Способ и устройство для передачи энергии на снаряд - RU2535825C2
Код документа: RU2535825C2
Чертежи
Описание
Изобретение относится к проблеме передачи энергии на снаряд во время прохождения сквозь ствол и/или прохождения через дульный тормоз.
Для программируемых боеприпасов энергия должна передаваться снаряду для интегрированной в него электроники и для запуска детонационной цепи. Для этого различные боеприпасы имеют небольшие аккумуляторные батареи, которые обеспечиваются необходимой энергией. Другие программируются перед выстрелом и снабжаются энергией. Если происходит устойчивая подача энергии, например, во время хранения или в процессе заряжания в оружие, это может привести к нежелательному разрыву снаряда при сбое электроники. Таким образом, использование простых накопителей энергии, таких как аккумуляторные батареи, не всегда подходит.
Поэтому из соображений безопасности рекомендуется доставлять энергию снаряду только непосредственно перед выстрелом, например, после взрыва заряда и перед выходом из ствола оружия. Благодаря этому гарантируется, что перед выстрелом не произойдет детонация снаряда, так как у него нет для этого необходимой энергии.
Аккумуляторная батарея из публикации DE 3150172А активируется только, после того, как снаряд покинет ствол орудия, что происходит, в том числе посредством механического программного реле времени. И аккумуляторная батарея в публикации DE 19941301А активируется только посредством больших ускорений при выстреле.
В соответствии с публикацией DE 488866 А конденсатор взрывателя заряжается в положении выстрела через внешние контакты. Запальный конденсатор заряжается согласно публикации DE 102007007 404 А уже после окончания дальнего возведения, то есть примерно за две секунды до окончания времени работы взрывателя. Запальный конденсатор в соответствии с публикацией DE 2653241 А заряжается перед выстрелом индуктивно через электромагнитные катушки.
В публикации US 4144815 А описан тип устройства для передачи энергии, у которого ствол служит микроволновым проводником, так что перед выстрелом происходит передача энергии и данных. Приемная антенна на взрывателе получает посылаемый сигнал и передает его через переключатель или к выпрямителю или к работающему в качестве демодулятора фильтру, который выделяет из принимаемого сигнала данные. Выпрямитель служит для генерации из входного сигнала напряжения питания, которое затем накапливается. В публикации DE 3150172 напряжение питания подается индуктивно до или во время заряжания снаряда.
Известны также устройства, которые получают энергию из кинетической энергии снаряда. Механизм, встроенный в снаряд, преобразует из ускорения после запала заряда необходимую энергию в электромагнитную энергию и тем самым заряжает находящийся в снаряде накопитель.
В публикации СН 586384 описан способ, при котором посредством линейного ускорения выстрела ведущий поясок из мягкого железа и кольцевой постоянный магнит смещаются относительно индукционной катушки в направлении оси снаряда, из-за чего в катушке создается напряжение, которое заряжает конденсатор. Для обеспечения безопасности согласно публикации СН 586889 данный модуль снабжается средствами защиты при транспортировке, которые разрушаются только в результате большого ускорения, возникающего при выстреле.
Недостатком может быть то, что используется ускорение снаряда в стволе орудия. При этом ускорением невозможно точно управлять. В результате влияния различных процессов зарядки снаряду сообщается слишком много или слишком мало энергии для полета. Недостатком слишком малого количества энергии является то, что не гарантируется функциональность. Другим недостатком является сложный и, следовательно, занимающий место механизм для преобразования механической энергии в электромагнитную энергию. Кроме того, данный механизм может быть разрушен при значительном воздействии внешних факторов (воздействие во время запуска, поперечные ускорения и вращение снаряда) на снаряд во время выстрела. Для предотвращения этого, необходимы конструктивные меры, которые не только увеличивают цену снаряда, но и требуют больше места в снаряде и делают его более тяжелым. Генераторы в головке снаряда предложены в публикации DE 2518266 и DE 10341713 A.
В качестве альтернативы к ним предложено использовать и выполнять пьезоэлектрические кристаллы, как это описано в публикации DE 7702073 A, DE2539 541 А или DE 2847548 A.
Последние должны заменить известные механизмы преобразования энергии системой передачи энергии, которая со своей стороны передает необходимую энергию снаряду не позднее прохождения ствола.
Задачей изобретения является создание системы, которая имеет простую компоновку и позволяет осуществлять оптимальную передачу энергии.
Задача решается посредством признаков пунктов 1 соответственно 7 формулы изобретения. Предпочтительные формы осуществления изобретения приведены в дополнительных пунктах формулы изобретения.
При этом изобретение исходит из идеи выполнения передачи энергии индуктивными и/или емкостными датчиками. Предложено использовать волновод для передачи энергии, так как электромагнитное поле сконцентрировано в волноводе. Используемая система передачи энергии состоит, по меньшей мере, из одного волновода, одного передающего соединителя для передачи энергии, который питается от генератора сигналов. Напротив, снаряд имеет, по меньшей мере, один датчик, который принимает сигнал и заряжает аккумулятор в снаряде. Волноводом для передачи энергии может быть ствол, дульный тормоз или дополнительная часть между концом ствола и началом дульного тормоза или волновод также может устанавливаться на конце дульного тормоза. Предпочтительной формой исполнения изобретения оказалось выполнение соединения в зоне среза между дульным тормозом и стволом, если, например, предусмотрено также программирование снаряда или пули.
Генератор сигналов (например, осциллятор) подает сигнал с постоянной средней частотой, которая используется ниже минимальной граничной частоты волновода. Посредством геометрии и вида передающего соединителя (катушка, диполь и т.д.) создается несколько режимов волновода (ТЕmn с m=0, 1, 2… и n=1, 2, 3…). Генератор сигналов создает либо несущую частоту в режиме незатухающих колебаний (режим CW), либо модулированный сигнал.
Использование волновода ниже граничной частоты для измерения начальной скорости снаряда и т.п. известно уже из публикации DE 10 2006 058 375 А. В ней предложено использовать в качестве волновода ствол соответственно пусковую трубу и/или части дульного тормоза (волноводом считается трубка с характерным поперечным сечением, которая имеет стенку с высокой электропроводностью. В технике широко распространены, прежде всего, волноводы с прямоугольным и круглым сечением). Трубка работает ниже граничной частоты соответствующего режима волновода. Однако не предложено применять волновод в качестве системы передачи энергии.
В продолжение изобретения предусмотрено использовать волновод и для измерения V0, а не только для передачи энергии. Начальная скорость снаряда V0 может измеряться или определяться предпочтительно перед и/или после снаряда. При измерении перед снарядом учитывается тот факт, что на вершину снаряда при прохождении волновода влияет электромагнитное поле. При измерении после снаряда используется плоская или ровная поверхность, вследствие чего измерение происходит независимо от формы вершины снаряда. При этом на поверхность влияет электромагнитное поле. Данное изменение регистрируется приемным соединителем и подается в устройство обработки данных. Такой способ известен из публикации WO 2009/141055 А1. Расстояние между передающим соединителем, который со своей стороны получает сигналы осциллятора, и приемным соединителем непостоянное и может выбираться индивидуально в зависимости от селекции мод волновода, однако, в зависимости от калибра, внутреннего размера волновода, а также частоты.
Кроме того, передача энергии может комбинироваться с программированием снаряда, которое является предметом параллельной заявки. Программируемому снаряду должна сообщаться информация относительно времени его детонации и/или траектории полета. Сигнал с частотой для программирования находится ниже граничной частоты соответствующего режима волновода. Чтобы программирование не зависело от величины начальной скорости Vo снаряда, частота должна быть больше 0 Гц. Это способствует тому, что начальная скорость V0 как медленных, так и быстрых снарядов не оказывает влияния на программирование. Носитель частоты модулируется информацией для снаряда, затем модулированный сигнал подается передающему соединителю. Передающий соединитель возбуждает соответствующее электромагнитное поле в волноводе. Если снаряд проходит волновод, то снаряд принимает сигнал без контакта с емкостным и/или индуктивным соединением посредством находящегося в снаряде приемного соединителя. Подразумевается, что устройство для передачи энергии нужно подключать перед устройством для программирования и что расстояние между ними нужно выбирать таким, чтобы можно было нормально выполнять программирование.
Более подробно изобретение поясняется с помощью примера выполнения и фигур чертежей.
На фигурах схематически показано:
фиг.1 - система передачи энергии;
фиг.2 - система передачи энергии в комбинации с измерением V0;
фиг.3 - диаграмма процесса для отображения последовательности передачи энергии и/или измерения V0;
фиг.4 - дополнение программированием снаряда.
На фиг. 1 показана система 1 передачи энергии, соединенная между концом 2' ствола 2 и дульным тормозом 3 (не условие). Система 1 передачи энергии состоит, по меньшей мере, из одного волновода 4 (и/или секций волновода), а также, по меньшей мере, из одного передающего соединителя 5, который питается от осциллятора 6 с частотой f2. Снаряду 7 при прохождении его через систему 1 передачи энергии должна сообщаться энергия. При этом волновод 4 может быть насадкой З* дульного тормоза 3 или составной частью конца ствола 2. В данном примере волновод 4 является отдельной частью, установленной между стволом 2 и дульным тормозом 3.
На фиг.2 показана система 1 передачи энергии из фиг.1 в комбинации с измерением начальной скорости Vo снаряда. В предпочтительном варианте осуществления изобретения для измерения V0 используется тот же передающий соединитель 5. Необходимый для измерения V0 приемный измеритель 10 в волноводе 4 электрически подключен к устройству 11 обработки данных. Для измерения V0 дополнительный осциллятор 12 передает сигнал с частотой f1.
Принцип действия, соответственно, способ описан с помощью предпочтительного варианта осуществления изобретения согласно фиг.2, то есть в возможной комбинации измерения начальной скорости V0 и передачи энергии.
Предусмотрен сигнал с частотой f1 для измерения V0 и сигнал с частотой f2 для передачи энергии. Обе частоты f1 и f2 находятся ниже граничной частоты соответствующего режима волновода и меньше граничной частоты. Кроме того, считается, что f1≠f2 или f1=f2.
Частоты f1 и f2 предпочтительно оптимизируются для измерения V0 и передачи энергии, если используемые для измерения и передачи энергии частоты (те же самые f1=f2) имеют уже оптимальные значения. Чтобы измерение и передача энергии не зависели от величины начальной скорости V0 снаряда, частота должна быть больше 0 Гц. Это способствует тому, что V0 медленных и быстрых снарядов измеряется с одинаковой точностью, что относится и к передаче энергии.
Если снаряд 7 проходит волновод 4, то начальная скорость V0 снаряда измеряется известным способом. Для передачи энергии снаряд 7 снабжен датчиком 8, который принимает сигнал с частотой f2 и заряжает аккумулятор 9 в снаряде. При пролете снаряд 7 получает необходимое количество энергии, так что аккумулятор 9 после покидания волновода 4 оказывается заряженным.
На фиг.3 наглядно представлена последовательность передачи энергии и в комбинации с измерением начальной скорости V0. Если измерение V0 не предусмотрено, то выбирают только путь «передача энергии». Если рассматривается измерение и передача энергии с тем же волноводом, то напротив, имеются четыре разных альтернативы осуществления способа: сначала измеряют начальную скорость V0 с последующей передачей энергии или сначала передают энергию с последующим измерением или передают энергию, включая измерение V0 или параллельное измерение V0, и передают энергию. Если количество конструктивных элементов/волноводов позволяет это, этапы передачи энергии или измерения V0 могут повторяться неоднократно, до тех пор пока снаряд 7 снова не выйдет из волновода 4 и после этого не пройдет, например, дульный тормоз.
На фиг.4 показано выполнение, дополненное программным устройством 20. Оно может использовать для программирования также уже имеющийся для измерения Vo и/или передачи энергии передающий соединитель 5. Предпочтительно другой генератор сигналов 13 создает для программирования сигнал с несущей частотой f3. Для снаряда модулируется информация 14 и через передающий соединитель 5 или другой передающий соединитель 15 сообщается находящемуся в снаряде 7 приемному соединителю 16. Другой приемный модуль 17, электрически соединенный с приемным соединителем 18 в зоне волновода 4, может служить для посылки контрольного сигнала для правильного программирования.
Реферат
Изобретение относится к проблеме передачи энергии на снаряд во время прохождения сквозь ствол и/или через дульный тормоз. Согласно предлагаемому способу передачу энергии снаряду выполняют индуктивными и/или емкостными датчиками. Для передачи энергии используют волновод, так как в волноводе сконцентрировано электромагнитное поле. Применяемая система передачи энергии состоит, по меньшей мере, из волновода, который находится в области ствола, например, между дульным тормозом и стволом орудия. Передающий соединитель питается от генератора сигналов. Снаряд имеет, по меньшей мере, один датчик, который принимает сигнал и заряжает накопитель в снаряде. Кроме того, данная система используется для измерения начальной скорости снаряда V. Достигается простая компоновка системы, позволяющей осуществлять оптимальную передачу энергии. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
