Ручное многозарядное электрошоковое устройство и патрон для него
Изобретение относится к области электрических средств поражения объектов, в частности к электрошоковым устройствам с функцией дистанционного поражения биологических целей импульсным электрическим током высокого напряжения, и может быть использовано как многозарядное оружие с функцией нелетального дистанционного поражения целей (ЭШУ). Патрон ручного многозарядного ЭШУ содержит корпус (1) из диэлектрического материала с двумя каналами (21), в которых размещаются метаемые снаряды (9), контактирующие с ними подвижные пыжи (13) и барические разрядники (11) с электроконтактами (6). Корпус (1) выполнен с пазухами для укладки проводов (16), каждый из которых соединен с одной стороны с метаемым снарядом (9), а с другой с электроконтактами (5) укладок провода (16), и шторками (4) для закрытия каналов и соответствующих им пазух для укладки проводов (16). Также заявлено ручное многозарядное ЭШУ, которое содержит корпус (1) из диэлектрического материала, в котором размещены блок управления, источник электрического питания, импульсный преобразователь, по меньшей мере один высоковольтный трансформатор. На корпусе (1) установлена группа боевых электродов с группой электродов холостого разряда по количеству высоковольтных трансформаторов, предохранитель, кнопка включения. Корпус (1) имеет шахты для патронов по количеству высоковольтных трансформаторов, по меньшей мере один патрон, расположенный в соответствующей шахте, переключатели режима воздействия для каждой шахты, подвижную стенку для каждой шахты, соединенную механически с переключателем режима данной шахты, перемычку для создания цепи инициирования для каждой шахты, кнопку ручного сброса патрона для каждой шахты. Технический результат: повышение эксплуатационной эффективности - эффективности стрельбы, надежность, маневренность, безопасность в обращении, удобство обслуживания, простота содержания. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 19 ил.
Изобретение относится к области электрических средств поражения объектов, в частности к электрошоковым устройствам с функцией дистанционного поражения биологических целей импульсным электрическим током высокого напряжения, и может быть использовано как многозарядное оружие с функцией нелетального дистанционного поражения целей (ЭШУ).
Из уровня техники известен картридж для дистанционного электрошокового устройства (RU 68671, 27.11.2007). Картридж инициируется импульсами высокого напряжения электрошокового устройства, содержит узел жесткой стыковки с электрошоковым устройством, корпус выполнен составным из двух блоков и имеет во внутреннем блоке направляющие каналы, образованные выходным каналом (для лайнера) и рабочим каналом (для разрядников, уплотнительных колец и поршней).
Недостатками картриджа являются:
- Невозможность контактного использования ЭШУ при установленном картридже, а также невозможность включения холостого разряда без инициирования картриджа.
- Лайнеры не имеют смешенного центра тяжести относительно продольной оси, что не обеспечивает его гарантированное закрепление на цели. Стабилизация лайнеров в полете к цели происходит при помощь вытягиваемого из боковых пазух проводом, который оказывает дополнительное сопротивление полету лайнера и уменьшает точность метания путем снижения скорости полета лайнера.
- В фактически выпускаемом изделии (согласно ТУ 7399-002-55233808-05) крепление иглы к лайнеру обеспечивается при помощи эпоксидной смолы, что является ненадежным и не технологичным видом соединения алюминиевого лайнера и металлической иглы.
- Отсутствие специальных каналов для доступа воздуха за лайнер для исключения образования пониженного давления за лайнером при его вылете из выходного канала.
- Не технологичность сборочных операций, требующих ручное нанесение токопроводящих полосок (скотча) для создания цепи инициирования и рабочей цепи.
- Не возможность обеспечения техники безопасности при сборке картриджа, т.к. снаряжение картриджа барическими разрядниками, устанавливаемыми во внутренний блок, происходит раньше установки лайнеров, укладки провода, наклейки информационных этикеток и создания цепи инициирования.
- Конструкция картриджа позволяет вращаться лайнеру в разгонном канале вокруг продольной оси при вибрациях в процессе транспортировки и эксплуатации. Это может привести проворачиванию лайнера относительно укладки провода и обрыву провода.
- Укладка провода в пазухах выполняется в виде многослойной катушки с намоткой проводов каждого последующего слоя преимущественно наклонно к виткам предыдущего слоя. Подобный вид укладки не позволяет использовать занимаемый объем пазухи максимально эффективно. В объем пазухи 5×15,5×53 мм (4,1 куб.см) укладывается 4,5 м провода диаметром 0,4 мм. Кроме того, вышеуказанный вид укладки при метании лайнера к цели является причиной его полного извлечения из пазухи с последующей размоткой провода уже вне картриджа. При этом укладка провода совершает вращательно-поступательное движение на высокой скорости, что может приводить к запутыванию провода и его обрыву.
Известен патрон метания электрического провода, выполненный в пластиковом корпусе с внутренним опорно-направляющим стержнем. На этот стержень устанавливается снаряд с иглой для закрепления на цели, снаряженный пиротехническим зарядом (в одном из вариантов в снаряде может располагаться подвижно-герметичный поршень для отсечки пороховых газов). При инициировании патрона опорно-направляющий стержень служит как направляющая для прямолинейного движения снаряда. Между снарядом и укладкой провода находится обечайка из бумаги или пластика с продольным разрезом. Патрон запечатан с передней части от проникновения пыли или влаги (RU 2408835, 10.01.2011).
Недостатками патрона являются:
- Большие габариты (в частности диаметр патрона) с учетом литьевых уклонов корпуса, внутреннего отверстия под внутренний контакт (при оформлении его в литьевой пресс-форме), технологических зазоров на сборку.
- Сложность в обеспечении неподвижности опорно-направляющего стержня при появлении ударной осевой нагрузки при инициировании.
- Не реализованная в готовом изделии конструкция с большой вероятностью позволяет предположить, что патрон является нетехнологичным и не обеспечивающим заявленные параметры баллистической точности.
- Возможность короткого замыкания метаемых снарядов между собой при их близком закреплении на цели друг к другу.
- Отсутствует описание способа эксплуатации патрона в составе оружия при контактном применении и при холостом разряде, гарантированно исключающем несанкционированное появление в цепи инициирования патронов лавинных токов утечки с коронирующих частей оружия, возникающих при индуцировании положительного (отрицательного) заряда на электропроводящих частях оружия коронирующим боевым электродом. Вероятность появления токов утечки между проводящими частями оружия, способных вызвать несанкционированное инициирование патронов повышается в условиях высокой влажности, образования конденсата или попадания воды на поверхности и в полости ЭШУ или магазин, загрязнениях поверхностей оружия, повреждениях диэлектрических элементов оружия.
- Закрепление провода не на оси снаряда приводит к смещению баллистической траектории и снижает вероятность надежного закрепления на цели.
- Смещение баллистической траектории для одного зонда только из-за литьевых уклонов на опорно-направляющем стержне (2 град), отклонят снаряд на 17,46 см на расстоянии 5 м. Смещение h на длине 500 см составит h=500 см*tg (2)=17,46 см.
Известно универсальное ручное многозарядное оружие, содержащее корпус, источник питания, преобразователь напряжения, высоковольтный генератор, спусковой элемент и патроны с соответствующим зарядом. Оружие выполнено двухзарядным в виде двух пар патронов с электрическими проводами, установленных неподвижно на позиции выстрела, одна пара из которых выполнена с возможностью автоматической экстракции при отпускании спускового элемента во время выполнения первоначального выстрела с переключением напряжения на вторую пару упомянутых патронов (RU 99865, 27.11.2010).
Недостатками данной полезной модели являются:
- Невозможность быстрой перезарядки, т.к. для перезарядки требуется установка в оружие пары патронов.
- Возможность оказания контактного воздействия или демонстрация разряда возможны только после инициирования и сброса двух патронов.
- Устройство подсвечивания цели является быстросъемным и не имеет возможности регулировки в составе оружия.
- Выхватывание оружия из рук оператора предоставляет правонарушителю оказать воздействие на самого оператора. Оружие не имеет функции защиты от захвата оружия.
- Автоматический сброс после инициирования первой пары патронов не дает возможность для повторного воздействия на ту же цель. Для повторного воздействия на цель потребуется производить второй выстрел.
- Конструктивно невозможно осуществить более двух выстрелов по этой технологии.
- Не объяснены принципы гарантированного электрического разделения низковольтных и высоковольтных цепей оружия, при котором высоковольтные токи утечки с коронирующих частей оружия не будут переходить с высоковольтной на низковольтную цепь при контактном применении и при холостом разряде, в том числе в условиях высокой влажности, образования конденсата или попадания воды на поверхности и в полости ЭШУ, загрязнениях поверхностей оружия, повреждениях диэлектрических элементов оружия.
Известно ручное многозарядное оружие для дистанционного поражения целей электрическим током, содержащее электроды для контактного воздействия на цель, элементы метания электрических проводов, к которым подводится высокое напряжение, состоящие из корпуса, источника энергии метания и метаемого снаряда, источник питания, преобразователь напряжения, высоковольтный генератор, размещаемые в общем корпусе оружия, и приводимое в действие спусковым элементом. Элементы метания электрического провода выполнены в виде унитарных патронов размещаемых в постоянном магазине или сменной обойме, спусковой элемент инициирует источники энергии метания электрических проводов не менее чем двух патронов, поданных в положение выстрела и удерживаемых в положении выстрела в течение времени поражения цели, а отстрелянные патроны экстрагируются вместе с электрическими проводами (RU 2305245, 27.08.2007).
Недостатками данного изобретения являются:
- Использование мускульной силы оператора для проведения выстрела (подачи патронов на позицию выстрела) делает возможным применение оружия только физически подготовленным человеком. Вариант использования электромеханического привода усложняет конструкцию и увеличивает цену и габариты оружия.
- Приложение значительного усилия для проведения выстрела снижает вероятность попадания элементов метания в цель.
- Использование съемного магазина увеличивает габариты.
- Невозможно одновременно оказывать воздействие на две цели. Для приведения цели в шоковое состояние требуется время, поэтому при оказании, например, дистанционного воздействия на первую цель, оператор в течение этого времени не имеет возможности, например, контактного воздействия на вторую цель.
- Патроны находятся в передней части оружия, что увеличивает вес передней части оружия и усложняет прицеливание.
- Оружие имеет широкую переднюю часть, вследствие разнесения патронов на 100-120 мм. Это усложняет возможность повседневного или скрытого ношения оружия.
- Не объяснены принципы гарантированного электрического разделения низковольтных и высоковольтных цепей оружия, при котором высоковольтные токи утечки с коронирующих частей оружия не будут переходить с высоковольтной на низковольтную цепь при контактном применении и при холостом разряде. В том числе в условиях высокой влажности, образования конденсата или попадания воды на поверхности и в полости ЭШУ, загрязнениях поверхностей оружия, повреждениях диэлектрических элементов оружия.
Известно электронное оружие, позволяющее дистанционно обездвиживать цели при помощи электрического тока, подаваемого на цель при помощи выстреливаемых из картриджей электродов. Устройство управляет несколькими картриджами, которые инициируются последовательно нажатием на спусковой крючок. Картриджи устанавливаются в устройстве при помощи механических защелок. Для предупреждения оператора устройства о номере отстреливаемого картриджа, служит информационный терминал. После отстреливания всех картриджей, оператор может оказывать повторное воздействие на все цели при помощи специальной кнопки. Выборочное повторное воздействие подразумевает проведение операции выбора на оружии при помощи навигации (US 7900388, 08.03.2011).
Недостатками данного изобретения являются:
- Избыточное количество органов управления для проведения выстрела снижает удобство боевого применения, особенно в условиях нетривиальных и стрессовых ситуаций.
- Цифровой дисплей осложняет получение информации с дисплея при ярком освещении.
- Не объяснены принципы гарантированного электрического разделения низковольтных и высоковольтных цепей оружия, при котором высоковольтные токи утечки с коронирующих частей оружия не будут переходить с высоковольтной на низковольтную цепь при контактном применении и при холостом разряде. В том числе в условиях высокой влажности, образования конденсата или попадания воды на поверхности и в полости ЭШУ, загрязнениях поверхностей оружия, повреждениях диэлектрических элементов оружия.
- Отсутствует возможность быстрой перезарядки оружия вследствие применения механической защелки для фиксации картриджа.
- Сложность выбора индивидуального воздействия на цель после проведения выстрелов в несколько целей, требует использование навигационного терминала, что делает практически невозможным индивидуальное повторное воздействие на цель.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в повышении эксплуатационной эффективности: эффективности стрельбы, надежности, маневренности, безопасности в обращении, удобстве обслуживания, простоты содержания.
Указанный технический результат достигается в патроне ручного многозарядного электрошокового устройства, содержащем корпус из диэлектрического материала с двумя каналами, в которых размещаются метаемые снаряды, контактирующие с ними подвижные пыжи и барические разрядники с электроконтактами, при этом корпус выполнен с пазухами для укладки проводов, каждый из которых соединен с одной стороны с метаемым снарядом, а с другой - с электроконтактами укладок провода (электроконтактами метаемого снаряда), и шторками для закрытия каналов и соответствующих им пазух для укладки проводов.
В каждом канале между снарядом и шторкой размещена может быть разрезная втулка.
Корпус может быть закрыт задней крышкой и передней крышкой, удерживающей шторки для закрытия каналов и соответствующих им пазух для укладки проводов в корпусе.
Метаемые снаряды могут содержать металлический зонд с элементом для закрепления на цели, оперение из диэлектрического материала и поворотную скобу для присоединения укладки провода.
Каждый канал может содержать пазы для размещения ребер оперения метаемого снаряда.
Корпус может иметь поверхность для позиционирования в электрошоковом устройстве на позиции инициирования.
Корпус может иметь поверхность для организации механизма автоматического или ручного сброса после инициирования.
В каждом канале может быть размещена барьерная шайба из диэлектрического материала.
Электроконтакты барических разрядников электрически соединены с расположенными на внешней поверхности корпуса соответствующими им электроконтактами.
Данный технический результат достигается в ручном многозарядном электрошоковом устройстве, содержащем корпус из диэлектрического материала, в котором размещены блок управления, источник электрического питания, импульсный преобразователь, по меньшей мере один высоковольтный трансформатор, при этом на корпусе установлена группа боевых электродов с группой электродов холостого разряда по количеству высоковольтных трансформаторов, предохранитель, кнопка включения, при этом корпус имеет шахты для патронов по количеству высоковольтных трансформаторов, по меньшей мере один патрон, расположенный в соответствующей шахте, переключатели режима воздействия для каждой шахты, подвижную стенку для каждой шахты, соединенную механически с переключателем режима данной шахты, перемычку для создания цепи инициирования для каждой шахты, кнопку ручного сброса патрона для каждой шахты, при этом патрон имеет указанную выше конструкцию.
Корпус может иметь неровности между боевыми и холостыми электродами, и/или поверхность для присоединения дополнительного оборудования, и/или промежуточные металлические электроды между электродами холостого разряда.
Предохранитель может быть интегрирован в переключатель режима воздействия для одной из шахт - выполнен трехпозиционным (на предохранителе, контактный режим, дистанционный режим).
Подвижная стенка для одной из шахт может быть соединена механически с кнопкой включения для автоматического сброса отстрелянного патрона при отпускании кнопки включения.
Устройство может содержать подпружиненный подаватель в шахтах для подачи патрона на позицию выстрела.
Устройство может дополнительно содержать открытый прицел и/или лазерный целеуказатель для прицеливания.
Устройство может дополнительно содержать гнездо с системой фиксации для присоединения ключа или гнездо с системой фиксации для присоединения бесконтактного электронного ключа.
Источник электрического питания может быть выполнен съемным.
На подвижной стенке могут быть выполнены перемычки для формирования защитной цепи.
На корпусе может быть выполнена поверхность для защиты кнопки включения от случайного нажатия и/или специальные тактильные метки для указательного пальца.
Патроны в каждую шахту установлены в виде съемного магазина.
Блок управления может иметь настройку параметров работы устройства и получения данных об истории эксплуатации и применении устройства посредством проводного соединения с компьютером или дистанционного соединения при помощи программного обеспечения к мобильному устройству, и/или считыватель кода бесконтактного ключа, и/или модуль для определения местонахождения устройства, и/или кнопку для передачи оператором ЭШУ сообщения о тревожной ситуации, и/или контроллер с антенной и модулем идентификации для беспроводной связи с внешними устройствами.
Заявленный технический результат получен при реализации всей совокупности существенных признаков, отраженных в независимых пунктах формулы изобретения.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
На фиг. 1 - Разрез патрона.
На фиг. 2 - общий вид снаряженного патрона.
На фиг. 3 - метаемый снаряд.
На фиг. 4 - общий вид корпуса патрона.
На фиг. 5 - Импульсы тока высокого напряжения на боевых электродах ЭШУ.
На фиг. 6 - Электрическая схема контактного ЭШУ при холостом разряде и образование лавинного тока утечки на внесенных в электрическое поле боевого коронирующего электрода проводящих предметах.
На фиг. 7 - Прохождение токов утечки с боевого коронирующего электрода через электрод барического разрядника на пыж.
На фиг. 8 - Прохождение токов утечки с боевого коронирующего электрода через метаемый снаряд, укладку провода и пыж на электрод барического разрядника.
На фиг. 9 - Схема измерения импульсов высокого напряжения В первичной и вторичной обмотках высоковольтного трансформатора.
На фиг. 10 - Эквивалентная электрическая схема высоковольтного трансформатора для оценки перенапряжения в первичной обмотке.
На фиг. 11 - Осциллограмма импульса ЭШУ на нагрузке 1 кОм в первичной и вторичной обмотках высоковольтного трансформатора при искровом промежутке Δ=0 мм.
На фиг. 12 - Осциллограмма импульса ЭШУ на нагрузке 1 кОм в первичной и вторичной обмотках высоковольтного трансформатора при искровом промежутке Δ=12 мм.
На фиг. 13 - Прохождение лавинных токов утечки в защитной цепи канала патрона.
На фиг. 14 - Реализация защитной цепи патрона.
На фиг. 15 - Реализация цепи инициирования патрона.
На фиг. 16 - Реализация защитной цепи патрона в составе ЭШУ.
На фиг. 17 - Реализация цепи инициирования патрона в составе ЭШУ.
На фиг. 18 - Ручное многозарядное электрошоковое устройство согласно первому варианту выполнения.
На фиг. 19 - Ручное многозарядное электрошоковое устройство согласно второму варианту выполнения.
В конструкции патрона в одном корпусе объединены две линии токопередачи к цели, т.к. невозможно эффективно передать электрический ток высокого напряжения на биологическую цель кроме как посредством двух проводов, изолированных друг от друга воздушным промежутком или изоляцией провода.
Патрон, показанный на Фиг. 1, выполнен в корпусе 1 из диэлектрического материала. В корпусе выполнены два канала 21, показанных на Фиг. 4. Каждый канал представляет собой разгонный канал для метаемого снаряда 9 и сужающийся рабочий канал для движения пыжа 13. В каждом канале в передней его части укладывается метаемый снаряд 9, выполненный из металлического зонда 20, оперения 17, поворотной скобы 19 для присоединения соответствующей ему укладки провода 16, иглы с бородкой 18 для закрепления на цели. На Фиг. 1 укладки провода для наглядности разнесены по высоте корпуса 1.
К зонду 20 присоединяется оперение 17 при помощи резьбы или любым другим способом. Зонд 20 и игла 18 имеют специальное покрытие, наносимое преимущественно гальванически, позволяющее присоединять иглы к зондам методом пайки паяльной пастой без предварительного лужения. Оперение 17 выполнено преимущественно из диэлектрического материала, более легкого по удельному весу, чем зонд 20. Это позволяет перенести центр тяжести к передней части снаряда 9 относительно его продольной оси при сохранении диаметра снаряда неизменным по всей длине. Диэлектрические свойства оперения 17 позволяют исключить замыкание метаемых снарядов между собой при их близком закреплении на цели друг к другу. Смещенный центр тяжести снаряда позволяет обеспечивать движение его к цели с минимальным сопротивлением для стабилизации проводом, т.е. без оказания значительного влияния сопротивления провода при разматывании из пазухи 23, на скорость движения снаряда.
На задней части снаряда 9 установлена поворотная скоба 19, к которой присоединяется укладка провода 16. В снаряженном состоянии скоба 19 повернута так, чтобы пыж 13 ускорял снаряд приложением силы к зонду 20. После вылета снаряда 9 из канала, скоба 19 поворачивается, обеспечивая приложение силы от разматывания провода по оси снаряда. Пыж 13 останавливается в конце рабочего канала, не давая пиротехническим газам выйти в атмосферу.
Установленный снаряд 9 фиксируется от вращения вокруг продольной оси в стволе при помощи выступающих ребер оперения 17. Пазы 22 в корпусе 1 вокруг оперения 17 позволяют осуществлять доступ воздуха за снаряд 9, исключая образование разреженного пространства за снарядом при их вылете из разгонного канала.
Кроме того, образованные пазы 22 в корпусе позволяют при литье корпуса задавать литьевые уклоны у разгонного канала не более 0,2 град., задавая необходимые для экстракции детали из пресс-формы литьевые уклоны в пазах 22. Минимальные литьевые уклоны в разгонном канале положительно сказываются на кучности метания снарядов. В задней части канала устанавливается барический разрядник 11, выполненный из диэлектрического материала и имеющего токопроводный электрод 14. Вторым электродом для барического разрядника является металлический пыж 13. Между электродами барического разрядника находится пиротехнический заряд 15, который при прохождении через него импульсов тока высокого напряжения (разряда), инициируется.
В корпусе патрона выполнены две пазухи 23 для укладки изолированных проводов. Каждому снаряду соответствует своя укладка. Использование не изолированных проводов для передачи электрических импульсов к объекту воздействия не допустимо, т.к. при выстреле в цель требуется выдерживать временной интервал оказания воздействия на объект от 1 до 10 сек. для приведения объекта в шоковое состояние. В тот промежуток времени объект воздействия может интуитивно захватить один из проводов рукой, значительно увеличив петлю тока и поражающие характеристики оружия. Увеличение поражающих характеристик может привести к неконтролируемому падению объекта, травме при падении и летальному исходу от травматических последствий. Укладка провода представляет собой блочную намотку (намотку секциями). Каждый блок представляет собой перекрестную намотку нескольких витков таким образом, чтобы при размотке провода из пазухи его разматывание осуществлялось блоками, а каждый блок метаемый снаряд разматывал изнутри поочередно. Это обеспечивает минимальное сопротивление инерции снаряда, гарантированное отсутствие обрыва провода при размотке, а также возможность плотного заполнения объема пазухи. Так в пазуху 1.63 см3 укладывается не менее 5 м. провода ∅ 0,4 мм.
Передние части каналов закрыты двумя шторками 4, срываемыми снарядами в начале движения и расходящимися в разные стороны при выходе снаряда из патрона. Каждая шторка закрывает канал и соответствующую ему пазуху укладки провода. Для этого шторки выполнены не симметричными и для их выталкивания применяются разрезные втулки 10, состоящие не менее чем из двух частей и располагаемые между снарядами и соответствующими им шторками.
На внешнюю поверхность корпуса патрона выведены два электроконтакта 6 от электродов барических разрядников и два электроконтакта 5 от укладок провода.
Передняя и задняя часть патрона закрыты передней 2 и задней 3 крышками из диэлектрического материала для удобства установки шторок и электроконтактов.
На Фиг. 2 на корпусе патрона показана поверхность 8 для позиционирования патрона в электрошоковом устройстве перед инициированием, для параллельности линии прицеливания с осевым продольным направлением разгонных каналов патрона. На корпусе патрона выполнена также поверхность 7 для организации механизма автоматического или ручного сброса патрона из электрошокового устройства (ЭШУ) после использования патрона.
Технология сборки патрона позволяет проводить сборку патрона таким образом, чтобы операции установки барических разрядников и задней крышки являлись завершающими.
Ниже описаны физические процессы в высоковольтных цепях при работе ЭШУ при униполярном коронировании боевых электродов ЭШУ (на примере преимущественно однополярных положительных высоковольтных импульсов).
Основными блоками электрической схемы контактного электрошокового устройства, представленной на Фиг. 6, являются: источник питания 25, выключатель 26, импульсный преобразователь 27, высоковольтный трансформатор 28. Высоковольтный трансформатор служит для получения на высоковольтных боевых электродах 29 серии однополярных импульсов 24 тока высокого напряжения, представленных на Фиг. 5 в соответствии со стандартами той страны, в которой происходит эксплуатация ЭШУ. На Фиг. 6 показано образование лавинного тока утечки на внесенные в электрическое поле боевого коронирующего электрода проводящие предметы при холостом разряде контактного ЭШУ. Патрон предназначен для ЭШУ с функцией дистанционно-контактного воздействия, в составе которого могут находиться один или несколько патронов. Патроны инициируются импульсами электрического тока высокого напряжения с боевых электродов или электродов холостого разряда согласно принципу, который будет описан ниже.
Между боевых электродов в процессе формирования высоковольтного импульса возникает неоднородное электрическое поле Е высокой напряженности. Свободные электроны, находящиеся в электрическое поле между электродов, начинают движение к положительному боевому электроду и, достигнув у него максимальной энергии, совершают ударную ионизацию газов воздуха. Полученные в результате положительные ионы образуют объемный заряд 30 и вызывают коронирование электрода (коронирует только один электрод) в стримерной форме. При попадании проводящего предмета 31 в облако ионизированного газа коронирующего электрода, отрицательные заряды с проводящего предмета сходят на коронирующий боевой электрод, вызывая ток утечки с коронирующего электрода в лавинной форме. В результате проводящий предмет заряжается тем же зарядом, что и коронирующий электрод и, получив достаточный для самостоятельного коронирования положительный заряд, сам начинает коронировать в стримерной форме.
Таким образом, ток утечки с коронирующего боевого электрода распространяется на проводящие элементы или конструкции ЭШУ. При попадании патрона в зону действия коронирующих элементов конструкции у дистанционно-контактного ЭШУ (токопроводящими являются металлический зонд 20, укладка провода 16, электрод 14 барического разрядника, игла 18, пыж 13), лавинный ток утечки может вызвать не санкционированное инициирование барического разрядника в случае создания цепей инициирования, представленных на Фиг. 7 и Фиг. 8:
- коронирующий электрод 29 - электрод 14 барического разрядника 11 - пыж 13.
- коронирующий электрод 29 - игла 18 - зонд 20 - пыж 13 - электрод 14 барического разрядника 11.
В процессе эксплуатации ЭШУ или его применения могут произойти частичные или полные механические повреждения диэлектрических элементов ЭШУ (изоляторов и корпусных деталей), выполненных из диэлектрических материалов. Высокие напряженности электрического поля при образовании электрической высоковольтной дуги могут привести к электрическому пробою частично механически поврежденных диэлектрических элементов ЭШУ.
Возможные микротрещины или шероховатости на поверхности диэлектрических деталей корпуса или патрона (диэлектриков), провоцируют возникновение на их поверхности ионизационных процессов, которые усиливают электрическое поле и снижают напряжение перекрытия диэлектрика. Также появление влаги на поверхности или загрязненность поверхности диэлектрика может повысить проводимость поверхности диэлектриков. Эти особенности позволяют спровоцировать скользящий разряд по диэлектрику, проводимость которого значительно выше, чем проводимость по воздуху и появление точек высокого потенциала на диэлектрических частях ЭШУ. Скользящий разряд может быть как лавинным током утечки с коронирующего электрода, так и основным дуговым разрядом боевых электродов. Прогнозировать появление точек с высоким потенциалом на тех или иных конструктивных элементах ЭШУ невозможно (в том числе и при разработке конструкции ЭШУ). Это заключение особенно важно для ЭШУ с функцией дистанционного поражения.
При возникновении высоковольтного разряда на боевых электродах с нагрузкой через воздушный промежуток возникают импульсы перенапряжения в электрической дуге. Эти импульсы увеличивают свою энергию с увеличением воздушного зазора, перекрываемого электрической дугой. Импульсы перенапряжения представляют собой серию высоковольтных высокочастотных электромагнитных всплесков с длиной импульса до 2 мкс, которые возвращаются в электрическую схему ЭШУ через высоковольтный трансформатор 28. Схема измерения в первичной 32 и вторичной 33 обмотках высоковольтного трансформатора представлена на Фиг. 9. Измерения осциллографом 01 импульса напряжения в первичной обмотке происходят на шунтирующем сопротивлении 1 кОм. Измерения осциллографом 2 импульса напряжения во вторичной обмотке происходят на нагрузке 1 кОм. Передача перенапряжения через трансформатор из высоковольтной вторичной обмотки в низковольтную первичную обмотку зависит только от емкостных характеристик трансформатора (емкостей его первичной обмотки Спо и межобмоточной емкости Смо) и не зависит от его коэффициента трансформации из-за высокой частоты всплеска импульса приходящего перенапряжения при которой не действуют индуктивные связи в трансформаторе. Эквивалентная электрическая схема высоковольтного трансформатора для оценки перенапряжения в первичной обмотке представлена на Фиг. 10, из которой следует, что Uпо=Uво*(1/(1+Спо/Смо), где Uпо - всплеск перенапряжения в первичной обмотке, Uво - всплеск перенапряжения во вторичной обмотке. В результате в низковольтную часть схемы ЭШУ приходят импульсы перенапряжения и оператор ЭШУ может ощущать высоковольтный разряд малой мощности от корпуса ЭШУ в случае недостаточной изоляции корпуса. На Фиг. 11 показана осциллограмма импульсов ЭШУ в первичной и вторичной обмотках трансформатора при отсутствии зазора между боевыми электродами и нагрузкой, т.е. при Δ=0 мм. На Фиг. 12 показана осциллограмма импульсов ЭШУ в первичной и вторичной обмотках трансформатора, если между боевыми электродами и нагрузкой есть зазор, например при Δ=12 мм. Уменьшение энергии приходящих импульсов перенапряжения через уменьшение мощности импульса или уменьшение длины электрической дуги при холостом разряде, не должно рассматриваться как решение, позволяющее гарантированно исключить образование высоковольтных напряжений в низковольтной цепи ЭШУ, не способных привести к несанкционированному инициированию пиротехнических составов барических разрядников патронов. Поскольку в процессе эксплуатации может произойти нарушение изоляции, частичное разрушение конструкции корпуса ЭШУ и т.д.
Все вышеперечисленные факторы позволяют говорить о том, что на электроконтактах 5 укладки провода, пыже 13, электроде барического разрядника 14, зонде 20, укладке провода 16, могут индуцироваться высокие потенциалы, образующие в зазорах между ними лавинные токи утечки. Источником высоких потенциалов в ЭШУ могут являться как коронирующий электрод ЭШУ, так и низковольтные элементы схемы ЭШУ. Возникающие при этом токи утечки не должны несанкционированно инициировать патрон электрошокового устройства при любых повреждениях конструкции ЭШУ и в любых климатических условиях при холостом разряде и контактном применении. В этих условиях, находящийся в оружии патрон, должен быть гарантированно защищен от несанкционированного инициирования.
Для исключения несанкционированного инициирования барического разрядника, а значит и самого патрона, при холостом или контактном применении ЭШУ, требуется создать защитные цепи 35 для каждого канала патрона при помощи перемычек 34 таким образом, чтобы через пиротехнический состав барического разрядника не проходил лавинный ток утечки. Возможное появление лавинных токов утечки в защищенной цепи канала патрона показаны на Фиг. 13. Защитная цепь исключает прохождение через барический разрядник электрического тока высокого напряжения любой природы. Условие защитной цепи является соблюдения зазоров L3+L4>L1+L2. При этом любой зазор (L4, L1, L2) при фактическом исполнении патрона может быть исключен. Для уменьшения длины канала патрона и для увеличения зазора L3, в канал между пыжом и барическим разрядником вводится барьерная шайба 12 из диэлектрического материала.
Для создания защитных цепей патрона, показанной на Фиг. 14, требуется обеспечить замыкание электроконтактов 6 барического разрядника и электроконтактов 5 укладки провода метаемого снаряда для каждого канала.
Для инициирования патрона требуется создать цепь инициирования патрона, показанную на Фиг. 15:
- разомкнуть защитные цепи каналов: электроконтакт барического разрядника и электроконтакт соответствующей ему укладки провода метаемого снаряда;
- соединить электроконтакты барических разрядников патрона перемычкой 36;
- подать на электроконтакты укладок проводов метаемых снарядов высокое напряжение с боевых 29 электродов высоковольтного трансформатора ЭШУ.
Таким образом цепь инициирования патрона содержит перемычку 36, соединяющую контакты барических разрядников 11, подвижную стенку 37, подводящую электроды ЭШУ к электроконтактам 5 укладок провода 16, при этом перемычка 36 не входит в непосредственный электрический контакт с электроконтактами барических разрядников 11.
В результате образуется высоковольтная цепь инициирования патрона: (боевой электрод 1)-(укладка провода 1)-(поворотная скоба 1)-(пыж 1)-(электрод барического разрядника 1)-(электрод барического разрядника 2)-(пыж 2)-(поворотная скоба 2)-(укладка провода 2)-(боевой электрод 2). Пиротехнические составы инициируются и в результате сдвига пыжей в рабочих каналах, она размыкается. Оставляя боевое напряжение только на укладках проводов и соответствующих им снарядах, закрепленных на цели.
Для инициирования патрона целесообразно применять подвижную стенку 37 из диэлектрического материала с установленными на ней проводящими перемычками 34. В положении создания защитных цепей, показанных на Фиг. 16, перемычки 34 защищают соответствующий им канал от инициирования барического разрядника и стенка 37 электрически изолирует электроконтакты 5 от боевых электродов 29. Таким образом защитная цепь патрона содержит перемычки 34, соединяющие электроконтакты 5 укладки провода 16 и барического разрядника 11 для каждого канала 21, при этом перемычки 34 не входят в непосредственный электрический контакт с электроконтактами укладки провода и барического разрядника для каждого канала.
Создание цепи инициирования показано на Фиг. 17: при сдвиге подвижной стенки 37, он перестает изолировать боевые электроды 29 от электроконтактов 5 укладок провода и перемыкает электроконтакты 6 барических разрядников при помощи перемычки 36. Появление импульсов высокого напряжения на боевых электродах инициирует патрон.
Дальнейшее возвращение подвижной стенки 37 в положение защитных цепей, возвращает ЭШУ в режим контактного применения без сброса патрона. Последующий перевод подвижного элемента 37 в положение инициирования патрона, переводит ЭШУ в режим дистанционного воздействия, если патрон уже инициирован. Таким образом, перемещая подвижную стенку из одного крайнего положения в другое, оператор ЭШУ может оказывать воздействие на цель контактно или дистанционно без сброса патрона.
На основе патрона и принципа создания защитной цепи и цепи инициирования, могут быть выполнены примеры ЭШУ.
На Фиг. 18 показано ручное многозарядное электрошоковое устройство согласно первому примеру исполнения с возможностью одновременного воздействия на несколько целей. ЭШУ имеет корпус 50, выполненный из диэлектрического материала, источник электрического питания 38, блоки управления и индикации, импульсный преобразователь, высоковольтные трансформаторы по количеству целей, на которые возможно оказывать одновременное воздействие (на Фиг. 18 вариант ЭШУ выполнен на двух высоковольтных трансформаторах с возможностью одновременного воздействия на максимум две цели) и соответствующие им группы боевых электродов 39, 40 с электронами холостого разряда 41 (на Фиг. 18 показаны электроды холостого разряда только для группы боевых электродов 39). ЭШУ имеет лазерный целеуказатель 42, электрический предохранитель 43, кнопку 52 включения лазерного целеуказателя и кнопку 44 подачи высоковольтного разряда на все группы боевых электродов. В корпусе устройства выполнены шахты 45 для патронов 53 по количеству высоковольтных трансформаторов. На корпус устройства вынесены двухпозиционные переключатели 54 и 46 режимов воздействия (контактного или дистанционного) на цель для каждой шахты патрона, соединенные с соответствующей каждой шахте подвижной стенкой 37 для создания защитной цепи. На корпусе для каждой шахты патрона установлены кнопки 47 и 55 ручного сброса патронов при помощи пружин, установленных в шахтах. На корпусе выполнена поверхность 48 для присоединения дополнительного оборудования. На корпусе выполнено гнездо для присоединения ключа 49 с системой фиксации. ЭШУ имеет мушку и целик (открытый прицел) для прицеливания. На поверхности корпуса ЭШУ между боевых электродов и электродов холостого разряда выполнены неровности 51 для исключения скользящего разряда по корпусу ЭШУ.
Для подачи на все группы боевых электродов высоковольтных импульсов, оператору ЭШУ требуется включить электрический предохранитель 43 (снять с предохранителя) и нажать кнопку 44 подачи высоковольтного разряда на боевые электроды. Импульсный преобразователь и высоковольтные трансформаторы, расположенные в корпусе ЭШУ, за счет источника электрического питания 38 генерируют на боевых электродах импульсы тока высокого напряжения.
Боевые электроды имеют поверхности для контактного воздействия на объект и поверхности для инициирования патронов, т.к. патроны инициируются импульсами электрического разряда с боевых электродов.
В том случае, если подвижная стенка 37 (на Фиг. 18 показана подвижная стенка в переднем положении для шахты со снятым патроном), связанная двухпозиционным переключателем 54, находится в переднем положении, для соответствующей ей шахты создаются защитные цепи патрона и патрон не может инициироваться. Принцип защиты патрона от инициирования показан на Фиг. 16.
В том случае, если подвижная стенка 37 находится в заднем положении, то защитная цепь разрывается, создается цепь инициирования патрона и патрон может инициироваться при нажатии на кнопку 44 с возможностью последующего дистанционного воздействия на цель. Принцип инициирования показан на Фиг. 17. Дальнейшее возвращение двухпозиционного переключателя в переднее положение, переводит соответствующие им боевые электроды в режим контактного воздействия. В том случае, если подвижная стенка 37 находится в заднем положении и соответствующий ей патрон уже инициирован, то при нажатии на кнопку 44 оказывается дистанционное воздействие на цель без инициирования патрона.
Для удобства прицеливания оператор использует либо мушку и целик (открытый прицел), либо луч лазерного целеуказателя, имеющим индивидуальную настройку в составе ЭШУ и включаемого при помощи кнопки 52.
К корпусу ЭШУ может присоединяться ключ 49 с ремнем, соединяемый с оператором. ЭШУ имеет фиксатор для возможности фиксировать ключ с различным усилием для извлечения. В том случае, если оператор по тем или иным причинам теряет контроль над ЭШУ, например, в случае выхватывания ЭШУ из рук оператора, ключ извлекается из корпуса ЭШУ и блок управления ЭШУ отключает функцию подачи импульсов высокого напряжения на боевые электроды.
На Фиг. 19 показано ручное многозарядное электрошоковое устройство согласно второму примеру выполнения с возможностью последовательного воздействия на различные цели с функцией автоматического сброса использованных патронов. ЭШУ имеет корпус 56, выполненный из диэлектрического материала, источник электрического питания 57, блоки управления и индикации, импульсный преобразователь, высоковольтный трансформатор и одну группу боевых электродов 58 с электродами 59 холостого разряда, лазерный цепеуказатель 60. ЭШУ имеет трехпозиционный предохранитель-переключатель 61 режима контактного или дистанционного воздействия на цель, кнопку 62 включения лазерного целеуказателя. Устройство имеет кнопку включения (спусковой крючок) 63 для подачи импульсов высокого напряжения на боевые электроды, механически соединенный с предохранителем 61 и подвижной стенкой 62. При помощи кнопки включения 63 имеется возможность автоматического сброса использованных патронов 64 в режиме дистанционного воздействия на цель. На корпусе выполнен магазин 70 для патронов с подпружиненным подавателем (на фиг. не показан) для возможности сброса использованных патронов и последующей автоматической подачи нового патрона на позицию инициирования. На корпусе выполнена поверхность 65 для присоединения дополнительного оборудования. На корпусе выполнена поверхность 66 для защиты кнопки включения от случайного нажатия. На корпусе выполнено место 67 для расположения указательного пальца со специальными тактильными метками. На корпусе выполнено гнездо 68 для присоединения бесконтактного электронного ключа 69 с системой фиксации. ЭШУ имеет мушку и целик для прицеливания. Блок управления ЭШУ может иметь настройку параметров работы устройства и возможность получения данных об истории эксплуатации и применении устройства посредством проводного соединения с компьютером или дистанционного соединения при помощи программного обеспечения к мобильному устройству. Блок управления имеет считыватель кода бесконтактного ключа. Блок управления имеет модуль для определения местонахождения устройства. Блок управления имеет тревожную кнопку для передачи сообщения о тревожной ситуации на заранее составленный перечень внешних устройств. Блок управления имеет контроллер с антенной и модулем идентификации для беспроводной связи с внешними устройствами.
Для контактного применения ЭШУ требуется перевести предохранитель 61 в переднее положение. Дальнейшее нажатие на кнопку включения 63 не позволяет сдвигаться защитной стенке 62 в заднее положение, поэтому она создает защитные цепи патрона. На боевые электроды 58 и электроды холостого разряда 59 подаются импульсы электрического тока высокого напряжения и ЭШУ может применяться только для контактного воздействия на цель.
Для дистанционного воздействия на цель требуется перевести предохранитель 61 в нижнее положение. Дальнейшее нажатие на кнопку включения 63 позволяет передвинуться защитной стенке 62 в заднее положение для размыкания защитных цепей патрона и создания цепи инициирования патрона. После создания цепи инициирования на боевые электроды 58 подаются импульсы электрического тока высокого напряжения. В том случае, если в магазине ЭШУ находится патрон на позиции инициирования, то он инициируется импульсами тока высокого напряжения с боевых электродов. Происходит дистанционное поражение цели. Дальнейшее отпускание кнопки включения 63 сбрасывает использованный патрон из магазина 70 и подается новый патрон на позицию инициирования с одновременным созданием для него защитной цепи.
Отличительной особенностью патрона и устройств, выполненных на его основе, является то, что его конструкция, предлагаемый принцип эксплуатации в составе ЭШУ позволяют при любых повреждениях диэлектрических элементов конструкции ЭШУ и в любых климатических условиях эксплуатации ЭШУ гарантированно исключить при холостом разряде и контактном применении несанкционированное инициирование барических разрядников патрона:
- лавинными токами утечки с коронирующего боевого электрода;
- лавинными токами утечки с коронирующих частей электрической схемы ЭШУ от прихода в нее высоковольтных электромагнитных всплесков перенапряжения из вторичной обмотки высоковольтного трансформатора;
- токами высокого напряжения электрической дуги с боевых либо холостых электродов.
Таким образом заявленное изобретение позволяет повысить эксплуатационную эффективность - эффективность стрельбы, надежность, маневренность, безопасность в обращении, удобство обслуживания, простота содержания:
- эффективность стрельбы при поражении цели (обеспечивается точностью (меткостью) выстрела) за счет: стабилизации снаряда в полете за счет смещенного центра тяжести и приложения силы стабилизации к поворотной скобе (по продольной оси снаряда); стабильной начальной скорости снаряда за счет доступа воздуха за снаряд; наличием поверхности для позиционирования на позиции выстрела; не использование мускульной силы стрелка для проведения выстрела.
- маневренность при поражении нескольких целей обеспечивается за счет: возможности использования более чем одной линии поражения; возможности переключения режима каждой линии (контактный или дистанционный) без сброса патрона; возможности возобновления поражения цели ранее инициированным патроном; возможности установки дополнительного оборудования.
- безопасность в обращении обеспечивается защитой патронов от несанкционированного срабатывания в различных климатических условиях при контактном использовании устройства или холостом включении: созданием защитной цепи для патронов в каждой шахте; наличием тактильных меток для указательного пальца; наличием защитной скобы кнопки включения.
- эффективность контактного применения против одиночной цели обеспечивается: наличием нескольких групп боевых электродов для контактного воздействия на цель.
- удобство обслуживания обеспечивается возможностью установки съемного источника электрического питания.
1. Патрон ручного многозарядного электрошокового устройства, характеризующийся тем, что содержит корпус из диэлектрического материала с двумя каналами, в которых размещаются метаемые снаряды, контактирующие с ними подвижные пыжи и барические разрядники с электроконтактами, при этом корпус выполнен с пазухами для укладки проводов, каждый из которых соединен с одной стороны с метаемым снарядом, а с другой - с электроконтактами укладок провода, и шторками для закрытия каналов и соответствующих им пазух для укладки проводов.
2. Патрон по п. 1, характеризующийся тем, что в каждом канале между снарядом и шторкой размещена разрезная втулка.
3. Патрон по п. 1, характеризующийся тем, что корпус закрыт задней крышкой и передней крышкой, удерживающей шторки для закрытия каналов и соответствующих им пазух для укладки проводов в корпусе.
4. Патрон по п. 1, характеризующийся тем, что метаемые снаряды содержат металлический зонд с элементом для закрепления на цели, оперение из диэлектрического материала и поворотную скобу для присоединения укладки провода.
5. Патрон по п. 2, характеризующийся тем, что каждый канал содержит пазы для размещения ребер оперения метаемого снаряда.
6. Патрон по п. 3, характеризующийся тем, что корпус имеет поверхность для позиционирования в электрошоковом устройстве на позиции инициирования.
7. Патрон по п. 6, характеризующийся тем, что корпус имеет поверхность для организации механизма автоматического или ручного сброса после инициирования.
8. Патрон по п. 5, характеризующийся тем, что в каждом канале размещена барьерная шайба из диэлектрического материала.
9. Патрон по п. 1, характеризующийся тем, что электроконтакты барических разрядников электрически соединены с расположенными на внешней поверхности корпуса соответствующими им электроконтактами.
10. Ручное многозарядное электрошоковое устройство, характеризующееся тем, что содержит корпус из диэлектрического материала, в котором размещены блок управления, источник электрического питания, импульсный преобразователь, по меньшей мере один высоковольтный трансформатор, при этом на корпусе установлена группа боевых электродов с группой электродов холостого разряда по количеству высоковольтных трансформаторов, предохранитель, кнопка включения, при этом корпус имеет шахты для патронов по количеству высоковольтных трансформаторов, по меньшей мере один патрон, расположенный в соответствующей шахте, переключатели режима воздействия для каждой шахты, подвижную стенку для каждой шахты, соединенную механически с переключателем режима данной шахты, перемычку для создания цепи инициирования для каждой шахты, кнопку ручного сброса патрона для каждой шахты, при этом патрон выполнен по любому из пп. 1-9.
11. Устройство по п. 10, характеризующееся тем, что корпус имеет неровности между боевыми и холостыми электродами, и/или поверхность для присоединения дополнительного оборудования, и/или промежуточные металлические электроды между электродами холостого разряда.
12. Устройство по п. 10, характеризующееся тем, что предохранитель интегрирован в переключатель режима воздействия для одной из шахт - выполнен трехпозиционным.
13. Устройство по п. 10, характеризующееся тем, что подвижная стенка для одной из шахт соединена механически с кнопкой включения для автоматического сброса отстрелянного патрона при отпускании кнопки включения.
14. Устройство по п. 10, характеризующееся тем, что содержит подпружиненный подаватель в шахтах для подачи патрона на позицию выстрела.
15. Устройство по п. 10, характеризующееся тем, что дополнительно содержит открытый прицел и/или лазерный целеуказатель для прицеливания.
16. Устройство по п. 10, характеризующееся тем, что дополнительно содержит гнездо с системой фиксации для присоединения ключа или гнездо с системой фиксации для присоединения бесконтактного электронного ключа.
17. Устройство по п. 10, характеризующееся тем, что источник электрического питания выполнен съемным.
18. Устройство по п. 10, характеризующееся тем, что на подвижной стенке выполнены перемычки для формирования защитной цепи.
19. Устройство по п. 13, характеризующееся тем, что на корпусе выполнена поверхность для защиты кнопки включения от случайного нажатия и/или специальные тактильные метки для указательного пальца.
20. Устройство по п. 10, характеризующееся тем, что патроны в каждую шахту установлены в виде съемного магазина.
21. Устройство по п. 10, характеризующееся тем, что блок управления имеет настройку параметров работы устройства и получения данных об истории эксплуатации и применении устройства посредством проводного соединения с компьютером или дистанционного соединения при помощи программного обеспечения к мобильному устройству, и/или считыватель кода бесконтактного ключа, и/или модуль для определения местонахождения устройства, и/или кнопку для передачи оператором ЭШУ сообщения о тревожной ситуации, и/или контроллер с антенной и модулем идентификации для беспроводной связи с внешними устройствами.
