Неконтактные взрыватели и их источники тока

Сухопутные войска /
В системе мероприятий по повышению огневой мощи сухопутных войск командования армий развитых капиталистических государств отводят важное место созданию неконтактных (электрических) взрывателей для артиллерийских снарядов, мин, бомб и ракет. Особенно большие работы в этой области проводятся в последние годы в . По оценке американских специалистов, такие взрыватели по сравнению со взрывателями других типов более надёжны, имеют небольшой вес и малые размеры, а также обладают другими преимуществами.

Министерство обороны США предъявляет к боеприпасам с многоцелевыми неконтактными взрывателями ряд требований, например, чтобы транспортировка боеприпасов осуществлялась вместе со взрывателями; взрыватель обеспечивал бы подрыв снаряда в любой точке на траектории и т. д.

Головным разработчиком электрических взрывателей в США является лаборатория «Гарри Даймонд». В настоящее время она разрабатывает многоцелевой электровзрыватель ХМ734 (рис. 1), который должен применяться для снаряжения мин (калибра 60 и 81 мм) и неуправляемых 70-мм реактивных снарядов класса «воздух — земля». Этот взрыватель планируется принять на вооружение в 1976 году.

Многоцелевой электрический взрыватель ХМ734Рис. 1 Многоцелевой электрический взрыватель ХМ734: 1 — генератор УВЧ; 2 — усилитель на тонкой плёнке; 3 — переключатель вида боевого действия; 4 — крыльчатка; 5 — преобразователь напряжения; 6 — электродетонатор; 7 — герметизирующий компаунд; 8 — муфта сцепления; 9 — механизм безопасности и взведения; 10 — электромагнитный усилитель

Электровзрыватель ХМ734 обеспечивает инициирование боеприпасов в воздухе (воздушный взрыв), взрыв вблизи земной поверхности, взрыв с замедлением после падения на землю, а также ударное действие (контактный взрыв). Дистанционное срабатывание взрывателя и переключение его с одного вида взрыва на другой осуществляются с помощью электронной схемы, выполненной на микроэлементах с применением тонкопленочной технологии.

Основная часть любого электровзрывателя — источник тока, от которого зависит эффективность боевого применения боеприпаса и безопасность личного состава в условиях войсковой эксплуатации. Большинство неконтактных взрывателей имеет одинаковую конструкцию, тип которой определяется главным образом используемым источником тока.

В настоящее время в неконтактных взрывателях широко применяются как химические, так и нехимические источники тока. К первым относятся аккумуляторные батареи — первичные (батареи гальванических элементов), вторичные (перезаряжаемые), тепловые и ампульные одноразового действия, а также батареи топливных элементов.

Как сообщается в иностранной печати, применение первичных аккумуляторных батарей во взрывательных устройствах армейских боеприпасов ограничено вследствие небольших сроков их службы. Вторичные аккумуляторные батареи неудобны в эксплуатации из-за необходимости периодических перезарядок. Для топливных элементов характерен низкий КПД, их трудно использовать во вращающемся снаряде. Параметры радиоизотопных источников тока не зависят от изменения окружающей температуры, эти источники можно длительное время хранить. Однако необходимо строго соблюдать меры радиационной безопасности.

В настоящее время наиболее широкое распространение получила резервные тепловые и ампульные аккумуляторные батареи. Американские специалисты называют эти батареи резервными, потому что в нерабочем состоянии они инертны, и до момента их активации электроэнергия находится как бы в резерве.

К источникам тока для неконтактных взрывателей предъявляются следующие требования:

  • напряжение от 3 до 100 В и более;
  • номинальный ток нагрузки от 10 мкА до 1 А и выше;
  • время работы от 1 мс до 48 ч и более;
  • срок хранения от 5 до 20 лет.

Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют батареи резервного типа. В настоящее время разрабатываются варианты таких батарей в сочетании с преобразователями напряжения, обеспечивающими получение на выходе значения напряжения, требуемого для конкретного типа взрывателя.

Иностранные специалисты отмечают, что размеры источника тока в той или иной степени зависят от тока нагрузки, и в каждом конкретном случае при конструировании взрывателя следует предусматривать выделение определенного объема под такой источник.


Ампульные батареи могут работать под нагрузкой до 180 с, а некоторые тепловые батареи более 15—60 мин. Последовательное соединение элементов резервных батарей или использование их совместно с преобразователями увеличивает время работы до 2 суток. Батареи других типов с твердым или жидким электролитом могут работать в течение нескольких дней.

Время активации источника тока характеризует скорость приведения его в рабочее состояние (для многих батарей резервного типа 0,2—10 с). В некоторых конструкциях одноэлементных батарей это время во всем температурном диапазоне эксплуатации составляет менее 0,5 с. Зарубежные специалисты считают, что время активации можно довести до 0,025 с.

Срок службы тепловых батарей достигает 20 лет, ампульных — до 15, источников тока с твердыми электролитами — 5—10. а первичных батарей — около 3 лет. Эти источники тока применяются в минах, фугасах и других боеприпасах.

Время хранения тепловых и ампульных батарей практически не зависит от окружающей температуры. Нижний предел для тепловых батареи ограничен примерно —60° С, а ампульных около —40° С. При очень низких температурах работают также и батареи с органическим электролитом. Однако их электрические характеристики при этом хуже, чем у резервных батареи. Верхний предел диапазона температур существенного влияния на эксплуатацию химических батарей не оказывает.

Одним из важнейших требований является высокая надёжность работы источников питания в условиях больших ускорений в момент выстрела и при полете снаряда на траектории. Этому требованию, как отмечают многие иностранные специалисты, лучше всего удовлетворяют тепловые батареи для взрывателей невращающихся боеприпасов (рис. 2). В последние годы в США была разработана и испытана в боевых условиях брикетная конструкция тепловой батареи, которая обеспечивает стабильность её электрических свойств при высоких скоростях вращения снаряда. Особенность её конструкции в том, что основные компоненты батареи — твердый электролит (смесь хлористого калия и хлористого лития), катодный материал (обычно хромистый кальций) и связующий материал (каолин или хорошо измельченная окись кремния) размалываются в порошок, смешиваются в определённой пропорции и прессуются в холодном виде в однородный брикет (пластинку). Тепловыделяющий элемент также изготавливается в виде брикета из смеси порошков железа и окислителя. Американские специалисты указывают, что тепловые батареи брикетной конструкции проще по технологии производства, они обеспечивают высокую надёжность срабатывания взрывателей даже при больших скоростях вращения снаряда.

Временные характеристики резервных тепловых батарей для невращающегося и вращающихся боеприпасов
Рис. 2. Временные характеристики резервных тепловых батарей для невращающегося (1) и вращающихся (2 — 100 об/сек, 3 — 160 об/сек, 4 — 200 об/сек) боеприпасов

Требования к размерам и весу источника тока определяются габаритами взрывателя боеприпаса. Так, в неконтактном взрывателе 40-мм гранаты размеры резервной ампульной батареи PS-112 6х19 им, номинальное выходное напряжение 20 В, ток нагрузки 20 мА и время работы 30 с. Размеры резервной тепловой батареи PS-125 (для 30-мм гранатомета) 9х19 мм, номинальное выходное напряжение 20 В, ток нагрузки 40 мА и время работы 10 с. Стоимость батареи PS-112 и PS-125 при серийном производстве составляет приблизительно один доллар. Стоимость некоторых батарей этого типа два — пять долларов.

Применение ампульных батарей резервного типа с жидким электролитом до недавнего времени ограничивалось вследствие низкой прочности стеклянных ампул, которые часто разбивались, особенно в момент взведения батарей, а также при падениях, ударах или грубом обращении с ними. В настоящее время стеклянная ампула заменена медной, которая в момент взведения батареи прорезается специальным устройством. Один из вариантов такого устройства состоит из металлического диска, на поверхности которого расположены три плоских ножа, и инерционного кольца. В момент выстрела кольцо под действием силы инерции и ускорения прижимает ножи к ампуле, которые прорезают её, выпуская электролит в межэлектродное пространство аккумуляторов и взводя батарею. Такое устройство с ножами используется, например, в ампульной батарее PS-115 неконтактного взрывателя XM732 155-мм артиллерийского снаряда.

В некоторых ампульных батареях режущее устройство находится внутри и состоит из инерционного груза с фрезой, который в обычном положении отжимается пружиной и не касается стенки ампулы. В момент выстрела груз под действием инерции преодолевает сопротивление пружины и своим ножом прорезает ампулу. Устройство такого типа применяется для взведения ампульной батареи PS-127 неконтактного взрывателя ХМ587.

Американские специалисты считают, что для неконтактных взрывателей можно использовать также и аккумуляторные батареи с органическим электролитом, источники тока с твердым электролитом и системы с полупроводниковыми преобразователями напряжения.

В аккумуляторных батареях с органическим электролитом (например, на основе перхлората лития) анод изготовлен из лития, который обладает наибольшим электрохимическим потенциалом (3 В). Такие батареи работают в широком диапазоне температур.

За рубежом ведутся также работы по созданию источника тока с твердым электролитом, электрохимическая система которого, включающая серебро и сложное соединение из серебра, радия и йода, обеспечивает срок службы более 5 лет. Иностранные специалисты указывают, что такие одноэлементные источники тока имеют низкое выходное напряжение (0,6 В), а батарея с более высоким напряжением, собранная из них, отличается значительными размерами и высокой стоимостью.

В комбинации с полупроводниковыми преобразователями иностранные специалисты пытаются использовать и нехимические источники тока, в частности электромагнитный генератор, приводимый в действие встречным потоком воздуха.

На рис. 3 показан принцип устройства электромагнитного генератора для артиллерийского (реактивного) снаряда. Во время полета снаряда набегающий воздушный поток проникает во внутреннюю полость генератора через отверстие в носовой части снаряда. На выходе из отверстия специального патрубка образуется звуковая волна, которая вызывает резонансное колебание диафрагмы, жестко связанной с якорем магнитно-индукционного устройства. Вибрация якоря, помещенного в воздушном зазоре постоянного магнита, вызывает изменение его магнитного потока и индуцирует переменную ЭДС в катушке. С помощью преобразователя, подключаемого к клеммам катушки, получают ток необходимого напряжения для взрывательного устройства.

Принцип устройства электромагнитного генератора, действующего от набегающего потока воздуха
Рис. 3. Принцип устройства электромагнитного генератора, действующего от набегающего потока воздуха: 1 — корпус; 2 — отверстие в патрубке; 3 — резонатор; 4 — конический корпус резонатора; 5 — диафрагма; 6 — корпус диафрагмы; 7 — соединительный стержень; 8 — якорь; 9 — катушка; 10 — постоянный магнит; 11 — выходные клеммы

Во взрывателях снарядов, авиабомб и ракет чаще используются электромагнитные генераторы. При движении на траектории встречный поток воздуха вращает небольшую турбину (крыльчатку), приводящую в действие ротор генератора. Скорость вращения крыльчатки (и ротора) изменяется в зависимости от скорости полета снаряда и плотности окружающей атмосферы. Поэтому для стабилизации на ось крыльчатки обычно надевают тяжёлый маховичок. Для начальной раскрутки ротора генератора в большинстве случаев используют энергию пороховых газов специального пиропатрона. Генератор такого типа, как отмечалось выше, предполагается использовать в новом электровзрывателе XM734. В нем применен комбинированный источник тока, состоящий из моnор-генератора переменного тока, выпрямителя и сглаживающего фильтра. Входной вал генератора связан с крыльчаткой, приводимой в действие набегающим потоком воздуха, а выходной вал — с двухступенчатым редуктором механизма безопасности и взведения взрывателя. С помощью этого механизма электродетонатор взрывателя взводится на безопасном удалении от места выстрела, когда скорость вращения достигнет примерно 1500 об/мин.

Из нехимических источников тока зарубежные специалисты выделяют пьезо- и термоэлектрические генераторы. Пьезоэлектрические генераторы применяются в основном во взрывателях контактного (ударного) действия тех боеприпасов, для инициирования которых необходим кратковременный электрический импульс. Напряжение тока такого источника зависит от давления, действующего на грани пьезокристаллов при встрече снаряда с преградой. Поскольку такое давление очень велико, необходимо, как считают иностранные специалисты, обеспечить защиту пьезоэлементов от возможного разрушения. Наиболее часто для этой цели применяют различные противоударные устройства (демпферы). Кроме того, важной проблемой считается получение стабильных электрических характеристик. С этой целью пьезоэлементы предварительно поджимают с помощью механических устройств или пороховых приводов.

Разработки термоэлектрических генераторов для взрывателей ведутся за рубежом по двум направлениям. В одном случае усилия разработчиков сосредоточены на использовании термоэлементов для преобразования энергии аэродинамического нагрева боеприпасов на траектории в электрическую энергию. Во втором, источником тепловой энергии служит запал, встроенный в конструкцию термоэлектрического генератора и срабатывающий от капсюля-воспламенителя в момент выстрела снаряда (пуска ракеты). Время работы генератора можно регулировать путем изменения размера и состава компонентов запала.

В ближайшие годы в США совместно с научно-исследовательскими организациями Великобритании, Канады и Австралии планируется продолжить работы по совершенствованию конструкции и технологии производства резервных тепловых батарей и источников тока с преобразователями напряжения, увеличению до 10 лет срока службы источников тока с твердым электролитом, а также внедрению в системы армейского вооружения нехимических источников тока.
  • alldmi
  • 0
  • 0

Похожие записи

0 комментариев

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.