14.1 Назначение и классификация взрывателей

В конструкции любого взрывателя имеется капсюль-воспла­менитель, срабатывание которого обеспечивает заданную прог­рамму работы взрывателя. Взрыватели, капсюли-воспламенители которых срабатывают при наколе их жалом ударника, на­зываются взрывателями механического типа. Если в конструк­ции взрывателя имеется электровоспламенитель, срабатываю­щий в момент его подключения к источнику тока, то такой взрыватель называется взрывателем электрического типа.

В зависимости от того, в какой момент подается команда на срабатывание, все авиационные взрыватели подразделяются на контактные (ударные), дистанционные п неконтактные.

Контактными называются взрыватели, срабатывающие в мо­мент удара о преграду. У взрывателей механического типа в этот момент под действием возникающих при ударе сил проис­ходит накол жалом ударника капсюля-воспламенителя или капсюля-детонатора. У взрывателей электрического типа под действием этих же сил либо замыкаются контакты, подключая элсктровоспламенитель к источнику тока (батарея, заряженный конденсатор), либо генерируется электрическая энергия специ­альным источником тока (пьезоэлементы, магнитоимпульсные генераторы тока). Дистанционными называются взрыватели, которые срабатывают на траектории движения боеприпасов, спустя заданное время, т. е. на некотором расстоянии (дистанции) от самолета, сбросившего бомбу или выпустившего ракету. Отсчет времени идет с момента отделения боеприпасов от самолета, а для противолодочных боеприпасов—от момента удара о воду. Время -дистанционного действия, в зависимости от устройства взрыва­теля, может устанавливаться на земле перед боевым вылетом, либо непосредственно перед сбрасыванием авиабомбы (пуском |ракеты) с помощью специальных приборов-установщиков или от БЦВМ самолета. В последнем случае не накладывается до­полнительных ограничений на тактические условия применения боеприпасов, укомплектованных взрывателями дистанционного |действия. В зависимости от принципа действия устройств, отра­батывающих заданное время, взрыватели дистанционного дей­ствия подразделяются на пиротехнические, механические, элек­трические и электронные. У пиротехнических взрывателей это время определяется временем сгорания заданной длины пиротехнической запрессовки, у механических— это время отраба­тывает часовой механизм, у электрических — это время протекания электрических процессов в электросхеме взрывателя. У электронных взрывателей время дистанционного действия определяется временем считывания цифрового кода импульсами, частота следования которых определяется задающим (обычно кварцевым) генератором. Цифровой код устанавлива­ется во взрывателе либо от бортовой ЭВМ при стрельбе (бом­бометании), либо с помощью специального прибора при подго­товке взрывателя на земле.

Неконтактными называются взрыватели, срабатывающие на некотором расстоянии от цели, то есть при отсутствии меха­нического контакта с целью, однако под воздействием энергии ее физического поля. Команда на срабатывание поступает в схему взрывателя от специального датчика цели, который вос­принимает энергию, излучаемую или отражаемую целью. В за­висимости от того, какая энергия используется датчиком для формирования этой команды, различают следующие типы не­контактных взрывателей: радиовзрыватели, использующие элек­тромагнитную энергию в диапазоне радиоволн; оптические, ис­пользующие электромагнитную энергию в диапазоне от инфра­красных до ультрафиолетовых лучей; магнитные, использующие энергию магнитного поля Земли; электростатические, использую­щие- энергию электрического поля; гидроакустические, исполь­зующие энергию ультразвуковых колебаний в воде; гидродина­мические, использующие энергию гидропотока, возникающего в воде при движении кораблей и подводных лодок; вибрацион­ные, использующие энергию упругих колебаний, - грунта при движении объектов боевой техники и др.

Все неконтактные взрыватели подразделяются на взрывате­ли пассивного типа (срабатывают от энергии, излучаемой целью), полуактивного типа (срабатывают от отраженной от цели энергии, источник облучения которой находится либо на земле, либо на атакующем цель самолете) и активного типа (срабатывает от отраженной от цели энергии, источник облу­чения которой входит в конструкцию взрывателя).

К неконтактным взрывателям иногда относят также взрыва­тели, датчики которых реагируют на изменение параметров сре­ды, в которой движется средство поражения. В частности, баро­метрические взрыватели, реагируя на изменение атмосферного давления, могут обеспечить срабатывание на заданной высоте, а гидростатические, измеряя давление воды, срабатывают на заданной глубине (каждые 10 метров водяного столба увели­чивают давление в воде на одну атмосферу).

Для обеспечения той или иной программы функционирова­ния взрывателя в его конструкции, кроме капсюля-воспламе­нителя, имеется еще ряд других элементов, относящихся к средствам передачи огневых и детонационных импульсов, составля­ющих вместе с капсюлем-воспламенителем огневую цепь взры­вателя. В огневую цепь могут входить различного рода замед­лители (пиротехнического или газодинамического типа), кап­сюли-детонаторы и передаточные заряды. Конечным элементом огневой цепи является детонаторная шашка (для создания де­тонационного импульса) или шашка пиротехнических составов (для создания мощного огневого импульса). Включение в ог­невую цепь взрывателей замедлителей обеспечивает их сраба­тывание в тот момент, когда эффективность поражающего дей­ствия боеприпасов максимальна. Для обеспечения безопасно­сти взрывателя при хранении, транспортировке, служебном об­ращении п боевом применении огневая пень взрывателя, как правило, прерывается путем выключения из огневой цепи тех или иных ее элементов. Эта мера предохранения обеспечива­ется размещением капсюлей в различного рода движках, сме­щенных в сторону от оси огневой цепи, или с помощью задви­жек, перекрывающих возможность передачи огневых или дето­национных импульсов. В таком положении движки и задвижки удерживаются предохранительными стопорами. Кроме этого, для исключения возможности случайного срабатывания взры­вателей механического тина ударники таких взрывателей удер­живаются от перемещений предохранительными стопорами. У взрывателей электрического типа эта мера предохранения обеспечивается дополнительным разрывом электрической цепи от источника тока к капсюлю-воспламенителю. В некоторых конструкциях взрывателей механического типа ударники допол­нительно могут удерживаться походными предохранительными чеками, которые извлекаются из конструкции взрывателя после подготовки его к применению.

Таким образом, срабатывание взрывателей становится воз­можным только после снятия всех ступеней предохранения. Процесс последовательного снятия предохранительных уст­ройств, исключающих возможность срабатывания взрывателя, называется взведением взрывателя. Процесс этот начинается в момент выстрела (сбрасывания бомбы) и завершается по исте­чении определенного времени, называемого временем дальнего взведения. Это время определяет дальность взведения, то есть расстояние, на которое удаляется снаряд (бомба) от самолета-носителя к моменту снятия последней ступени предохранения, таким образом исключается возможность поражения собствен­ного самолета при случайном срабатывании взрывателя.

Время дальнего взведения, с одной стороны, обеспечивает безопасность боевого применения боеприпасов, а с другой — ограничивает условия боевого применения (высоту бомбомета­ния и дальность стрельбы). Очевидно, что время падения бом­бы с минимально допустимой высоты и время полета снаряда или ракеты до цели с минимальной дальности стрельбы должны быть не больше времени взведения. Следовательно, время взве­дения взрывателя определяет минимально допустимую высоту бомбометания и минимально допустимую дальность стрельбы.

Операцию взведения взрывателей выполняют специальные устройства, называемые механизмами дальнего взведения (МДВ). Механизмы дальнего взведения имеют в своей конст­рукции пусковое замедлительное и исполнительное устройства. Пусковое устройство приводит в действие замедлительное уст­ройство, отрабатывающее заданное время дальнего взведения. Замедлительные устройства могут быть пиротехнического типа (время взведения определяется временем горения пиротехниче­ского состава), механического типа (время взведения отрабаты­вается часовым механизмом) и электрического типа (время взве­дения определяется временем протекания электрических про­цессов в схеме взрывателя). Пусковые устройства взрывателей могут быть двух типов: автономные и неавтономные. Автоном­ные не связаны с установками самолета-носителя и приводятся в действие инерционными силами в момент выстрела или на траектории движения средств поражения. Во взрывателях к авиационном ракетам для приведения в действие пускового уст­ройства могут использоваться датчики давления в камере дви­гателя. У взрывателей к боепрнпасам, предназначенным для минирования местности, имеются две ступени предохранения. Первая ступень снимается механизмом взведения на траекто­рии, в конце участка взведения. Пусковое устройство второй ступени срабатывает под действием сил, возникающих в мо­мент удара. У взрывателей к боеприпасам, предназначенным для минирования местности взведение второй ступени предохра­нения происходит после завершения действия всех инерцион­ных сил, которые могут привести к срабатыванию взрывателя. Неавтономные пусковые устройства связаны механическим или электрическим способом с установками самолета.

Механические пусковые устройства (МПУ), как правило, имеют в своей конструкции капсюль-воспламенитель и подпру­жиненный ударник с жалом, удерживаемый предохранительной чекой. В момент сбрасывания бомбы (пуска ракеты) остающа­яся на самолете чека выдергивается из МПУ. освобожденный ударник накалывает капсюль-воспламенитель, что запускает замедлительное устройство (воспламеняет пиротехнические со­ставы, освобождает стопора часовых механизмов, переключает контакты в электрических цепях). В некоторых конструкциях взрывателей с замедлнтельными устройствами механического или электрического типа освобождение стопоров часовых меха­низмов и переключение контактов электрических цепей осуще­ствляется непосредственно пусковой чекой в момент ее выдер­гивания из МПУ. Электрические пусковые устройства (ЭПУ) подключаются к бортовой сети самолета. В момент отделения от самолета в ЭПУ подается напряжение на электровоспламе­нитель, при срабатывании которого запускается замедлитель-нос устройство. Взрыватели с ЭПУ могут применяться с само­летов, бортовая сеть которых обеспечивает подачу напряжений па контактный шарик ЭПУ. Некоторые образцы взрывателей имеют и ЛАПУ, и ЭПУ, что делает возможным их применение с любых типов самолетов. К моменту окончания работы замедлительного устройства исполнительное устройство МДВ пере­водит все детали взрывателя в боевое положение, освобождая все предохранительные стопора, удерживающие ударники, движки, заслонки и пружинные включатели боевой цепи взры­вателей электрического типа.

Все применяемые в современных взрывателях капсюли-вос­пламенители, капсюли-детонаторы и передаточные заряды дол­жны обладать высокой надежностью действия и быть термо­стойкими, ибо при наружной подвеске боеприпасов на современных сверхзвуковых самолетах они не должны терять своих свойств в условиях кинетического нагрева конструкции взры­вателя.

Большинство авиационных взрывателей представляют собой самостоятельные (автономные) устройства, не связанные кон­структивно с боеприпасами. Присоединение их к боеприпасам л производится либо на заводе, либо при подготовке самолета к боевому вылету. В последнее время широкое применение нахо­дят так называемые взрывательные устройства, отдельные уз­лы и механизмы которых не объединены в единую конструкцию взрывателя, а разнесены по различным отсекам боеприпасов. Взрывательные устройства устанавливаются в боеприпасах на заводах-изготовителях.

Силы, используемые для взведения взрывателей

Взрыватели авиационных снарядов и ракет при выстреле и на траектории полета подвержены действию больших ускорений. Возникающие при этом инерционные силы, действующие на все подвижные детали взрывателя, используются для взве­дения взрывателей. Взрыватели большинства конструкций авиационных бомб не подвержены действию больших ускорений. Поэтому взведение бомбовых взрывателей обычно осуществляется либо с помощью ветряночных механизмов, либо с помощью специальных пусковых устройств (МПУ, ЭПУ). Рас­смотрим основные силы, используемые для взведения взрывате­лей снарядов и ракет.

Силы инерции линейного ускорения

Под действием ускорения , возникающего при движении снаряда в канале ствола или ракеты на ее активном участке, на любую деталь взрывателей массой будет действовать инерционная сила , направленная в сторону противополож­ную ускорению (рисунок 142 ) . (14.1)

Рассмотрим вначале артиллерийский снаряд. Уравнение дви­жения снаряда в канале ствола имеет вид

(14.2)

где - масса снаряда, - коэффициент фиктивной массы, d - калибр снаряда, p(t) —давление пороховых газов в канале ствола.

Закон изменения давления p(t) onределяется методами внутренней баллистики ствольных систем. При­мерный вид этого закона представ­лен на рисунке 2. Решая совместно (14.1) и (14.2), получим

(14.3)

Таким образом, сила инерции ли­нейного ускорения, действующая на детали взрывателя, изменяется по такому закону, по которому меня­ется давление в канале ствола. Она достигает максимума в момент до- стижения максимального давления . К моменту вылета из канала ствола при эта сила еще дей­ствует на детали взрывателя, изменяется по такому закону, по которому

Рисунок 14.1 Схема сил, действующих на детали взрывателя артиллерийских снарядов

меня­ется давление в канале ствола. Она достигает максимума в момент до- стижения максимального давления . К моменту вылета из канала ствола при эта сила еще дей­ствует и ее значение определяется давлением . Время действия сил инерции линейного ускорения мало и имеет порядок (0,002—0,05) с. Максимальное значение силы инер­ции линейного ускорения выра­жается через коэффициент линей­ной выводимости , который численно равен

Рисунок 14.2. Примерный вид зависимости давления от времени

в канале ствола

максимальной перегрузке, испытываемой снарядом при движении в канале ствола,

(14.4)

где (14.5)

Для авиационных артиллерийских систем значение коэффици­ента лежит в пределах от 4000 (для пушек калибра 30 мм) до 100 000 (для пулеметов калибра 7,62 мм). Силы инерции линейного ускорения, действующие на детали взрывателей авиационных ракет, существенно меньше сил, действующих на артиллерийский снаряд. Входящее (в 1) ускорение определя­ется из уравнения движения ракеты на активном участке ее движения. В первом приближении, если пренебречь действием сил сопротивления воздуха и полагать тягу двигателя посто­янной, уравнение движения ракеты имеет вид

Таким образом, при движении ракеты на активном участке положительное ускорение ракеты растет, ибо масса ракеты по мере выгорания топлива уменьшается. Однако время работы двигателя имеет порядок от десятых долей секунды до нескольких десятков секунд, поэтому испытываемое ракетой ускорение, а следовательно, и силы инерции линейного ускорения во много раз меньше сил, действующих на артиллерийский снаряд. Так, для ракет с жидкостными двигателями коэффициент линейной взводимости, равный отношению максимального ускорения к ускорению силы тяжести g, имеет порядок 5-10, а для ракет с твердотопливными двигателями - 20-100.

Силы инерции касательного ускорения

В тех случаях, когда снаряд вращается с некоторой изменя­ющейся во времени угловой скоростью , всем деталям взры­вателя сообщается угловое ускорение

где - расстояние, на котором деталь взрывателя отстоит от оси вращения (рисунок 3).

Сила инерции касательного ускорения, направленная в сторону, противоположную направлению вращения, равна

(14.6)

Определим силу для артиллерийского снаряда, которому сообщается угловая скорость за счет врезания медного пояска в нарезы канала ствола.

Рисунок 14.3 Развертка внутренней поверхности ствола на плос­кость чертежа

С этой целью развернем поверхность ство­ла на плоскость чертежа (рисунок 14.3). На развертке эта поверхность изоб­разится в виде прямоугольника с основанием и высотой, равной длине канала ствола . Если длина хода нарезов в калибрах , то на­резы на плоскости чертежа изобра­зятся в виде прямых линий состав­ляющих с осью ствола угол , од­на из которых представлена на ри­сунке. Рассмотрим положение сна ряда в момент, когда он продвинул- ся в канале ствола, пройдя путь имея скорость . В этот момент не- которая точка ведущего пояска,] врезаясь в нарезы, в рассматриваемой системе координат пройдет] путь, равный

(14.7)

где - угол, на который развернулся к этому времени снаряд Из рассмотрения чертежа (рисунок 3) следует

(14.8)

Из (14.8) и (14.7) получим

(14.9)

Определим теперь угловую скорость и угловое ускорение

(14.10)

(14.11)

Имея в виду (6) и (2), можно записать

(14.12) Таким образом, сила инерции касательного ускорения так- пропорциональна давлению в канале ствола . Максимальное значение этой силы соответствует давлению

(14.13)

Численное значение силы инерции касательного ускорения для деталей, находящихся на максимальном удалении от оси вращения снаряда, составляет

(10-15)% от силы .

Центробежная сила

Все детали взрывателей вращающихся снарядов и ракет испытывают действие центробежных сил , направленных в сто­рону от оси вращения (рисунок 14.1)

(14.14)

Подставляя в эту формулу значение из (10), получим

(14.15)

Рисунок 14.4. Примерный характер зависимости от времени квадрата скорости снаряда в канале ствола

Следовательно, по мере движения снаряда по кана­лу ствола центробежная сила изменяется пропорцио­нально квадрату скорости снаряда. Закон изменения квадрата скорости снаряда в канале ствола определяет­ся в результате решения основной задачи внутренней баллистики. Характер этой зависимости имеет вид, представленный на рисунке 145.

Максимального значения центробежная сила достигает в мо­мент вылета снаряда из ствола

(14.16)

Для деталей, находящихся ла максимальном расстоянии от оси вращения, величина соизмерима с максимальной вели} чиной силы инерции линейного ускорения .

После вылета снаряда из канала ствола центробежные сил продолжают действовать, однако значение их несколько уменьшается, так как на траектории полета из-за сил трения снаряда о воздух уменьшается его угловая скорость . Все детали взрывателей ракет с турбореактивными двигателями или проворачивающихся на траектории ракет также будут испытывать действие центробежных сил, величина которых определяется угловой скоростью их

вращения (14.14).

Силы набегания

При движении в воздухе снарядов, авиабомб и ракет нг пассивном участке движения скорость их из-за действия аэродинамических сил сопротивления уменьшается, то есть они будут испытывать отрицательные ускорение. Под действием этих сил торможения все детали взрывателей инерции устремятся вперед (рисунок 14.15)

Рисунок 14. 5 Возникновение силы набегания

Значение ускорения определяется из канонического уравнения внешней баллистики

(14.17)

где - баллистический коэффициент снаряда,

- функция изменения плотности воздуха с высотой,

- функция сопротивления воздуха.

Сила набегания S_H определяется по формуле

(14.18)

Максимальное значение силы набегания у авиабомб достигает в момент, когда скорость движения на траектории максимальна; у снарядов - в конце периода последействия; у ракет - в конце активного участка. С увеличением высоты полета сила набегания уменьшается (18). Величина силы набегания невелика по сравнению с другими силами, поэтому она для взведения взрывателей не используется. Ее действие учитывается при разработке предохранительных устройств (расчет контрпредохраннтельных пружин и мембран, удерживающих подвижные детали после взведения взрывателя).

Однако у штурмовых авиабомб в момент раскрытия парашютной системы величина силы набегания резко возрастает, так как в формулу (18) в этом случае следует подставлять значение баллистического коэффициента бомбы, летящей с рас­крытым парашютом, численное значение которого определяется теперь не площадью миделя бомбы, а величиной площади парашюта. Это значение силы набегания, возникающей в момент раскрытия парашюта, может, быть использовано для взведения взрывателя.