RU2679768C1

RU2679768C1 - Device for developing electrical energy in artillery shell

Info

Publication number: RU2679768C1
Application number: RU2018109147A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Валентинович Тиль; Эдуард Викторович Гуров
Original assignee: Акционерное общество "ЗАСЛОН"
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2019-02-12

Abstract

FIELD: military equipment.SUBSTANCE: invention relates to self-contained artillery shells, providing power to their various systems. Annular permanent magnet with radial magnetization, associated by the forces of mutual attraction with a ferromagnetic washer, fixed at the end of the guide rod of non-magnetic anti-friction alloy, has the ability under the action of inertial forces to overcome the force of attraction to the ferromagnetic washer and move along the guide rod to the cup core armor type of ferrite, fixed at the base of the guide rod and containing an inductance coil. As a result, a voltage is generated in the inductor for charging the capacitor of the projectile's power supply source. Axes of symmetry of the parts coincide with the longitudinal axis of the projectile. Constructive simplicity of the device allows you to create for artillery shells power sources with small size, low weight and low cost.EFFECT: ensuring security during long-term storage of the projectile, increasing the amount of energy produced by the device and its high reliability.1 cl, 1 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Предлагаемое изобретение относится к автономным устройствам артиллерийских снарядов, обеспечивающих электропитанием их различных систем.The present invention relates to stand-alone devices of artillery shells, providing power to their various systems.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Разработка и применение различных видов управляемых артиллерийских снарядов и снарядов с электрическими взрывателями связана с необходимостью наличия в них источников электропитания. Такие источники электропитания должны выдерживать хранение в течение многих лет, а затем обеспечивать аппаратуру снаряда электроэнергией при воздействии на него больших сил инерции, возникающих при выстреле или при встрече летящего снаряда с препятствием.The development and application of various types of guided artillery shells and shells with electric fuses is associated with the need for the availability of power sources in them. Such power sources must withstand storage for many years, and then provide the projectile equipment with electricity when exposed to large inertia forces arising from a shot or when a flying projectile encounters an obstacle.

Для решения указанной проблемы широко используются химические источники энергии. В качестве таких источников часто используются литиевые аккумуляторы. Создание таких аккумуляторов с гарантированными достаточно большими сроками хранения, особенно при низких температурах, является важной, еще не решенной задачей современного приборостроения. К недостаткам таких систем также относится уменьшение безопасности и надежности снарядов, содержащих готовые к использованию источники тока.To solve this problem, chemical energy sources are widely used. As such sources, lithium batteries are often used. The creation of such batteries with guaranteed sufficiently long shelf life, especially at low temperatures, is an important, not yet solved task of modern instrumentation. The disadvantages of such systems also include a decrease in the safety and reliability of shells containing ready-to-use current sources.

В соответствии с патентом РФ №2329461 применяются батареи, для активации которых в них при выстреле впрыскивается жидкий электролит, хранящийся отдельно в стеклянных ампулах. Такое достаточно сложное и дорогое устройство не всегда может быть размещено в снарядах, особенно в снарядах средних и малых калибров.In accordance with the patent of the Russian Federation No. 232,461, batteries are used, for activation of which a liquid electrolyte is stored in them during a shot, stored separately in glass ampoules. Such a rather complicated and expensive device cannot always be placed in shells, especially in shells of medium and small caliber.

Применяются также приводимые в движение набегающим потоком воздуха электрогенераторы. Такое дорогостоящее техническое решение могут использоваться только на снарядах больших калибров.Electric generators driven by a free flow of air are also used. Such an expensive technical solution can only be used on large-caliber shells.

Известен патент РФ №2122177 на «Импульсный магнитоэлектрический генератор», в котором внутри кольцевого магнита с продольной намагниченностью расположена катушка индуктивности. Магнит с катушкой перекрыты ферромагнитным якорем. Якорь под воздействием инерционных сил имеет возможность освободиться от крепления и удалиться от магнита с катушкой, вследствие чего в катушке вырабатывается электрический импульс. Недостатки конструкции и примененных материалов обуславливает низкую эффективность генератора при выработке короткого во времени импульса напряжения, а также не исключают возможности разрушения устройства при больших значениях сил инерции.Known RF patent No. 2121177 for "Pulsed magnetoelectric generator", in which an inductor is located inside an annular magnet with longitudinal magnetization. A magnet with a coil is covered by a ferromagnetic anchor. An anchor under the influence of inertial forces has the ability to free itself from the mount and move away from the magnet with the coil, as a result of which an electric pulse is generated in the coil. The disadvantages of the design and the materials used determine the low efficiency of the generator when generating a short voltage pulse in time, and also do not exclude the possibility of destruction of the device at high values of inertia.

Известен патент РФ №2535313 на «Программируемый снаряд», в котором приведена ссылка на патент СН586384, принятый в настоящей заявке в качестве известного прототипа. В этом патенте ведущий поясок из мягкого железа и кольцевой постоянный магнит посредством линейного ускорения выстрела смещаются относительно индукционной катушки в направлении оси снаряда, из-за чего в катушке создается напряжение, которое заряжает конденсатор. Важным полезным свойством построения системы по указанному способу, является отсутствие в снаряде источника электропитания до выстрела. При этом обеспечивается безусловная безопасность снаряда при его хранении и транспортировке. Согласно этой публикации, для предотвращения разрушения устройства при возникающих на него продольных инерционных воздействиях, поперечных ускорениях и вращении снаряда, необходимы конструктивные меры, которые увеличивают цену устройства, требуют больше места в снаряде и делают его более тяжелым.Known RF patent No. 2535313 for "Programmable projectile", which provides a link to patent CH586384, adopted in this application as a known prototype. In this patent, a soft iron driving belt and an annular permanent magnet are linearly accelerated by a shot being displaced relative to the induction coil in the direction of the projectile axis, which creates a voltage in the coil that charges the capacitor. An important useful property of constructing a system according to the indicated method is the absence of a power source in the projectile before firing. This ensures the absolute safety of the projectile during its storage and transportation. According to this publication, to prevent the destruction of the device due to longitudinal inertial influences, lateral accelerations and rotation of the projectile, structural measures are needed that increase the price of the device, require more space in the projectile and make it heavier.

Таким образом, в области техники существует необходимость в появлении более простого и экономичного источника электрической энергии в артиллерийских снарядах.Thus, in the technical field there is a need for a simpler and more economical source of electrical energy in artillery shells.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства для выработки электрической энергии в снаряде, свободного от указанных недостатков.The problem to which the invention is directed is to create a device for generating electrical energy in a projectile free from these drawbacks.

Предлагаемое устройство содержит катушку индуктивности и кольцевой постоянный магнит, способный под действием сил инерции перемещаться относительно катушки индуктивности вдоль оси снаряда, и кроме того, содержит основание с направляющим стержнем из бронзы, чашку сердечника броневого типа из феррита, в которой размещена катушка индуктивности, связанную с основанием направляющего стержня, ферромагнитную шайбу, закрепленную на торце направляющего стержня, и кольцевой постоянный магнит с радиальной намагниченность, связанный силами взаимного притяжения с ферромагнитной шайбой, при этом магнит удален вдоль направляющего стержня на некоторое расстояние от чашки сердечника и имеет возможность под действием сил инерции преодолеть силы притяжения к ферромагнитной шайбе и перемещаться к чашке сердечника вдоль направляющего стержня.The proposed device contains an inductor and an annular permanent magnet that is able to move relative to the inductor along the axis of the projectile under the action of inertia coils, and in addition, it contains a base with a guiding rod made of bronze, a cup of an armored type core made of ferrite, in which an inductor associated with the base of the guide rod, a ferromagnetic washer mounted on the end of the guide rod, and an annular permanent magnet with radial magnetization connected by imnogo attraction to the ferromagnetic washer, wherein the magnet is removed along the guide rod at a distance from the core plates and is able under the influence of inertial forces to overcome the force of attraction to the ferromagnetic washer and cup to move the core along the guide rod.

При этом в сердечнике возникает магнитное поле с быстро возрастающей амплитудой, а на катушке возникает соответствующее напряжение. Оси симметрии деталей устройства совпадают с продольной осью снаряда.In this case, a magnetic field with a rapidly increasing amplitude appears in the core, and a corresponding voltage appears on the coil. The axis of symmetry of the parts of the device coincide with the longitudinal axis of the projectile.

Заявленное устройство может применяться как для выработки электрической энергии в момент выстрела, так и для выработки электрической энергии в момент встречи снаряда с препятствием. В этих ситуациях направления взаимодействующих с устройством сил инерции противоположны между собой. Это обстоятельство должно учитываться при установке устройства в снарядах.The claimed device can be used both to generate electrical energy at the time of the shot, and to generate electrical energy at the moment of the meeting of the projectile with an obstacle. In these situations, the directions of the inertia forces interacting with the device are opposite to each other. This circumstance should be taken into account when installing the device in shells.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение безопасности при длительном хранении снаряда, увеличение количества вырабатываемой энергии и высокая надежность устройства. Конструктивная простота изделия позволяет создавать источники электропитания с малыми размерами, малой массой и малой стоимостью. Указанный технический результат обеспечивается благодаря конструктивным мерам и использованию соответствующих материалов.The technical result of the invention is to ensure safety during long-term storage of the projectile, an increase in the amount of generated energy and high reliability of the device. The structural simplicity of the product allows you to create power supplies with small dimensions, low weight and low cost. The specified technical result is ensured by constructive measures and the use of appropriate materials.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖАBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING

На чертеже показана конструктивная схема предлагаемого устройства.The drawing shows a structural diagram of the proposed device.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Сущность изобретения поясняется конструктивной схемой, изображенной на чертеже.The invention is illustrated by the structural diagram shown in the drawing.

Согласно заявленному изобретению, на направляющем стержне 1, связанным своим основанием с корпусом снаряда, неподвижно закреплена чашка сердечника броневого типа из феррита 2, содержащая катушку индуктивности 3, и на некотором расстоянии от чашки расположен кольцевой магнит с радиальной намагниченностью 4, связанный силами магнитного притяжения с ферромагнитной шайбой 5, закрепленной на торце направляющего стержня 1.According to the claimed invention, on a guide rod 1, connected with its base to the shell of the projectile, a cup of an armored type ferrite core 2 is fixedly mounted, containing an inductor 3, and at some distance from the cup there is an annular magnet with radial magnetization 4, connected by magnetic forces with ferromagnetic washer 5, mounted on the end of the guide rod 1.

Под действием инерционных сил, существенно превышающих силы взаимного притяжения кольцевого магнита 4 к ферромагнитной шайбе 5, кольцевой магнит 4 перемещается в направлении, указанном стрелками, вдоль направляющего стержня 1 к чашке сердечника 2 с катушкой индуктивности 3. При этом в сердечнике возникает магнитное поле с возрастающей амплитудой, а в катушке вырабатывается соответствующее электрическое напряжение.Under the action of inertial forces significantly exceeding the forces of mutual attraction of the ring magnet 4 to the ferromagnetic washer 5, the ring magnet 4 moves in the direction indicated by the arrows along the guide rod 1 to the core cup 2 with the inductor 3. In this case, a magnetic field arises in the core with increasing amplitude, and the corresponding voltage is generated in the coil.

Вследствие большой скорости протекания указанного процесса возникающее в катушке напряжение представляет собой короткий импульс продолжительностью порядка 10^-4 секунд. Для эффективного преобразования энергии такого магнитного поля в электрическое напряжение на катушке используется сердечник магнитопровода броневого типа из феррита. При этом появляется возможность применения бескаркасной катушки индуктивности, что способствует уменьшению размеров устройства. В центре чашки имеется отверстие для прохода направляющего стержня.Due to the high speed of this process, the voltage that appears in the coil is a short pulse lasting about 10 ^-4 seconds. To efficiently convert the energy of such a magnetic field into electrical voltage on a coil, a core of an armored magnetic core made of ferrite is used. In this case, it becomes possible to use a frameless inductor, which helps to reduce the size of the device. In the center of the cup there is an opening for the passage of the guide rod.

Основание с направляющим цилиндрическим стержнем изготовлено из бронзы - немагнитного антифрикционного сплава, обладающего хорошими противозадирными свойствами. Диаметр отверстия кольцевого магнита превышает диаметр направляющего стержня, образую зазоры между этими деталями. При перемещении с большой скоростью кольцевого магнита с радиальной намагниченностью вдоль направляющего стержня нем возникают кольцевые токи, магнитное поле которых, взаимодействуя с магнитным полем магнита, способствует центрированию магнита относительно направляющего стержня. Принятые меры обеспечивают надежное срабатывание устройства.The base with a cylindrical guide rod is made of bronze - a non-magnetic anti-friction alloy with good anti-seize properties. The diameter of the hole of the annular magnet exceeds the diameter of the guide rod, forming gaps between these parts. When a ring magnet with radial magnetization moves along the guide rod with high speed, ring currents arise, the magnetic field of which, interacting with the magnetic field of the magnet, helps to center the magnet relative to the guide rod. The measures taken ensure reliable operation of the device.

Кольцевой магнит имеет радиальную намагниченность и при взаимодействии с чашкой сердечника обеспечивает эффективное изменение магнитного поля в сердечнике и выработку соответствующего напряжения в катушке индуктивности.The ring magnet has radial magnetization and, when interacting with the core cup, provides an effective change in the magnetic field in the core and the generation of the corresponding voltage in the inductor.

Ферромагнитная шайба, закрепленная на торце направляющего стержня, за счет сил взаимного притяжения с кольцевым магнитом обеспечивает его надежную фиксацию в исходном положении в условиях хранения и транспортировки снаряда, а также отсутствие его перемещений до выстрела.The ferromagnetic washer mounted on the end face of the guide rod, due to the forces of mutual attraction with the ring magnet, ensures its reliable fixation in the initial position in the conditions of storage and transportation of the projectile, as well as the absence of its movement to the shot.

Крышка, закрепленная на торце направляющего стержня, предохраняет устройство от попаданий в него посторонних частиц.A cover fixed to the end of the guide rod protects the device from foreign particles entering it.

После выработки импульса напряжения на катушке индуктивности и заряда при этом конденсатора источника питания снаряда не исключено разрушение устройства в результате удара магнита о чашку сердечника. Поскольку устройство до этого выполнило свою задачу, то отмеченное явление не имеет значения.After the generation of a voltage pulse on the inductor and the charge of the capacitor of the projectile power source, the device cannot be ruled out as a result of the magnet’s impact on the core cup. Since the device has previously completed its task, the noted phenomenon does not matter.

Оси симметрии деталей устройства совпадают между собой и совпадают с продольной осью симметрии снаряда, что способствует уменьшению влияния на работу устройства ускорений, возникающих при вращении снаряда.The axis of symmetry of the parts of the device coincide with each other and coincide with the longitudinal axis of symmetry of the projectile, which helps to reduce the impact on the operation of the device of the accelerations that occur when the projectile rotates.

Заявитель прилагает формулу изобретения, где отражены существенные признаки изобретения.The applicant appends the claims, which reflects the essential features of the invention.

Claims

A device for generating electric energy in an artillery shell containing an inductance coil and an annular permanent magnet located in the shell, moving under the action of inertial forces relative to the coil along the axis of the projectile, which creates a voltage in the coil that charges the capacitor, characterized in that it contains a base with a guide rod made of bronze, a cup of an armored type core made of ferrite, in which an inductor connected to the base of the guide rod is placed, ferromagnet the final washer mounted on the end of the guide rod and the annular permanent magnet with radial magnetization, connected by forces of mutual attraction with the ferromagnetic washer, while the magnet is removed along the guide rod at a certain distance from the core cup and is able to overcome the forces of attraction to the ferromagnetic under the action of inertial forces the washer and move to the core cup along the guide rod, and the axis of symmetry of the device parts coincide with the longitudinal axis of the projectile.