала ствола, f - коэффициент бокового трения, а - поправочный коэффициент на форму снаряда, R - радиус снаряда, J - момент инерции снаряда, t - текущее время.

В момент вылета из канала ствола начальная угловая скорость и начальная линейная скорость снаряда (v₀) связаны уравнением

где L - шаг нарезки канала ствола

Уравнение движения снаряда описывается системой

Известны работы, в которых определена зависимость между количеством оборотов снаряда и его перемещением вдоль траектории описываемой системой уравнений (3), получены простые зависимости между заданной дистанцией подрыва и числом оборотов снаряда [7]. Задача ввода баллистических поправок сводится к определению отклонения начальной угловой скорости вращения снаряда и ее замедление. Далее определенные поправки вводятся в расчет индивидуальной коррекции полетного времени. Для АЛУ взрывателя все эти характеристики являются исходными данными для решения задачи определения индивидуальной точки подрыва путем вычисления индивидуального времени полета до заданной точки.

После вычисления индивидуального времени полета данные заносятся в регистр таймера 9 и устройство выполняет алгоритм подготовки взрывателя к подрыву и в заданное время осуществляет подрыв снаряда.

Согласно рисунку 8 устройство работает следующим образом для повышения точностью подрыва на траектории во взрыватель, изготовленный согласно рисунку 8, на выходе усилителя СВЧ сигнала 13 установлен аналого-цифровой преобразователь 30 данные которого поступают в АЛУ 5, в котором программным путем реализован цифровой полосовой фильтр, выделяющий первую гармонику сигнала паразитной амплитудной модуляции (ЛАМ), возникающей в антенне снаряда обусловленной вращением снаряда. ПАМ устойчиво возникает в антенне по той причине, что и передающая СВЧ антенна системы «орудие-снаряд» и приемная антенна во взрывателе выполнены с линейной поляризацией, а вид модуляции при передаче данных по СВЧ радиоканалу и скорость передачи данных выбраны таким образом, что спектр модулированного сигнала не пересекается с частотой вращения снаряда. Например, канальная скорость передачи данных составляет не менее 250кбит/с, а скорость вращения снаряда калибром 23 мм при начальной скорости не более 1500 м/с при шаге нарезки ствола 700 мм составляет не более 1000об/с, что соответствует частоте ПАМ не более 2кГц.

Далее в АЛУ вычисляется индивидуальная скорость вращения снаряда, которая участвует в алгоритме вычисления поправки на положение точки подрыва снаряда в соответствии с определенной индивидуальной скоростью снаряда.

Также в устройствах выполненных в соответствии с фигурами 4, 5, 6, 8 и 9 для повышения точности подрыва снаряда на траектории производится коррекция встроенного термостабильного RC-генератора по внешним сигналам точного времени.

Коррекция осуществляется следующим образом: в сигнал установщика системы «орудие-снаряд», передаваемый с помощью индуктивного канала связи или с помощью оптического канала связи или по СВЧ радиоканалу введен сигнал точного времени, с периодом повторения Юме. В состав каждого типа последовательного интерфейса 14 или 18 или 20 включен узел обнаружения сигнала точного времени. Интервал между этими импульсами является точным интервалом времени равным Т_уст. а в состав электронной части взрывателя включен счетчик определяющий количество импульсов N_yст калибруемого RC-генератора f_xpoн, укладывающихся в интервал времени Т_уст. временное устройство преобразующее, с помощью тактовой частоты в код N_ycт равный произведению интервала Т_уст на частоту f_хрон, в результате этого вычисляется фактическая частота RC-генератора f_xpон, равная N_ycт/Т_уст, используемая в дальнейших алгоритмах определения дальности полета снаряда и коррекции его времени подрыва.

При указанной архитектуре описанное устройство может работать не только как дистанционный взрыватель, но при вводе соответствующих команд и наличии встроенных алгоритмов, как контактный и/или запреградный взрыватель.

Для этого по каналу связи системы «орудие-снаряд» необходимо передавать команды, связанные с контактным и/или запреградным режимами работы.

Контактный режим обеспечивается измерением отрицательного ускорения по встроенному датчику линейных ускорений. Если, тормозное ускорение превосходит заданный порог, то это означает попадание в препятствие и соответственно подрыв снаряда.

Выполнение основного узла электронной части взрывателя для комплектации малокалиберных артиллеристских боеприпасов в виде одной микросхемы с минимальным количеством навесных элементов позволит:

а) снизить общие габариты взрывателя

б) снизить потребляемую мощность и тем самым снизить габариты системы питания взрывателя и опять общие габариты взрывателя

в) повысить надежность за счет уменьшения количества элементов и соединений и введения дополнительных электронных цепей и узлов в предохранительно-взводящее устройство

г) повысить ударную прочность за счет снижения количества соединений и размеров взрывателя

д) снизить стоимость изготовления

е) повысить степень унификации за счет реализации нескольких режимов работы и способов инициализации.

Выполнение термостабильного RC-генератора в составе микросхемы на основе встроенных элементов позволит исключить из схемы взрывателя дорогостоящего ударопрочного кварцевого резонатора и тем самым повысить ударную прочность взрывателя в целом.

Включение в состав электронного модуля взрывателя микроконтроллера, содержащего в своем составе АЛУ ОЗУ и ПЗУ, позволит:

а) использовать различные алгоритмы работы взрывателя и легко менять их по мере появления новых алгоритмов

б) решать задачи калибровки параметров снаряда при изготовлении и применении

в) вводить индивидуальные поправки в выполнение текущих алгоритмов работы

Выполнение канала связи на основе СВЧ радиоканала позволит:

а) вводить команды в снаряд вдогонку после вылета из канала ствола

б) оперативно вводить дистанцию до точки подрыва снаряда

в) проводить измерение скорости полета снаряда (косвенно по угловой скорости вращения)

г) проводить оперативной калибровку встроенных во взрыватель часов

Причем СВЧ канал связи может конструктивно использоваться в системах «орудие-снаряд» где другие способы организации канала связи не возможны по тем или иным причинам

Выполнение канала связи на основе оптического ИК канала позволит:

а) вводить команды в снаряд вдогонку после вылета из канала ствола

б) оперативно вводить дистанцию до точки подрыва снаряда

в) проводить измерение скорости полета снаряда (косвенно по угловой скорости вращения)

г) проводить оперативной калибровку встроенных во взрыватель часов

Причем ИК канал связи может конструктивно использоваться в системах «орудие-снаряд» где другие способы организации канала связи не возможны по тем или иным причинам

Выполнение канала связи на основе индукционного канала позволит:

а) вводить команды в снаряд до момента досыла снаряда в канал ствола, чем обеспечивается высокая надежность и скрытность канала связи

б) оперативно вводить дистанцию до точки подрыва снаряда

в) проводить оперативной калибровку встроенных во взрыватель часов

г) обеспечивать зарядку (по необходимости) конденсаторного источника питания, чем исключаются иные более дорогие системы электропитания

Выполнение источника питания на основе пленочного пьезопреобразователя позволит:

а) организовать рабочее напряжение питания до момента вылета снаряда из канала ствола и за счет этого организовать отсчет полетного времени от момента вылета из канала ствола.

При реализации многорежимного электронного взрывателя для малокалиберных артиллерийских патронов в соответствии с данным изобретением на современном уровне микроэлектроники становятся доступными такие режимы работы взрывателя как, «Запреградный», «Фугасный», «Дорожка» и «Дистанционный» которые отсутствуют в современных снарядах российского производства калибром от 23 мм до 30 мм.

Таким образом предлагаемый взрыватель может обеспечить несколько режимов работы, что расширяет область боевого применения не только в системах ПВО, а также при работе по наземным целям.

Литература

1) патент RU №2416067.

2) патент RU №2475697 09.

3) патент RU 2422764.

4) патент RU 2.105.950.

5) http://www.arms-expo.ru/news/armed_forces/tekhmash_razrabotal_novuyu_tekhnologiyu_upravleniya_snaryadami_dlya_bronetekhniki/.

6) https://topwar.ni/146155-rossijskie-boepripasy-dlja-bronetehniki-poumneli.html.

7) патент US 5.497.704.

8) «Перспективные европейские малокалиберные боеприпасы воздушного подрыва с программируемыми взрывателями» По представлению акад. РАРАН В.В. Селиванова, В.Н. Зубов, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. 2017. №4 (99).

9) www.shooting-ua.com Pfingstbornstr.33, D 65207 Wiesbaden, Germany. Автор: Ruprecht Nennstiel, Перевод Геннадия, «КАК ЛЕТИТ ПУЛЯ?».

10) А.А. Дмитриевский, Л.Н. Лысенко, МОСКВА, «МАШИНОСТРОЕНИЕ», 2005, «ВНЕШНЯЯ БАЛЛИСТИКА» 4-е издание.

11) Б.Н. Окунев «Вращательное движение артиллерийского снаряда» ОГИЗ ГОСТЕХИЗДАТ 1943 ВЕСТНИК ТОМСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА.

12) 2017 Математика и механика №47, УДК 531.555, С.А. Королев, A.M. Липанов, И.Г. Русяк «К ВОПРОСУ О ТОЧНОСТИ РЕШЕНИЯ ПРЯМОЙ ЗАДАЧИ ВНЕШНЕЙ БАЛЛИСТИКИ».

1. Многорежимный электронный взрыватель для малокалиберных артиллерийских патронов, содержащий детонатор, предохранительно-взводящее устройство, источник питания, электронный модуль, содержащий арифметическо-логическое устройство (АЛУ), оперативное и постоянное запоминающие устройства для хранения переменных констант и постоянных коэффициентов, тактовый генератор, таймер реального времени, схему начальной инициализации электронного устройства и датчик линейных ускорений, отличающийся тем, что тактовый генератор выполнен в виде RC-генератора с температурной компенсацией для приема данных от аппаратуры, сопряженной с орудием, взрыватель содержит: поляризованную радиочастотную антенну СВЧ, а электронный модуль взрывателя содержит СВЧ-приемник, на выходе которого последовательно включены усилитель детектированного сигнала и контроллер интерфейса радиоканала, обнаруживающий и декодирующий входящие команды радиоканала; или ИК-фотоприемник, а в электронную часть взрывателя последовательно введены усилитель сигнала фотоприемника и контроллер интерфейса оптического канала, обнаруживающий и декодирующий входящие команды оптического канала; или индукционную катушку связи, а в электронную часть взрывателя введен усилитель-демодулятор сигналов индуктивного канала связи и контроллер интерфейса индуктивного канала, обнаруживающий и декодирующий входящие команды индуктивного канала.

2. Многорежимный электронный взрыватель для малокалиберных артиллерийских патронов по п. 1, отличающийся тем, что поляризованная радиочастотная антенна СВЧ выполнена в виде полуволнового диполя, а СВЧ-приемник - в виде детекторного диодного приемника.

3. Многорежимный электронный взрыватель для малокалиберных артиллерийских патронов по п. 1, отличающийся тем, что ИК-фотоприемник выполнен на основе фотодиода.

4. Многорежимный электронный взрыватель для малокалиберных артиллерийских патронов по п. 1, отличающийся тем, что для формирования ответного сигнала от снаряда в аппаратуру, сопряженную с орудием, в состав контроллера интерфейса индукционного канала введен ключ, шунтирующий индукционную катушку связи, а в состав аппаратуры, сопряженной с орудием, включен амплитудный демодулятор, обнаруживающий ответный сигнал от снаряда к орудию.

5. Многорежимный электронный взрыватель для малокалиберных артиллерийских патронов по п. 4, отличающийся тем, что для организации первичного питания конденсаторного источника питания взрывателя по индукционному каналу одновременно с передачей данных по этому каналу в состав системы питания взрывателя введен выпрямитель напряжения входной индукционной катушки, позволяющий зарядить источник питания, выполненный на накопительных конденсаторах.

6. Многорежимный электронный взрыватель для малокалиберных артиллерийских патронов по п. 1, отличающийся тем, что содержит многослойный пленочный пьезопреобразователь, выполняющий функции первичного источника заряда накопительных конденсаторов автономного конденсаторного источника питания, а также служащий пьезодатчиком, регистрирующим с помощью компаратора вылет снаряда из канала ствола или иные ускорения снаряда, возникающие в процессе его жизненного цикла.

7. Многорежимный электронный взрыватель для малокалиберных артиллерийских патронов по п. 1, отличающийся тем, что сигнал усилителя детектированного сигнала, подверженный паразитной амплитудной модуляции обусловленной приемом поляризованного сигнала и вращением поляризованной СВЧ-антенны, поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и преобразуется в цифровую форму и далее поступает в АЛУ, где производится его цифровая обработка с целью определения угловой скорости вращения снаряда, а по ее параметрам и вычисление скорости полета снаряда.

8. Многорежимный электронный взрыватель для малокалиберных артиллерийских патронов по п. 1, отличающийся тем, что ИК-фотоприемник содержит два фотодатчика с двумя предварительными усилителями сигналов фотоприемников, имеющих максимум пространственной чувствительности под углом к оси снаряда, выполнен с возможностью приема не только сигнала от аппаратуры орудия, но и фонового сигнала от неба и подстилающей земной поверхности, при этом разностный сигнал с выходов предварительных усилителей поступает на вход АЦП, преобразуется в цифровую форму и далее поступает в АЛУ, где производится его цифровая обработка с целью определения угловой скорости вращения снаряда, а по ее параметрам и вычисление скорости полета снаряда.

9. Многорежимный электронный взрыватель для малокалиберных артиллерийских патронов по п. 1, отличающийся тем, что содержит таймер реального времени, выполненный на основе RC-генератора с температурной компенсацией, при этом сигналы установщика режима работы взрывателя, вводимые по каналу связи, передаются с интервалом времени, равным Т_уст, а в состав электронной части взрывателя включен счетчик, определяющий количество импульсов N_уст калибруемого RC-генератора f_хрон, укладывающихся в интервал времени Т_уст, в результате этого в АЛУ вычисляется фактическая частота RC-генератора f_xpон, равная N_уст/ Т_уст, используемая в дальнейших алгоритмах определения дальности полета снаряда и коррекции его времени подрыва.