RU2603654C1 - Method for controlling pyro device blasting - Google Patents

Abstract

FIELD: rocket construction.

SUBSTANCE: method for controlling pyro device blasting relates to electronic automation devices and can be widely used in rocket-and-space equipment (RSE), and when performing different types of blasting operations in national economy. In RSE pyro devices are used as actuators when starting the engines, separating ship compartments, opening antennae and other elements. Essence of the method consists in that during preparation for blasting group of pyro devices, blasting circuit parameters is measured and, according to the results of measurements, each capacitor in the blasting control circuit of the appropriate pyro device is charged to voltage, providing the same current pulse in the blasting circuit for all pyro devices.

EFFECT: technical result is effective controlling the pyro device blasting control circuit state and guaranteed simultaneous blasting the group pyro devices, as well as reduced requirements to spread of parameters of blasting circuits and to characteristics of the power supply to provide blasting.

1 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемый способ управления подрывом пиросредств относится к электронным устройствам автоматики и может найти широкое применение как в изделиях ракетно-космической техники (РКТ), так и при проведении различного вида взрывных работ в народном хозяйстве. В изделиях РКТ пиросредства используются в качестве исполнительных элементов при запуске двигательных установок, разделении отсеков корабля, раскрытии антенн и других элементов.The proposed method for controlling the detonation of pyromedicines relates to electronic devices of automation and can be widely used both in products of rocket and space technology (RCT), and during various types of explosive works in the national economy. In RCT products, pyrotechnics are used as actuators when starting propulsion systems, separating ship compartments, opening antennas and other elements.

Известен способ, реализованный, например, в устройстве контроля и подрыва нити пиропатрона по патенту РФ №2284056, 20.09.2006, в котором подрыв нити пиропатрона осуществляется путем подключения к ней источника напряжения, обеспечивающего необходимый импульс тока.A known method is implemented, for example, in a device for monitoring and detonating a squib thread according to RF patent No. 2284056, 09/20/2006, in which a squib thread is detonated by connecting a voltage source to it, providing the necessary current pulse.

Недостатком указанного способа является то, что трудно обеспечить одновременность подрыва группы пиросредств из-за разброса параметров нитей мостиков при их последовательном включении и большие аппаратурные и энергетические затраты при включении их параллельно.The disadvantage of this method is that it is difficult to ensure the simultaneous detonation of a group of pyromedicines due to the scatter of the parameters of the bridging threads when they are sequentially turned on and the large hardware and energy costs when turning them on in parallel.

Известен способ инициирования зарядов (Б.Н. Кутузов. Взрывные работы. М., Недра, 1988 г.), который реализуется в конденсаторных взрывных машинках, в которых конденсатор, заряжаемый в течение 10-20 с от маломощного первичного источника тока, вмонтированного в машинку, весьма быстро, в течение 3-4 мс разряжается в сеть (посылает импульс тока во взрывную сеть), обеспечивая условия для воспламенения электровоспламенителя.A known method of initiating charges (BN Kutuzov. Blasting operations. M., Nedra, 1988), which is implemented in capacitor blasting machines in which the capacitor is charged for 10-20 s from a low-power primary current source mounted in the machine, very quickly, is discharged into the network within 3-4 ms (sends a current pulse to the explosive network), providing conditions for ignition of the electric igniter.

Недостатком этого способа является то, что для обеспечения одновременности подрыва группы пиросредств необходим тщательный подбор элементов по величине сопротивления нити мостика каждого элемента при их последовательном включении. Если же подрыв пиросредств осуществляется по параллельной схеме, то существенно возрастают аппаратурные затраты из-за необходимости обеспечения подачи на подрыв одновременно большого суммарного тока для формирования требуемого импульса тока для всех пиросредств одновременно.The disadvantage of this method is that to ensure simultaneous detonation of a group of pyromedicines, careful selection of elements by the resistance value of the thread of the bridge of each element when they are sequentially switched on is necessary. If the blasting of pyromedicines is carried out in a parallel way, then the hardware costs significantly increase due to the need to provide a large total current to the blasting at the same time to form the required current pulse for all pyromedicines simultaneously.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является способ, реализованный в устройстве «OPTICALLY TRIGGERED FIRE SET/DETONATOR SYSTEM» (Patent N0.: US 7,191,706 B2, Date of Patent: Mar. 20, 2007), где к каждому детонатору подается импульс тока воспламенения от собственного конденсатора через управляемый оптоэлектронный ключ.The closest in technical essence to the claimed object is the method implemented in the device "OPTICALLY TRIGGERED FIRE SET / DETONATOR SYSTEM" (Patent N0 .: US 7,191,706 B2, Date of Patent: Mar. 20, 2007), where a current pulse is applied to each detonator ignition from its own capacitor through a controlled optoelectronic switch.

Недостатком этого способа является то, что при управлении группой детонаторов, параметры которых (значение сопротивления нити и величина емкости конденсатора) могут измениться во времени или из-за влияния окружающей среды (температуры, влажности и т.п.), появляется разброс времени срабатывания их.The disadvantage of this method is that when controlling a group of detonators, the parameters of which (the value of the resistance of the thread and the value of the capacitance of the capacitor) can change in time or due to the influence of the environment (temperature, humidity, etc.), a scatter of their response time appears .

Задачей заявляемого изобретения является создание способа подрыва группы пиросредств, обеспечивающего стабильное и очень короткое время задержки от момента подачи сигнала управления до подрыва пиросредств.The objective of the claimed invention is to provide a method of undermining a group of pyromedicines, providing a stable and very short delay time from the moment the control signal is supplied to undermining the pyromedicines.

Это достигается путем того, что при реализации данного способа подрыва к каждому пиросредству подводится одинаковый импульс тока.This is achieved by the fact that when implementing this method of undermining, the same current pulse is supplied to each pyromedicine.

Суть изобретения заключается в том, что при подготовке к подрыву группы пиросредств проводится измерение параметров цепи подрыва и по результатам измерений каждый конденсатор в цепи управления подрывом соответствующего пиросредства заряжается до напряжения, обеспечивающего одинаковый для всех пиросредств импульс тока в цепи подрыва.The essence of the invention lies in the fact that in preparation for the detonation of a group of pyromedicines, the parameters of the blasting circuit are measured and, according to the measurement results, each capacitor in the blasting control circuit of the corresponding pyromedicine is charged to a voltage that provides the same current pulse in the blasting circuit for all pyromedicines.

Технический результат заключается в обеспечении оперативного контроля состояния цепей управления подрывом пиросредства и гарантированного одновременного подрыва группы пиросредств, а также в снижении требований к разбросу параметров цепей подрыва и к характеристикам источника питания для обеспечения подрывом.The technical result consists in providing operational monitoring of the state of the control circuits for detonating the pyromedicine and guaranteed simultaneous detonation of the group of pyromedicines, as well as in reducing the requirements for the dispersion of the parameters of the detonating circuits and the characteristics of the power source to provide detonation.

Возможность осуществления изобретения подтверждается тем, что авторами проведено полунатурное моделирование процессов, проходящих в цепях управления для условий разброса значений емкостей управления и сопротивлений мостика.The possibility of carrying out the invention is confirmed by the fact that the authors conducted a semi-natural modeling of processes taking place in the control circuits for the conditions of the scatter of the values of the control capacitance and the bridge resistances.

На фигуре 1 приведен пример структурной схемы устройства, на котором поясняются особенности реализации предложенного способа:The figure 1 shows an example of a structural diagram of the device, which explains the features of the implementation of the proposed method:

где 1.1 - 1.n - конденсаторы, обеспечивающие импульсы тока для подрыва пиросредства емкостью С1 - Cn,where 1.1 - 1.n are capacitors providing current pulses for detonating a pyromedicine with a capacitance C1 - Cn,

2.1 - 2.n - ключевые элементы для подключения конденсатора к соответствующей нити пиросредства,2.1 - 2.n are the key elements for connecting a capacitor to the corresponding thread of a pyromedicine,

3.1 - 3.n - нити детонатора пиросредств, имеющие активное сопротивление R1 - Rn,3.1 - 3.n - threads of the detonator of pyromedicines having active resistance R1 - Rn,

4.1 - 4.n - пиросредства, в состав которых входит детонатор, содержащий воспламеняющий элемент (нить, пленка и т.п.), конденсатор для подрыва его и ключевой элемент для замыкания цепи подрыва,4.1 - 4.n - pyrotechnics, which include a detonator containing an igniting element (thread, film, etc.), a capacitor for undermining it and a key element for closing the undermining circuit,

5 - мультиплексор, обеспечивающий поочередное подключение цепей заряда конденсатора и контроля параметров каждого пиросредства к блокам заряда и контроля,5 - multiplexer, providing alternate connection of the capacitor charge circuits and control parameters of each pyromedicine to the charge and control units,

6 - блок измерения активного сопротивления нити детонатора пиросредства 3.1 - 3.n,6 - unit for measuring the active resistance of the thread of the detonator of a pyromedicine 3.1 - 3.n,

7 - блок измерения величины емкости конденсаторов 1.1 - 1.n,7 - unit for measuring the capacitance of capacitors 1.1 - 1.n,

8 - блок заряда-разряда конденсаторов 1.1 - 1.n до требуемого напряжения,8 - block charge-discharge capacitors 1.1 - 1.n to the required voltage,

9 - переключатель, обеспечивающий подключение к конденсаторам 1.1 - 1.n выходов либо блока 7, либо блока 8,9 - switch, providing connection to the capacitors 1.1 - 1.n outputs of either block 7 or block 8,

10 - блок управления, который формирует команды управления на блоки 5, 6, 7, 8 и 9 и сравнивает результаты измерения параметров, полученных от блоков 6 и 7, с допустимыми значениями, и, в случае если они находятся в допуске, вычисляет значение напряжения, до которого с помощью блока 8 он заряжает соответствующий конденсатор.10 - a control unit that generates control commands for blocks 5, 6, 7, 8 and 9 and compares the measurement results of the parameters received from blocks 6 and 7 with valid values, and, if they are within tolerance, calculates the voltage value to which with the help of block 8 it charges the corresponding capacitor.

На фигуре 2 приведена блок-схема алгоритма реализации предложенного способа подрыва группы пиросредств, гдеThe figure 2 shows a block diagram of an algorithm for implementing the proposed method of detonating a group of pyromedicines, where

11 - начало,11 - beginning

12 - проверить наличие команды на подготовку системы к подрыву,12 - check the availability of a command to prepare the system for undermining,

13 - поочередно измерить параметры цепи подрыва (С1 - Cn, и R1 - Rn) каждого пиропатрона,13 - alternately measure the parameters of the blasting circuit (C1 - Cn, and R1 - Rn) of each squib,

14 - сравнить результаты измерения параметров с допустимыми значениями и принять решение о продолжении подготовки системы к подрыву,14 - compare the results of the measurement of parameters with acceptable values and decide on the continuation of the preparation of the system for undermining,

15 - вычислить для каждого конденсатора значения напряжений, до которых необходимо зарядить конденсаторы, чтобы обеспечить достаточный для подрыва импульс тока,15 - calculate for each capacitor the voltage values to which it is necessary to charge the capacitors in order to provide a sufficient current pulse to undermine,

16 - зарядить конденсаторы до выбранных напряжений,16 - charge the capacitors to the selected voltage,

17 - ожидать прихода команды на подрыв группы пиросредств,17 - expect the arrival of the team to undermine the group of pyromedicines,

18 - произвести подрыв при наличии команды, подключив одновременно конденсаторы к соответствующим нитям детонаторов группы,18 - to detonate if there is a command, connecting simultaneously the capacitors to the corresponding threads of the detonators of the group,

19 - разрядить конденсаторы до допустимых безопасных значений в случае отсутствия команды на подрыв пиросредств19 - discharge the capacitors to acceptable safe values in the absence of a command to detonate pyromedicines

20 - конец.20 is the end.

Первый вывод конденсаторов 1.1 - 1.n (см. фиг. 1) подключен к первому выводу нити 3.1 - 3.n соответствующего пиросредства 4.1 - 4.n, а второй вывод каждого конденсатора 1.1 - 1.n соединен с соответствующим вторым выводом нитей 3.1 - 3.n через ключевые элементы 2.1 - 2.n. Оба вывода конденсатора и второй вывод нити детонатора каждого пиросредства подключены ко входам мультиплексора 5, первый выход которого соединен с первыми входами блоков 6, 7 и 8. Второй выход мультиплексора 5 подключен ко второму входу блока 6, а третий - к входу переключателя 9. Первый выход переключателя 9 соединен со вторым входом блока 7, а второй выход - со вторым входом блока 8. Первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока 10 подключены соответственно к управляющим входам блоков 5, 6, 7, 8 и 9, а шестой выход - к управляющему входу каждого элемента 2.1 - 2.n.The first output of capacitors 1.1 - 1.n (see Fig. 1) is connected to the first output of the thread 3.1 - 3.n of the corresponding pyromedicine 4.1 - 4.n, and the second output of each capacitor 1.1 - 1.n is connected to the corresponding second output of the threads 3.1 - 3.n through key elements 2.1 - 2.n. Both terminals of the capacitor and the second terminal of the detonator thread of each pyromedicine are connected to the inputs of the multiplexer 5, the first output of which is connected to the first inputs of blocks 6, 7 and 8. The second output of the multiplexer 5 is connected to the second input of the block 6, and the third to the input of the switch 9. The first the output of switch 9 is connected to the second input of block 7, and the second output is connected to the second input of block 8. The first, second, third, fourth, and fifth outputs of block 10 are connected respectively to the control inputs of blocks 5, 6, 7, 8, and 9, and the sixth output - to the control input of each item 2.1 - 2.n.

Способ реализуется следующим образом (см. фиг 1 и 2).The method is implemented as follows (see FIGS. 1 and 2).

В исходном состоянии ключевые элементы 2.1 - 2.n разомкнуты. На стадии подготовки к подрыву пиросредства проводится поочередное измерение параметров цепей подрыва (С1 - Cn, и R1 - Rn) каждого пиропатрона с помощью блоков 6 и 7. Для этого мультиплексор 5 по команде от блока 10 три выхода первого пиросредства подключает к соответствующим входам блоков 6, 7, 8 и 9 и по команде блока 10 переключатель 9 подключает блок 7 измерения сопротивления ко второму выводу конденсатора С1. После чего проводится измерение величины сопротивления блоком 6 и величины емкости конденсатора блоком 7 цепи подрыва. Эта процедура повторяется для всех n пиросредств с помощью подключения соответствующих трех выводов каждого пиросредства к блокам 6, 7, 8 и 9. После завершения измерений параметров всех пиросредств блок 10 проводит их допусковый контроль и при отрицательном результате прерывает процесс подготовки до выяснения причин отказа, а при положительном результате (когда параметры укладываются в допустимые границы) дает команду на вычисление значений напряжений U_i для заряда соответствующего конденсатора C_i по формуле:In the initial state, the key elements 2.1 - 2.n are open. At the stage of preparation for the blasting of the pyromedicine, the parameters of the blasting circuits (C1 - Cn, and R1 - Rn) of each squibron are alternately measured using blocks 6 and 7. For this, the multiplexer 5, upon command from block 10, connects the three outputs of the first pyromedicine to the corresponding inputs of blocks 6 , 7, 8, and 9, and at the command of block 10, switch 9 connects the resistance measurement block 7 to the second terminal of capacitor C1. After that, the resistance value is measured by block 6 and the capacitance value by block 7 of the blast circuit. This procedure is repeated for all n pyrotechnic devices by connecting the corresponding three leads of each pyrotechnic device to blocks 6, 7, 8, and 9. After completing the measurements of the parameters of all the pyrotechnic devices, block 10 carries out their tolerance control and, if the result is negative, interrupts the preparation process until the causes of failure are determined, and with a positive result (when the parameters fit within the acceptable limits) gives the command to calculate the voltage values U _i for the charge of the corresponding capacitor C _i according to the formula:

,

,

где К - паспортно-заданный для выбранного типа пиросредства импульс тока воспламенения, который является величиной импульса тока, проходящего во взрывную цепь за время подключения конденсатора t, и определяется по формуле:where K is the ignition current pulse specified for the selected type of pyromedicine, which is the magnitude of the current pulse passing into the explosive circuit during the connection of the capacitor t, and is determined by the formula:

По следующей команде блока 10 переключатель 9 подключает к выходу блока 8 третий выход коммутатора 5, который обеспечивает соединение со вторым выводом соответствующего конденсатора 1.i. По очередной команде блока 10 через коммутатор 5 проводится заряд последовательно всех конденсаторов до значений, вычисленных на предыдущем этапе, путем поочередного подключения блока 8 ко второму выводу каждого конденсатора 1.i. По приходу команды на подрыв группы пиросредств блок 10 замыкает ключи 2 выбранной группы, создавая цепи для разряда конденсаторов через соответствующие нити детонаторов этой группы. В результате этого импульсами тока одинаковой силы происходит одновременный подрыв пиросредств. Если команда на подрыв по каким-то причинам не поступает, то блок 10 с помощью блока 8 поочередно разряжает конденсаторы до допустимо безопасных значений.According to the next command of block 10, switch 9 connects to the output of block 8 the third output of switch 5, which provides a connection to the second output of the corresponding capacitor 1.i. At the next command of block 10, through the switch 5, the charge of all capacitors is carried out sequentially to the values calculated in the previous step, by connecting the block 8 to the second output of each capacitor 1.i. Upon the arrival of the team to detonate the group of pyromedicines, block 10 closes the keys 2 of the selected group, creating chains for discharging capacitors through the corresponding threads of the detonators of this group. As a result of this, current pulses of the same strength cause a simultaneous detonation of pyromedicines. If the command to undermine for some reason does not come, then block 10 using block 8 discharges the capacitors alternately to acceptable safe values.

Рассмотрим пример управления подрывом реальной группы пиросредств.Consider an example of controlling the detonation of a real group of pyromedicines.

Исходные данные:Initial data:

группа Group 20 пиропатронов 20 squibs сопротивление нити thread resistance 3±1 Ом 3 ± 1 ohm величина емкости конденсатора подрыва the value of the capacity of the blasting capacitor 47±10 мкФ 47 ± 10 uF номинальный импульс тока воспламенения rated pulse of ignition current 4,0 мА² сек4.0 mA ² sec

Импульс тока воспламенения Кн определяется формулой (2).The pulse ignition current Kn is determined by the formula (2).

Из этой формулы определяется значение напряжения (формула 1), до которого необходимо зарядить конденсатор C выбранной емкости, который при разряде через сопротивление соответствующей нити образует импульс тока, необходимый для подрыва пиросредства.From this formula, the voltage value is determined (formula 1), to which it is necessary to charge the capacitor C of the selected capacity, which, when discharged through the resistance of the corresponding filament, forms a current pulse necessary to undermine the pyromedicine.

Время, в течение которого выделится большая часть энергии этого импульса, определяется постоянной времени τ=RC и равно, примерно, 2.5·τ.The time during which most of the energy of this pulse is released is determined by the time constant τ = RC and is approximately equal to 2.5 · τ.

В таблице 1 приведены расчетные величины напряжения, до которого должны быть заряжены соответствующие конденсаторы при различном сочетании параметров цепи подрыва. Таблица значений напряжения заряда конденсатора для различных сочетаний параметров цепи подрыва приведена нижеTable 1 shows the calculated values of the voltage to which the corresponding capacitors must be charged with a different combination of parameters of the blast circuit. A table of capacitor charge voltage values for various combinations of detonation circuit parameters is given below.

Как видно из таблицы 1, в приведенном примере для обеспечения постоянства импульса воспламенения во всех цепях подрыва пиропатронов группы, при существенном разбросе параметров цепи подрыва и при худших сочетаниях параметров значения напряжений заряда конденсаторов могут отличаться почти в два раза.As can be seen from table 1, in the above example, to ensure the constancy of the ignition pulse in all the blasting circuits of the pyro cartridge group, with a significant variation in the parameters of the blasting circuit and with the worst combinations of parameters, the values of the capacitor charge voltages can almost double.

При этом время Тз заряда одного конденсатора определяется допустимым током заряда (например, 50 мА, что исключает в случае отказа ключа самоподрыв пиропатрона) и определяется по формуле:In this case, the charge time Tc of one capacitor is determined by the permissible charge current (for example, 50 mA, which excludes self-detonation of the igniter in the event of a key failure) and is determined by the formula:

С учетом того, что время измерения R и С (Тр и Тс) может занимать примерно столько же, то время последовательной подготовки группы из 20-ти пиропатронов будет:Given that the measurement time of R and C (Tp and Tc) can take about the same, the time of sequential preparation of a group of 20 pyrocartridges will be:

Время приведения Т_U в исходное состояние конденсаторов в случае отмены команды подрыва определяется постоянной времени в цепи разряда конденсатора (например, при Rp=100 Ом) и будет определяться по формуле:The time to bring T _U to the initial state of the capacitors in case of cancellation of the detonation command is determined by the time constant in the capacitor discharge circuit (for example, at Rp = 100 Ohms) and will be determined by the formula:

При выполнении этой операции последовательно с каждым конденсатором группы время Т_UO составит всего лишь:When performing this operation in series with each capacitor of the group, the time T _UO will be only:

Таким образом, время подготовки группы пиропатронов к подрыву составит 1,5 сек, время подрыва группы пиропатронов 5*10^-6 сек, а время приведения в исходное состояние составит 0,5 сек.Thus, the preparation time for a group of squibs for detonation will be 1.5 seconds, the time for undermining a group of squibs is 5 * 10 ^-6 seconds, and the time to restore to the initial state will be 0.5 seconds.

Приведенный пример показывает, что заявляемый способ управления подрывом группы пиросредств обеспечивает оперативный контроль состояния цепей управления подрывом пиросредства, оперативное приведение цепей управления в состояние готовности, одновременность подрыва группы пиросредств, снижение требований к мощности источника питания для управления подрывом и существенному снижению сечения подводящих проводов.The above example shows that the inventive method for controlling the detonation of a group of pyromedicines provides operational monitoring of the state of the control circuits for detonating a pyromedicine, promptly bringing the control circuits into a ready state, simultaneously detonating a group of pyromedicines, reducing power requirements for a power source for controlling the detonation and significantly reducing the cross-section of the supply wires.

Claims (1)

Способ управления подрывом группы пиросредств, состоящий в том, что заряженный конденсатор подключают к цепи подрыва пиросредств, отличающийся тем, что в цепь подрыва каждого пиросредства устанавливают собственный конденсатор, перед взрывом измеряют параметры сопротивления мостов и емкостей конденсаторов в группе, контролируют то, что они находятся в допустимых пределах, и по результатам измерений вычисляют напряжение заряда каждого конденсатора, которое должно обеспечить импульс тока, необходимый для гарантированного подрыва соответствующего пиросредства, заряжают конденсаторы до этих напряжений и для обеспечения одновременного подрыва пиросредств по команде осуществляют одновременное подключение каждого конденсатора к соответствующему пиросредству, а в случае отмены подрыва разряжают конденсаторы до безопасного напряжения. A method of controlling the detonation of a group of pyromedicines, consisting in the fact that a charged capacitor is connected to a circuit for detonating a pyromedicine, characterized in that a separate capacitor is installed in the circuit for blasting each pyromedicine, before the explosion, the resistance parameters of the bridges and capacitors of the capacitors in the group are measured, they are controlled within acceptable limits, and according to the measurement results, the charge voltage of each capacitor is calculated, which should provide a current pulse necessary for guaranteed undermining of the existing pyromedicine, they charge the capacitors to these voltages and, to ensure simultaneous blasting of the pyromedical means, at the command, each capacitor is simultaneously connected to the corresponding pyromedicine, and in the event of cancellation of the blasting, the capacitors are discharged to a safe voltage.

Images