Особенности конструкций ВУ к РС

 

Как уже отмечалось, особенности конструкции ВУ определяются их функционально-структурной схемой. Последняя, наряду с особенностями конструкции БП, цели и специфическими условиями эксплуатации ВУ, формируют, так называемые, «визитные карточки» взрывателя. Они, как и отпечатки пальцев человека, однозначно определяют принадлежность ВУ к тому, или иному виду БП. Достаточно 3-4 подобные карточки, чтобы это сделать, так как в одинаковом сочетании они не повторяются.

Поэтому для идентификации ВУ необходимо, прежде всего, проанализировать их функционально-структурные схемы и условия эксплуатации.

Малая величина ускорений, действующих на РС, практически исключает возможность самопроизвольного срабатывания современных высокостойких капсюлей. Это позволяет проектировать подобные ВУ непредохранительного типа (рис. 3.20). Однако в ряде случаев так делать нельзя. Например, во ВУ В5 (рис. 3.19 а,б) имеется ударный механизм стреляющего типа, представляющий повышенную опасность. Поэтому это ВУ является взрывателем полупредохранительного типа. В то же время, ВУ 3Э19, имеющее подобный механизм, но предназначенный для РС с более мощной БЧ, уже предохранительного типа.

Вообще, степень безопасности обращения с ВУ зависит от устройства предохранительного механизма и его принципа действия.

Очевидно, что ВУ к РС будет максимально безопасным в обращении лишь в том случае, когда энергия, необходимая для взведения его предохранительного механизма, создается самим взрывателем в процессе запуска и последующего полета БП. Но линейное ускорение, ввиду его малости, не может гарантировать безопасность ВУ в служебном обращении и на начальном участке траектории РС, так как бо́льшие ускорения могут возникнуть при транспортировке и погрузо-разгрузочных работах. Поэтому гораздо большее значение, чем величина этих сил, имеет путь и скорость их взведения. Таким свойством обладают предохранительные устройства с прерывистым взведением взводящей детали, т.е. такие, как это уже отмечалось, используются во ВУ к артиллерийским минам (ВУ М-12). Однако, контрпредохранительная пружина подобных механизмов и ВУ к РС значительно слабее. Поэтому их взводящая деталь имеет начальный прямолинейный участок, в пределах которого она перемещается при транспортировке, исключая образования наминов. Подобная конструкция ИПМ является своеобразной «визитной карточкой» ВУ В-5 (рис.3.19).

Другим параметром, который может быть использован для взведения предохранительного механизма ВУ к РС, является скоростной напор, величина которого на активном участке траектории все время возрастает, вследствие увеличения скорости РС.

Величина избыточного давления на выступающую деталь ВУ (мембрану) может быть определена для дозвуковой скорости по формуле Даниила Бернулли:

, (3.54)

а для сверхзвуковой скорости – по формуле Релея:

, (3.55)

где - скорость РС;

- скорость звука в воздухе ();

- барометрическое давление;

- плотность воздуха.

Значения избыточного давления для типовых скоростей РС приведена в таблице 3.5.

Для определения силы сопротивления воздуха, необходимой, например, для определения силы , используемой для расчета аэродинамического предохранительного механизма (АПМ), можно воспользоваться зависимостью:

, ,

где - диаметр мембраны.

Кроме ИПМ с прерывистым движением взводящей детали и АПМ, предохранительные механизмы для ВУ к РС, могут быть разработаны на основе использования давления и температуры пороховых газов.

В первом случае необходимая зависимость определяется при стендовых испытаниях двигателя РС (рис. 3.16), из которого

, (3.56)

где - среднее индикаторное давление.

Максимальное давление пороховых газов по отношению к среднему индикаторному давлению составляет: для коротких шашек, у которых , , а для длинных шашек, имеющих , . Здесь и - длина и диаметр пороховых шашек.

Величина давления в ракетной камере зависит от начальной температуры заряда. Если - давление в камере и - температура заряда при , то давление при другой начальной температуре можно найти по формуле Бессонова:

(3.57)

или из выражения:

,

где коэффициент определяется таблицей 3.6.

С увеличением температуры порохового заряда давление в камере возрастает, а время его горения уменьшается; при понижении же температуры наоборот. Полный импульс пороховых газов во всех случаях практически остается постоянным:

На активном участке траектории газы двигателя развивают в ракетной камере снаряда давление порядка 80-250 кг/см². Наименьшее значения соответствуют отрицательным температурам, наибольшее – положительным. Минимального значения , как показывает опыт отработки ВУ, достаточно для деформации предохранителя ВУ и его взведения.

Температура газов в ракетной камере может быть определена по известной формуле Поля Ланжевена:

, (3.58)

где – температура горения заряда;

– показатель адиабаты;

- коэффициент, учитывающий теплопотери через стенки камеры.

Для нитроглицериновых порохов , а существующие конструкции имеют . Следовательно, температура пороховых газов в ракетной камере достигает .

Большое количество тепла, выделенного при работе двигателя можно применить для разработки термических предохранительных механизмов во ВУ к РС (ТПМ). Термическое действие газов можно использовать непосредственно для воспламенения пороха или для обогрева элементов полупроводниковой термобатареи, либо косвенно – посредством нагрева металлической стенки, отделяющей взрыватель от ракетной камеры. В последнем случае необходимо знать закон распределения тепла в металле стенки, чтобы найти температуру поверхности, соприкасающуюся с нагревательным элементом взрывателя. Этот закон определяется конкретными условиями работы ракетного двигателя и конструктивными особенностями БП и может быть найден экспериментальным путем.

Для разработки системы предохранения ВУ к РС, как это видно из (3.22), могут быть использованы центробежные предохранительные механизмы (ЦПМ) (ВУ В-25). Они мало отличаются от соответствующих механизмов артиллерийских ВУ. ЦПМ в реактивных ВУ могут применяться при условии, что максимальна угловая скорость РС на полете составляет не менее 2000 об./мин. при диаметре взрывателя не менее 40-45 мм.

В заключении описания системы предохранения ВУ к РС следует отметить, что они, как правило, комбинированного действия. Так:

- во ВУ В-25 – используются ИПМ и ЦПМ;

- во ВУ 3Э19 – АПМ и движок со смещенным КВ;

- во ВУ ВД-20 – взведение основано на действии осевой силы инерции и давления воздушного потока.

Рассмотрим теперь особенности других механизмов, составляющих функционально-структурную схему этих взрывателей.

Особую группу составляют блокирующие механизмы. К ним, прежде всего, относятся противоклевковые механизмы, обеспечивающие безопасность ВУ и всего боевого комплекса в случае падения РС вблизи пусковой установки (из-за неправильного действия двигателя РС).

Механизмы дальнего взведения ВУ к РС существенно отличаются от аналогичных механизмов артиллерийских ВУ. Это отличие, прежде всего, связанно с необходимостью обеспечения большего ДВ. Так для снарядов полевой реактивной артиллерии, применение которых возможно в условиях ближнего боя, требуются ВУ с относительно небольшим ДВ, порядка 5-20; 10-40 м.

Дальнобойные РС должны иметь МДВ с ДВ, измеряемой сотнями метров от боевой машины (ВД-20 – 640-1100 м; 3Э19 – несколько километров.).

Наконец, для баллистических ракет ДВ может измеряться сотнями километров.

МДВ этих ВУ обычно являются комбинированными и основаны на механическом (ВУ ВД-20), пиротехническом (ВУ 3Э19) и часовом принципах действия (ВУ НОВ-13). Так во ВУ ВД-20 инерционная втулка удерживает от перемещения в боевое положение движок с КВ. Взведение возможно лишь при подъеме инерционной втулки, что существенно лишь в конце активного участка полета ракеты.

МДВ ВУ 3Э19 комбинированного действия – пиротехнического и аэродинамического. Во втором механизме предохранительная диафрагма прохлопывается вниз и перемещает гильзу, удерживающую через шарик ударник лишь тогда, когда давление внутри взрывателя достигает 0.8 атм. Принцип действия пиротехнического МДВ аналогичен действию соответствующих механизмов ВУ артиллерийских БП.

Наконец, особенность структуры ВУ к РС состоит и в замедлительных механизмах. В отличие от подобных механизмов ВУ к артиллерийским БП, здесь преобладают замедлители двух разновидностей – малого замедления (десятка мсек.) и большого замедления (десятые доли секунд), последние, как правило, сдублированы.

Остальные узлы ВУ к РС по своей конструкции не отличаются от аналогичных узлов ранее рассмотренных ВУ к артиллерийским БП (3.31).

В заключении проиллюстрируем вышеотмеченное на анализе конструкции тыловых ВУ к РС.

ВУ В-5 Рис. 3.19

Это головной контактный взрыватель мгновенного действия полупредохранительного типа, предназначен для авиационного реактивного оперенного снаряда С-5 с фугасной БЧ калибра 57 мм.

В его структурную схему входят:

- реакционный ударный механизм (дет. 4, 5);

- ИПМ с прерывистым движением взводящей детали (дет. 3, 9,1 0);

- перемещающийся движок с блокирующим механизмом (БМ) (дет. 1, 2);

- механизм походного предохранения (дет. 6);

- предохранительно-воспламенительный механизм (ПВУ) (дет. 16, 18, 21);

- пиротехнический предохранительный механизм (ППМ) (дет. 24-27);

- пиротехнический МДВ (дет. 7, 11, 13, 14);

- фиксирующий механизм (дет. 19,20);

- пиротехнический механизм самоликвидации (дет. 22, 23);

- детонирующее устройство (ДУ).

Перед выстрелом выдергивается предохранительная чека 6 и снимается предохранительный колпачок.

При выстреле из пусковой авиационной установки самолета срабатывает ударный механизм, жало которого входит в отверстие движка 16, удерживая его в первоначальном положении. В это же время под действием силы инерции от линейного ускорения опускается гильза ИПМ, срабатывает накольный механизм (дет. 7,8), вызывающий функционирование ППМ, ПМДВ и пиротехнического самоликвидатора, и опускается вниз стопор БМ.

В конце активного участка ударник под действием пружины поднимается вверх, выходя из зацепления с движком 16.

После прогорания пиротехнической запрессовки ППМ срабатывает стопор 25 и движок с БМ перемещается в боевое положение, в котором фиксируется с помощью стопора 2.

В конце горения пиротехнического состава МДВ срабатывает стопор 14, освобождая движок 16, ставя при этом боевой КВ 17 в рабочее положение. С этого момента взрыватель готов к действию.

В аномальном случае (при торможении снаряда в канале ствола) срабатывает стопор 2 БМ, переводя ВУ в положение отказа.

При встрече с целью срабатывает ударный механизм, вызывая подрыв боевого заряда ВУ. В случае же промаха по цели его срабатывание обеспечивается механизмом самоликвидации.

«Визитные карточки»

1. ВУ применяется для РС, подверженного действию малых инерционных перегрузок – во ВУ используется ИПМ с прерывистым движением, имеющим начальный линейный участок, а так же механизм походного предохранения;

2. Реактивный снаряд оперенный – во ВУ отсутствуют центробежные механизмы;

3. Реактивный снаряд авиационный – во ВУ применяется пиротехнический самоликвидатор;

4. В составе ВУ имеется стреляющий механизм – ВУ полупредохранительного типа;

5. Возможен аномальный случай при функционировании РС (торможение в канале ствола) – во ВУ имеется БМ.

Оценка ВУ.

+1. ВУ полупредохранительного типа.

+2. Оптимальная конструкция накольного механизма, приводящего в действие ППМ, ПМДВ и пиротехнический самоликвидатор.

-1. Недостаточная прочность крепления ВУ в очке БП.

-2. Большое количество пиротехники.

ВУ ПК-2 (рис. 3.20)

Это электрическое конденсаторное ВУ инерционного действия, предназначенное для подрыва корпуса ДУРС 8Ж38 за счет сообщения при соударении ракеты с преградой ее боевому заряду двух начальных детонационных импульсов.

ВУ ПК-2 не имеет собственного первичного источника питания, и питание его осуществляется от бортовой сети ракеты. Взведение ВУ осуществляется посредством команд, подаваемых от общей системы управления снарядом.

Датчиком цели этого взрывателя является конденсаторное устройство (C₁, C₂), приводимое в действие при соударении ракеты двумя парами виброконтактов (U₁, U₂, U₁’, U₂’) (рис. 3.20).

Устройство состоит из:

- 2-х одинаковых ВУ ВК-2;

- прибора управления взрывателем «ПУВ-1»;

- двух основных детонаторов.

Прибор управления ПУВ-1 смонтирован на стальном штампованном шасси и закрыт стальным кожухом. Две двухполюсные розетки для связи с взрывателями размещены в патрубках шасси. В служебном обращении патрубки закрыты пробками. Здесь же смонтирована вилка для связи с системой управления.

Прибор ПУВ-1 содержит два электромагнитных реле, обеспечивающих безопасность при стрельбе, 2 запальных конденсатора, запирающих электронную помпу (двуханодный диод) для устранения возможности разрядки заряженных запальных конденсаторов, два колющих контакта для шунтирования запальных конденсаторов в служебном обращении (до подключения штепсельных вилок взрывателя), соединительные электрические цепи и три штепсельные колодки для соединения со взрывателями и системой управления ракетой.

Основные электрические цепи схемы:

1. Боевая цепь первого ВУ:

2. Боевая цепь второго ВУ:

3. Вспомогательные боевые цепи ВУ:

1-ого ВУ

2-ого ВУ

4. Цепи шунтирования запальных конденсаторов:

5. Цепь зарядки запальных конденсаторов:

6. Цепь накала лампы

7. Цепь включения реле А

8. Цепь включения реле Б

Гасящие сопротивления R₂ и R₃, включенные параллельно обмоткам A и B, а также гасящее сопротивление R₁, включенные параллельно цепи зарядки запальных конденсаторов и накала лампы, исключают возможность искрения в соответствующих цепях.

Последовательность работы ВУ.

При подключении ВУ к ПУВ-1 через штепсельные соединения «1В» и «2В» колющие контакты «К₁» м «К₂» размыкаются, а при подключении ПУВ-1 к бортовой сети ракеты с помощью штепсельного разъема «П» на контакт «П₁» подается минус бортового питания.

Полная безопасность при старте обеспечивается за счет того, что цепь зарядки запальных конденсаторов и цепь накала лампы разомкнута двумя последовательно включенными реле «А» и «Б».

Через 30 секунд от системы управления подается команда «тридцать секунд» путем подачи «+» бортового источника питания одновременно на контакты «П₂» и «П₃». Подача напряжения на контакты «П₃» вызывает прохождение тока по цепи включения реле «А», которое срабатывает и снимается первая ступень предохранения с ВУ.

В момент выключения двигателя от системы управления на ПУВ-1 подается вторая команда путем подачи «+» бортового источника питания на контакт «П₄», которая вызывает срабатывание реле «Б» и тем самым снятие II ступени предохранения.

С этого момента начинается прогрев катода «3» двойного диода за счет прохождения тока по нити нагрева «4», входящей в цепь накала лампы.

Время от начала нагрева катода до момента прохождения анодного тока через лампу и, следовательно, начала заряда конденсаторов составляет 30-95 с, тем самым обеспечивая ДВ в этих пределах.

Срабатывание ВУ при встрече с преградой гарантируется после 95 с полета ракеты, считая с момента выключения двигателя. Срабатывание же ВУ с малым временем (порядка 0.001 с) гарантируется при встрече с преградой после 200 с полета ракеты на пассивном участке траектории.

Действие ВУ при встрече с преградой происходит за счет прохождения тока по боевым цепям в момент замыкания одного или нескольких виброконтактов.

«Визитные карточки»

1. ВУ применяется для ДУРС, испытывающего небольшие перегрузки:

а) ВУ непредохранительного типа,

б) используется электромеханическая система предохранения.

2. Ракета имеет мощную БП – во ВУ используется электрическое ДВ, обеспечивающее большое ДВ.

3. Ракета крупного калибра – ВУ запитывается от бортовой сети ракеты.

Оценка ВУ.

+1. Введение в электросхему ВУ вспомогательных боевых цепей:

а) обеспечивает одновременный подрыв 2-х боевых зарядов, повышающие эффективность действия БЧ.

б) повышает безотказность срабатывания обоих взрывателей даже при незамыкании инерционных контактов одного из взрывателей или коррозии их, или отрыва цепей в районе контактов.

+2. Повышенная безопасность ВУ в служебном обращении за счет его обесточивания.

+3. Наличие двух пар виброконтактов повышает эффективность действия ВУ.

-1. ВУ непредохранительного типа.

-2. Ограничение области применения ВУ из-за громоздкости ДЦ и электромеханической системы предохранения.