Определение степени черноты термостойких эмалей для их возможного использования в судостроении

С.Л. Брилин, И.Е. Карпова

ФГУП «Крыловский государственный научный центр», Санкт-Петербург

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ЧЕРНОТЫ ТЕРМОСТОЙКИХ ЭМАЛЕЙ ДЛЯ ИХ ВОЗМОЖНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СУДОСТРОЕНИИ

Объект и цель научной работы. Рассмотрение возможности использования метода Фурье-спектроскопии для получения информации о спектральном составе ИК-излучения и оптических свойствах исследуемых образцов.

Материалы и методы. Использован метод Фурье-спектроскопии, позволяющий получить информацию о спектральном составе ИК-излучения и оптических свойствах исследуемых образцов для покраски судов.

Основные результаты. Предложены новые материалы и покрытия для судовых конструкций, снижающих тепловую заметность судов.

Заключение. Подтверждено, что оптическая схема Фурье-спектрометра с двухлучевым интерферометром Майкель-сона применима для исследования образцов судовых покрытий.

Ключевые слова: излучательная способность (степень черноты), ИК Фурье-спектрометр. Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.

Для цитирования: Труды Крыловского государственного научного центра. 2017; 2(380): 128-130.

УДК 666.7:629.5 ЭО!: 10.24937/2542-2324-2017-2-380-128-130

S.L. Brilin, I.Ye. Karpova

Krylov State Research Centre, Moskovskoe shosse 44, St. Petersburg, Russia

HEAT-RESISTANT ENAMELS:

EMISSIVITY FACTOR DETERMINATION

FOR POSSIBLE SHIPBUILDING APPLICATIONS

Object and purpose of research. Study of the possibility to apply Fourier spectroscopy method to obtain the data on the infrared spectrum composition and optical properties of the samples under investigation.

Materials and methods. The method of Fourier spectroscopy applied in this study yields the data on the infrared spectrum composition and optical properties of the samples (ship paints) under investigation.

Main results. The paper suggests new materials and coatings for ship structures that reduce infrared signatures of ships.

Conclusion. Applicability of the optical train "Fourier spectrometer with two-beam Michelson interferometer" for the studies on ship coating samples has been confirmed.

Key words: emissivity, infrared Fourier spectrometer.

Author declares lack of the possible conflicts of interests.

For citations: Brilin S.L., Karpova I.Ye. Heat-resistant enamels: emissivity factor determination for possible shipbuilding applications. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2017; 2

УДК 666.7:629.5 DOI: 10.24937/2542-2324-2017-2-380-128-130

S.L. Brilin, I.Ye. Karpova

Heat-resistant enamels: emissivity factor determination for possible shipbuilding applications

Уровень теплового излучения, который воспринимается системами обнаружения, работающими в инфракрасном диапазоне длин волн, определяется температурой, площадью и излучательной способностью (степенью черноты) поверхностей корпуса судна.

Степень черноты е - это отношение собственного излучения тела к энергии излучения абсолютно черного тела при одной и той же температуре, которое может изменяться в пределах от 0 до 1. При фиксированной температуре величина е зависит от длины волны, структуры поверхности, геометрии, угла визирования.

Актуальность проблемы снижения степени черноты поверхностей корпуса судна обусловлена недостаточным уровнем защищенности современных судов, имеющих высокую энерговооруженность, энергонасыщенность, которая способствует повышению уровня теплового поля судна. Поэтому в настоящее время в отечественном судостроении ведется поиск таких новых материалов и покрытий для судовых конструкций, которые бы снижали тепловую замет-ность судов.

Существует несколько способов экспериментального определения степени черноты. Одним из них является метод Фурье-спектроскопии. Основным элементом оптической схемы Фурье-спектрометра является двухлучевой интерферометр Май-кельсона, состоящий из полупрозрачного светоделителя и двух плоских зеркал. Фурье-спектрометр позволяет получить информацию о спектральном составе ИК-излучения и оптических свойствах исследуемых образцов.

Авторами были проведены измерения степени черноты двух образцов, покрытых эмалью, которые после проведенных исследований могут быть рекомендованы для покраски судов.

Испытуемыми образцами являются: а) образец № 1 - металлическая пластина размером 2x6 см, покрытая термостойкой эмалью «Церта» светлосерого цвета; б) образец № 2 - металлическая пластина размером 2x6 см, покрытая термостойкой эмалью «Церта» темно-серого цвета.

Обе эмали изготовлены ООО НПП «Спектр» (Россия, Чувашская Республика, г. Новочебоксарск). Измерения выполнялись на Фурье-спектрометре ФСМ 1202 в диапазоне ИК-спектра от 8 до 14 мкм при температуре окружающего воздуха +23°С. На рисунке представлен стенд для измерения степени черноты поверхности исследуемых образцов с помощью Фурье-спектрометра ФСМ-1202.

Порядок выполнения работы на ИК Фурье-спектрометре.

I. Измерение спектра отражения:

запускаем программу FSpec;

устанавливаем в кюветном отделении спектрометра приставку зеркального отражения;

появляется запрос «Установите образец сравнения»;

устанавливаем зеркало в качестве образца сравнения;

появляется запрос «Установите измеряемый образец»;

устанавливаем измеряемый образец; получаем спектр отражения.

II. Измерение спектра пропускания:

запускаем программу FSpec;

устанавливаем в кюветном отделении спектрометра приставку пропускания без исследуемого образца;

появляется запрос «Установите образец сравнения» (в данном случае образцом сравнения является воздух);

появляется запрос «Установите измеряемый образец»;

устанавливаем измеряемый образец;

получаем спектр пропускания.

III. Полученные результаты сохраняем в формате .spe.

Как известно из закона Кирхгофа, при термодинамическом равновесии поглощательная способность и степень черноты тела численно равны между

Рис. Стенд для измерения степени черноты поверхности исследуемых образцов с помощью Фурье-спектрометра ФСМ 1202

Fig. Test rig for emissivity measurements on the samples by means of FSM 1202 Fourier spectrometer

ФГУП «Крыловский государственный научный центр»

129

С.Л. Брилин, И.Е. Карпова

Определение степени черноты термостойких эмалей для их возможного использования в судостроении

Таблица 1. Образец № 1 Table 1. Sample 1

Угол Коэффициент Коэффициент Степень

визирования отражения пропускания черноты

Ф, ° R, % D, % 8, %

10 7,5 1 91,5

45 8,7 1 90,3

80 29 2 69

Таблица 2. Образец № 2

Table 2. Sample 2

Угол Коэффициент Коэффициент Степень

визирования отражения пропускания черноты

Ф, ° R, % D, % 8, %

10 2 1 97

45 3 1 96

80 29 2 69

собой, поэтому степень черноты тела определяется через коэффициент отражения Яь и коэффициент пропускания В по формуле (1):

8, = 1 - Я - В.

Измерение коэффициентов отражения Я и коэффициентов пропускания В проводились при углах визирования 10°, 45° и 80°. Результаты измерений представлены в табл. 1 и 2.

Результаты измерений образца № 1 с помощью Фурье-спектрометра показали, что в диапазоне ИК-спектра (от 8 до 14 мкм) при различных углах визирования от 10° до 80° коэффициент отражения составляет от 0,075 до 0,29; коэффициент пропускания - от 0,01 до 0,02; степень черноты - от 0,915 до 0,69.

Результаты измерений образца № 2 с помощью Фурье-спектрометра показали, что в диапазоне ИК-спектра (от 8 до 14 мкм) при различных углах визирования от 10° до 80° коэффициент отражения составляет от 0,02 до 0,29; коэффициент пропускания -от 0,01 до 0,02; степень черноты - от 0,97 до 0,69.

Проведенные измерения степени черноты двух термостойких эмалей показали, что образец № 1 имеет более низкую степень черноты по сравнению с образцом № 2, поэтому именно эта эмаль может быть рекомендована для использования в судостроении.

Библиографический список

Reference

1. Михеев МА, Михеева ИМ. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977.

2. Белл Р.Дж. Введение в фурье-спектроскопию. М.: Мир, 1975.

3. Светосильные спектральные приборы. М., Наука, 1988.

Сведения об авторах

Брилин Сергей Леонидович, инженер ФГУП «Кры-ловский государственный научный центр». Адрес: 196158, Россия, Санкт-Петербург, Московское шоссе, д. 44. Телефон: 8 (812) 415-46-48. E-mail: krylov @krylov. spb.ru

Карпова Ирина Евгеньевна, ведущий инженер ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Адрес: 196158, Россия, Санкт-Петербург, Московское шоссе, д. 44. Телефон: 8 (812) 415-48-54. E -mail: krylov@krylov.spb.ru

About the authors

Brilin, SergeyL., Engineer, KSRC, address: 44, Mos-kovskoye sh. St. Petersburg, Russia, post code 196158. Tel.: 8 (812) 415-46-48. E-mail: krylov@krylov.spb.ru Karpova, Irina Ye, Lead Engineer, KSRC, address: 44, Moskovskoye sh. St. Petersburg, Russia, post code 196158. Tel.: 8 (812) 415-48-54. E-mail: krylov@krylov.spb.ru

Поступила: 09.02.17 Принята в печать: 10.04.17 © С. Л. Брилин, И.Е. Карпова, 2017