Особенности конструкции взрывательных устройств для ствольной артиллерии

К подготовительным операциям относятся:

• установка вида действия ВУ, которая производится совместными операциями с установочными краном и колпачком, обеспечивая одно из трех действий - мгновенное, инерционное или замедленное.

• ВУ с установленным действием вворачивается в очко БП.

С этого момента взрыватель готов к действию. При встрече с целью (преградой) срабатывает ударный механизм двойного действия, приводящий к срабатыванию ДЦ ВУ и подрыву боевого заряда БП.

В аномальных случаях срабатывают следующие блокирующие механизмы.

• Стопор-ныряло, переводящий в отказное положение ВУ в случае преждевременного срабатывания КВ (дет. 32-34) при установке взрывателя на замедленное действие.

• Противонутационный механизм, обеспечивающий при стрельбе из изношенных систем под действием силы нутации подъём инерционного ударника, что исключает расцепление его и гильзы, а, следовательно, выкатывание шарика. При дальнейшем движении БП по траектории его угловая скорость уменьшается, что приводит к уменьшению и силы нутации. В результате этого в определённый момент ударник и гильза разъединяются и шарик выкатывается, переводя ВУ в боевое положение.

«Визитные карточки».

1) БП наземной артиллерии испытывает при выстреле большие перегрузки:

а) ВУ предохранительного типа;

б) Во ВУ используется простейшая система предохранения.

2) БП многоцелевого назначения - ВУ многоустановочное.

3) Цель по которой срабатывает ВУ (блиндаж) многослойная - во ВУ применяется пиротехнический замедлитель постоянного времени.

4) ВУ избирательного действия - срабатывает по слабым грунтам, но не срабатывает в дождь (т.е. всепогоден).

5) Возможны встречи БП под малыми углами и при рекошетировании - наличие ударного механизма двойного действия.

6) Возможны аномальные случаи при функционировании ВУ БП - во ВУ применяется блокирующий механизм.

Оценка взрывателя.

Положительные характеристики:

1) ВУ предохранительного типа;

2) ВУ многоустановочное;

3) ВУ - всепогодное;

4) ВУ нормально функционирует при выстреле из артиллерийских систем всех категорий износа.

Отрицательные характеристики:

1) нечеткая работа замедлителя (используется порох Т0-34). В последней модификации (В-429) этот порох заменен водоустойчивым составом марки СЦ-1;

2) нечеткая работа ВУ при встрече с целью под малыми углами.

Взрыватель ГПВ-2.

Это головной контактный пьезоэлектрический взрыватель предохранительного типа для невращающихся кумулятивных БП (100 мм пушка БС-3 и гаубица Д-30), кумулятивных осколочных снарядов (100 мм пушка Т-12) и вращающихся кумулятивных снарядов (115 мм пушка 4-5ТС).

Структурная схема.

1) Пьезогенератор (дет. 12, 15, 17, 18, 9) (ПГ).

2) Механизм походного предохранения (предохранительный колпачок - дет. 13).

3) 2 ИМП (дет. 6-8, 24, 26).

4) искровой электродетонатор (дет. 33) (ИЭД).

5) ПДУ (дет. 25, 35, 36).

6) Фиксирующий механизм (дет. 34).

7) Детонирующее устройство (дет. 1, 5).

Принцип действия.

Срабатывание ВУ происходит при встрече БП с преградой за счет последовательных действий ПГ, ИЭД и ДУ.

«Визитные карточки».

1) Кумулятивный БП при встрече испытывает большие перегрузки:

а) ВУ предохранительного типа;

б) Во ВУ применяется простейшая система предохранения.

2) Для нормального срабатывания кумулятивных БП требуется повышенная мгновенность действия - во ВУ применяется ПГ.

3) ВУ головной, т.е. стоит на пути кумулятивной струи - он выполнен из легкоплавких материалов.

4) Углы встречи БП с преградой малы (обтекаемая форма брони танков) - используется ДЦ с повышенной боковой чувствительностью (ПГ).

5) Для оптимального формирования и функционирования кумулятивной струи в детонаторе ВУ имеется кумулятивная выемка.

6) ВУ используется как для вращающихся, так и невращающихся кумулятивных БП - во ВУ отсутствуют центробежные механизмы.

Оценка ВУ.

Положительные характеристики:

1) ВУ предохранительного типа;

2) для повышения безопасности ВУ применяются шунтирование ПГ и ИЭД, механизм походного предохранения, предварительное поджатие ПЭ (0.3-0.4 Н);

3) ВУ обладает повышенной эффективностью за счет: высокой мгновенности срабатывания ПГ и его высокой боковой чувствительностью, изготовления его корпуса из легкоплавких материалов.

Отрицательные характеристики:

1) возможность преждевременного срабатывания ВУ из-за воздействия статического напряжения (в последующей модификации этого ВУ (ВУ ГПВ-3) применен специальный антистатик);

2) недостаточная избирательность ВУ, так как он отказывает в действии при срабатывании с грунтом в случае промаха по основной цели (во ВУ ГПВ-3 для этого используется избирательный колпачок).

4. Тенденции и перспективы развития взрывательных устройств боеприпасов

Взрывное устройство (ВУ) - кибернетическое ждущее пороговое устройство. Оценивая функционирование ВУ можно выделить следующие основные его особенности:

- однонаправленность процессов;

- одноразовое действие;

- малое время действия и большее время ожидания;

- направленное преобразование видов энергии;

- наличие программируемых устройств;

- большое количество различных датчиков;

- высокие требования по безопасности и безотказности.

Некоторые из них, а именно:

- наличие в ВУ датчиков информационных сигналов;

- наличие преобразователей энергии;

- наличие программных устройств;

Системы, входящие в ВУ можно характеризовать следующим образом:

Все разработанные до настоящего времени ВУ по степени усложнения СС и ПС можно разделить на три поколения.

К первому поколению можно отнести простейшие ВУ, которые состоят из одного или двух датчиков и в которых алгоритм работы ПС жестко задавался при сборке или вводился вручную перед выстрелом. Этим ВУ свойственны следующие недостатки:

- длительная подготовка к выстрелу;

- отсутствие или неточность сведений о цели и требуемом действии ВУ;

- практическое отсутствие унификации по БП.

ВУ второго поколения основаны на использовании адаптивных механизмов, которые позволили автоматически перестраивать в зависимости от информационных сигналов алгоритм работы ВУ. Эти ВУ снабжаются дополнительными датчиками, реагирующими на изменение параметров движения БП, характеристик среды и контролирующими состояние боевой цепи.

В частности, ВУ с адаптивными механизмами позволяют решать такие задачи, как автоматическое обеспечение дистанции дальнего взведения при изменении климатических условий, автоматический выбор режима работы по пробиваемой (разрыв с замедлением) и непробиваемой (мгновенный разрыв) преградам, изменение чувствительности датчика цели (ДЦ) по траектории. Типичный пример подобного механизма - авторегулируемого замедлителя - ВУ ДБТ, ДБР-2.

Дальнейшее усложнение задач, выполняемых БП, вызывает необходимость разработки ВУ, которые могли бы непрерывно анализировать внешнюю обстановку, состояние своей структуры, автоматически принимать решение о своих дальнейших действиях и формировать управление для оптимального выполнения задач. Такие ВУ можно отнести к ВУ третьего поколения, их можно назвать ВУ с искусственным интеллектом.

При создании новых видов техники наблюдается постоянное опережение требований технического задания (ТЗ) по механическим, температурным и электромагнитным воздействиям на ВУ по сравнению с возможностью их удовлетворения существующими радиоэлектронными элементами и приборами. Это особенно относится к датчикам цели (ДЦ) сенсорных систем.

Наилучшим выходом из этого является функциональная интеграция, выполнение в одном кристалле чувствительного элемента (ЧЭ) и преобразователя сигнала датчика.

Подобная разработка ДЦ, также, как и других интегрированных информационных датчиков привела к созданию нового научно-технического направления - созданию микроэлектронных датчиков-сенсоров. Это направление получило название сенсо-электроники. Название обусловлено, с одной стороны, тем обстоятельством, что микроэлектронные датчики по надежности, габаритам, массе, потреблению энергии значительно приблизились к чувствительным нервным клеткам - сенсорам человеческого организма. С другой стороны, возможность установить на объект большое количество микроэлектронных датчиков делает их совокупность подобию нервной системе человека.

Применительно к ДЦ основными тенденциями развития являются следующие:

- увеличение количества информации, поступающей от датчиков, за счет различных физических полей среды (магнитной, электрической, акустической и др.), а также более полным использованием характеристик поля (полярность, градиент);

- интеллектуализация датчиков, осуществление первичной обработки информации уже в самом датчике;

- более широкое использование в СС ВУ датчиков выяснения состояния боеприпасов (БП), таких как датчик температуры и давления в канале двигателя и на поверхности объекта, уровней ускорений и напряжение бортового источника питания (ИП);

- микроминиатюризация датчиков до уровня объема 0,1 - 0,2 см^-3;

- уменьшение электропитания до 1 - 5 мА;

- использование новых классов связи СС с ПС таких как оптоэлектронных, электромагнитных и др.;

- поиск и использование новых физических эффектов и новых принципов построения датчиков.

В иностранной литературе приведены взрыватели, основанные на новых принципах построения структурных схем:

- США XM588 для артиллерийских о/ф БП;

- ФРГ AEG для кумулятивных БП;

- Швеция FTO-574 для 105, 155 мм АБ.

Основными путями развития преобразователя электрического импульса в детонационный являются миниатюризация, увеличение чувствительности и мощности преобразователя, повышение его безопасности. Увеличение чувствительности электровоспламенителя (ЭВ) или электродетонатора (ЭД) идет как по пути увеличения чувствительности самого инициирующего элемента, например, путем замены проволочного мостика накаливания на микропленочный, так и путем введения усилителей входного электрического импульса.

Увеличение безопасности ЭВ и ЭД осуществляется разработкой элементов с высоким порогом срабатывания. Например, электронная система инициирования имеет энергию срабатывания 2 мДж, что на порядок превышает энергию срабатывания штатного ЭВ.

Развитие систем электронного инициирования происходит по пути традиционного развития полупроводниковых усилителей электрических сигналов - использование мощных транзисторных ключей, микросхем с пороговыми устройствами и др.

В течение длительного времени разрабатывается устройство инициирования взрывчатого вещества (ВВ) на нетрадиционных принципах действия, таких как лазерное инициирование, пучком быстрых частиц (протонов, нейтронов), электромагнитной пушкой и т.д. Разработка идет, с одной стороны, по созданию мощных малогабаритных импульсных генераторов тока, обеспечивающих прямую накачку энергии в лазерное устройство, а с другой стороны, по преобразованию напряжения существующих источников тока в требуемый электрический импульс на задействование лазерного инициатора.

Появление электронных систем инициирования с высоким порогом срабатывания открывает пути для обеспечения предохранения электронной схемы прохождения сигнала на инициирование. В этом случае функция системы предохранения будет переложена на ПС.

Таким образом, новые принципы инициирования - лазером, пучком нейтронов - позволяет создать и принципиально новые системы предохранения, основанные на отклонении или блокировке луча или пучка. В этом случае СИ совместно с СП приобретают исключительно малые габариты (например, в форме карандаша) и не будет иметь в своем составе ни первичного, ни вторичного ВВ.

Заключение

Представленная работа посвящена анализу особенностям конструкции ВУ к одному из типов БП. Подобный анализ автором проведен и для других типов БП: реактивных снарядов, авиабомб инженерных БП.

Полученные при этом материалы полностью подтвердили идею автора о целесообразности использования при рассмотрении особенностей конструкции ВУ такого понятия как «визитные карточки».

Эти материалы также помогут сотрудникам отрасли проектировать новые образцы ВУ для различных видов БП.

В реферате также проанализированы основные направления развития ВУ для различных БП, в частности тенденции развития сенсорной системы (СС) и системы инициирования ВУ.

Несмотря на примерно одинаковую значимость всех этих систем, для повышения надежности ВУ СС играет особую роль. СС - это совокупность датчиков, определяющих алгоритм функционирования ВУ, поэтому основное внимание уделено основным направлениям развития контактных датчиков цели (КДЦ для различных типов БП).

Последние достижения в области создания микроэлектромеханических систем устраняют это препятствие.

Практически одновременно в России и США заявлены изобретения на микроэлектромеханические взрыватели.

Анализ основных направлений развития ВУ для различных боеприпасов позволил выделить следующие основные тенденции их развития:

- расширение тактико-технического диапазона боевого применения;

- усложнение структуры;

- повышение чувствительности, помехоустойчивости и надежности действия;

- усиление взаимосвязи характеристик КДЦ и боеприпаса;

- использование новых физических эффектов;

- микроминиатюризация.

Анализ перспектив развития сенсорных систем (и в частности КДЦ), проведенный в реферате, свидетельствует о наличии двух основных тенденций. С одной стороны, развитие КДЦ идет по пути миниатюризации. Намечается переход от принципов, основанных на взаимодействии твердых тел, к принципам, позволяющим использовать движущиеся ионы, атомы и элементные частицы.

С другой стороны, идет усложнение структурных схем КДЦ, выполняющих все более сложные функции по распознаванию преград.

В последнее время формируется перспективное направление работ, связанное с исследованием возможностей использования во ВУ элементов микросистемной техники (МСТ) или микроэлектромеханических систем (МЭМС).

Необходимость развития данного направления объясняется возможностью совершенствования характеристик ВУ путем миниатюризации, расширения функциональных возможностей, повышения точности, быстродействия и надежности, что требует перехода на новые конструкторские и технологические решения. Появления устройств МСТ обусловлено возможностью при относительно небольших затратах на разработку технологии получать новые, ранее недостижимые возможности. При этом исполнительные элементы конструктивно совмещены со схемой преобразования обработки и управления сигналом и выполнены по микроэлектронной технологии. Данные устройства способны реагировать на факторы внешней среды, преобразовывать и обрабатывать входной сигнал в соответствии с заданным алгоритмом и выдавать команды на исполнительное устройство.

Известно, что элементы МСТ способны выдерживать весьма интенсивные внешние механические воздействия (нагрузки до десяток тысяч единиц). Применение элементов МСТ весьма перспективно, поскольку они функционально совмещены с основными блоками структурной схемы ВУ.

взрыватель боеприпас артиллерия электрический

Список использованной литературы

1. Аникшин Р.Н. и др. История создания и тенденции развития современных боеприпасов и взрывателей. - М.: Изд-во МГТУ, 2013. - §19. - С. 174-184.

2. Ефремов А.К., Козлов В.И. Электромеханические преобразователи специального назначения. - М.: Изд-во МГТУ, 1994. - 41 с.

3. Козлов В.И. Анализ технических решений взрывательных устройств к боеприпасам различных классов // Автономные информационные и управляющие системы: в 4 т. / под ред. А.Б. Борзова. - М.: ООО НИЦ «Инженер», 2011. - Т. 1, Гл. 3. - С. 337-407.

4. Козлов В.И. Емкостной датчик цели // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. - 2011. - Спецвыпуск. - С. 121-135.

5. Козлов В.И. Конструкции взрывательных устройств для инженерных боеприпасов. - М.: Издательство МГТУ, 2005. - 27 с.

6. Козлов В.И. Особенности конструкций взрывательных устройств для авиабомб. - М.: Издательство МГТУ, 2011. - 34 с.

7. Козлов В.И. Особенности проектирования и испытания датчиков цели взрывательных устройств. - М.: Изд-во МГТУ, 2007. - 46 с.

8. О'Мэлли Т.Дж. Современная артиллерия, РСЗО, минометы. - М.: Изд-во ЭКСМО- Пресс, 2000. - 160 с.

9. Физические основы устройства и функционирования стрелково-пушечного и ракетного оружия: В 2 ч. Ч. II/ Под ред. В.В. Ветрова, В.П. Строгалева. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. - 784 с. (Гл.5, §5.8).

10. Черный В.Г., Охитин В.Н., Козлов В.И. Конструкция и эксплуатация импульсных тепловых машин. Ч. IV. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1992. - 100 с.

Размещено на Allbest.ru