RU2728089C1 - Ampoule current source - Google Patents

Abstract

FIELD: weapons and ammunition.SUBSTANCE: invention relates to ammunition, to an energy-containing source of current of a fuse of small-caliber artillery shots. Ampoule current source includes housing with unit of electrodes and glass spring-loaded ampoule, filled with liquid electrolyte mounted with the possibility of longitudinal inertial movement relatively rigidly fixed on the bottom of the body of the firing mechanism until its destruction. Firing mechanism combines function of device for forced acceleration of electrolyte filling of interelectrode space after destruction of ampoule, for this purpose on outer side of firing mechanism symmetrically arranged are blades, which together with it represent a single structural part. At that, the ampoule is closed by the cap casing, which is fixed in the body by the flange and rests on the electrode block. Height of the firing mechanism is selected from the condition of formation of the minimum gap required for ampoule destruction, between it and the ampoule bottom. There are through holes in the blades and the blades are inclined to the longitudinal axis of the firing mechanism at an angle less than 90°, wherein selection of blade inclination angle depends on ammunition rotation speed.EFFECT: technical result is reduction of time for output to operating mode and achievement of required output power by current source at low ambient temperatures.1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к боеприпасам, а более конкретно к энергосодержащему источнику тока головного взрывателя малокалиберных артиллерийских выстрелов.The invention relates to ammunition, and more specifically to an energy-containing current source for the head fuse of small-caliber artillery rounds.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание конструкции источника тока, обеспечивающего надежность срабатывания при его активации.The problem to be solved by the present invention is to create a design for a current source that provides reliable operation when activated.

Известен источник тока электронного артиллерийского взрывателя по патенту US6673486B2, 06.06.2004, включающий чашеобразный корпус с крышкой, в котором размещена неподвижно ампула, заполненная жидким электролитом, кроме этого в конструкцию входят узел фиксации и удержания ампулы, подпружиненное инерционное тело, связанное с узлом фиксации ампулы с помощью шариков, размещенных в направляющих. Инерционное тело установлено с возможностью осевого перемещения для разрушения ампулы под воздействием нагрузок.A current source of an electronic artillery fuse is known according to patent US6673486B2, 06.06.2004, including a bowl-shaped body with a lid, in which an ampoule filled with liquid electrolyte is stationary, in addition, the structure includes a unit for fixing and holding the ampoule, a spring-loaded inertial body associated with the unit for fixing the ampoule using balls placed in the guides. The inertial body is installed with the possibility of axial movement for destruction of the ampoule under the influence of loads.

Недостатком такой конструкции является то, что защита ампулы от нежелательных или непреднамеренных механических нагрузок оставляет желать лучшего.The disadvantage of this design is that the protection of the ampoule from unwanted or unintentional mechanical stress leaves much to be desired.

Известен другой источник тока ампульного типа, содержащий корпус, разрушающуюся ампулу, заполненную жидким электролитом, электродные блоки, в каждом из которых установлены литиевые аноды, углеродные катоды, разделенные между собой пористыми сепараторами, источник импульса давления, задействующий кинематическую массу, которая разрушает ампулу с электролитом в процессе активации элемента (патент DE3718788А1, 10.12.1987).Another current source of the ampoule type is known, containing a body, a destructible ampoule filled with liquid electrolyte, electrode blocks, each of which contains lithium anodes, carbon cathodes separated by porous separators, a pressure pulse source that involves a kinematic mass that destroys the ampoule with electrolyte in the process of activating an element (patent DE3718788A1, 10.12.1987).

К недостаткам известного источника тока ампульного типа относятся недостаточно высокая надежность срабатывания в момент задействования за счет появления в рабочей полости электродного блока остатков разрушенного материала ампул, что может привести к отказу в работе.The disadvantages of the known ampoule-type current source include insufficiently high reliability of operation at the moment of activation due to the appearance in the working cavity of the electrode block of the remains of the destroyed ampoule material, which can lead to a failure in operation.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является ампульный энергосодержащий источник тока для электропитания электронного взрывателя малокалиберных артиллерийских выстрелов (патент RU 2487313 С1, 10.07.2013), который был выбран в качестве прототипа. Он содержит подвижный блок, выполненный в виде стеклянной подпружиненной ампулы с электролитом и размещенный внутри проницаемой втулки, примыкающей к коаксиальному блоку пластинчатых биполярных электродов. При этом подвижный блок помещен между отрицательным и положительным электродами, оснащенными токовыводами. Ампула имеет возможность продольного инерционного перемещения относительно накольника на дне корпуса и закрыта колпачковым кожухом, который фланцем закреплен в корпусе и опирается на торец втулки и блок электродов. В проницаемой втулке, соосно межэлектродным промежуткам блока электродов, выполнены сквозные отверстия, между которыми изнутри распределены по периметру продольные лопатки, выполняющие функцию устройства принудительного придания ускорения электролиту. Сквозные отверстия, выполненные во втулке, связывают объем между дном ампулы и корпусом с межэлектродным пространством. Биполярные электроды оснащены коммуникационными каналами, а сквозные отверстия в проницаемой втулке выполнены в форме продольных щелей на высоте блока электродов.The closest in technical essence to the proposed device is an ampoule energy-containing current source for powering an electronic fuse of small-caliber artillery rounds (patent RU 2487313 C1, 10.07.2013), which was chosen as a prototype. It contains a movable block made in the form of a glass spring-loaded ampoule with electrolyte and placed inside a permeable sleeve adjacent to the coaxial block of plate bipolar electrodes. In this case, the movable block is placed between the negative and positive electrodes equipped with current leads. The ampoule has the possibility of longitudinal inertial movement relative to the cap on the bottom of the body and is closed with a cap casing, which is flange-mounted in the body and rests on the end of the sleeve and the block of electrodes. Through holes are made in the permeable sleeve, coaxially with the interelectrode gaps of the block of electrodes, between which longitudinal blades are distributed along the perimeter from the inside, serving as a device for forcing acceleration of the electrolyte. Through holes made in the sleeve connect the volume between the ampoule bottom and the body with the interelectrode space. Bipolar electrodes are equipped with communication channels, and through holes in the permeable sleeve are made in the form of longitudinal slits at the height of the electrode block.

Описанный источник электропитания функционирует следующим образом. При выстреле под действием сил инерции стеклянная ампула перемещается к низу относительно корпуса взрывателя, сжимая опорную пружину, и раскалывается о неподвижный накольник. Жидкий электролит вытекает из ампулы в объем втулки, где под действием центробежных сил вращения боеприпаса и принудительного проталкивания лопатками, вовлекается в циркуляционное движение, в результате чего под давлением электролит радиальными распределенными потоками поступает через сквозные отверстия в межэлектродные промежутки блока, динамично заполняя их, в результате электрохимического взаимодействия электролита и электродов вырабатывается электрический ток.The described power supply operates as follows. When fired, under the action of inertial forces, the glass ampoule moves to the bottom relative to the fuse body, compressing the support spring, and splits against a fixed knee pad. Liquid electrolyte flows out of the ampoule into the volume of the bushing, where, under the action of centrifugal forces of rotation of the ammunition and forced pushing by the blades, it is involved in a circulation movement, as a result of which, under pressure, the electrolyte flows in radially distributed flows through through holes into the interelectrode gaps of the block, dynamically filling them, as a result The electrochemical interaction of the electrolyte and the electrodes produces an electric current.

Недостатком известной конструкции является то, что время выхода на рабочий режим при низких температурах относительно длительное (до 1,5 с). Кроме того, при низких температурах удельное сопротивление электролита увеличивается приблизительно в 6 раз по сравнению с нормальными климатическими условиями, что приводит к снижению выходной электрической мощности источника тока. Следует также отметить, что размещение втулки с отверстиями на пути движения электролита ухудшает динамику заполнения межэлектродного пространства, что увеличивает время выхода на рабочий режим даже при нормальных климатических условиях окружающей среды. Размещение жестко укрепленного накольника на дне корпуса приводит к неоправданно увеличенному зазору между дном ампулы и накольником, что приводит после разрушения ампулы к задержке перемещения электролита в межэлектродное пространство блока электродов. Расположение лопаток вдоль оси источника по всей высоте втулки приводит к их неэффективности как устройства принудительного придания ускорения электролита в первое время после разрушения ампулы, в виду неполного заполнения электролитом объема втулки в это время.The disadvantage of the known design is that the time to reach the operating mode at low temperatures is relatively long (up to 1.5 s). In addition, at low temperatures, the resistivity of the electrolyte increases by about 6 times compared to normal climatic conditions, which leads to a decrease in the electrical output of the power source. It should also be noted that the placement of the sleeve with holes in the path of the electrolyte movement worsens the dynamics of filling the interelectrode space, which increases the time to reach the operating mode even under normal climatic environmental conditions. The placement of a rigidly fixed cap on the bottom of the case leads to an unjustifiably increased gap between the bottom of the ampoule and the cap, which leads, after the ampoule is destroyed, to a delay in the movement of the electrolyte into the interelectrode space of the electrode block. The location of the blades along the axis of the source along the entire height of the sleeve leads to their ineffectiveness as a device for forcing acceleration of the electrolyte in the first time after the destruction of the ampoule, in view of the incomplete filling of the volume of the sleeve with electrolyte at this time.

Техническим результатом является снижение времени выхода на рабочий режим и достижение источником тока необходимой выходной электрической мощности при низких температурах окружающей среды.The technical result is to reduce the time to reach the operating mode and achieve the required output electrical power by the current source at low ambient temperatures.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в конструкции ампульного источника тока, включающего корпус с блоком электродов и стеклянной подпружиненной ампулой, заполненной жидким электролитом, смонтированной с возможностью продольного инерционного перемещения относительно жестко укрепленного на дне корпуса накольника до ее разрушения, при этом ампула закрыта колпачковым кожухом, который фланцем закреплен в корпусе и опирается на блок электродов, а в объем, образованный между ампулой и дном корпуса, который связан с межэлектродным пространством блока электродов, помещено устройство принудительного придания ускорения заполнению электролитом межэлектродного пространства после разрушения ампулы, выполненное в виде лопаток, симметрично расположенных на одном из конструктивных элементов источника тока, новым является то, что объем между ампулой и дном корпуса с межэлектродным пространством связан напрямую, лопатки выполнены на внешней стороне накольника и вместе с ним представляют единую конструктивную деталь, высота которой выбрана из условия формирования минимального зазора между ней и дном ампулы, необходимого для разрушения ампулы, в лопатках выполнены сквозные отверстия и лопатки наклонены к продольной оси накольника под углом, меньшим 90°, причем выбор угла наклона лопаток зависит от скорости вращения боеприпаса.The specified technical result is achieved due to the fact that in the design of an ampoule current source, including a body with a block of electrodes and a glass spring-loaded ampoule filled with liquid electrolyte, mounted with the possibility of longitudinal inertial movement relatively rigidly fixed at the bottom of the body of the knuckle until its destruction, while the ampoule is closed a cap casing, which is fixed with a flange in the body and rests on the block of electrodes, and in the volume formed between the ampoule and the bottom of the body, which is connected with the interelectrode space of the block of electrodes, there is a device for forcing acceleration of the filling of the interelectrode space after the destruction of the ampoule, made in the form of blades , symmetrically located on one of the structural elements of the current source, the new is that the volume between the ampoule and the bottom of the case with the interelectrode space is directly connected, the blades are made on the outer side of the cap and, together with it, before a single structural part is placed, the height of which is selected from the condition of the formation of the minimum gap between it and the bottom of the ampoule, necessary for the destruction of the ampoule, through holes are made in the blades and the blades are inclined to the longitudinal axis of the knob at an angle less than 90 °, and the choice of the angle of inclination of the blades depends on the speed of rotation of the ammunition.

Прямая связь объема между ампулой и дном корпуса с межэлектродным пространством позволяет обеспечить более быстрое заполнение межэлектродного пространства электролитом.The direct connection of the volume between the ampoule and the bottom of the case with the interelectrode space allows for faster filling of the interelectrode space with electrolyte.

Выполнение лопаток на внешней стороне накольника в виде единой конструктивной детали позволяет при перемещении электролита и взаимодействии его с лопатками после разрушения ампулы нагревать электролит для уменьшения удельного сопротивления электролита и его плотности.The implementation of the blades on the outer side of the cap in the form of a single structural part allows, when the electrolyte is moved and interacts with the blades, after the ampoule is destroyed, to heat the electrolyte to reduce the electrolyte resistivity and its density.

Выбор высоты накольника из условия формирования минимального зазора между ним и дном ампулы, необходимого для разрушения ампулы, позволяет обеспечить взаимодействие электролита с лопатками сразу после разрушения ампулы при отсутствии на этот момент воздействия центробежных сил.The choice of the height of the cap from the condition of the formation of the minimum gap between it and the bottom of the ampoule, necessary for the destruction of the ampoule, allows the interaction of the electrolyte with the blades immediately after the destruction of the ampoule in the absence of centrifugal forces at this moment.

Расположение лопаток под углом к продольной оси накольника, меньшим 90, выбор которого зависит от скорости вращения боеприпаса, позволяет в период после воздействия осевых нагрузок до воздействия центробежных сил придать электролиту вращательное движение при заполнении объема между дном ампулы и дном корпуса, что повышает температуру электролита, а после воздействия центробежных сил придать ускорение движению электролита при заполнении им межэлектродного пространства. Выбранный экспериментально расчетным путем диапазон угла наклона позволяет снизить временя выхода источника тока на рабочий режим и достичь необходимую выходную электрическую мощность при низких температурах окружающей среды.The location of the blades at an angle less than 90 to the longitudinal axis of the knuckle, the choice of which depends on the speed of rotation of the ammunition, allows, in the period after the action of axial loads before the action of centrifugal forces, to give the electrolyte a rotational motion when filling the volume between the bottom of the ampoule and the bottom of the case, which increases the temperature of the electrolyte, and after the action of centrifugal forces to accelerate the movement of the electrolyte when filling the interelectrode space. The tilt angle range selected experimentally by calculation makes it possible to reduce the time for the current source to reach the operating mode and to achieve the required output electric power at low ambient temperatures.

Выполнение в лопатках сквозных отверстий позволяет при прохождении электролита через них в период после воздействия осевых нагрузок до воздействия центробежных сил уменьшить плотность электролита, а после воздействия центробежных сил при прохождении электролита в обратную сторону усилить этот эффект.The execution of through holes in the blades makes it possible to reduce the density of the electrolyte during the passage of the electrolyte through them in the period after the action of axial loads before the action of centrifugal forces, and after the action of centrifugal forces during the passage of the electrolyte in the opposite direction, to enhance this effect.

Заявляемое изобретение поясняется рисунками, представленными на фиг. 1-4. На фиг. 1 схематично приведена зона размещения накольника, на фиг. 2 - накольник с лопатками, на фиг. 3, 4 - вид накольника сверху и с низу соответственно, где: 1 - дно корпуса, 2 - ампула с электролитом, 3 - накольник, 4 - пружина, 5 - электроды биполярные, 6 - кольцо опорное.The claimed invention is illustrated by the drawings shown in FIG. 1-4. FIG. 1 schematically shows the area for placing the knuckle, in Fig. 2 - knee-pad with shoulder blades, Fig. 3, 4 - top and bottom views of the knee pad, respectively, where: 1 - bottom of the case, 2 - ampoule with electrolyte, 3 - knee pad, 4 - spring, 5 - bipolar electrodes, 6 - support ring.

Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить источник электропитания головного взрывателя малокалиберных артиллерийских выстрелов. Источник включает цилиндрический корпус, в котором установлен кольцевой блок из размещенных между отрицательным и положительным электродами биполярных пластинчатых электродов, разделенных диэлектрическими кольцевыми прокладками, образуя межэлектродные щелевые промежутки гальванических элементов. Положительные и отрицательные электроды электрически связаны с соответствующими токовыводами. В биполярных электродах выполнены коммуникационные каналы, соединяя межэлектродные промежутки блока в форме сообщающихся сосудов. На дне корпуса жестко укреплен накольник, соосно которому на цилиндрической пружине сжатия, на опорном кольце, установлена стеклянная ампула, наполненная жидким электролитом. Сверху ампула через прокладку прижата колпачковым кожухом, фланец которого коаксиально примыкает к корпусу и опирается на блок электродов. Объем между ампулой и дном корпуса с межэлектродным пространством связан напрямую, лопатки выполнены на внешней стороне накольника и вместе с ним представляют единую конструктивную деталь, высота которой выбрана из условия формирования минимального зазора (5 мм) между ней и дном ампулы, необходимого для разрушения ампулы. Накольник представляет собой конус и соосно сопряженный с ним цилиндр, на поверхности которого симметрично расположены четыре плоские лопатки с отверстиями. В каждой лопатке выполнено по четыре сквозных отверстия, диаметром 1,5 мм. Лопатки наклонены к продольной оси накольника под углом 10° (конкретно каким).An example of a specific implementation of the proposed device can serve as a power source for the head fuse of small-caliber artillery rounds. The source includes a cylindrical body in which an annular block of bipolar plate electrodes placed between the negative and positive electrodes is installed, separated by dielectric annular spacers, forming interelectrode slot gaps of galvanic cells. The positive and negative electrodes are electrically connected to their respective current leads. In bipolar electrodes, communication channels are made, connecting the interelectrode gaps of the block in the form of communicating vessels. At the bottom of the case, a knee pad is rigidly fixed, coaxially to which on a cylindrical compression spring, on a support ring, a glass ampoule filled with liquid electrolyte is installed. Above the ampoule through a gasket is pressed by a cap casing, the flange of which coaxially adjoins the body and rests on the block of electrodes. The volume between the ampoule and the bottom of the case is directly connected with the interelectrode space, the blades are made on the outer side of the cap and together with it they represent a single structural part, the height of which is selected from the condition for the formation of a minimum gap (5 mm) between it and the bottom of the ampoule, which is necessary for the destruction of the ampoule. The knuckle is a cone and a cylinder coaxially mated with it, on the surface of which four flat blades with holes are symmetrically located. Each blade has four through holes with a diameter of 1.5 mm. The shoulder blades are inclined to the longitudinal axis of the knuckle at an angle of 10 ° (exactly which one).

Работа заявляемого устройства заключается в следующем.The work of the proposed device is as follows.

Активация источника тока происходит при выстреле под действием импульсной осевой нагрузки, когда ампула 2, отделенная от накольника зазором, сформированным с помощью опорного кольца 6, динамично сжимая пружину 4, раскалывается от удара о накольник 3, разламываясь его гранями на части. Наличие между накольником 3 и дном ампулы 2 минимального зазора, необходимого для разрушения ампулы 2. позволяет обеспечить взаимодействие электролита с лопатками накольника 3 сразу-после разрушения ампулы 2 при отсутствии на этот момент воздействия центробежных сил. При этом электролиту, вытекающему из ампулы 2 в объем между ампулой и дном корпуса 1, придается вращательное движение, и, в процессе его перемещения и взаимодействия с лопатками накольника 3. он нагревается, уменьшается его удельное сопротивление и плотность. Это очень актуально при низких температурах окружающей среды. При прохождении электролита через отверстия лопаток накольника 3 в период после воздействия осевых нагрузок до воздействия центробежных сил плотность электролита еще больше уменьшается. Все это позволяет увеличить скорость перемещения электролита. Далее, после воздействия центробежных сил, перемещение электролита происходит в обратную сторону, и при перемещении его через отверстия в лопатках накольника 3, еще больше уменьшается плотность электролита. Кроме того, принудительное ускорение, которое придается перемещению электролита лопатками, позволяет обеспечить заполнение пространства между электродами 5 за очень короткое время, даже при низких температурах.The current source is activated when fired under the action of a pulsed axial load, when the ampoule 2, separated from the knuckle by a gap formed by the support ring 6, dynamically compressing the spring 4, splits from impact on the knuckle 3, breaking its edges into pieces. The presence of the minimum gap between the cap 3 and the bottom of the ampoule 2, which is necessary for the destruction of ampoule 2. allows the interaction of the electrolyte with the blades of the cap 3 immediately after the destruction of ampoule 2 in the absence of centrifugal forces at that moment. In this case, the electrolyte flowing from the ampoule 2 into the volume between the ampoule and the bottom of the case 1 is given a rotational movement, and, in the process of its movement and interaction with the blades of the knuckle 3. it heats up, its resistivity and density decrease. This is very important at low ambient temperatures. When the electrolyte passes through the holes of the blades of the knuckle 3 in the period after the action of axial loads before the action of centrifugal forces, the density of the electrolyte decreases even more. All this makes it possible to increase the speed of movement of the electrolyte. Further, after the action of centrifugal forces, the electrolyte moves in the opposite direction, and when it moves through the holes in the blades of the knuckle 3, the density of the electrolyte decreases even more. In addition, the forced acceleration that is imparted to the movement of the electrolyte by the blades makes it possible to fill the space between the electrodes 5 in a very short time, even at low temperatures.

Существенное сокращение времени активации ампульного источника тока уменьшает зону несрабатывания взрывателей. Достигается время заполнения 0,1 с.A significant reduction in the activation time of the ampoule current source reduces the fuze failure zone. A filling time of 0.1 s is achieved.

Claims (1)

Ампульный источник тока, включающий корпус с блоком электродов и стеклянной подпружиненной ампулой, заполненной жидким электролитом, смонтированной с возможностью продольного инерционного перемещения относительно жестко укрепленного на дне корпуса накольника до ее разрушения, при этом ампула закрыта колпачковым кожухом, который фланцем закреплен в корпусе и опирается на блок электродов, а в объем, образованный между ампулой и дном корпуса, который связан с межэлектродным пространством блока электродов, помещено устройство принудительного придания ускорения заполнению электролитом межэлектродного пространства после разрушения ампулы, выполненное в виде лопаток, симметрично расположенных на одном из конструктивных элементов источника тока, отличающийся тем, что объем между ампулой и дном корпуса с межэлектродным пространством связан напрямую, лопатки выполнены на внешней стороне накольника и вместе с ним представляют единую конструктивную деталь, высота которой выбрана из условия формирования минимального зазора между ней и дном ампулы, необходимого для разрушения ампулы, в лопатках выполнены сквозные отверстия и лопатки наклонены к продольной оси накольника под углом, меньшим 90°, причем выбор угла наклона лопаток зависит от скорости вращения боеприпаса.Ampoule current source, including a body with a block of electrodes and a glass spring-loaded ampoule filled with liquid electrolyte, mounted with the possibility of longitudinal inertial movement with respect to the headpiece rigidly fixed at the bottom of the body until its destruction, while the ampoule is closed with a cap casing, which is flange fixed in the body and rests on the block of electrodes, and in the volume formed between the ampoule and the bottom of the case, which is connected with the interelectrode space of the block of electrodes, there is a device for forcing acceleration of filling the interelectrode space after the destruction of the ampoule, made in the form of blades symmetrically located on one of the structural elements of the current source, characterized in that the volume between the ampoule and the bottom of the case with the interelectrode space is directly connected, the blades are made on the outer side of the cap and together with it represent a single structural part, the height of which is selected from the condition the minimum clearance between it and the bottom of the ampoule, necessary for the destruction of the ampoule, through holes are made in the blades and the blades are inclined to the longitudinal axis of the knob at an angle less than 90 °, and the choice of the angle of inclination of the blades depends on the rotation speed of the ammunition.

Images