Неконтактная аппаратура мин

Применение контактных взрывателей в современных условиях недостаточно эффективно, т. к. при постановке против надводных кораблей мины устанавливаются на незначительных углублениях, что позволяет достаточно легко их обнаружить. Некоторые сложности возникают при постановке таких мин в районах с сильными приливами и отливами (при приливе мина может оказаться значительно ниже заданного углубления, а при отливе на поверхности моря). Кроме того, для создания минного заграждения с заданной эффективностью требуется большое количество мин, а следовательно, и большое количество их постановщиков. Значительное влияние на эффективность и срок службы мин с контактными взрывателями оказывают гидрометеоусловия (шторм, течение, перепады температур).

Поэтому большинство современных мин снабжаются неконтактными взрывателями, реагирующими на физические поля корабля.

Неконтактным взрывателем (НВ) называется комплекс устройств, осуществляющих подрыв заряда мины при прохождении корабля - цели на некотором расстоянии от мины без непосредственного контакта с ней, что вызывается воздействием на НВ физического поля корабля или физического поля, созданного самим взрывателем и отраженного корпусом корабля.

Наибольшее распространение нашли магнитные, акустические, электрические, гидродинамические и комбинированные НВ. Но взрыватели, реагирующие только на одно физическое поле корабля, обладают слабой помехоустойчивостью и избирательностью. Поэтому в современных минах используются комбинированные НВ, в состав которых входит несколько каналов, реагирующих на различные ФПК одновременно или последовательно. Такие взрыватели имеют высокую помехоустойчивость при хорошей локальности и защищены от воздействия неконтактных трапов. По назначению каналы делятся на дежурные и боевые.

Дежурный канал в течение всего срока службы находится в рабочем состоянии. Поэтому, в качестве дежурных каналов обычно выбирают менее энергоемкие (магнитные, индукционные, пассивные акустические). Дежурный канал обеспечивает включение боевого канала при входе корабля - цели в зону реагирования своих приемных устройств.

Боевой канал срабатывает при входе корабля в зону реагирования его воспринимающего устройства и осуществляет подключение питания на исполнительное устройство при достижении кораблем - целью зоны разрушительного действия ВВ (зоны поражения мины).

В минах с движущимися боевыми частями имеется устройство, по конструкции аналогичное НВ, но предназначенное для определения места цели относительно мины и обеспечения старта боевой части. Это устройство называется неконтактным отделителем (НО).

НВ (НО), срабатывающие при воздействии на мину физических полей корабля, называются пассивными, а срабатывающие от искажения присутствием корабля поля, создаваемого самим взрывателем, активными.

НВ (НО) пассивного типа (рис. 1.8, а) состоит из воспринимающего устройства (ВУ), программно-анализирующее устройства (ПАУ) и исполнительного устройства (ИУ).

а

б

Рис.1 .6. Структурные схемы НВ (НО) пассивного (а), и активного (б) действия

Воспринимающее устройство (ВУ) служит для восприятия воздействия физического поля корабля и преобразования этого воздействия в электрический сигнал, который подается в программно-анализирующее устройство (ПАУ). Программно-анализирующее устройство осуществляет усиление и выделение полезного сигнала на фоне помех, его анализ, формирование сигнала на исполнительное устройство (ИУ). Исполнительное устройство дежурных канала обеспечивает подготовку к работе и включение в нее боевого канала, а в боевых каналах обеспечивает подачу питания на запальное устройство (в минах со стационарными боевыми частями) или на запуск двигателя и отделение мины от якоря (а минах с двигающимися боевыми частями).

НВ (НО) активного типа (см. рис. 1.8, б), в дополнение к элементам НВ пассивного типа, имеет излучающее устройство (ИзУ), которое создает собственное физическое поле мины и генератор импульсов (ГИ), который подает импульсы на ИзУ.

Искажение (отражение) кораблем излучаемого сигнала воспринимается и преобразуется воспринимающим устройством в электрический сигнал, в остальном действие схемы аналогично пассивному каналу.

Пассивные и активные каналы НВ (НО) имеют ряд положительных и отрицательных качеств, влияющих на тактические свойства мины. Например: пассивные каналы НВ воспринимают первичные физические поля корабля (т.е. те ФПК, которые излучает сам корабль), обеспечивая тем самым скрытность мины. Кроме того, для работы пассивного канала НВ практически не требуется затрат электроэнергии. Но такие каналы имеют слабые возможности по классификации цели: сложно выделить полезный сигнал на фоне помех. Также пассивный канал НВ легко обмануть путем создания искусственного ФПК с помощью неконтактного трала.

Активные же НВ обладают хорошей возможностью по классификации цели, т. к. они сами излучают в пространство импульсы и воспринимают отраженный от корпуса корабля сигнал (вторичное поле). Для получения хорошего отраженного сигнала необходим корпус корабля. Но работа таких каналов НВ легко обнаруживается техническими средствами корабля, т.е. мина обнаруживает себя - снижается скрытность. На работу генератора импульсов необходимой мощности затрачивается значительное количество энергии.

Т.е. получается, что пассивные и активные каналы НВ по своим свойствам взаимно противоположные. Поэтому в современных минах используются НВ (НО) активно-пассивного типа. Пассивные каналы НВ используются в качестве дежурных каналов, а активные - в качестве боевых.

Рассмотрим физические основы построения воспринимающих устройств НВ (ПО), которые создаются с учетом срабатывания от определенного ФПК. В расчете на срабатывание от воздействия магнитного поля корабля на минах могут устанавливаться воспринимающие устройства двух типов: магнитные (магнитостатические), реагирующие на вертикальную составляющую магнитного поля корабля , и индуктивные (магнитодинамические), созданные в расчете на горизонтальную составляющую магнитного поля корабля, изменяющуюся во времени (производную по времени от горизонтальной составляющей магнитного поля корабля).

В магнитном воспринимающем устройстве изменение значения напряжённости магнитного поля (при приближении корабля) вызывает колебание магнитной стрелки. Отклонившись от исходного Положения на определенный угол, магнитная стрелка замыкает контакт, вызывая срабатываний схемы НВ. Такой НВ срабатывает под кораблем как движущимся, так и неподвижным (стоящем на стопе), но во взрывателе должно быть устройство, автоматически компенсирующее магнитное поле земли. Из-за этого он сложен по конструкции и дорог в изготовлении. Поэтому 'большее распространение получили НВ с индукционными каналами.

Воспринимающим устройством такого НВ (рис. 1.9) является индукционная катушка, которая состоит из сердечника 1, выполненного из магнитомягкого материала, катушки 2 (порядка 30 000 витков) и усилителя 3. При прохождении над миной корабля в витках катушки индуцируется ЭДС, вызванная изменяющимся во времени его магнитным полем, чем и обеспечивается срабатывание НВ. Такой взрыватель срабатывает только под кораблем, имеющим ход.

Рис.1.9. Воспринимающее устройство индукционного канала

Акустическое поле корабля возникает вследствие работы различных механизмов корабля, вибрации фундамента корабельных двигателей, вращения гребных винтов, потоков воды, обтекающих корпус корабля, и характеризуется широким диапазоном частот. Поэтому в акустических каналах (НВ) мин используются инфразвуковые, звуковые и ультразвуковые воспринимающие устройства.

В качестве приемников поля низкой частоты используют электродинамические приемники (ПНЧ), которые устанавливаются внутри корпусе мины и жестко крепятся к нему. В корпусе ПНЧ (рис. 1.10) размещены две рабочие катушки 1. Внутри этих катушек помещен постоянный магнит 2, на резонансной пластине 3 с грузом 4. Перемещением груза по пластине можно изменить собственную частоту колебаний магнита. Акустические колебания, создаваемые кораблем, передаются через водную среду корпусу мины (соответственно к корпусу ПНЧ), что заставляет колебаться пластину с магнитом. Перемещение магнита в катушках обеспечивает возникновение, а них ЭДС. которая через усилитель подается на исполнительную часть НВ.

рис. 1.10. Акустический приемник низкой частоты (ПНЧ)

Воспринимающими устройствами акустического канала звукового диапазона являются угольные гидрофоны и дифференциальные электромагнитные акустические устройства (ДЭМ).

Основным элементом угольного гидрофона (рис. 1.11) является капсюль 8, имеющий неподвижный 2 и подвижный 4 электроды, между которыми помещен угольный порошок 3. Неподвижный электрод соединен с мембраной гидрофона 1. Подвижный электрод с инерционным грузом 7 закреплен на слюдяной диафрагме 6. При воздействии переменного давления звуковой частоты мембрана гидрофона начинает вибрировать. Колебания мембраны передаются корпусу микрофонного капсюля и через гибкую слюдяную диафрагму подвижному электроду с грузом. В силу инерции подвижного электрода и жестко соединенного с ним груза расстояние между подвижным и неподвижным электродами изменяется, что изменяет степень сжатия угольного порошка. При сжатии угольного порошка изменяются его сопротивление, вследствие чего в цепи питания гидрофона протекает пульсирующий ток, который после трансформирования и последующего выпрямления подается на реле и далее в схему НВ.

Рис.1. 11. Угольный гидрофон

ДЭМ (рис. 1.12) обычно устанавливается в минах, которые имеют большие глубины постановки. В этих приемниках воспринимающей мембраной служит корпус мины, колебания которой воспринимаются грузами 1 и усиливаются консолью 2. Вследствие такой системы передачи колебаний электроды 3 и 4 получают значительное перемещение относительно друг друга, что позволяет увеличить переменное напряжение на них.

Достоинством рассмотренных акустических устройств является малый расход электроэнергии. Поэтому они, в основном, применяются в качестве дежурных каналов мин.

В качестве воспринимающих устройств ультразвуковых колебаний используются пьезоэлектрические и магнитострикционные преобразователи.

Рис. 1.12. Схема устройства ДЭМ

Рис.1.13. Пьезоэлектрический преобразователь

Основным элементами пьезоэлектрического преобразователя (рис. 1.13) являются пьезоэлемент 3 (титанат бария). На плоские стороны пьезоэлемента нанесены серебряные электроды 4. К одному из них приклеена бронзовая мембрана 2, к другому токоведущий провод 6. Для создания оптимальных условий работы весь преобразователь зажат между корпусом мины 1 и изолятором 5.

Пьезоэлемент обладает свойством деформироваться под действием приложенного к его электродам электрического напряжения, а также создавать на этих электродах электрические заряды под действием механических усилий (пьезоэффект). В режиме излучения на электроды пьезоэлемента периодически подаются высокочастотные импульсы электрического напряжения. Под действием этих импульсов пьезоэлемент колеблется и через мембрану посылает ультразвуковые колебания в окружающую среду. В режиме приема на пьезоэлемент через мембрану действуют ультразвуковые колебания, вызывающие деформацию пьезоэлемента. В результате между электродами возникает электрическое напряжение ультразвуковой частоты. Это напряжение с пьезоэлемента снимается и подается в программно-анализирующее устройство НВ(НО).

Действие магнитострикционного преобразователя (рис. 1.14) основано на использовании магнитострикционного эффекта ферромагнитных тел. Магнитострикционный эффект - это свойство некоторых металлов (никель и другие ферромагнетики) изменять свои параметры под влиянием магнитного поля и, наоборот, изменять магнитные свойства под действием механической нагрузки Основными элементами магнитострикционного преобразователя являются пакет из никелевых пластин 1 и обмотка 2. Ультразвуковые колебания действуют на рабочую поверхность пакета, пакет деформируется, и его магнитный поток изменяется, Меняющийся магнитный поток наводит ЭДС в обмотке преобразователя.

Рис.1.14. Магнитострикционный преобразователь

В качестве воспринимающих устройств гидродинамического поля корабля используются скомпенсированные реле давления. Наиболее распространены жидкостные реле называемые гидродинамическими приемниками (рис.1.15). Гидродинамическое поле корабля возникает в результате перераспределения скоростей частиц жидкости в пространстве, прилегающем к движущемуся кораблю. Это приводит к изменению давления в водной среде, окружающей корабль. Проходная характеристика гидродинамического поля под килем корабля на определенной глубине имеет вид, показанный на рис. 1.3. Из рисунка видно, что протяженность области пониженного гидродинамического давления составляет около 0,7 длины корабля. Гидродинамические приемники (ГДП) реагируют на понижение давления.

Рис. 1.15. Гидродинамический приемник

ГДП всегда находятся под воздействием помех, создаваемых окружающей средой. Природными гидродинамическими помехами являются приливоотливные колебания уровня моря и ветровые волны. Для защиты гидродинамических воспринимающих устройств от этих помех принцип их устройства основывают на резком различии ускорения изменения гидродинамического давления, вызванного прохождением корабля (полезный сигнал), и ускорения изменения давления во времени приливно-отливных давлений (сигнал помехи). Поэтому рабочий поршень ГДП перемещается пропорционально не скорости изменения внешнего давления, а его ускорению. Это достигается введением с конструкцию приемника специальной гофрированной коробочки, отделяющей рабочий поршень от приемкой камеры, и примененном в конструкции приёмника системы калиброванных каналов и клапанов. Внутренняя полость ГДП заполняется специальной (полисилоксановой) жидкостью, вязкость которой с изменением температуры почти не измеряется.

Действие гидродинамического воспринимающего устройства заключается в следующем. При погружении мины на грунт приемная камера сжимается под действием увеличивающегося с глубиной гидростатического давления. Вытесняемая из нее жидкость через перепускные каналы перетекает в компенсационную камеру. Этот процесс может продолжаться до 3,5 ч, после чего давление в камерах сравнивается и приемник приходит в рабочее положение. При прохождении корабля гидростатическое давление над миной понижается. Под действием разности давления происходит расширение приемной камеры и всасывание в нее через калиброванные каналы жидкости из компенсационной камеры. При этом давление вокруг гофрированной коробки падает, и она тоже расширяется, т.е. под нее также будет засасываться жидкость из компенсационной камеры. Направленное движение жидкости приводит к перемещению рабочего поршня вверх и поджатию пружины толкателя. Толкатель, в свою очередь, перемещается до замыкания контактов. При замыкании контактов на исполнительную часть канала НВ подается напряжение.

Защита ГДП от воздействия ветровых волн обеспечивается схемной выдержкой времени в релейном устройстве и внутренней выдержкой в приемнике. Повторяющиеся колебания рабочего поршня постепенно создают во внутренней полости гофрированной коробки избыточное давление по сравнению с компенсационной камерой, что и обеспечивает удержание поршня от замыкания контактов.

Защита ГДП от приливно-отливных явлений обеспечивается тем, что заотносительно медленное время изменения давления во внешней водной среде ГДП успевает перекомпенсироваться.

Для защиты ГДП от близких подводных взрывов в его конструкции предусмотрены инерционные клапаны, обеспечивающие перекрытие каналов сообщения приемной камеры с полостью исполнительного механизма.

Воспринимающие устройства электрических НВ (каналов).

Корпус корабля, винты, обтекатели ГАС изготовлены из различных металлов, кроме того, метал корпуса корабля химически неоднороден. Находясь морской воде, являющейся как бы электролитом, различные точки корпуса и других устройств составляют гальванические пары. Токи растекания между этими точками, проходя по металлу в воде, создают вокруг корпуса электрическое поле. Если в это поле поместить воспринимающее устройство в виде двух электродов, то в результате разности потенциалов электрического поля на электродах возникает ЭДС, которая фиксируется высокочувствительным прибором.

Но такой взрыватель не защищен от воздействия паразитных токов, Возникающих вследствие неоднородности материала электродов и воды, омывающей электроды.

Для защиты от природных помех, медленно изменяющихся во времени, взрыватель делается динамическим (пара электродов подключена к схеме мины через трансформатор). Для защиты от сильных' полей разомкнутых электромагнитных тралов, однородных на больших расстояниях, т.е. имеющих малый градиент, используется встречное включение пар электродов. Боевой канал градиентно-динамического типа. Кроме того, база между электродами защитного канала больше, чем между электродами боевого канала. Поэтому при Проходе электромагнитных тралов защитный канал срабатывает первый. Встречные включение электродов боевого канала также исключает его срабатывание в поле трала. Такие взрыватели наибольшее распространение нашли в противолодочных минах.