[go: up one dir, main page]

RU2816730C1 - Electric pyro cartridge based on diode laser - Google Patents

Electric pyro cartridge based on diode laser Download PDF

Info

Publication number
RU2816730C1
RU2816730C1 RU2023105164A RU2023105164A RU2816730C1 RU 2816730 C1 RU2816730 C1 RU 2816730C1 RU 2023105164 A RU2023105164 A RU 2023105164A RU 2023105164 A RU2023105164 A RU 2023105164A RU 2816730 C1 RU2816730 C1 RU 2816730C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ignition
electric
laser
charge
housing
Prior art date
Application number
RU2023105164A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Фарид Хабибуллович Абдрахманов
Сергей Николаевич Мышкин
Александр Сергеевич Карсаков
Владимир Алексеевич Новиков
Геннадий Александрович Глебов
Юрий Кириллович Евдокимов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Application granted granted Critical
Publication of RU2816730C1 publication Critical patent/RU2816730C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of ignition of powder and pyrotechnic charges, which are actuated by means of optical means, and namely to a laser pyro cartridge. Electric pyro cartridge based on a laser diode comprises a housing, an igniting charge located inside the housing and limited by a protective cover, an insulator and electric contacts. In the insulator there is a laser diode. Charge ignition initiator is a laser beam. Through window is made in the pyro cartridge housing to direct the laser beam. Laser beam is directed by means of a quartz glass fiber light guide passing from the laser diode through the through window.
EFFECT: creation of a reliable unified device for ignition of charges.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области воспламенения пороховых и пиротехнических зарядов, приводимых в действие с помощью оптических средств.The invention relates to the field of ignition of powder and pyrotechnic charges actuated by optical means.

Известен электрический пиропатрон, включающий в себя корпус, воспламенительный заряд, расположенный внутри корпуса и закрытый крышкой, изолятор, электрические контакты, мостик накаливания внутри заряда (Фахрутдинов И.Х., Котельников А.В. Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива. М. Машиностроение, 1987 - 328 с. ил., стр. 209).An electric squib is known, which includes a housing, an ignition charge located inside the housing and closed with a lid, an insulator, electrical contacts, an incandescent bridge inside the charge (Fakhrutdinov I.Kh., Kotelnikov A.V. Design and design of solid fuel rocket engines. M. Mechanical Engineering, 1987 - 328 pp. ill., p. 209).

Принцип работы пиропатрона заключается в следующем. Электрический ток подается на два контакта электрического разъема, между которыми расположен мостик накаливания, например, из нихромовой проволоки 0,02…0,04 мм. Под действием тепла от разогретого мостика накаливания воспламеняется заряд воспламенителя, который может состоять из одного, двух и трех компонент. В рассматриваемом устройстве воспламенительный заряд состоит из инициирующей смеси, расположенной вокруг мостика накаливания, передаточного состава и основного состава смеси.The operating principle of the squib is as follows. Electric current is supplied to two contacts of the electrical connector, between which there is an incandescent bridge, for example, made of 0.02...0.04 mm nichrome wire. Under the influence of heat from a heated incandescent bridge, the igniter charge, which can consist of one, two or three components, ignites. In the device under consideration, the ignition charge consists of an initiating mixture located around the filament bridge, a transfer composition and the main composition of the mixture.

Образующиеся при воспламенении заряда высокотемпературные продукты сгорания используются для поджига различных пиротехнических и воспламенительных устройств, а также в качестве источника давления при срабатывании различных механизмов автоматики.The high-temperature combustion products formed when the charge is ignited are used to ignite various pyrotechnic and ignition devices, as well as as a source of pressure when various automatic mechanisms are triggered.

К недостаткам данного электрического пиропатрона можно отнести следующее:The disadvantages of this electric squib include the following:

1. Сложность изготовления и дороговизна.1. Complexity of manufacture and high cost.

2. Возможность непредсказуемого срабатывания пиропатрона под действием разряда статического электричества, возникающем на техническом устройстве, а также под воздействием электромагнитной индукции, приводящих к возникновению электрического тока в мостике накаливания и воспламенению пиротехнического заряда.2. The possibility of unpredictable operation of the squib under the influence of a discharge of static electricity that occurs on a technical device, as well as under the influence of electromagnetic induction, leading to the emergence of an electric current in the incandescent bridge and ignition of the pyrotechnic charge.

3. Для предотвращения воспламенения пороховых и пиротехнических зарядов в результате непредсказуемого срабатывания пиропатрона возникает необходимость применения сложных механических предохранительных устройств (Вспомогательные системы ракетно-космической техники. Перевод с англ. М. «Мир», 1970 г., стр. 185…215).3. To prevent the ignition of powder and pyrotechnic charges as a result of unpredictable operation of the squib, there is a need to use complex mechanical safety devices (Auxiliary systems of rocket and space technology. Translation from English. M. "Mir", 1970, pp. 185...215).

Известны электровоспламенительные устройства: патент RU 2180724, опубликован 20.03.2002; патент RU 2196954 от 20.01.2003; патент RU 2401412, опубликован 10.10.2010; патент RU 2527985, опубликован 10.09.2014, в которых предприняты попытки защитить электровоспламенительные устройства от разряда статического электричества, которое на некоторых изделиях может достигать 1000-1500 В. Отмеченные выше устройства чрезвычайно сложны и обеспечивают лишь частичную защиту от срабатывания электровоспламенительного устройства (пиропатрона) при возникновении и накоплении на изделии статического электричества.Known electric ignition devices: patent RU 2180724, published 03/20/2002; patent RU 2196954 dated January 20, 2003; patent RU 2401412, published 10.10.2010; patent RU 2527985, published on September 10, 2014, in which attempts are made to protect electric igniter devices from the discharge of static electricity, which on some products can reach 1000-1500 V. The above devices are extremely complex and provide only partial protection against operation of the electric igniter device (squib) when the occurrence and accumulation of static electricity on the product.

Известен патент RU 2196292, опубликованный 01.10.2003, в котором предложена конструкция, позволяющая избежать нежелательного срабатывания электрозапала (пиропатрона) от электрического тока в мостике накаливания в результате электромагнитной индукции, например, под действием высокочастотного излучения. Однако, данное устройство чрезвычайно сложно и не спасает от разряда статического электричества.There is a well-known patent RU 2196292, published on 10/01/2003, which proposes a design to avoid unwanted activation of an electric igniter (squib) from an electric current in an incandescent bridge as a result of electromagnetic induction, for example, under the influence of high-frequency radiation. However, this device is extremely complex and does not protect against static electricity discharge.

Известен патент RU 2642764 С2, опубликованный 08.08.2018, «Твердотопливный ракетный двигатель (варианты)», в котором воспламенительное устройство или непосредственно само твердое топливо поджигается с использованием интенсивного лазерного луча. Основной задачей изобретения является повышение надежности воспламенения твердого топлива и снижение вероятности самопроизвольного запуска двигателя. Недостатком данного изобретения является длительное время выхода двигателя на устоявшийся режим работы ввиду малого начального давления в камере сгорания РДТТ, что делает невозможным применение его в РДТТ с большим свободным объемом. Также в качестве недостатка предложенных в патенте технических решений следует отметить то, что они требуют разработки каждый раз оригинальной отдельной системы воспламенения.There is a known patent RU 2642764 C2, published on 08.08.2018, “Solid propellant rocket engine (variants)”, in which the ignition device or the solid fuel itself is ignited using an intense laser beam. The main objective of the invention is to increase the reliability of solid fuel ignition and reduce the likelihood of spontaneous engine starting. The disadvantage of this invention is the long time it takes for the engine to reach a stable operating mode due to the low initial pressure in the combustion chamber of the solid propellant rocket engine, which makes it impossible to use it in solid propellant rocket engines with a large free volume. Also, as a disadvantage of the technical solutions proposed in the patent, it should be noted that they require the development of an original separate ignition system each time.

Основная цель предлагаемого изобретения - создание надежного унифицированного (стандартизированного) воспламенительного устройства широкого применения. В качестве прототипа выберем электрический пиропатрон, описанный в самом начале заявки на изобретение из книги Фахрутдинова И.Х., Котельникова А.В. на стр. 209.The main goal of the proposed invention is to create a reliable unified (standardized) ignition device for wide application. As a prototype, we will choose an electric squib described at the very beginning of the application for an invention from the book by Fakhrutdinov I.Kh., Kotelnikov A.V. on page 209.

Схема предлагаемого устройства представлена на Фиг. 1. В состав электрического пиропатрона входят: корпус 1, воспламенительный заряд 2, защитная крышка 3, изолятор 6, задняя крышка 7, электрические контакты 8. Основным отличием от прототипа является то, что вместо мостика накаливания для поджига или воспламенения заряда используется луч лазерного диода 5, к которому подведены электрические контакты 8. Для направления лазерного луча на воспламенительный заряд в корпусе пиропатрона предусмотрено окно 4 (отверстие). Окно может быть выполнено сквозным или застекленным, например, кварцевым стеклом. При подаче электрического тока на контакты лазерного диода он генерирует световой луч, который фокусируется на поверхности заряда и воспламеняет его. Образующиеся продукты сгорания заряда вышибают защитную крышку и приводят в действие воспламенительное устройство (воспламенитель), либо какой-нибудь запорный или другой механизмы.The diagram of the proposed device is shown in Fig. 1. The electric squib includes: body 1, ignition charge 2, protective cover 3, insulator 6, back cover 7, electrical contacts 8. The main difference from the prototype is that instead of an incandescent bridge, a laser diode beam is used to ignite or ignite the charge 5, to which electrical contacts 8 are connected. To direct the laser beam to the ignition charge, a window 4 (hole) is provided in the squib body. The window can be made through or glazed, for example, quartz glass. When electric current is applied to the contacts of a laser diode, it generates a light beam that focuses on the surface of the charge and ignites it. The resulting combustion products of the charge knock out the protective cover and activate the ignition device (igniter), or some kind of locking or other mechanism.

Авторами заявки были проведены испытания лазерных диодов различной световой мощности. Так, лазерный диод мощностью 4 Вт с диаметром фокусного пятна 1 мм воспламенил заряд конденсированного высокоэнергетического вещества через 0,02 с. Интенсивность лучистого теплового потока к веществу составила 5,1×103 кВт/м2.The authors of the application tested laser diodes of various light powers. Thus, a 4 W laser diode with a focal spot diameter of 1 mm ignited a charge of condensed high-energy matter in 0.02 s. The intensity of the radiant heat flux to the substance was 5.1×10 3 kW/m 2 .

Процесс поджига заряда включал предварительный нагрев поверхности заряда, воспламенение и выход на стационарный режим горения. При использовании в качестве заряда навески дымного пороха процесс воспламенения происходил практически мгновенно. Эксперименты показали, что при использовании лазерного диода в качестве инициатора зажигания нет необходимости использования инициирующего и передаточного зарядов, металлизированное высокоэнергетическое вещество возможно воспламенять напрямую.The process of igniting the charge included preheating the surface of the charge, ignition and reaching a stationary combustion mode. When using black powder as a charge, the ignition process occurred almost instantly. Experiments have shown that when using a laser diode as an ignition initiator, there is no need to use initiating and transfer charges; a metallized high-energy substance can be ignited directly.

Авторами заявки были проведены аналогические испытания с лазерным диодом, имеющим волоконный вывод. В этом лазере световой луч выходит через кварцевое стекловолокно 9 через окно 4, как показано на Фиг. 2. Применение данного световода совершенствует конструкцию электрического пиропатрона, так как такой лазер имеет более высокий КПД по сравнению с обычным. В эксперименте был применен лазер со световодом из кварца диаметром 0,105 мм. Световая мощность лазера изменялась в пределах 1…10 Вт. Эксперименты показали, что малый диаметр световода позволяет получить необходимый тепловой поток к веществу при относительно небольшой мощности лазерного диода.The authors of the application carried out similar tests with a laser diode having a fiber output. In this laser, the light beam exits through the quartz glass fiber 9 through the window 4, as shown in FIG. 2. The use of this light guide improves the design of the electric squib, since such a laser has a higher efficiency compared to a conventional one. In the experiment, a laser with a quartz light guide with a diameter of 0.105 mm was used. The laser light power varied within 1…10 W. Experiments have shown that the small diameter of the light guide makes it possible to obtain the necessary heat flux to the substance with a relatively low power of the laser diode.

В зависимости от навески порохового заряда, а также от марки топлива навески возможно использовать либо лазерный луч, либо световод, что позволяет обеспечивать наиболее полное сгорание топлива в навеске и максимально сократить время выхода двигателя на режим.Depending on the weight of the powder charge, as well as the type of fuel in the sample, it is possible to use either a laser beam or a light guide, which allows for the most complete combustion of the fuel in the sample and minimizes the time it takes for the engine to reach operating mode.

Claims (1)

Электрический пиропатрон на основе лазерного диода, содержащий корпус, воспламенительный заряд, расположенный внутри корпуса и ограниченный защитной крышкой, изолятор, электрические контакты, отличающийся тем, что в изоляторе расположен лазерный диод, инициатором воспламенения заряда является лазерный луч, а для направления лазерного луча в корпусе пиропатрона выполнено сквозное окно, при этом лазерный луч направлен посредством световода из кварцевого стекловолокна, проходящего от лазерного диода через сквозное окно.An electric squib based on a laser diode, containing a housing, an ignition charge located inside the housing and limited by a protective cover, an insulator, electrical contacts, characterized in that a laser diode is located in the insulator, the initiator of ignition of the charge is a laser beam, and for directing the laser beam in the housing The squib has a through window, and the laser beam is directed through a quartz fiberglass light guide passing from the laser diode through the through window.
RU2023105164A 2023-03-06 Electric pyro cartridge based on diode laser RU2816730C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2816730C1 true RU2816730C1 (en) 2024-04-03

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3812783A (en) * 1972-08-03 1974-05-28 Nasa Optically detonated explosive device
RU2427786C1 (en) * 2010-02-24 2011-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ - ВНИИЭФ") Detonator based on light-sensitive explosive
JP2013057447A (en) * 2011-09-08 2013-03-28 Nof Corp Laser ignition type ignition tool
RU2596171C1 (en) * 2015-08-24 2016-08-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Laser detonator
US9618307B1 (en) * 2013-03-28 2017-04-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Disposable, miniature internal optical ignition source for ammunition application

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3812783A (en) * 1972-08-03 1974-05-28 Nasa Optically detonated explosive device
RU2427786C1 (en) * 2010-02-24 2011-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ - ВНИИЭФ") Detonator based on light-sensitive explosive
JP2013057447A (en) * 2011-09-08 2013-03-28 Nof Corp Laser ignition type ignition tool
US9618307B1 (en) * 2013-03-28 2017-04-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Disposable, miniature internal optical ignition source for ammunition application
RU2596171C1 (en) * 2015-08-24 2016-08-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Laser detonator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5673550A (en) Laser initiated non-linear fuel droplet ignition
US3618526A (en) Pyrotechnic pumped laser for remote ordnance initiation system
US3408937A (en) Light energized explosive device
US4947640A (en) Gas turbine engine photon ignition system
US3601054A (en) Method and apparatus for electromagnetically initiating ordnance
US3427118A (en) Ignition device for oil-fired boilers
NO301739B1 (en) Device for ignition of pyrotechnic material
US6276276B1 (en) Thin-film optical initiator
US6499404B1 (en) Ignition element with a laser light source
US3351012A (en) Explosive bridgewire initiators
RU2816730C1 (en) Electric pyro cartridge based on diode laser
US7784403B2 (en) Optically doped energetic igniter charge
US5148748A (en) Optical detonator
US3351016A (en) Explosive arming and firing system
Ahmad et al. Studies into laser ignition of confined pyrotechnics
Gerasimov et al. Optical initiation of polymer containing formulations of azole metal complexes
US3264991A (en) Focused exploding bridge wire assembly for electric igniters
RU206625U1 (en) LASER PYRO ENERGY SENSOR
KR950001328B1 (en) Gas turbine engine photon ignition system
RU2406863C1 (en) Method of multiple laser ignition of rocket fuel mixtures and device for its implementation
RU85620U1 (en) DEVICE OF MULTIPLE LASER IGNITION OF ROCKET FUEL FUEL MIXTURES
RU2815364C2 (en) Optical pyrotechnic initiator
US3300968A (en) Laser initiated rocket type igniter
RU2086898C1 (en) Explosive device
RU212226U1 (en) LASER IQUIT