ВЫПУСКНАЯ ТРУБА ОТОПИТЕЛЬНО-ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ УСТАНОВКИ СО СНИЖЕННОЙ ИНФРАКРАСНОЙ ЗАМЕТНОСТЬЮ

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, более конкретно к конструктивным элементам отопительно-вентиляционных устройств, используемых для обогрева и вентиляции внутренних помещений транспортных средств.
Выпускная труба отопительно-вентиляционной установки со сниженной инфракрасной заметностью состоит из выпускного патрубка цилиндрической формы, закрепленного на нем защитного газоотбойного колпака полусферической формы, цилиндрического стакана, в котором с зазором жестко установлен выпускной патрубок цилиндрической формы, гибкого ленточного экрана. Над защитным газоотбойным колпаком полусферической формы установлены один над другим дополнительные колпаки полусферической формы. Гибкий ленточный экран расположен равномерно по окружности защитного газоотбойного колпака.
Полезная модель обеспечивает снижение температуры отработавших газов, уровня теплового контраста устройства относительно фона, тем самым снижая заметность устройства в инфракрасном диапазоне длин волн за счет использования диагональных ребер и углублений на внутренней поверхности и возвышений в виде четырехгранных пирамид на внешней поверхности выпускного патрубка цилиндрической формы, также за счет применения гибкого ленточного экрана.
1. В качестве прототипа выбрана конструкция отопительно-вентиляционной установки ОВ-95 1 [Пат. 2252146 Российская Федерация. Выпускная труба отопительно-вентиляционной установки [Текст] // Куликовский А.И., Цыганков Е.А., Тарасов С.А., Терсков A.M., Шапран В.Н., Чурыбкин Н.Н.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие 21 Научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации, заявл. 16.01.2004; опубл. 20.05.2005. - Ил.], выпускная труба отопительно-вентиляционной установки используется для выпуска отработавших газов из камеры сгорания и догорания топливно-воздушной смеси, прошедших теплообменник отопителя.
Использованию данной конструкции выпускной трубы отопительно-вентиляционной установки мешает ряд недостатков:
1. Не обеспечивается снижение температуры отработавших газов при их прохождении через выпускной патрубок цилиндрической формы и после выхода из него.
2. Не обеспечивается достаточный уровень теплового контраста выпускной трубы отопительно-вентиляционной установки относительно фона.
Технической задачей, решаемой полезной моделью, является:
1. Снижение температуры отработавших газов при их прохождении через выпускной патрубок цилиндрической формы и после выхода из него.
2. Снижение уровня теплового контраста выпускной трубы отопительно-вентиляционной установки со сниженной инфракрасной заметностью относительно фона и ее заметности в инфракрасном диапазоне длин волн.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемом устройстве, выпускной трубе отопительно-вентиляционной установки со сниженной инфракрасной заметностью на внутренней поверхности выпускного патрубка цилиндрической формы выполнены сферические углубления в виде лунок и диагональные ребра, а на внешней его поверхности - возвышения в виде четырехгранных пирамид. Углубления, диагональные ребра и возвышения выполнены в выпускном патрубке цилиндрической формы на длину цилиндрического стакана. При этом лунки выполнены, предпочтительно, в форме сферического сегмента, противоположные грани пирамид равны, а вершины пирамид расположены равномерно по окружности. Наибольшая степень интенсификации теплообмена имеет место в канале с углублениями и диагональными ребрами [2]. Причем вершины двух соседних друг с другом лунок и пирамид размещены на одной прямой, проходящей через точку пересечения поперечной оси симметрии выпускного патрубка цилиндрической формы и лежащей в плоскости, перпендикулярной продольной оси его симметрии. В результате того, что на внутренней поверхности выпускного патрубка цилиндрической формы выполнены лунки в виде сегмента сферической формы, при прохождении потока газа в каждом из них возникают вторичные течения в виде вихорьков газа, которые при вращении крутятся и отсасывают пограничный слой течения. Это - своеобразные точечные области гидродинамического смерча, "снимающего" тепло с пограничного слоя. Вследствие этого, повышается теплоотдача от газов к стенке выпускного патрубка цилиндрической формы. При установившемся режиме работы отопительно-вентиляционной установки и, следовательно, при постоянном объеме отводимых газов и теплоты, при возрастании коэффициента теплоотдачи (за счет использования лунок и диагональных ребер) и незначительном возрастании при этом площади тепловоспринимающей поверхности выпускного патрубка цилиндрической формы при неизменной температуре газов величина температуры поверхности стенки, соприкасающейся с горячими отработавшими газами будет несколько снижаться.
При снижении толщины металла и возрастании площади стенки тепловоспринимающей поверхности выпускного патрубка цилиндрической формы величина температуры его наружной поверхности также снизится.
Достичь этого технически можно за счет придания требуемой жесткости стенки выпускного патрубка цилиндрической формы при уменьшении ее толщины. Для этого на наружной поверхности выпускного патрубка цилиндрической формы выполняют соответствующие возвышения в виде четырехгранных пирамид, формирующих своеобразные "ребра" жесткости, путем того, что вершины пирамид располагаются равномерно по окружности, а вершины двух соседних друг с другом лунок и пирамид размещаются соосно в плоскости, проходящей через продольную ось симметрии выпускного патрубка цилиндрической формы перпендикулярно ей. При этом площадь граней пирамид несколько превышает площадь аналогичной цилиндрической поверхности.
Теплоотдача от стенки выпускного патрубка цилиндрической формы в окружающую среду будет обусловлена возникновением температурного перепада между наружной поверхностью стенки и воздухом.
Таким образом, видно, что передача теплоты от отработавших газов в атмосферу является случаем сложного теплообмена, включающего в себя конвективную теплоотдачу газов к стенке выпускного патрубка цилиндрической формы, перенос этой теплоты за счет теплопроводности самой стенки и, наконец, конвективную теплоотдачу от стенки в охлаждающую среду.
Предложенная конструкция выпускного патрубка цилиндрической формы выпускной трубы отопительно-вентиляционной установки со сниженной инфракрасной заметностью позволяет за счет использования диагональных ребер и углублений на внутренней поверхности и возвышений в виде четырехгранных пирамид на внешней поверхности выпускного патрубка цилиндрической формы снизить температуру отработавших газов при прохождении через него, а следовательно, обеспечить снижение теплового контраста устройства относительно фона, тем самым снижая заметность устройства в инфракрасном диапазоне длин волн.
При использовании в конструкции выпускной трубы отопительно-вентиляционной установки со сниженной инфракрасной заметностью цилиндрического стакана, в котором с зазором жестко установлен выпускной патрубок цилиндрической формы тепловая энергия от нагретой внешней поверхности выпускного патрубка цилиндрической формы будет рассеиваться в направлении, перпендикулярном поверхности цилиндрического стакана. При этом снижается тепловой контраст между элементами выпускной трубы отопительно-вентиляционной установки со сниженной инфракрасной заметностью и фоном, что дополнительно ведет к снижению заметности устройства в инфракрасном диапазоне длин волн.
Гибкий ленточный экран, образуемый вокруг цилиндрического стакана, концы лент которого закреплены на внутренней поверхности защитного газоотбойного колпака образован из одного слоя лент с наложением внахлест каждой последующей ленты на предыдущую, ленты выполнены из термостойкого материала, например, графитовой ткани. Крепление лент на защитном газоотбойном колпаке выполнено посредством независимой системы зажимов с возможностью открепления лент после использования, а между самим гибким ленточным экраном из лент и цилиндрическим стаканом создан зазор для прохождения и охлаждения отработавших газов.
Гибкий ленточный экран, создаваемый вокруг цилиндрического стакана, формирует, таким образом, устойчивый защитный экран с зазором между ним и цилиндрическим стаканом для протока наружного воздуха, который будет охлаждать ленточный экран и снижать температуру отработавших газов, чтобы материал экрана не нагревался и не давал собственного инфракрасного излучения.
Ленты, используемые для создания ленточного экрана, изготавливают из материала, поглощающего инфракрасный сигнал. Причем материал выбирают на основе силиконовой или графитовой ткани - материал эластичный, прочный на разрыв и термостойкий.
Также могут использоваться ленты с поглощающим инфракрасный сигнал покрытием, либо с добавлением в состав материалов для лент элементов, поглощающих инфракрасный сигнал, например графитового порошка.
Гибкий ленточный экран длиной 30 сантиметров, образованный из одного слоя лент с частичным наложением каждой последующей ленты на предыдущую, будет экранировать и поглощать инфракрасное излучение от верхней части цилиндрического стакана и отработавших газов, в котором с зазором жестко установлен упомянутый выпускной патрубок цилиндрической формы, что позволит снизить температуру отработавших газов после выхода из выпускного патрубка цилиндрической формы, тем самым снижая заметность устройства в инфракрасном диапазоне длин волн.
Таким образом, предложенная конструкция выпускной трубы отопительно-вентиляционной установки со сниженной инфракрасной заметностью обеспечивает снижение температуры отработавших газов, уровня теплового контраста устройства относительно фона, тем самым снижая заметность устройства в инфракрасном диапазоне длин волн.
На фиг. 1 представлена общая схема выпускной трубы отопительно-вентиляционной установки со сниженной инфракрасной заметностью.
Выпускная труба отопительно-вентиляционной установки со сниженной инфракрасной заметностью 1 содержит выпускной патрубок цилиндрической формы 2, закрепленный на нем защитный газоотбойный колпак полусферической формы 3, гибкий ленточный экран 4 концы лент которого закреплены на внутренней поверхности защитного газоотбойного колпака полусферической формы 3, цилиндрический стакан 5, в котором с зазором 6 жестко установлен упомянутый выпускной патрубок цилиндрической формы 2, над защитным газоотбойным колпаком 3 установлены, один над другим, дополнительные колпаки 7 и 8 полусферической формы таким образом, что между каждым из дополнительных колпаков 7 и 8, а также между защитным газоотбойным колпаком полусферической формы 3 и ближним к нему дополнительным колпаком 8 предусмотрен зазор 9, в дополнительных колпаках 7 и 8 выполнены отверстия 10, при этом дополнительные колпаки 7 и 8 устанавливают с возможностью циркуляции воздуха между ними и защитным газоотбойным колпаком 3 через отверстия 10, выполненные в дополнительных колпаках 7 и 8, которые в торцевых частях 11 замкнуты между собой и с защитным газоотбойным колпаком полусферической формы 3 с образованием полостей.
Для снижения теплового контраста между элементами выпускной трубы отопительно-вентиляционной установки со сниженной инфракрасной заметностью 1 и фоном при прохождении потока нагретых отработавших газов через выпускной патрубок цилиндрической формы 2 к ней прикреплен цилиндрический стакан 5, причем продольная ось симметрии выпускного патрубка цилиндрической формы и цилиндрического стакана равноудалены по всей их длине на 25 мм и расположены в одной плоскости, соответственно и диаметр защитного газоотбойного колпака полусферической формы 3 будет составлять 305 мм. Также на внешней поверхности выпускного патрубка цилиндрической формы 2 выполнены возвышения 12 в виде четырехгранных пирамид.
На фиг. 2 показан фрагмент выпускного патрубка цилиндрической формы с выполненными углублениями и возвышениями на внутренней и внешней его поверхности. На внутренней поверхности выпускного патрубка цилиндрической формы 2 выполнены локальные углубления 13 (выемки) в виде лунок и диагональные ребра 14, выполненные в виде возвышений. Углубления 13 и диагональные ребра 14 расположены в выпускном патрубке цилиндрической формы 2 равномерно, на длину цилиндрического стакана.
Для повышения эффективности переноса тепла между внутренней и внешней поверхностями выпускного патрубка цилиндрической формы 2 (в металле) на внешней поверхности выпускного патрубка цилиндрической формы 2 выполнены возвышения 12 в виде четырехгранных пирамид.
На фиг. 3 представлена схема размещения гибких лент гибкого ленточного экрана 4 вокруг цилиндрического стакана 5, где а - вид сбоку, б - вид с торца. Выпускной патрубок цилиндрической формы 2. Гибкий ленточный экран 4 закреплен с помощью независимой системы зажимов (не показано) на внутренней поверхности защитного газоотбойного колпака полусферической формы 3.
Источники информации:
1. Пат. 2252146 Российская Федерация. Выпускная труба отопительно-вентиляционной установки [Текст] // Куликовский А.И., Цыганков Е.А., Тарасов С.А., Терсков A.M., Шапран В.Н., Чурыбкин Н.Н.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие 21 Научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации, заявл. 16.01.2004; опубл. 20.05.2005. - Ил.
2. Новые вихревые технологии аэротермодинамики в энергетическом газотурбостроении. Часть 3. Совершенствование термогазодинамических процессов /А.А. Халатов // Промышленная теплотехника. - 2008. - Т. 30, №6. - С. 5-19.