SAFETY AND ARMING DEVICES IN PROXIMITY FUSING SYSTEM

Transkrypt

1 mjr dr inż. Rafał BAZELA mgr inż. Jacek SZAJNA Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia URZĄDZENIE ZABEZPIECZAJĄCO UZBRAJAJĄCE DO MOŹDZIERZOWEGO ZAPALNIKA ZBLIŻENIOWEGO Streszczenie: W artykule przedstawiono wymogi stawiane zapalnikowym urządzeniom zabezpieczająco uzbrajającym w świetle obowiązujących norm. Ponadto zaprezentowano podstawowe rodzaje urządzeń przerywających łańcuch ogniowy oraz nowe tendencje w urządzeniach zabezpieczających w zapalnikach elektronicznych. W ostatnim etapie pracy opisano koncepcję rozwiązania urządzenia zabezpieczająco uzbrajającego do nowego moździerzowego zapalnika zbliżeniowego. SAFETY AND ARMING DEVICES IN PROXIMITY FUSING SYSTEM Abstract: The requirements for safety and arming devices of fuses according to the binding norms were presented in this paper. Moreover the basic types of explosive train interrupting devices and new tendencies in the design of safety devices in electronic fuses were described. In the last part of the article the preliminary conception of safety and arming device for new mortar proximity fuse was presented. 1. Wstęp Większość pocisków artyleryjskich jest wyposażonych w zapalniki, czyli urządzenia powodujące zadziałanie pocisku po strzale w określonym czasie lub/i miejscu. Według normy obronnej [3] zapalniki to urządzenia przeznaczone do: - zabezpieczenia amunicji w celu wykluczenia możliwości uzbrojenia się przed osiągnięciem wyznaczonej pozycji, - wykrycia celu lub reakcji na jeden lub więcej określonych parametrów takich jak np. czas, ciśnienie lub komenda, - wywołania impulsu i przekazania go w postaci detonacji do ładunku wybuchowego. Różnorodność prowadzonych działań bojowych na polu walki pociągnęła za sobą znaczne zmiany w konstrukcji zapalników artyleryjskich. Spośród obecnie najczęściej stosowanych możemy wyróżnić: - uderzeniowe: natychmiastowe i opóźnionego działania, - czasowe, - zbliżeniowe, - wielofunkcyjne. Zapalniki, jako urządzenia inicjujące zadziałanie pocisku podlegają wysokim wymaganiom bezpieczeństwa. Muszą posiadać, co najmniej dwa rozdzielne funkcjonalnie zabezpieczenia chroniące przed niezamierzonym uzbrojeniem a przynajmniej jedno z nich musi zapewniać osiągnięcie bezpiecznej odległości uzbrojenia od stanowiska ogniowego. 97

2 Głównym czynnikiem zdejmującym zabezpieczenia w zapalniku powinny być zjawiska fizyczne występujące podczas strzału lub w trakcie lotu pocisku. 2. Urządzenia zabezpieczająco uzbrajające W celu zapewnienia bezpieczeństwa w stanie nieuzbrojonym oraz w celu uzbrajania zapalników stosuje się urządzenia zabezpieczająco - uzbrajające. Urządzenia te mają na celu zapobieganie uzbrojeniu się zapalnika do chwili spełnienia szeregu warunków i następnie umożliwienie zadziałania pocisku. Urządzenia te wykorzystują procesy fizyczne występujące podczas strzału lub na torze lotu. Zaliczamy do nich [4]: - przyśpieszenie poosiowe (siła bezwładności) podczas ruchu pocisku w lufie, - przyśpieszenie poosiowe (siła bezwładności) na aktywnym odcinku toru lotu, - prędkość obrotowa (siła odśrodkowa) podczas ruchu pocisku w lufie i na torze lotu, - ciśnienie atmosferyczne, - opóźnienie wywołane oporem powietrza na torze lotu (siły nabiegania), - ciśnienie gazów prochowych w komorze nabojowej, - ciśnienie robocze w komorze silnika rakietowego, - stan nieważkości (przyśpieszenie wynoszące 0), - działania podjęte w celu użycia (miotania) amunicji. Zapalnik uzbrojony jest to stan w którym określony bodziec może spowodować zadziałanie zapalnika [3]. Poza urządzeniami zabezpieczająco-uzbrajającymi istotnym układem zapalnika jest łańcuch ogniowy, którego zadaniem jest detonacja ładunku wybuchowego lub zapalenie ładunków specjalnych w pocisku. W skład łańcucha ogniowego mogą wchodzić: - spłonki zapalające, - spłonki pobudzające, - wzmacniacze, - opóźniacze, - łączniki ogniowe itd. W związku z tym istnieje problem z zabezpieczeniem zapalnika przed niezamierzonym pobudzeniem tych elementów łańcucha ogniowego w wyniku oddziaływań środowiska takich jak np.: wibracje, wstrząsy, udary mechaniczne, przyspieszenia w lufie, wysoka temperatura, elektryczność statyczna, wyładowania atmosferyczne, elektryczność indukowana. Do niedawna w Wojsku Polskim stosowana była tylko klasyfikacja zapalników zaczerpnięta z nomenklatury rosyjskiej, która definiuje zapalniki następująco: - całkowicie zabezpieczone spłonka zapalająca jest odizolowana od spłonki pobudzającej, a ta z kolei jest odizolowana od pobudzacza, - częściowo zabezpieczone izolowana jest tylko spłonka pobudzająca - niezabezpieczone żadna ze spłonek nie jest odizolowana od pobudzacza, Obecnie po wstąpieniu Polski do struktur NATO obowiązuje nas także nowa klasyfikacja zgodna z STANAG Norma obronna [3] rozróżnia zapalniki: - z przerwanym łańcuchem ogniowym [Interrupted Explosive Train] - łańcuch ogniowy, który posiada fizyczną (ogniową) przerwę między elementami go tworzącymi. - z nieprzerwanym łańcuchem ogniowym, [Non-Interrupted Explosive Train] łańcuch ogniowy, który nie posiada fizycznej i ogniowej przerwy między elementami go tworzącymi. 98

3 2.1 Mechanizmy przerywające łańcuch ogniowy Podstawowe mechanizmy przerywające łańcuch ogniowy stosowane w zapalnikach to: - uszczelnienie brodawkowe w stanie zabezpieczonym odpowiednio ukształtowana obsada spłonki (2) wchodzi w otwór obudowy (1), tym samym uniemożliwia przekazywanie ognia na następny element zapalnika (3),(4) (rys.1). Ten sposób izolacji spłonek był często stosowany podczas drugiej wojny światowej [2]. Rys.1 Schemat urządzenia służącego do izolacji spłonki zapalającej za pomocą obsady bezwładnikowej spłonki z brodawką (zapalnik typu KT) 1- obudowa, 2- obsada spłonki zapalającej, 3- wzmacniacz prochowy, 5-spłonka pobudzająca - kulki uszczelniające kulka (3) znajdująca się w gnieździe stożkowym obudowy u wylotu którego znajduje się otwór służący do przenoszenia ognia. W chwili strzału kulka osiada na dno zamykając ten otwór. Po wylocie pocisku z lufy siły odśrodkowe i siły nabiegania przemieszczają kulkę po ścianie bocznej otwierając drogę ogniową [2] (rys.2). Rys.2 Schemat urządzenia służącego do izolacji spłonki zapalającej za pomocą kulki uszczelniającej. 1-spłonka, 2-obsada spłonki,3-kulka, 4-spłonka pobudzająca - komora izolująca komora (A) o grubych ścianach wewnętrznych w której znajduje się spłonka pobudzająca (1) oddzielona od pobudzacza (2) (rys.3). Przed strzałem i w trakcie ruchu pocisku w przewodzie lufy spłonka znajduje się w komorze; pobudzenie jej nie powoduje przekazania detonacji na następne elementy. Po ustaniu przyspieszeń osiowych sprężyna (3) przesuwa spłonkę z komory izolującej (A) w przestrzeń gdzie zadziałanie spłonki jest w stanie pobudzić następny element łańcucha ogniowego [2]. 99

4 Rys.3 Schemat urządzenia służącego do izolacji spłonki pobudzającej za pomocą komory izolującej (zapalniki typu GT i DT) 1- spłonka pobudzająca, 2- pobudzacz, 3- sprężyna, A- komora izolująca - obsada izolująca typu odśrodkowego o ruchu postępowym jest to część zapalnika, której w stanie zabezpieczonym materiał pobudzający (1) (rys.4) jest przesunięty względem łańcucha ogniowego a wszelkie zadziałanie nie przekazuje ognia dalej. Po strzale i po wylocie pocisku z lufy, przy odpowiednio dużych siłach odśrodkowych, mechanizmy zabezpieczające (2),(3) zwalniają suwak (4). Dzięki tym siłom działającym na suwak i umiejscowieniu środka masy poza osią pocisku obsada przemieszcza się do pozycji uzbrojonej [2]. Rys.4 Schemat urządzenia służącego do izolacji spłonki pobudzającej w postaci obsady odśrodkowej łącznika pobudzającego o ruchu postępowym (zapalnik typu RTD) 1- spłonka pobudzająca, 2,3- rygiel, 4- suwak, 100

5 - przesłona izolująca typu odśrodkowego o ruchu obrotowym zasada działania jest taka sama jak opisana powyżej a różnica polega na ruchu suwaka (1) (rys.5). W wyniku sił odśrodkowych powstałych po wylocie z lufy przesłona (1) obraca się względem osi (2) otwierając drogę ogniową [2]. Rys.5 Schemat urządzenia służącego do izolacji spłonki zapalającej za pomocą przesłony odśrodkowej. 1-przesłona odśrodkowa, 2-oś przesłony, 3-spłonka pobudzająca, 4-obsada ze spłonką zapalającą - obsada izolująca obrotowa lub przesuwna zasada działania jest taka sama jak w dwóch wyżej opisanych zespołach z wyjątkiem tego, że na obrót suwaka nie maja wpływu procesy fizyczne powstające po wylocie pocisku z lufy. Zmiana położenia suwaka (1) wykonywana jest czynnikami zewnętrznymi takimi jak np. sprężyna (2), która włącza materiał (3) w łańcuch ogniowy (rys.6). Rys.6 Schemat urządzenia izolującego spłonkę pobudzającą w postaci obsady obrotowej spłonki wraz ze sprężyną [2] 1- suwak, 2- sprężyna, 3- spłonka pobudzająca 101

6 2.2 Nowe tendencje w urządzeniach zabezpieczających zapalników elektronicznych Najczęściej w zapalnikach elektronicznych główne zabezpieczenie polega na przerwaniu obwodu spłonki elektrycznej od źródła zasilania. Stan ten jest utrzymywany przez mechanizmy zabezpieczające i zespół styków. Zapalniki tego rodzaju mogą wykorzystywać energię zgromadzoną przed strzałem (baterie), bądź energię generowaną po strzale (turbiny, baterie aktywowane strzałem) przy czym normy preferują rozwiązania korzystające z energii generowanej po strzale. Baterie aktywowane strzałem dostarczają energię elementom wykonawczym zapalnika. Przykładem takiego rozwiązania jest bateria UA6275/844 firmy THALES (rys.7). Rys.7 Bateria aktywowana strzałem firmy THALES UA6275/811 Aktywacja baterii następuje w wyniku liniowych przyśpieszeń powstałych podczas strzału. Umieszczona wewnątrz urządzenia ampułka zostaje zniszczona a zawarty w niej elektrolit dzięki ruchowi obrotowemu pocisku wypełnia przestrzeń między ogniwami litowymi. Od tej chwili bateria pracuje jako źródło energii dla układów elektronicznych zapalnika i odpalania. Kolejnym rozwiązaniem są turbiny np. w zapalniku AGM-1(rys.8) w trakcie lotu, powietrze opływa łopatki wirnika a powstały ruch obrotowy jest przekazywany do uzbrajania i odbezpieczania zapalnika. Ten typ urządzenia wykorzystywano między innymi w bombach lotniczych [1]. Rys.8 Zapalnik uderzeniowy głowicowy do bomb lotniczych AGM-1 1- wiatrak, 2-śruba wiatraczka, 3- kaptur, 4- kadłub, 5- ciężarki zabezpieczające 102

7 Obracający się wiatrak (1) wykręca śrubą (2) kapturek (3) z kadłuba (4) umożliwiając wypadnięcie ciężarków zabezpieczających (5) (ry.8). W tej chwili zapalnik jest odbezpieczony a uderzenie w cel spowoduje nakłucie spłonki iglicą i zadziałanie pocisku. W nowszych konstrukcjach wirnik znajduje się wewnątrz zapalnika. Ruch obrotowy przekazywany jest przez zespół przekładni zębatych. Przykładem tego jest zapalnik firmy JUNGHANS Feinwerktechnik (rys.9). Rys.9 Urządzenie zabezpieczająco-uzbrajające z turbiną firmy JUNGHANS Ponadto ruch obrotowy jest wykorzystywany do generowania zasilania dla innych podzespołów zapalnika. Urządzenie tego typu działa na zasadzie prądnicy gdzie energia mechaniczna obracającego się wirnika zamieniana jest na energię elektryczną. 3. Koncepcja urządzenia zabezpieczająco - uzbrajającego do moździerzowego zapalnika zbliżeniowego Zapalniki zbliżeniowe są urządzeniami mającymi za zadanie zainicjowanie zadziałania pocisku w odpowiedniej odległości od celu. Składają się z elektronicznego modułu wykrywającego i mechanicznego urządzenia zabezpieczająco uzbrajającego. Interesującemu nas zespołowi zabezpieczająco uzbrajającemu oprócz standardowych wymagań zawartych w normie obronnej postawiono następujące dodatkowe wymogi: - łańcuch ogniowy przerywany, całkowicie zabezpieczony, - zastosowanie mechanizmu bezwładnościowego nakłuciowego z bocznym działaniem, - przekazanie sygnału o uzbrojeniu się zapalnika do elektronicznego modułu zbliżeniowego. Na rysunku 10 i 11 przedstawiono model koncepcyjny urządzenia zabezpieczająco uzbrajającego do moździerzowego zapalnika zbliżeniowego. 103

8 Rys.10 Koncepcja urządzenia zabezpieczająco-uzbrajającego do moździerzowego zapalnika zbliżeniowego W stanie zabezpieczonym rygiel (1) (rys.11) mechanizmu bezwładnikowego utrzymuje suwak (4) w położeniu przerywającym łańcuch ogniowy. Spłonka zapalająca (6) (rys. 12) blokowana jest przez bolec suwaka (5) uniemożliwiając przypadkowe nakłucie. Styki przesuwne (11) zwierają obwód elektryczny spłonki (12) a rozwierają obwód pobudzający. Jest to położenie stabilne, w którym niezamierzone zadziałanie materiałów inicjujących nie powoduje pobudzenia pocisku. Narażenia środowiskowe występujące podczas eksploatacji zapalnika nie obniżają jego bezpieczeństwa. W głównej mierze decydującym o tym jest mechanizm bezwładnikowy jest adaptowany z dotychczas stosowanych zapalników konstrukcji WITU takich jak np. MZR-96M, MZR-60. Poprawność jego działania została potwierdzona wieloma badaniami doświadczalnymi. Rys.11 Koncepcja urządzenia zabezpieczająco-uzbrajającego do moździerzowego zapalnika zbliżeniowego w stanie zabezpieczonym 1- rygiel, 2- bezwładnik, 3- korpus, 4- suwak, 10- sprężyny, 11- styki, 12- spłonka elektryczna, 13- bezpiecznik boczny 104

9 Rys.12 Przerwany łańcuch ogniowy w urządzeniu zabezpieczająco-uzbrajającym w stanie zabezpieczonym 5- bolec suwaka, 6- nakłuciowa spłonka zapalająca, 7- bijnik bocznego działania, 8- łączniki ogniowe, 9- iglica Podczas strzału siły poosiowe przesuwają bezwładnik (2) w dół do korpusu (3) a po ich ustaniu sprężyna wysuwa rygiel (1) mechanizmu bezwładnikowego do góry zwalniając suwak (4). Dwie sprężyny (10) przemieszczają suwak (4) włączając łączniki ogniowe (8) (rys.12) wraz z pobudzaczem (14) w łańcuch ogniowy. Bolec suwaka (5) odblokowuje spłonkę zapalającą (6) a obwody elektryczne są przygotowane do przekazania impulsu inicjującego. W tej pozycji moduł zbliżeniowy zaczyna pracę a urządzenie zabezpieczająco uzbrajające jest gotowe do przekazywania ognia. Stan ten jest utrzymywany sprężynami (10) i bocznym bezpiecznikiem (13), ryglującym suwak (4) (rys.13). W przypadku niepobudzenia łańcucha ogniowego przez zespół elektroniczny i spłonkę elektryczną (12), pocisk eksploduje w wyniku działania mechanizmu bezwładnościowego nakłuciowego. Jest on przystosowany do pracy przy zarówno uderzeniu na wprost jak i bocznym. Składa się on zasadniczo z dwóch elementów, spłonki wraz z obsadą (6) oraz bijnika bocznego działania (7) (rys.13). Przy uderzeniu pocisku na wprost obsada wraz ze spłonką siłą bezwładności nakłuwają się na iglicę (9) powodując zadziałanie spłonki. Przy uderzeniu bocznym bijnik przemieszcza się w korpusie popychając obsadę wraz ze spłonką na iglicę. Rys.13 Koncepcyjne urządzenie zabezpieczająco-uzbrajające w zapalniku zbliżeniowym w stanie uzbrojonym 4- suwak, 5- bolec suwaka, 6- nakłuciowa spłonka zapalająca, 7- bijnik bocznego działania, 8- łączniki ogniowe, 9- iglica, 10- sprężyny, 13- bezpiecznik boczny 105

10 4. Wnioski Obecnie w Wojskowym Instytucie Technicznym Uzbrojenia prowadzone są prace nad sensorem zbliżeniowym do zapalnika moździerzowego pocisku odłamkowego w ramach projektu badawczo rozwojowego Sensory zbliżeniowe odporne na narażenia mechaniczne występujące podczas strzału nr OR Opracowanie sensora zbliżeniowego i nowego urządzenia zabezpieczająco uzbrajającego będzie podstawą do prac nad zapalnikiem zbliżeniowym (pierwszym opracowanym i wykonanym w Polsce). Ze względu na zasadę działania modułu zbliżeniowego urządzenie zabezpieczająco uzbrajające będzie musiało być umiejscowione w tylnej części zapalnika. Inicjacja łańcucha ogniowego nastąpi w wyniku zadziałania sensora zbliżeniowego lub przy uderzeniu pocisku w ziemię. Proponowana konstrukcja spełniać będzie wymogi nowych norm [3] i [4] wykonanych w ramach ratyfikacji STANAG 4187 i AOP-16. Praca realizowana była ze środków własnych Wojskowego Instytutu Technicznego Uzbrojenia. Literatura [1] G. M. Tretiakow, Amunicja artyleryjska, Wydawnictwo MON, W-wa, [2] M. Wasiliew, Teoria projektowania zapalników, Wydawnictwo MON, W-wa, [3] Norma obronna NO-10-A , Zapalniki. Wymagania ogólne dotyczące bezpieczeństwa. [4] Norma obronna NO-13-A , Systemy zapalnikowe, Zapewnienie bezpieczeństwa, Metody konstrukcyjne. [5] A. Grula, Zapalniki artyleryjskie w świetle wymagań NATO, Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia, Problemy techniki uzbrojenia, Zeszyt 77 Nr 2/