MIKROMASKINERT ELLER MIKROGRAVERT SIKKERHETS- OG ARMERINGSINNRETNING

Transkript

1 1 MIKROMASKINERT ELLER MIKROGRAVERT SIKKERHETS- OG ARMERINGSINNRETNING Det tekniske området for oppfinnelsen er sikkerhets- og armeringsinnretninger for den pyrotekniske kjeden i et prosjektil og spesielt mikromaskinerte sikkerhets- og armeringsinnretninger. Sikkerhetsinnretninger (Dispositifs de Securité et d'armement = DSA) er velkjente. De omfatter generelt en skjerm som stenger en transmisjonskanal som forbinder en detonator og en pyroteknisk ladning. Skjermen er således anbrakt i transmisjonen av detonasjonsbølgen mellom detonatoren og ladningen og hindrer derved drift av den sistnevnte. Et av problemene med konvensjonelle enheter er deres størrelse. Delene er forholdsvis massive for å sikre avbrudd av den pyrotekniske kjeden. Drivmidler som gjør det mulig for skjermen å flyte, er nødvendigvis kraftige. Det benyttes som oftest fjærer som forblir spent under lagringsfasene og som kan føre til en forringelse av deres mekaniske egenskaper og en reduksjon i våpenets pålitelighet. 1 I de senere årene har det vært foreslått å fremstille alle eller deler av sikkerhetsinnretningene ved bruk av chips som omfatter elektromagnetiske elementer som er mikromaskinert eller mikrogravert enten i et element avsatt på et substrat eller direkte på substratet selv. Denne teknologien, kjent ved uttrykket MEMS (Micro Electro Mechanical System) muliggjør således i dag at mikromekanismer kan fremstilles som implementerer teknikker der det så muliggjør fremstilling av elektroniske integrerte kretser. 2 US beskriver en miniatyrinnretning, i henhold til innledningen av krav 1, og som også bruker MEMS-teknologien, men der den andre låsen betjenes ved akselerasjon og ikke ved sentrifugalkraften. En første lås frigis av en motvekt som, under akselerasjonen, vil bevege seg i den motsatte retningen mot virkningen av en fjær, vil frigjøre denne første låsen og festes til en stoppanordning. Den andre låsen blir frigjort fra en lask 9 og beveges av en aktuator som ikke er vist, som består av en pyrotek-

2 2 nisk blanding innført i en kanal. Som antydet i dette patentet, beveger den andre låsen seg fremover uten noen effekt av sentrifugalkraften. US beskriver en slik mikromaskinert sikkerhetsinnretning som innarbeider en lukker som bærer en pyroteknisk ladning og som glir ved innvirkning av sentrifugalkraften. Denne lukkeren er i seg selv holdt immobil ved hjelp av en lås som er laget for å trekke seg tilbake ved akselerasjonen for det avfyrte prosjektilet. En annen tippelås muliggjør at lukkeren frigjøres og beveges til den posisjon der den armeres av kraften av treghetsmomentet. Tippelåsen aktiveres av en gassgenererende, pyroteknisk blanding hvis tenning kontrolleres ved hjelp av elektroniske midler. En slik sikkerhets- og armeringsinnretning krever at to uavhengige omgivelsesbetingelser benyttes for å sikre armering: longitudinell avfyringsakselerasjon og sentrifugalakselerasjon. Denne doble sikkerheten muliggjør at innretningen stemmer overens med de strengeste standardene for prosjektilarmering og sikkerhet (STANAG 4187). 1 Det hele har imidlertid en komplisert struktur, og spesielt den andre låsen (tippelås) krever implementering av en pyroteknisk blanding så vel som midler for å tenne en slik blanding. Elektronikk må tilveiebringes for å styre funksjoneringen av denne MEMS som ikke er godt tilpasset bruk i medium kaliberammunisjon (kaliber mindre enn 40 mm), der det er lite tilgjengelig rom. Formålet med den foreliggende oppfinnelsen er å foreslå en mikromaskinert sikkerhets- og armeringsinnretning som er enkel i konstruksjon og i stand til å tilfredsstille de strengeste sikkerhetsbetingelsene, nemlig kravet om nærværet av to uavhengige omgivelsesbetingelser for at den skal være i stand til å bevege seg til armert posisjon. Innretningen ifølge oppfinnelsen implementerer 0 % mekanisk armering mens den sikrer pålitelig avbrudd av den pyrotekniske kjeden. 2 Således angår den foreliggende oppfinnelsen en mikromaskinert eller mikrogravert sikkerhets- og armeringsinnretning for en pyroteknisk kjede i et prosjektil der aksialdreining legges på etter avfyring, idet en slik innretning omfatter et substrat på hvilken det er anordnet en lukker for å bryte den pyrotekniske kjeden, idet lukkeren er mobil i translasjon på substratet, en innretning hvori den kjedebrytende lukkeren holdes immobil av minst to låser, en første lås (eller aksial akselerasjonslås) som frigis etter påføring av den akselerasjonen som gis prosjektilet under avfyring, og en andre lås, idet innretningen karakteriseres ved at den andre låsen er en sentrifugallås som frigis etter at prosjektilet har begynt å dreie seg, og ved at sentrifugallåsen omfatter

3 3 minst én låsefinger som er integral med substratet, idet fingeren holdes i et spor i lukkeren når den er i sin låseposisjon og holdes på plass ved hjelp av en mikromaskinert sentrifugalmotvekt som i sin tur er montert i stand til å gli i et hus i lukkeren. Sentrifugalmotvekten vil være montert i stand til å gli mot innvirkningen av en første fjæranordning. Bremsemidler kan tilveiebringes for å sinke bevegelsen av motvekten. Lukkeren selv kan fordelaktig gli ved innvirkning av sentrifugalkraften og mot virkningen av en andre fjæranordning. Låsefingeren kan være tildannet integralt med substratet ved hjelp av en fleksibel flik. I henhold til en spesiell utførelsesform, kan bremsemidlene omfatte lameller som er i ett med minst én av de fleksible flikene idet slike lameller kommer til gnidning mot en sideoverflate av motvekten. 1 Substratet vil fortrinnsvis omfatte en munning på hver side av lukkeren der aksen for disse munningene og således virkningsretningen for den pyrotekniske kjeden, er i det vesentlige parallell med lukkerplanet. Oppfinnelsen vil bli bedre forstått fra den følgende beskrivelsen av en spesiell utførelsesform idet denne beskrivelsen er foretatt under henvisning til de vedlagte figurene der: Fig. 1 er et skjematisk riss av et middels kaliberprosjektil som er utstyrt med en tenner som omfatter en sikkerhets- og armeringsinnretning ifølge oppfin- nelsen, Fig. 2 er et riss av en utførelsesform av sikkerhets- og armeringsinnretningen ifølge oppfinnelsen i sin sikkerhetsposisjon, og 2 Fig. 3a, 3b og 3c viser den samme innretningen under forskjellige trinn som fører til armering. Fig. 1 viser et prosjektil med middels kaliber (kaliber mindre enn 0 mm) som omfatter et legeme 2 som inneholder en eksplosiv ladning 3. Legemet 2 har en tenner 4 ved sin frontdel som er skrudd inn i et spor i kroppen 2. Tenneren 4 omfatter et hus 8 som inneholder en primærladning. Primærladningen er ment å tennes ved hjelp av en pyroteknisk kjede omfattende en detonator 6 og en forsinker 7 (alternativt kan denne

4 4 forsinkeren 7 utelates slik at detonatoren 6 i dette tilfellet tenner primærladningen direkte). Detonatoren 6 er en perkusjonsdetonator som tennes ved hjelp av en tennstift 9 i stand til å gli i en nese integral med huset 8 for tenneren 4. Når prosjektilet 1 treffer et mål blir tennstiften 9 slynget mot detonatoren 6. Tennstiften holdes på plass under lagrings- og avfyringsfasen ved hjelp av en brytbar sikkerhetsskive 11. Det er selvfølgelig mulig at innretningen ifølge oppfinnelsen kan utføres ved bruk av en elektrisk detonator 6 som for eksempel kontrolleres av en elektronisk timer eller ved en nærhetsdetektor. Tennerne 4 omfatter også en sikkerhets- og armeringsinnretning 12 som muliggjør at den pyrotekniske kjeden kan brytes under lagringsfasen og ved begynnelsen av avfyringsfasen av prosjektilet 1. 1 I henhold til oppfinnelsen er denne sikkerhets- og armeringsinnretningen tildannet i form av en mikromaskinert eller mikrogravert innretning (MEMS). Den omfatter således et substrat 13 på hvilket det er montert en glidende lukker 14 som sikrer brudd av den pyrotekniske kjeden. Substratet 13 inkorporerer to munninger 1a og 1b som er posisjonert på hver sin side av lukkeren 14. Aksen for disse munningene 1a, 1b og således virkningstetningen for den pyrotekniske kjeden (6-7) er således i det vesentlige parallell med planet for lukkeren 14. Et slikt arrangement for lukkeren som bryter den pyrotekniske kjeden slik at retningen for den pyrotekniske kjeden ligger vendt mot tykkelsen av lukkeren 14 og ikke loddrett på planet for lukkeren (som i tradisjonelle MEMS-innretninger) er kjent fra EP Fagmannen på området vil derfor henvise til dette patentet som beskriver de generelle karakteristika for en slik type primærkjede og for lukkeren som er assosiert med den. Man skal merke seg at detonatoren 6 må være av minst mulig størrelse for å muliggjøre at dens funksjon sikrer og vil kobles med en egnet, pyroteknisk forsinker 7 (eller ). Vi er i stand til å verifisere at ved å implementere en detonator som inkorporerer et utgangstrinn med milligram heksogen koblet med en meget lite sensibel forsinker, for eksempel av HNS (heksanitrostillben), var det mulig at munningene 1a, 1b (eller transmisjonskanaler) kan fremstilles med et tverrsnitt mindre enn 1 mm 2 (dia-

5 meter for kanalen i størrelsesorden mm) mens man garanterer den krevede transmisjon av tenningen. Det er således mulig å bryte den pyrotekniske effekten ved bruk av en silikonlukker med en lengde L på rundt 3 mm, noe som er perfekt mulig med MEMS-teknologi. Denne lengden, rundt 3 mm, av silikon tilsvarer således dimensjonen L for lukkeren 14 som vist i figurene 1 og 2. Prosjektilet 1 er videre utstyrt med et bånd 2a som engasjerer rillene i våpenløpet (ikke vist) og som gir prosjektilet 1 en dreiebevegelse rundt sin egen akse under avfyring. Figur 2 viser et mer detaljert riss av den indre strukturen av sikkerhetsinnretningen 12 ifølge oppfinnelsen. Innretningen omfatter således et substrat 13 på hvilket det er anordnet en lukker 14 for å bryte den pyrotekniske kjeden og som er i stand til å translatere på substratet. 1 Lukkeren 14 er laget ved mikromaskinering eller mikrogravering ved bruk av MEMSteknikker, noe som er velkjent for fagmannen. Figurene viser munninger 1a og 1b som er anordnet på hver sin side av lukkeren 14 så vel som aksen 16 for disse munningene (og således i virkningsretningen for den pyrotekniske kjeden). Dimensjonen L for lukkeren 14 sikrer avbrudd av den pyrotekniske kjeden i sikkerhetsposisjonen for innretningen 12. Lukkeren 14 for å bryte kjeden holdes immobil ved hjelp av to låser. En første lås 17 (eller aksial akselerasjonslås) og en andre lås, som er en sentrifugallås, frigis etter rotasjon av prosjektilet 1. 2 Således, i motsetning til det som er kjent fra US som krever en tippelås aktivert av en spesifikk, pyroteknisk blanding, benytter innretningen ifølge oppfinnelsen direkte den sentrifugale tregheten for å låse opp lukkeren 14 mens den fortsetter å holde sikringen på plass under den første delen av veien (ingen armering før en viss avstand er dekket ut av løpet). Den første låsen 17 samarbeider med en not 18a, båret av en stav 18 som er integral med lukkeren 14.

6 6 Låsen 17 holdes i posisjon i staven 18 ved hjelp av fjæranordninger 19 som er posisjonert mellom låsen 17 og substratet 13. Låsen 17 bærer også en strimmel som har minst ett innhakk. Denne strimmelen er ment for å samarbeide med en tilpasset utsparing 21 som er tildannet i substratet for å sikre at den første låsen 17 er immobilisert i sin ikke-låste posisjon. Fjæranordningen 19 er selvfølgelig også fremstilt ved bruk av mikromaskineringseller mikrograveringsteknologier (MEMS-teknologier). De mekaniske egenskapene for fjæranordningen 19 er valgt slik at låsen 17 kun frigjøres etter påkjenningene som er forbundet med avfyringsakselerasjonen av prosjektilet 1. Denne låsen vil imidlertid forbli i sin låseposisjon når det hele underkastes belastningene forbundet med eventuell håndtering eller fall for prosjektilet. Sentrifugallåsen omfatter minst én låsefinger 22 som er integral med substratet Innretningen omfatter to fingre 22 tildannet i form av mikromaskinerte eller mikrograverte, sylindriske skiver som er gjort integral med substratet 13 ved hjelp av fleksible fliker 23, også mikromaskinerte eller mikrograverte. Hver finger 22 inneholdes i en forsenkning 24 med tilpasset form og anordnet i et hus 2 i lukkeren 14. I den låseposisjonen som er vist i figur 2, holdes fingrene 22 i forsenkningene 24 ved hjelp av en mikromaskinert eller mikrogravert sentrifugalmotvekt 26 som i sin tur er montert i stand til å gli i forhold til substratet 13 og i huset 2 i lukkeren Motvekten 26 holdes i sin låseposisjon (fig. 2) ved hjelp av en første fjæranordning 27 (også mikromaskinerte eller mikrograverte). Naturligvis er de mekaniske egenskapene for den første fjæranordningen 27 valgt slik at motvekten 26 kun beveger seg etter belastningene forbundet med sentrifugalakselerasjonen som skyldes dreiningen av prosjektilet 1 under avfyring. Motvekten må imidlertid forbli i sin låste posisjon når den underkastes behandlinger forbundet med håndteringer eller fall av prosjektilet. Substratet 13 bærer en strimmel 28 som har minst én utsparing. Denne strimmelen 28 er ment for å samvirke med en tilpasset forsenkning 29 i motvekten 26 for å sikre at motvekten 26 holdes immobil i sin ikke-låste posisjon. Lukkeren 14 er selv montert i stand til å gli i et hus i substratet 13. Når først låse- ne 17, 22 er fjernet, er lukkeren 14 i stand til å gli inn i dette huset på grunn av

7 7 virkningen av sentrifugalkrefter og mot virkningen av de andre fjæranordninger 31 (her tildannet av to parallelle fjærer). Til slutt er bruddmidler tilveiebrakt for å forsinke forskyvningen av motvekten 26. Disse midlene omfatter tapper 32 som er integrale med de fleksible flikene 23 og som ligger an mot sideoverflatene 33 av motvekten 26 (slike overflater som kan tilveiebringes med asperiteter eller overflateruhet). Bruddmidlene muliggjør forskyvning av motvekten 26 og således tilbaketrekning av sentrifugallåsene 22, for å forsinkes. Munningssikring er derved sikret under avfyring. Innretningen 12 armeres kun etter at en viss tilstand er tilbakelagt etter at våpenløpet er forlatt. Funksjoneringen av denne innretningen skal nå beskrives under henvisning til figurene 3a-3c. Figur 3a viser innretningen i den posisjon den har inne i våpenløpet under avfyring. 1 Avfyringsakselerasjonen forårsaker opptredenen av en aksial treghetskraft Fγ på den første lås 17. Denne låsen frigir så lukkeren 14. Låsen 17 forblir immobilisert i ikkelåst posisjon på grunn av at strimmelen er engasjert i utsparingen 21. Lukkeren 14 holdes imidlertid fremdeles i sin sikkerhetsposisjon av sentrifugallåsen 26/22. Således er omdreiningshastigheten ennå ikke tilstrekkelig til å forårsake at motvekten 26 beveger seg bort. Lukkeren 14 bryter fremdeles den pyrotekniske kjeden. Figur 3B viser innretningen i den posisjon den inntar etter å ha forlatt våpenløpet og i en avstand på rundt femti meter. 2 Sentrifugalakselerasjonen har forårsaket opptredenen av en radial treghetskraft F1ω som utøves på motvekten 26. Motvekten blir progressivt forskjøvet mot virkningen av de andre fjæranordninger 27, og forskyvningen forsinkes på grunn av friksjonen av knastene 32 på sideoverflatene 33 av motvekten 26. Stivheten av fjæranordningen 27 og bruddmidlene 32, 33 er definert for å forsinke passasjen av motvekten 26 til sin ikke-låste posisjon, slik at konfigurasjonen vist i figur 3b kun nås etter å ha tilbakelagt en avstand på rundt 0 meter fra våpenløpet. Sikkerheten er således optimalisert for mannskapet.

8 8 Når først motvekten 26 er låst i denne posisjonen av strimmelen 28 som er i inngrep med den tilpassede utsparingen 29, blir sentrifugallåsene 22 ikke lenger holdt av motvekten 26 (som i tillegg har skrådde frontprofiler 34 for å lette frigjøringen av låsene 22). Lukkeren 14 er således ikke lenger immobilisert av låsene 22 og er da i stand til å inn- ta den ikke-låste posisjon (figur 3c). Den forskyves også ved innvirkningen av en sentrifugaltreghetskraft F2ω og mot virkningen av den andre fjæranordningen 31. Forskyvningen av lukkeren forårsaker at flikene 23 som bærer låsene 22, bøyer seg. Huset 2 er konstruert til å ha en dybde som er tilstrekkelig til å muliggjøre at låsene 22 passerer mellom motvekten 26 og lukkeren Lukkeren 14 blokkerer ikke lenger åpningene 1a, 1b. Virkningsretningen 16 for den pyrotekniske kjeden er således ikke lenger hindret, og innretningen befinner seg i armert posisjon. Et støt mot et mål vil forårsake at eksplosivladningen i prosjektilet antennes. Vi observerer her at lukkeren 14 er låst i sin armerte posisjon av fliker 36 som er integrale med substratet 13 og som er engasjert i spor 37 anordnet på en lateral overflate av lukkeren 14 for å forhindre at den sistnevnte vender tilbake til sin sikkerhetsposisjon. Man ser at innretningen ifølge oppfinnelsen er ekstremt enkel og ikke tar opp mye plass. Konstruksjonen er helt mekanisk og kan innarbeides i et middels kaliberprosjektil lave omkostninger. 2 Aksen 3 langs hvilken motvekten 26 og lukkeren 14 forskyves, er loddrett på aksen 16 for retningen av den pyrotekniske virkningen. Når innretningen anbringes på et prosjektil, tilsvarer aksen 3 en radial retning av prosjektilet, og sentrifugaltregheten kan således utøves på motvekten 26 og lukkeren 14. Det er således ekstremt enkelt å integrere innretningen i et prosjektil på tross av de reduserte dimensjonene for denne innretning 12. Således fører den pyrotekniske innretning av aksen 16 nødvendig til den riktige orientering av innretningen i forhold til prosjektilet. Forskjellige varianter er mulige uten å avvike fra omfanget av oppfinnelsen. Således er det mulig at forskjellige tekniske løsninger benyttes for midlene /21, 28/29, som sikrer immobilisering av låsene. Fjæranordningene kan ha forskjellige

9 9 former. De vil defineres i henhold til avfyringsbetingelser som prosjektilet underkastes. Det er også mulig at sikkerhets- og armeringsinnretningene ifølge oppfinnelsen assosieres med en elektrisk tenningsdetonering 6, koblet for eksempel med en elektronisk timer eller nærhetsdetekteringsmidler.

10 Patentkrav 1 1. Mikromaskinert eller mikrogravert sikkerhets- og armeringsinnretning (12) for en pyroteknisk kjede i et prosjektil (1) på hvilken det legges en aksial dreining etter avfyring, der innretningen omfatter et substrat (13) på hvilket det er anordnet en lukker (14) for å bryte den pyrotekniske kjeden, idet lukkeren er mobil i translasjon på substratet (13), der den kjedebrytende lukker (14) holdes immobil av minst to låser (17, 22), en første lås eller aksial akselerasjonslås (17) som frigis etter påføring av akselerasjonen som gis prosjektilet (1) under avfyring, og en andre lås (22), karakterisert ved at den andre låsen (22) er en sentrifugallås som frigis etter at prosjektilet (1) er brakt til dreining, og at sentrifugallåsen omfatter minst én låsefinger (22) som er integral med substratet (13), der fingeren holdes i en utsparing (24) i lukkeren (14) når den er i sin låseposisjon og holdes på plass av en mikromaskinert sentrifugalmotvekt (26) som i sin tur er montert glidbart i et hus (2) i lukkeren (14). 2. Sikkerhets- og armeringsinnretning ifølge krav 1, karakterisert ved at sentrifugalmotvekten (26) er montert i stand til å gli mot innvirkningen av en første fjæranordning (27). 3. Sikkerhets- og armeringsinnretning ifølge krav 2, karakterisert ved at bruddmidler (32) er tilveiebrakt for å forsinke bevegel- sen av motvekten (26) Sikkerhets- og armeringsinnretninger ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at lukkeren (14) selv glir ved innvirkning av sentrifugalkraften og mot virkningen av andre fjæranordninger (31).. Sikkerhets- og armeringsinnretning ifølge et hvilket som hest av kravene 1 til 4, karakterisert ved at låsefingeren (22) er tildannet integral med substratet (13) ved hjelp av en fleksibel flik (23). 6. Sikkerhets- og armeringsinnretninger ifølge krav 3 og, karakterisert ved at bruddmidlene omfatter tapper (32) som er integrale med minst én av de fleksible flikene (23), idet slike tapper kommer til gnidning mot en sideoverflate av motvekten (26).

11 11 7. Sikkerhets- og armeringsinnretning ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 6, karakterisert ved at substratet (13) omfatter en munning (1a, 1b) på hver side av lukkeren (14) idet aksen (16) for disse munninger, og således virkningsretningen for den pyrotekniske kjeden, er i det vesentlige parallell med lukkeplanet (14).