электромагнитное защитное устройство

Формула изобретения

Электромагнитное защитное устройство объектов от высокоскоростных кинетических ударников, содержащее внешнюю и внутреннюю токопроводящие поверхности, каждая из которых соединена с соответствующим положительным или отрицательным выводами блока высоковольтных конденсаторов, отличающееся тем, что оно снабжено электроконтактным нагревателем, датчиком удара, блоком управления и источником питания, при этом внешняя и внутренняя токопроводящие поверхности выполнены профилированными и перфорированными с эквидистантно расположенными в шахматном, сотовом или прямолинейном порядке прорезями, внешняя токопроводящая поверхность выполнена из сплава с эффектом памяти формы, защищена диэлектрическим и маскирующим покрытием и соединена с электроконтактным нагревателем, а датчик удара установлен на защищаемом объекте и соединен с блоком управления и источником питания.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к средствам защиты различных объектов, в том числе протяженных мобильных, таких как железнодорожные цистерны, вагоны, автомобильные контейнеры, летательные аппараты, от воздействия высокоскоростных кинетических ударников - пуль, осколков, металлических микрометеоритов, а именно к средствам электромагнитной защиты, выполненным в виде токопроводящих поверхностей - защитных экранов, расположенных с зазором относительно поверхности защищаемого объекта, и предназначено для осуществления защиты объекта как во время стоянки, так и в процессе движения.

Известно использование защиты, основанное на принципе отбора кинетической энергии пробиваемой преградой или изменением направления движения непробиваемой преградой, изготовленной из броневой стали, многослойных металлических или волокнистых органических и неорганических материалов [1]. Однако при защите протяженных мобильных объектов, особенно от высокоскоростных кинетических ударников, наступает несоответствие требуемой живучести объекта и допустимой массы такой защиты.

Известны средства электромагнитной защиты, принцип работы которых основан на превращении пули из твердого в газообразное, распыленное состояние, когда сосредоточенный удар твердой пули преобразуется электромагнитной защитной конструкцией в рассредоточенный удар продуктов электромагнитного взрыва пули по основной броне.

Прототипом предлагаемого устройства является электромагнитная броневая защита, содержащая токопроводящие поверхности, каждая из которых соединена с соответствующим положительным или отрицательным выводами блока высоковольтных конденсаторов [2].

Недостатками конструкции прототипа являются невысокая эффективность, так как конструкция не предусматривает возможность дополнительного выхода продуктов электровзрыва пули, что приводит к значительным деформациям токопроводящих поверхностей, и низкие эксплуатационные характеристики ввиду невозможности восстанавливать форму после пластической деформации токопроводящих поверхностей, вызванной рассредоточенным ударом продуктов электромагнитного взрыва, что ведет к уменьшению рабочей площади и изменению профиля защитной поверхности.

В то же время на практике зачастую возникает потребность восстановления формы электромагнитной защиты после пластической деформации токопроводящих поверхностей. Данная задача может быть решена следующим образом.

Электромагнитное защитное устройство от высокоскоростных кинетических ударников, содержащее токопроводящие поверхности, каждая из которых соединена с соответствующим положительным или отрицательным выводом блока высоковольтных конденсаторов, причем токопроводящие поверхности выполнены профилированными и перфорированными, с эквидистантно расположенными в шахматном, сотовом или прямолинейном порядке прорезями, внешняя токопроводящяя поверхность выполнена из сплава с эффектом памяти формы, защищена диэлектрическим и маскирующим покрытием и соединена с электроконтактным нагревателем, а датчик удара установлен на защищаемом объекте и соединен с блоком управления и источником питания.

Сущность предлагаемого электромагнитного защитного устройства поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема устройства электромагнитной защитной конструкции объекта; на фиг.2 - вид А.

Электромагнитное защитное устройство содержит внешнюю 1 и внутреннюю 2 токопроводящие поверхности, выполненные профилированными и перфорированными, каждая из которых соединена с соответствующим положительным или отрицательным выводами блока высоковольтных конденсаторов 3. Токопроводящие поверхности 1, 2 имеют эквидистантно расположенные в шахматном, сотовом или прямолинейном порядке прорези 4, которые, в частности, могут быть отверстиями. Перфорированные токопроводящие поверхности 1, 2 разделены между собой и объектом защиты 5 воздушной прослойкой и механически соединены диэлектрической втулкой 6, обеспечивающей достаточную защиту от высоковольтного пробоя и пространственное положение пластин. Диэлектрическая втулка 6 соединена с защищаемым объектом 5 посредством шпильки 7. Внутренняя токопроводящая поверхность 2 закрепляется на диэлектрических втулках 6 с натягом, внешняя токопроводящая поверхность 1 соединена с диэлектрической втулкой 6 винтом 8 с потайной головкой, обеспечивающим свободное нанесение маскирующей пленки 9 из диэлектрического материала. Внешняя токопроводящая поверхность 1 выполнена из сплава с эффектом памяти формы и электрически соединена с электроконтактным нагревателем 10. Один край внешней токопроводящей поверхности 1 посредством электрической шины 11 соединен с отрицательным (-) полюсом электроконтактного нагревателя 10. Другой край внешней токопроводящей поверхности 1 - с положительным (+) полюсом электроконтактного нагревателя 10. Электроконтактный нагреватель 10, блок высоковольтных конденсаторов 12, датчик удара 13 установлены на защищаемом объекте 5, соединены с блоком управления 14 и источником питания 15.

Работа предлагаемого электромагнитного защитного устройства происходит следующим образом: при отсутствии команд на включение электроконтактного нагревателя 10, то есть в случае стабильной температуры токопроводящих поверхностей 1 и 2, электромагнитное защитное устройство имеет заряженный до расчетного уровня блок высоковольтных конденсаторов 3. При пробивании высокоскоростным кинетическим ударником внешней 1 токопроводящей поверхности электромагнитного защитного устройства и приближении к внутренней 2 токопроводящей поверхности на расстояние высоковольтного пробоя наступает разряд электроэнергии блока высоковольтных конденсаторов на металлический ударник. Расстояние высоковольтного пробоя для конкретной конструкции защитного устройства определяется прежде всего разностью потенциалов на токопроводящих поверхностях 1 и 2. При электрическом пробое энергия разряда высоковольтных конденсаторов, стекающего через металлический ударник, превышает энергию, необходимую для перевода массы ударника в газообразное состояние. Процесс плавления, испарения и сублимации материала твердого ударника протекает за время порядка единиц микросекунд, то есть практически мгновенно в сравнении с временем прохождения ударником зазора между токопроводящими поверхностями 1 и 2. Таким образом происходит разрушение высокопрочного металлического ударника. Процесс выхода продуктов электромагнитного взрыва кинетического ударника за пределы токопроводящих поверхностей 1, 2 отличается от аналогичного процесса в известных устройствах и происходит с меньшим газодинамическим сопротивлением: внутрь - сквозь прорези 4 внутренней токопроводящей поверхности 2, вдоль основной брони защищаемого объекта 5, наружу - сквозь прорези 4 внешней токопроводящей поверхности 1, маскирующую пленку 9 из диэлектрического материала, и соответственно с меньшими пластическими деформациями и разрушениями токопроводящих поверхностей 1, 2.

Для достижения оптимальных параметров процесса выхода продуктов электромагнитного взрыва максимальный диаметр отверстий прорезей 4 должен быть равен d₀=(0,8...0,9)d_y, а максимальное расстояние между токопроводящими поверхностями - l₀=(1,1...1,2)l_y, минимальное расстояние между краями отверстий на поверхностях h₀=(1,1...1,2)d_y, где d_y - максимальный диаметр кинетического ударника, l_y - максимальная длина кинетического ударника.

В режиме управления электромагнитной защитой, при попадании в защищаемый объект высокоскоростного кинетического ударника, факты и уровни ударов фиксируются датчиком 13. При регистрации датчиком 13, как минимум, двух ударов: первого, малой мощности - от пробивания внешней токопроводящей поверхности 1 высокоскоростным кинетическим ударником и второго, большой мощности - от разряда энергии высоковольтного блока конденсаторов 12 на кинетический ударник, по команде блока управления 14 включается электроконтактный нагреватель 10. Нагрев внешней токопроводящей поверхности 1 осуществляется до температуры, при которой происходит восстановление формы пластически деформированного продуктами электромагнитного взрыва участка защиты. Для сплава с эффектом памяти формы на основе, например, меди эта температура для наиболее стабильных результатов составляет от 80 до 150С [3]. Таким образом, восстановление формы внешней токопроводящей поверхности 1 обеспечивается силой термоупругости сплава.

После восстановления формы внешняя токопроводящая поверхность 1 охлаждается произвольно наружным воздухом.

Электромагнитное защитное устройство после восстановления формы внешней токопроводящей поверхности 1 и дозарядки высоковольтного блока конденсаторов 12 вновь готово к работе, а именно к защите объекта от высокоскоростных кинетических ударников.

При работе предлагаемого устройства электромагнитной защиты блок управления может получать команды от внешних систем, что может способствовать повышению эффективности работы.

Положительный эффект предлагаемого изобретения состоит в повышении эффективности защитной конструкции, улучшении эксплуатационных характеристик за счет дополнительной возможности выхода продуктов электромагнитного взрыва кинетического ударника, а также возможности многократного восстановления формы внешней токопроводящей поверхности после ее пластической деформации.

Положительный эффект обуславливается применением профилированных и перфорированных токопроводящих поверхностей, имеющих эквидистантно расположенные прорези, расположение которых может быть шахматным, сотовым или прямолинейным, выполненных из сплава с эффектом памяти формы и защищенных диэлектрическим и маскирующим покрытием, соединением внешней токопроводящей поверхности с электроконтактным нагревателем, установкой на защищаемом объекте датчика удара, блока управления и источника питания.

Данное электромагнитное защитное устройство отличается от прототипа усовершенствованной конструкцией, обеспечивающей защиту от высокоскоростных кинетических ударников и возможность многократного применения с более высокой эффективностью.

Таким образом, предлагаемое электромагнитное защитное устройство позволяет исключить возможность повреждения защищаемых объектов от высокоскоростных кинетических ударников как при одиночном, так и при многократном воздействии и последующего опасного воздействия [4] транспортируемых грузов на окружающую среду.

Источники информации

1. Патент РФ № 2100747 по заявке № 95117190/02 от 10.10.1995. Защитное покрытие, F 41 Н 1/00, 5/00.

2. Патент Германии по заявке № 4034401. Электромагнитная броневая защита, F 41 H 5/004.

3. Эффект памяти формы в сплавах: пер. с англ. Л.М. Бернштейна /Под ред. В.А.Займовского. - М.: Металлургия, 1979.

4. Цистерны. Устройство, эксплуатация, ремонт. Справочное пособие. - М.: Транспорт, 1990.