Спосіб і пристрій для передачі енергії на снаряд

Реферат: Предметом винаходу є здійснення індуктивної і/або ємнісної передачі енергії на снаряд (7). Запропоновано використовувати порожнистий провідник (4) для передачі енергії, оскільки електромагнітне поле сконцентроване в порожнистому провіднику. Використовувана при цьому система передачі енергії (1) складається щонайменше з порожнистого провідника (4), який розташований або встановлений в області дула, наприклад між дульним гальмом (3) і каналом ствола гармати (2). Передавальний адаптер (5) для передачі живиться від генератора сигналу (6). У свою чергу снаряд (7) включає щонайменше один датчик (8), який отримує сигнал і заряджає акумулятор (9) в снаряді (7). В іншому варіанті здійснення винаходу елементи цієї системи (1) використовуються також для вимірювання V0 і програмування снаряда (7). UA 108217 C2 (12) UA 108217 C2 UA 108217 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Цей винахід стосується проблеми передачі енергії на снаряд під час проходження ствола і/або проходження крізь дульне гальмо. У випадку програмованих боєприпасів снаряду має бути надана енергія для живлення вбудованої в ньому електроніки і для запуску підривного кола. Для цього в різних боєприпасах використовуються невеликі батарейки, які забезпечують постачання необхідної енергії. Інші програмуються і забезпечуються енергією перед пострілом. Коли певна кількість енергії присутня тривалий час, наприклад, під час зберігання або завантаження в зброю, може трапитися небажана самоліквідація снаряда при збої електроніки. Тому використання простого акумулятора енергії, такого як батарейка, не завжди підходить. Тому з міркувань безпеки рекомендується, щоб енергія подавалася на снаряд лише безпосередньо перед пострілом, наприклад, після підривання бойового заряду і перед виходом з дула ствола гармати. Тим самим буде гарантовано, що перед пострілом боєприпаси не можуть самостійно детонувати, тому що в них немає для цього енергії. Батарейка згідно з описом винаходу до патенту DE 31 50 172 А активується лише після виходу зі ствола гармати, що, серед іншого, здійснюється за допомогою механічного реле часу. Батарейка згідно з описом винаходу до патенту DE 199 41 301 А також активується лише під дією великих прискорень при пострілі. Згідно з описом винаходу до патенту DE 488 866 конденсатор підривника у закритому стані заряджається через зовнішні контакти. Згідно з описом винаходу до патенту DE 10 2007 007 404 А конденсатор підривання заряджається вже після завершення часу дальнього зведення, тобто приблизно за дві секунди до завершення часу проходження. Конденсатор підривання згідно з описом винаходу до патенту DE 26 53 241 А заряджається індуктивно через магнітну котушку перед пострілом. В описі винаходу до патенту US 4,144,815 А описується тип системи з передачі енергії, в якій ствол гармати виконує роль провідника мікрохвиль, так що перед стрільбою відбувається передача енергії і даних. Приймальна антена на підривнику приймає випромінений сигнал і направляє його через комутатор або на випрямляч, або на фільтр, що виконує роль демодулятора, який виділяє дані з отриманого сигналу. Випрямляч призначений для того, щоб створити напругу живлення з отриманого сигналу, енергія якої потім накопичується. В описі винаходу до патенту DE 31 50 172 А напруга живлення подається індуктивно до або під час заряджання снаряда. Відомі також пристрої, які виділяють енергію з енергії руху снаряда. Для цього в снаряд вбудований механізм, який перетворює необхідну енергію з прискорення після підривання бойового заряду в електромагнітну енергію і при цьому заряджає акумулятор, що знаходиться в снаряді. Так, в описі винаходу до патенту СН 586 384 А описаний спосіб, в якому шляхом лінійного прискорення пострілу відбувається зсув кільця з м'якого заліза і кільцевого постійного магніту по відношенню до індукційної котушки в напрямку вісі снаряда, в результаті чого в котушці виникає напруга, що заряджає конденсатор. З міркувань безпеки в описі винаходу до патенту СН 586 889 А цей вузол оснащений захисним пристроєм транспортування, який руйнується лише під дією високого прискорення під час пострілу. Недоліком тут може бути те, що буде використовуватися прискорення снаряда в стволі гармати, оскільки його неможливо досить точно контролювати. Це призводить до різного акумулювання енергії, в результаті чого снаряду передається надто багато або зовсім мало енергії під час руху. Недоліком занадто малої кількості енергії є те, що не гарантується працездатність. Ще одним недоліком є складний і габаритний механізм перетворення для перетворення механічної енергії в електромагнітну енергію. При сильних навколишніх впливах (удари при пострілі, поперечні прискорення і скручування) на снаряд під час пострілу, цей механізм до того ж може бути зруйнований. Щоб виключити таку можливість, слід вживати конструктивних заходів, які не лише роблять боєприпаси дорожчими, а ще й вимагають додаткового місця в снаряді і роблять його важчим. Генератори в головці снаряда пропонуються в описі винаходу до патенту DE 25 18 266 А і патенту DE 103 41 713 А. Альтернативою є використання п'єзокристалів, як запропоновано і викладено в описах винаходу до патентів DE 77 02 073 A, DE 25 39 541 А або DE 28 47 548 А. В останніх з описів вже йдуть шляхом заміни відомих механізмів перетворення енергії системами передачі енергії, які передають снаряду необхідну енергію не пізніше виходу з дула. У винаході поставлена задача створити снаряд, який при простій конструкції дає можливість досягти оптимального програмування і/або оптимальної передачі енергії. 1 UA 108217 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ця задача вирішується в пунктах 1-7 формули винаходу. Кращі варіанти здійснення винаходу показані в наведеній нижче формулі винаходу. За основу винаходу взята ідея здійснювати передачу енергії індуктивно і/або ємнісно. Пропонується використовувати порожнистий провідник для передачі енергії, оскільки електромагнітне поле сконцентроване в порожнистому провіднику. Використовувана при цьому система передачі енергії складається, щонайменше, з порожнистого провідника, передавального адаптера для передачі енергії, який живиться від генератора сигналу. Снаряд до того ж містить, щонайменше, датчик, який отримує сигнал і заряджає акумулятор в снаряді. Порожнистим провідником для передачі енергії може бути ствол гармати, дульне гальмо або додаткова деталь між кінцем ствола гармати і початком дульного гальма, або ж встановлюватися на кінці дульного гальма. В якості переважного варіанта здійснення винаходу показаний зв'язок в області дула між дульним гальмом і стволом гармати, коли, наприклад, передбачене програмування ракети або снаряда. Генератор сигналу (наприклад, осцилятор) подає сигнал з постійною центральною частотою, яка лежить нижче найменшої граничної частоти порожнистого провідника. З огляду на геометрію і вид передавального адаптера (котушки, диполя тощо) збуджується кілька мод порожнистого провідника (ТЕmn, де m= 0, 1, 2…, а n= 1, 2, 3…). Генератор сигналу створює або носій у неперервному режимі, або модульований сигнал. Використання порожнистого провідника нижче граничної частоти для вимірювання дульної швидкості снаряда чи іншого подібного елемента відомо з опису винаходу до патенту DE 10 2006 058 375 А. В ньому пропонується, щоб ствол гармати або трубна напрямна і/або частини дульного гальма використовувалися в якості порожнистого провідника (порожнистим провідником вважається трубка з характерною формою поперечного перерізу, що має стінку з дуже доброю електропровідністю. Технічно дуже поширені, передусім, прямокутні і круглі порожнисті провідники), які працюють нижче граничної частоти відповідної моди порожнистого провідника. Однак її використання в якості системи передачі енергії не згадується. В іншому варіанті здійснення винаходу передбачено використовувати порожнистий провідник також для вимірювання V0, однак не для передачі енергії. Краще, якщо сама дульна швидкість вимірювалася або визначалася до і/або після снаряда. При вимірюванні перед снарядом враховується той факт, що кінчик снаряда при проходженні порожнистого провідника впливає на електромагнітне поле. При вимірюванні після снаряда в основному використовується плоска або рівна площина землі, в результаті чого вимірювання виконується незалежно від форми кінчика снаряда. При цьому земля впливає на електромагнітне поле. Ця відповідна зміна приймається приймальним адаптером в порожнистому провіднику і надсилається на пристрій обробки. Подібний спосіб відомий з опису винаходу до патенту WO 2009/141055 А1. Відстань між передавальним адаптером, який зі свого боку приймає сигнали осцилятора, і передавальним адаптером є змінною і може обиратися окремо залежно від вибору моди, однак залежить від калібру, внутрішніх розмірів порожнистого провідника і частоти. Передачу енергії можна також комбінувати з програмування снаряда, яке є предметом паралельної заявки. Для програмованих боєприпасів потрібно передати на снаряд інформацію про час його підривання і/або траєкторію польоту. Сигнал з частотою для програмування також лежить нижче граничної частоти відповідної моди порожнистого провідника. Щоб програмування не залежало від значення дульної швидкості V 0, частота також повинна бути більше 0 Гц. В результаті цього V0 повільних і швидких снарядів не впливає на програмування. Носій частоти модулюється відповідною інформацією про снаряд, і модульований сигнал потім надсилається на передавальний адаптер в порожнистому провіднику. Передавальний адаптер збуджує відповідне електромагнітне поле в порожнистому провіднику. Коли снаряд проходить по порожнистому провіднику, снаряд отримує сигнал безконтактно за рахунок ємнісного і/або індуктивного зв'язку за допомогою розташованого в снаряді приймального адаптера. Пристрій для передачі енергії встановлюється перед пристроєм для програмування, а відстань між обома ними вибирається так, щоб можна було успішно провести програмування. Винахід вимагає детальнішого пояснення на основі варіанта здійснення винаходу з зображенням. Показана схематична ілюстрація. Фіг. 1 система передачі енергії, Фіг. 2 система передачі енергії в комбінації з вимірюванням V0, Фіг. 3 схема процесу передачі енергії і/або вимірювання V0, Фіг. 4 розширення з програмуванням снаряда. На Фіг. 1 показана система передачі енергії 1, встановлена між одним кінцем 2' ствола гармати 2 і дульним гальмом 3 (не умова). Система передачі енергії 1 складається, 2 UA 108217 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 щонайменше, з порожнистого провідника 4 (і/або ділянки порожнистого провідника) і, щонайменше, одного передавального адаптера 5, який живиться від осцилятора 6 з частотою f2. Цифрою 7 позначається снаряд, якому під час проходження крізь систему передачі енергії 1 має передаватися енергія. При цьому порожнистий провідник 4 може бути насадкою 3' дульного гальма 3 чи складовою частиною кінця ствола гармати 2. У цьому прикладі порожнистий провідник 4 є окремою деталлю, що встановлюється між стволом гармати 2 і дульним гальмом 3. На Фіг. 2 показана система передачі енергії 1 з Фіг. 1 в комбінації з вимірюванням V 0. У переважному варіанті здійснення використовується той самий передавальний адаптер 5 для вимірювання V0. Цифрою 10 позначений необхідний для вимірювання V0 приймальний адаптер в порожнистому провіднику 4, який електрично комутується блоком оцінки 11. Ще один осцилятор 12 подає ще один сигнал частотою f для вимірювання V0. Нижче наводиться загальний опис принципу дії або спосіб одного з переважних варіантів здійснення винаходу згідно з Фіг. 2 - у тому числі у можливій комбінації вимірювання V0 і передачі енергії: Сигнал частотою f1 передбачений для вимірювання V0, а сигнал частотою f2 - для передачі енергії. Обидві частоти знаходяться нижче граничної частоти відповідної моди порожнистого провідника, а отже менші граничної частоти. Крім того може застосовуватися умова f 1  f2 або f1 = f2. Краще, якщо частоти f1 і f2 будуть оптимізовані для вимірювання V0 і передачі енергії, коли використовувані для вимірювання і передачі частоти (однакові f 1 = f2) вже є оптимальними. При цьому як вимірювання, так і передача енергії не залежать від величини V 0, частоти повинні бути > 0 Гц. В результаті величина V0 повільних і швидких снарядів завжди вимірюється з однаковою точністю, що також стосується передачі енергії. Коли снаряд 7 проходить крізь порожнистий провідник 4, можна відомим способом виміряти дульну швидкість V0 перед і/або після передачі енергії. Для передачі енергії в снаряді 7 є датчик 8, який отримує сигнал частотою f2 і заряджає акумулятор 9 в снаряді 7. При прольоті снаряд отримує необхідну кількість енергії, так що акумулятор 9 після залишення порожнистого провідника 4 буде зарядженим. На Фіг. 3 показаний процес передачі енергії у комбінації з вимірюванням V 0. Якщо вимірювання V0 не передбачене, обирається лише коло "передачі енергії". Якщо ж планується проводити вимірювання і передачу енергії з використанням того ж самого порожнистого провідника, в принципі є чотири різні варіанти виконання способу: спочатку вимірювання V 0, а потім передача енергії або спочатку передача енергії з наступним вимірюванням, або передача енергії, що включає відповідне вимірювання V0, або паралельне вимірювання V0 і передача енергії. Якщо це дозволяє зробити кількість конструктивних одиниць/порожнистих провідників, кроки передачі енергії або вимірювання V0 можна виконати багатократно, поки ракета або снаряд 7 знову не вийде з порожнистого провідника 4, а потім пройде, наприклад, крізь дульне гальмо. На Фіг. 4 показане доповнення у вигляді блоку програмування 20. При цьому він може використовувати для програмування передавальний адаптер 5, який вже використовувався у вимірюванні V0 і/або передачі енергії. Краще, аби ще один генератор сигналу 13 створював сигнал-носій f3 для програмування. Після цього він модулюється інформацією для ракети або снаряду 14 і надсилається чи передається через передавальний адаптер 5 або додатковий передавальний адаптер 15 на приймальний адаптер 16, що знаходиться в снаряді 7. Ще один приймальний блок 17, електрично зв'язаний з приймальним адаптером 18 в області порожнистого провідника 4, може використовуватися для подачі контрольного сигналу для правильного програмування. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб передачі енергії на снаряд (7) під час його проходження крізь ствол гармати (2), дульне гальмо (3) або подібний елемент системи передачі енергії, який відрізняється тим, що - снаряду (7) передають генеровану генератором сигналу (6) частоту (f 2) для передачі енергії при проходженні, в результаті чого відбувається накопичення енергії, при цьому - передачу виконують під час проходження крізь порожнистий провідник (4), який працює нижче граничної частоти відповідної моди порожнистого провідника (ТЕ, ТМ). 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в порожнистому провіднику (4) здійснюють вимірювання V0 снаряда (7) за допомогою створеної для вимірювання частоти (f 1). 3 UA 108217 C2 5 10 15 20 25 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що у порожнистому провіднику (4) збуджують відповідне електромагнітне поле (4), для можливості відображення частоти (f 1) на снаряді (7) і її використання. 4. Спосіб за одним з пп. 1-3, який відрізняється тим, що в порожнистому провіднику (4) здійснюють програмування снаряда (7) за допомогою створеної для програмування і посадженої шляхом модуляції на частоту-носій (f3) інформації і передачі такої інформації на нього. 5. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що частоту-носій для програмування модулюють відповідною інформацією для снаряда (7), а модульований сигнал передається безконтактно за рахунок ємнісного і/або індуктивного зв'язку на снаряд (7). 6. Спосіб за одним з пп. 1-5, який відрізняється тим, що частоти > 0 Гц. 7. Пристрій для передачі енергії на снаряд (7) під час проходження крізь ствол гармати (2) і/або дульного гальма (3) за допомогою системи передачі енергії (1), який відрізняється тим, що включає - порожнистий провідник (4), що працює нижче граничної частоти відповідної моди порожнистого провідника (ТЕ, ТМ), - передавальний адаптер (5), який через датчик (8) передає з генератора сигналу (6) створену при проходженні снаряда (7) для передачі сигналу частоту (f 2), в результаті чого - вбудований в снаряд (7) акумулятор (9) заряджається енергією. 8. Пристрій за п. 7, який відрізняється тим, що для вимірювання дульної швидкості V0 снаряда (7) в порожнистому провіднику (4) встановлюється передавальний адаптер (5) і щонайменше один приймальний адаптер (10), причому, наприклад, ще один генератор сигналу (12) комутується передавальним адаптером. 9. Пристрій за п. 8, який відрізняється тим, що як передавальний адаптер (5) використовують передавальний адаптер для передачі енергії. 10. Пристрій за одним з пп. 7-9, який відрізняється тим, що для програмування снаряда (7) встановлено генератор сигналу (13), який сигнально зв'язаний з генератором сигналу (5) або ще одним передавальним адаптером (15) через блок модуляції (14), причому снаряд (7) включає ще один приймальний адаптер (16). 4 UA 108217 C2 5 UA 108217 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6