RU2816730C1 - Electric pyro cartridge based on diode laser - Google Patents
Electric pyro cartridge based on diode laser Download PDFInfo
- 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
Links
- WQGWDDDVZFFDIG-UHFFFAOYSA-N pyrogallol Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1O WQGWDDDVZFFDIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract 4
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 2
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 claims 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
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:
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
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)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2816730C1 true RU2816730C1 (en) | 2024-04-03 |
Family
ID=
Citations (5)
| 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)
| 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 |