Результат интеллектуальной деятельности: МНОГОРЕЖИМНЫЙ ВЗРЫВАТЕЛЬ БОЕПРИПАСА

Изобретение относится к области создания многорежимных взрывателей. Известны взрыватели, реализующие один или два режима работы взрывателя - ударный и/или ударный с замедлением (см. например, патент РФ №2337310 от 01.11.2006 г., МПК F42C 1/08, патент РФ №2307310, от 28.12.2015 МПК F42C 1/04, патент РФ №2288443, jn 16.12.2004 г. МПК F42C 1/00; взрыватель Fuchs М9802 с двумя режимами срабатывания: 1 - ударный с замедлением; 2 - ударный мгновенного действия www.warinform.ru).

Недостатками перечисленных отечественных взрывателей являются: большие массогабариты, невоспроизводимое замедление взрыва за счет пиротехнических веществ.

Недостатком взрывателя Fuchs М9802 является ручная установка режимов срабатывания при помощи переключателя на боковой стенке.

Известны зарубежные многорежимные взрыватели, объединяющие четыре режима: а) ударный; б) ударный с замедлением; в) дистанционный; г) неконтактный; такие, как М782 MOFA фирмы ATK, DM74 фирмы Junghans, М9801 компании Fuchs.

Наиболее близким известным решением является многорежимный управляемый взрыватель М9801 фирмы Fuchs (www.warinform.ru)

Основные режимы многорежимного взрывателя М9801 устанавливаются вручную посредством переключателя, установка остальных осуществляется с помощью индуктивного установщика взрывателей, соответствующего требованиям STANAG 4369. Неконтактный режим устанавливается вручную (при этом используются предустановленные значения времени дальнего взведения и высоты срабатывания), как и ударный, и ударный с замедлением режимы. В режим программирования индуктивным установщиком взрыватель переводится путем установки переключателя в заданное положение. Данный режим позволяет задать три значения высоты подрыва: «низкий», «средний», и «высокий», а также время взведения для неконтактного режима (диапазон от 3 до 199, 9 секунды) и величину задержки инициирования в ударном режиме. Питание устройства осуществляется от резервной батареи, (см. http://talks.guns.ru/forummessage/42/67 .html Fuzes Go Multi-role and Smart. Doug Richardson, inputs by Johnny Keggler.-In: ARMADA International, Issue 4/2002, pp. 64:70 http://www.munitionstech.com).

Недостатком данного взрывателя является применение устройств дальнего взведения, предохранителей, элементов инициирования взрывательных устройств на основе механических деталей, выполняемых различными технологиями - литье, спекание, обработка резанием с жесткими допусками. Вследствие этого - большие габариты, высокая стоимость изготовления, низкая надежность, отсутствие сопряжения с электронными блоками.

Наиболее близким известным техническим решением является взрыватель с переключением режимов работы (см. патент РФ №2219486, от 17.04.2000 г., МПК F42C 9/00), содержащий боевую часть, установленную в корпус, датчик цели, спецвычислитель, блок питания, блок управления режимами, включающий систему предохранения с системой прерывания выполнения боевой задачи, механизм дальнего взведения, систему самоликвидации, пусковой исполнительный механизм, ключи.

Недостатками известного взрывателя являются массогабаритные размеры взрывателя и некоторая сложность в исполнении.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом многорежимном микроэлектромеханическом взрывателе боеприпаса, заключается в миниатюризации управляемого взрывателя, увеличении эффективности боеприпаса, а именно: дальности, воздействии на цель и повышении точности.

Для реализации поставленной задачи многорежимный взрыватель боеприпаса, содержащий боевую часть с боеприпасом, установленную в корпусе, спецвычислитель, блок питания, соединенный со спецвычислителем, блок управления режимами, включающий систему предохранения с системой прерывания выполнения боевой задачи, механизм дальнего взведения, систему самоликвидации, пусковой исполнительный механизм, ключи, взрыватель, дополнительно содержит датчик температуры, датчик давления, акселерометры и датчики угловых скоростей, и резервный блок питания, при этом выходы датчиков соединены с входами спецвычислителя, выход спецвычислителя соединен с входом резервного блока питания, первый выход которого соединен с системой предохранения, а второй выход резервного блока питания соединен с входами механизма дальнего взведения и системы самоликвидации, выход системы предохранения через первый ключ соединен с первым входом пускового исполнительного механизма, выход механизма дальнего взведения через второй ключ соединен со вторым входом пускового исполнительного механизма, а выход системы самоликвидации - непосредственно с третьим входом пускового исполнительного механизма, при этом введенные датчики, блоки питания, спецвычислитель и блок управления режимами выполнены в виде микроэлектромеханических систем, расположенных внутри взрывателя над или под боевой частью.

Изобретение поясняется чертежами, где показаны на фиг. 1 - функциональная схема многорежимного микроэлектромеханического взрывателя боеприпаса, на фиг. 2 представлены варианты исполнения пускового исполнительного механизма, на фиг. 3 - варианты конструктивного решения многорежимного микроэлектромеханического взрывателя боеприпаса.

Многорежимный управляемый микроэлектромеханический взрыватель боеприпаса содержит: блок 1 питания системы, датчики 2, включающие датчик температуры, датчик давления, акселерометры и датчики угловых скоростей, спецвычислитель 3, резервный блок 4 питания, система 5 предохранения, первый ключ 6, пусковой исполнительный механизм 7, второй ключ 8, механизм 9 дальнего взведения, система 10 самоликвидации.

К достоинствам микроэлектромеханического взрывателя можно отнести высокую чувствительность и быстродействие, возможность адаптации к условиям встречи с целью, уменьшение числа подвижных элементов, а также 100%-ный контроль электрических частей в процессе производства.

Многорежимный взрыватель боеприпаса работает следующим образом: включается блок 1 питания системы взрывателя боеприпаса, измеренные первичные показания датчиков 2 температуры, давления, акселерометров и угловых скоростей передаются в специальный вычислитель 3, хранящий алгоритмы работы взрывателя боеприпаса, использующие как первичные показания датчиков, так и результаты комплексной обработки информации от них, при этом каждый участок траектории, каждое мгновенное значение, соответствующее точкам траектории боеприпаса, характеризуется определенной совокупностью значений параметров датчиков, которые являются основой алгоритмов работы взрывателя совместно с заданными требованиями по степени предохранения, дальнего взведения, требованиями к другим элементам взрывателя, режимам срабатывания взрывателя. Управляющие сигналы от спецвычислителя 3 подаются на резервный блок 4 питания и включают его. Электрический сигнал от резервного блока 4 питания подается в систему предохранения 5, включающую систему прерывания выполнения боевой задачи (при невылете снаряда), и на первый ключ 6, и после их последовательного срабатывания подается на пусковой исполнительный механизм 7. Одновременно или раньше через второй ключ 8 подается электрический сигнал от механизма дальнего взведения 9. Если пусковой исполнительный механизм не срабатывает, то срабатывает с задержкой система 10 ликвидации боеприпаса.

Конструкция пускового исполнительного механизма 7 (ПИМ) может быть различна, частные случаи исполнения показаны на фиг. 2.

Пусковой исполнительный механизм 7 представляет собой совокупность микроэлектромеханических систем, инициирующих взрыв бризантного вещества боевой части снаряда. При этом вводится два уровня интеграции микроэлектромеханических систем, то-есть различных условий на начало взрыва, для обеспечения подрыва различных низкопороговых бризантных веществ и исключения несанкционированного взрыва.

На фиг. 2а) показан пусковой исполнительный механизм 7, выполненный из текстолитовой подложки 11, на которой размещены микроэлектромеханические системы 12, инициирующие взрыв. Это размещение объясняет первый уровень интеграции микроэлектромеханических систем.

На фиг. 2б) изображена микроэлектромеханическая система 12 пускового исполнительного механизма 7, состоящая из металлизированного слоя 13, размещенного на текстолитовой подложке 11 (не показана), на котором располагают стеклянный пьедестал - 14, («Пирекс» толщиной h=1,4 до 1,6 мм). На стеклянном пьедестале 14 расположен полупроводниковый кристалл 15 со сформированными в нем микроэлектромеханическими структурами 16.

На внутренней поверхности микроэлектромеханической структуры 16 выполнено отверстие 17, покрытое металлизированным слоем 18, соединяющее шину 19 питания на полупроводниковом кристалле 15 и текстолитовую подложку 11, что обеспечивает подачу инициирующего сигнала с микроэлектромеханических структур 16, представляющих собой второй и последний уровень интеграции микроэлектромеханических систем.

Микроэлектромеханические структуры 16 могут быть изготовлены на разных конструктивно-технологических решениях. Два варианта микроэлектромеханических структур представлены на фиг. 2в и фиг. 2г.

На фиг. 2в) показано выполнение ПИМ 7 в виде пористой микроэлектромеханической структуры 16 в полупроводниковом кристалле 15, где область пористой структуры 20 сформирована в полупроводниковом кристалле 15 электрохимическим травлением с нано- и микропорами 21 (диаметром от 2 нм до 15 мкм), допированными водородом и пероксидами глубиной более 60 мкм. Для подачи инициирующего электрического сигнала на поверхность полупроводникового кристалла 15 к микроэлектромеханической структуре 16 подведена контактная площадка 22 с металлическим проводником, соединенная с резервным блоком 4 питания.

На фиг. 2г) показано выполнение пускового исполнительного механизма 7 в виде микроэлектромеханической структуры 16 в полупроводниковом кристалле 15, где изображены: углубление 23, полученное методом объемной обработки и заполненное азидом свинца, Микроэлектромеханическая структура 16 соединена с контактной площадкой 22 с металлическим проводником. Через контактную площадку 22 с металлическим проводником подведен поликристаллический полупроводник 24, который нагревается от инициирующего электрического сигнала через вторую контактную площадку 25 с металлическим проводником, полученного от резервного блока 4 питания.

Конструктивные варианты исполнения многорежимного микроэлектромеханического взрывателя боеприпаса приведены на фиг 3

На фиг. 3а) приведено расположение микромеханического взрывателя в инерционной зоне 26 над боевой частью (БЧ) 27. Расположение круглых плат - друг над другом.

В инерционной зоне 26 расположена плата 28 с датчиками, плата 29 спецвычислителя с блоком питания и плата 30 с блоком управления режимами (пусковым исполнительным механизмом, механизмом дальнего взведения, системой предохранения, ключами и резервным блоком питания).

На фиг. 3б) показано расположение микромеханического взрывателя под боевой частью Расположение круглых плат - друг над другом. Плата 30 с пусковым исполнительным механизмом, механизмом дальнего взведения, системой предохранения, ключами и резервным блоком питания. Плата 29 спецвычислителя с блоком питания. Плата 28 с датчиками - в инерционной зоне. Дополнительно в отличие от расположения над БЧ 27 установлена предохранительная мембрана 31 от теплового воздействия.

На фиг. 3в) показана конструкция, где платы могут быть прямоугольными и размещаться вдоль оси снаряда.

Применение микроэлектромеханического взрывателя многорежимного боеприпаса дает следующие отличия и преимущества:

а) малый разброс параметров благодаря изготовлению компонентов в едином технологическом цикле и возможность компенсации схемотехническими и конструкторскими методами;

б) микроминиатюрность (габаритные размеры значительно меньше по сравнению с традиционными дискретными устройствами);

в) высокая функциональность за счет интеграции сенсоров, схем обработки и исполнительных механизмов в едином однокорпусном устройстве, сопоставимом по габаритам с интегральными микросхемами;

г) улучшенные характеристики функционирования благодаря высокой точности исполнения;

д) повышенная надежность и устойчивость по отношению к внешним воздействиям по сравнению с дискретными элементами и узлами;

е) низкая стоимость по сравнению с устройствами, построенными без применения интегральной технологии;

ж) реализуемые режимы основаны на алгоритмах, использующих измеренные значения температур, высот, ускорений, угловых скоростей и в результате комплексной обработки, мгновенных изменений, происходящих с этими параметрами в режиме реального времени с высокой частотой дискретизации.