УСТРОЙСТВО МАСКИРОВКИ ОБЪЕКТОВ
OBJECT MASKING DEVICE

Изобретение относится к средствам снижения заметности вооружения и военной техники (ВВТ) и может быть использовано для маскировки и скрытия движущегося или расположенного в пунктах постоянной дислокации и запасных районах рассредоточения наземного вооружения и военной техники от тепловизионных оптикоэлектронных средств (ОЭС) воздушно-космической разведки, а также срыва наведения высокоточного оружия с ИК головками самонаведения.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство маскировки, содержащее тепловизионную камеру кругового обзора, блок управления и маскировочные пластины, закрепленные на корпусе объекта (см. http://lomonosov-fund.ru/enc/ru/magazine:0129519 (дата обращения 10.01.2018 г)). Значения температур фона регистрируются тепловизионной камерой и обрабатываются блоком управления. По результатам обработки и управлением температурой маскировочных пластин тепловая картина объекта устанавливается подобной тепловой картине фона.
Недостатком устройства является низкая вероятность выравнивания температуры объекта с температурой фона, что обусловлено наличием на поверхности объекта характерных участков, имеющих как положительный, так и отрицательный тепловой контраст. В (см. Смирнов В.П. Маскировка подвижных наземных объектов в современных условиях / В.П. Смирнов, Н.М. Калашников, С.И. Смолин. - М.: ИП Радиософт, 2015, С. 46-57) показано, что при наблюдении танка при температуре окружающего воздуха - 8°C отдельные зоны его поверхности наблюдаются как с отрицательными значениями температуры: зоны гусениц и бортов -4,5…-3°С, так и с положительными: зоны расположения опорных валов катков +6…+13°С, при этом регистрируются и области интенсивного теплового излучения с высокой температурой - зона в районе выхлопного отверстия танка - 100°С и более.
При узком диапазоне температур, воспроизводимых пластинами, возможно формирование только положительного теплового контраста за счет нагрева пластин (см. http://lomonosov-fund.ru/enc/ru/magazine:0129519 (дата обращения 10.01.2018 г)). При этом температурная картина объекта остается такой же, что обеспечивает распознавание объекта на окружающем фоне разведывательными ОЭС ИК диапазона.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, является повышение вероятности выравнивания температуры объекта под реальную температуру фона за счет расширения диапазона воспроизводимых температур маскирующих пластин, а так же технологичности применения устройства.
Указанный результат достигается тем, что в известном устройстве маскировки объектов, содержащем блок управления и связанные с ним маскировочные пластины, маскировочные пластины выполнены N-слойными, разделенными между собой диэлектрическими прокладками, которые размещены на поверхности гибкого теплоизолирующего покрытия, размеры которого соответствуют линейным размерам объекта, по периметру гибкого теплоизолирующего покрытия установлены узлы крепления к наружной поверхности объекта, дополнительно введены датчик температуры фона, М датчиков температур и М схем вычитания, где М - количество тепловых зон на поверхности покрытия, каждая из которых соответствует характерной зоне поверхности объекта, имеющей одинаковую температуру, при этом выход m-го датчика температуры соединен с первым входом соответствующей схемы вычитания, а вторые входы схем вычитания объединены и соединены с выходом датчика температуры фона, выход m-й схемы вычитания соединен с соответствующим входом блока управления, где .
Сущность изобретения заключается в том, что маскировочные пластины выполнены N-слойными, разделенными между собой диэлектрическими прокладками и размещены на поверхности гибкого теплоизолирующего покрытия, размеры которого соответствуют линейным размерам объекта, по периметру гибкого теплоизолирующего покрытия установлены узлы крепления к наружной поверхности объекта, дополнительно введены датчик температуры фона, М датчиков температур и М схем вычитания, где М - количество тепловых зон на поверхности покрытия, каждая из которых соответствует характерной зоне поверхности объекта, имеющей одинаковую температуру, при этом выход m-го датчика температуры соединен с первым входом соответствующей схемы вычитания, а вторые входы схем вычитания объединены и соединены с выходом датчика температуры фона, выход m-й схемы вычитания соединен с соответствующим входом блока управления, где .
Существо изобретения состоит в следующем.
Известно, (см., например, в Дж. Ллойд, Системы тепловидения, М., издательство «Мир», 1978, С. 396-406, Смирнов В.П. Маскировка подвижных наземных объектов в современных условиях / В.П. Смирнов, Н.М. Калашников, С.И. Смолин. - М.: ИП Радиософт, 2015, С. 46-57), что на тепловых изображениях наземных образцов ВВТ можно выделить характерные зоны поверхности, соответствующие нагреву основных узлов (агрегатов), в пределах которых температура одинакова. Например, у танка после длительного пробега наиболее сильно прогревается моторно-трансмиссионное отделение и область выпуска отработанных газов, менее сильно - гусеницы и борта. Разность температур при наблюдении танка, как указано в (см. Смирнов В.П. Маскировка подвижных наземных объектов в современных условиях / В.П. Смирнов, Н.М. Калашников, С.И. Смолин. - М.: ИП Радиософт, 2015. С 46-57.) при отрицательной температуре окружающего воздуха может достигать 20°С и более. При этом маскировочные пластины, указанные в прототипе, не обеспечивают формирование теплового контраста объекта соответствующего холодному фону. Так в (см. http://lomonosov-fond.ru/enc/ru/magazine:0129519 (дата обращения 10.01.2018 г)) указано, что данные пластины не могут компенсировать заметные изменения теплового излучения, связанные с более холодным фоном, а так же охлаждать прогретые участки, размещенные над зонами интенсивного теплового излучения объекта. Поэтому по прототипу не удастся установить температуру объекта равной температуре фона и добиться полного выравнивания температуры объекта под фон. Это приводит к возможности распознавания объекта по его тепловой картине.
В связи с чем, согласно изобретению, используется теплоизолирующее покрытие с низким коэффициентом теплопроводности материала, которое снижает интенсивность теплового излучения высокотемпературных зон объекта, при толщине материала в 1 мм примерно на 40К за время порядка 30 минут (см. Белоусова И.М., Киселев В.М., Алешин И.Н., Андрющенко М.С. Применение перспективных видов покрытий для снижения заметности объектов бронетанковой техники в видимом и инфракрасном диапазонах // Вопросы оборонной техники. 2016. №1-2. С. 87-91), благодаря чему тепловая картина всего объекта «выравнивается», а разница между температурой объекта и фоном уменьшается. Этим обеспечивается сужение диапазона регулирования температуры пластинами.
В качестве такого покрытия может быть использован, например, материал на основе, оксидных полимерных микросфер в различных полимерных матрицах с использованием сульфида свинца (см. Белоусова И.М., Киселев В.М., Алешин И.Н., Андрющенко М.С. Применение перспективных видов покрытий для снижения заметности объектов бронетанковой техники в видимом и инфракрасном диапазонах // Вопросы оборонной техники. 2016. №1-2. С.87-91) с коэффициентом теплопроводности, составляющим величину порядка 0,02-0,1 Вт/мК.
Как известно из (см. Анатычук Л.И. Термоэлектрические преобразователи энергии Т. II Киев.: Институт термоэлектричества. 2003. С. 135-137) выполнение термоэлементов из нескольких слоев, разделенных диэлектрическими прокладками обеспечивает более эффективный режим питания и съема тепла с их тепловыделяющих поверхностей, за счет чего повышается КПД тепловой цепи и расширяется диапазон температур, формируемых на их поверхности от положительных до отрицательных значений (см. Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре М.: Высш. шк. 1984. С. 142).
Поэтому, предложено маскировочные пластины выполнять N-слойными, разделенными между собой диэлектрическими прокладками, что обеспечивает компенсацию теплового излучения прогретых зон поверхности покрытия за короткий промежуток времени (см. П. Шостаковский Современные решения термоэлектрического охлаждения для радиоэлектронной, медицинской, промышленной и бытовой техники // Компоненты и технологии №1 2010 С.130-137, http://www.kryothermtec.com/3-stage thermoelectric coolers (дата обращения 10.01.2018 г.)), а также компенсировать возможный отрицательный тепловой контраст объекта с фоном (например, при наблюдении объекта в тени местных предметов), нагревом пластин, расположенных над соответствующими зонами покрытия до температуры фона.
Таким образом, приводится в соответствие тепловой контраст покрытия с тепловым контрастом окружающего фона.
Теплоизолирующее покрытие, благодаря своей гибкости и наличия узлов крепления, повышает технологичность устройства за счет возможности его крепления на любой объект.
Узлы крепления могут быть выполнены, например, в виде специальных подпружиненных захватов (см. Евдокимов В.И., Гуменюк Г.А., Андрющенко М.С Неконтактная защита боевой техники. - СПб.: РЕНОМЕ, 2009. С. 66).
Датчики температур, измеряют температуры зон покрытия с учетом теплообмена с объектом. Они размещаются на покрытии в центре зоны, соответствующей характерной зоне поверхности маскируемого объекта, в пределах которой температура одинакова. Например, для танка это зона моторно-трансмиссионного отделения, зона выпуска отработанных газов, гусеницы и борта.
Датчик температуры фона регистрирует температуру окружающего объект фона.
В схеме вычитания, каждая из которых соответствует М-й тепловой зоне на поверхности покрытия, определяется разность температур соответствующей зоны и фона. Если температура характерной зоны покрытия больше температуры фона, то формируются управляющие сигналы для охлаждения N-слойных маскировочных пластин, расположенных в данной зоне, до величины соответствующей температуре фона. В противном случае - пластины нагревают.
Этим достигается указанный в изобретении технический результат.
Структурная схема устройства маскировки приведена на фигуре, где обозначены: 1 - датчик температуры фона, 2.1…2.М - схемы вычитания, 3.1…3.М - датчики температур, 4 - теплоизолирующее покрытие, оснащенное узлами крепления, 5 - блок управления, 6.1…6.N - N-слойные маскировочные пластины.
В качестве датчика температуры фона 1 может быть использован, например радиометр (пирометр) типа 1ПН88 «Искра» (Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы «смотрящего» типа. М.: Логос. 2004. С. 301, 302).
Схемы вычитания 2.1…2.М предназначены для определения разности температур соответствующей тепловой зоны поверхности теплоизолирующего покрытия 4 и температуры фона и выдачи полученных значений на блок управления 5. Эти температуры регистрируются датчиком температуры фона 1 и 3.1…3.М-ми датчиками температур, расположенными в центре этих зон соответственно. Они могут быть реализованы, например, на основе операционного усилителя, изготовленного на кремниевой подложке, например, ОУ К140ОУД1 (см. Петров К.С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника: Учебное пособие - СПб.: Питер. 2004. С. 380, 381).
Датчики температур 3.1…3М могут представлять собой, например, термопары из сплава хромеля и алюминия, регистрирующие значения температур характерных зон поверхности покрытия в больших интервалах (см. asutpp.ru/…termopary.html дата обращения 10.01 2018 г.).
Теплоизоляционное покрытие 4 представляет собой гибкое полотнище с низким коэффициентом теплопроводности материала, например, (см. Белоусова И.М., Киселев В.М., Алешин И.Н., Андрющенко М.С.Применение перспективных видов покрытий для снижения заметности объектов бронетанковой техники в видимом и инфракрасном диапазонах // Вопросы оборонной техники. 2016. №1-2. С. 87-91.).
N-слойные пластины 6.1…6.N служат для компенсации теплового излучения характерных тепловых зон покрытия и воспроизведения на ее поверхности теплового контраста соответствующего тепловому контрасту фона. Они могут быть выполнены, например, в виде термоэлектрических модулей типа ТВ-3-(59-17-4)-1,5 (см. URL: http://www.kryothermtec.com/3-stage thermoelectric coolers (дата обращения 10.01.2018 г.)), защищенными керамическим влагонепроницаемым покрытием, от воздействия внешней среды.
Узлы крепления, размещенные на покрытии, предназначены для его фиксации к наружным поверхностям и внешнему оборудованию скрываемого объекта и обеспечения зазора между поверхностью объекта и покрытием. В качестве узлов креплений могут быть использованы, например, специальные подпружиненные захваты (см. Евдокимов В.И., Гуменюк Г.А., Андрющенко М.С Неконтактная защита боевой техники. СПб.: РЕНОМЕ, 2009. С. 66.).
Устройство маскировки функционирует следующим образом. Температура фона и участков поверхности покрытия регистрируются датчиком температуры фона 1 и датчиками температур 3.1…3.М соответственно. Зарегистрированное значение температуры М-й тепловой зоны поверхности покрытия 4 поступают на первый вход m-й схемы вычитания 2, соответствующей данной зоне. На второй ее вход поступают значения температуры фона. В m-й схеме вычитания 2 проводится сравнение температур M-й тепловой зоны поверхности теплоизолирующего покрытия 4 и фона. Рассчитанные значения температуры с выхода m-й схемы вычитания 2 поступают на соответствующий вход блока управления 5. В том случае, когда в результате сравнения температур оказалось, что температура М-й зоны поверхности покрытия выше температуры фона, то для компенсации теплового излучения данной зоны в блоке управления 5 вырабатываются управляющие сигналы 5.1…5.n для охлаждения 6.1…6.N N-слойных пластин, размещенных в данной тепловой зоне теплоизолирующего покрытия 4. В противном случае - выравнивание температур характерных зон поверхности покрытия 4 до соответствия их значениям температур фона добиваются нагревом соответствующих пластин 6.1…6.N, размещенных в этих зонах.
Таким образом, в предлагаемом устройстве, благодаря использованию теплоизолирующего покрытия, обеспечивающего сужение диапазона регулирования температуры пластинами, что особенно важно при наличии на объекте высокотемпературных зон, и сравниванию зарегистрированных реально формирующихся, с учетом теплообмена с объектом, температур зон покрытия и температуры фона, существующие различия в их значениях, устраняются подбором температур N-слойных маскировочных пластин до значений, обеспечивающих их равенство с фоном. Этим обеспечивается повышение вероятности выравнивания температуры объекта под температуру фона.
Возможность применения N-слойных маскировочных пластин в режиме нагрева или охлаждения при формировании положительного (порядка 100°C) и отрицательного (глубокое термоэлектрическое охлаждение) теплового контраста позволяет скрывать объект на широком спектре тепловых фонов в т.ч. регистрируемых с отрицательной температурой.
Благодаря гибкости теплоизолирующего покрытия, наличия узлов крепления, и возможности за счет этого его использования на любом объекте повышает технологичность устройства.