ТЕПЛОВАЯ МИШЕНЬ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ СТРЕЛЬБЫ

Полезная модель относится к активным мишеням, излучающим инфракрасное излучение, и предназначена для формирования теплового образа реального объекта с заданными температурными характеристиками при различных погодных и климатических условиях в любое время суток. Устройство может быть использовано для испытаний инфракрасных оптико-электронных систем, а также для обучения (тренировки) стрельбе с применением тепловизионных прицелов.
Известны тепловые мишени для практической стрельбы, содержащие опорные устройства с установленными на них имитаторами теплоизлучающей цели, действие которых основано на создании температурного контраста с окружающей фоновой обстановкой за счет применения излучателя с нагревательным элементом, находящимся в составе имитатора теплоизлучающей цели (патент US 4546983, F41J 9/13, опубл. 15.10.1985; патент US 4792142, F41J 1/00, опубл. 20.12.1988; патент DE 3514973, F41J 9/13, 1/00, F41G 3/26, опубл. 30.10.1986). Существенным недостатком указанных тепловых мишеней для практической стрельбы является ограниченная возможность воспроизведения различных температурных режимов внешней поверхности объектов во времени из-за трудности обеспечения изотермичности стенок излучателя при ветровых нагрузках. Кроме того, сложные мишени многоразового использования требуют профилактических и ремонтных работ для поддержания их работоспособности.
Известна конструкция теплового имитатора инфракрасного излучения (патент на полезную модель RU 27693, F41J 2/02, опубл. 10.02.2003), выполненная в виде излучающей пластины, покрытой термостойкой матовой эмалью, и снабженная отражателем, нагревательным элементом, блоком управления и датчиком уровня излучения, перед которым расположен оптический фильтр с заданными спектральными характеристиками и термодатчиками излучающей пластины и окружающей среды. Устройство теплового имитатора инфракрасного излучения в силу малой тепловой инерции позволяет имитировать динамические характеристики тепловых портретов объектов во времени по заданной программе за счет возможности контроля и оперативного управления уровнем инфракрасного излучения и температурой излучающей поверхности имитатора. Однако данный тепловой имитатор инфракрасного излучения содержит дорогостоящие материалы для изготовления излучателя и нагревательного элемента, которые при стрельбе разрушаются, что экономически невыгодно. Это обстоятельство не позволяет применять указанный тепловой имитатор как тепловую мишень для практической стрельбы.
Известна тепловая мишенная плата (патент US 2016/0370154 А1, F41J 2/02, опубл. 22.12.2016), включающая нагревательную краску, нанесенную на одну поверхность ткани прямоугольной формы и высушенную, и электродные провода, установленные параллельно двум сторонам, обращенным друг к другу на поверхности, на которую нанесена нагревательная краска, и каждый из которых имеет конец, проходящий наружу от края ткани. Тепловая мишенная плата приводится в действие постоянным током и способна обеспечить стабильное выделение тепла при низких производственных затратах, используя нагревательную краску, включающую стержневой углеродный проводник. Недостатками указанной тепловой мишенной платы являются:
невозможность получения в нагретой прямоугольной области зон с неодинаковой температурой, что характерно для реальных целей;
нестабильность электрического сопротивления односторонне окрашенной ткани (а, следовательно, и температуры мишенной платы) из-за ее гигроскопичности в условиях открытой местности.
Наиболее близким техническим решением к заявленному устройству по назначению и совокупности существенных конструктивных признаков - прототипом - является устройство генерирования теплового сигнала (патент US 2009/0194942 A1, F41J 2/02, F41J 7/00, B41J 2/34, опубл. 06.08.2009), включающее, по меньшей мере, две параллельные шины, работающие для передачи тока, и нагревательный элемент, имеющий, по меньшей мере, первую и вторую область. Нагревательный элемент включает в себя множество горизонтальных и множество вертикальных трасс. Ширина каждой из множества горизонтальных и множества вертикальных трасс может быть больше в первой области нагревательного элемента, чем во второй области нагревательного элемента, что позволяет нагревательному элементу излучать градиентный тепловой перепад.
Названное устройство генерирования теплового сигнала, аналогичного тепловому излучению реальной цели, может быть применено для обучения и тренировки стрельбе с использованием тепловизионных прицелов.
Однако устройство-прототип имеет ряд недостатков, а именно
технологическая сложность изготовления - для выполнения множеств горизонтальных и вертикальных трасс на поверхности нагревательного элемента необходимо спроектировать и изготовить специальные струйные, цифровые или другие устройства для печати резистивных и проводящих чернил;
низкая универсальность - для каждой мишени, имитирующей цель нового типа или конфигурации, необходимо математически рассчитать или экспериментально определить ширину и соотношение множеств горизонтальных и вертикальных трасс каждой области нагревательного элемента;
высокая стоимость - токопроводящие чернила изготавливаются на основе чистого серебра.
большое время подготовки к эксплуатации в полевых условиях - необходимое напряжение питания нагревательного элемента для достижения требуемой температуры зависит от интенсивности конвективного теплообмена на его поверхности, т.е. от температуры воздуха и скорости ветра и, при отсутствии автоматической системы терморегулирования, подбирается в каждом конкретном случае опытным путем. Применение же автоматической системы терморегулирования нецелесообразно, поскольку датчик температуры такой системы надо прикрепить к поверхности нагревательного элемента, где он сам, или кабель для его подключения могут быть перебиты при практической стрельбе, что снижает надежность и время эксплуатации всего устройства генерирования теплового сигнала.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание конструкции тепловой мишени для практической стрельбы, позволяющей имитировать уровень инфракрасного излучения внешних поверхностей реальных объектов во времени при различных погодных и климатических условиях эксплуатации в любое время суток, обладающей высокой мобильностью, малым временем нагрева теплоизлучающей поверхности, имитирующей тепловой образ реального объекта, а также низкой стоимостью изготовления и эксплуатации мишени.
Ц
Ц
к
М
В
2
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в тепловой мишени для практической стрельбы, содержащей опорное устройство с установленным на нем имитатором реальной теплоизлучающей цели, имитатор реальной теплоизлучающей цели выполнен из гибкого электропроводного материала с токопроводящими шинами, расположенными по двум взаимно противоположным границам имитатора реальной теплоизлучающей цели, подключенными с помощью соединительных проводов к регулируемому источнику электропитания с напряжением равным величине  где S - площадь имитатора реальной теплоизлучающей цели, R - электрическое сопротивление гибкого электропроводного материала имитатора реальной теплоизлучающей цели, ε - коэффициент излучения реальной теплоизлучающей цели; σ - постоянная Стефана-Больцмана, Т - температура реальной теплоизлучающей цели, α - коэффициент конвективной теплоотдачи, лежащий в диапазоне от 5 до 20 Вт/(м⋅К) в зависимости от скорости ветра на стрельбище, ε - коэффициент излучения имитатора реальной теплоизлучающей цели, Т - температура воздуха на стрельбище.
Полезная модель тепловой мишени для практической стрельбы поясняется чертежом, где на фиг. представлена принципиальная схема устройства.
Тепловая мишень для практической стрельбы содержит опорное устройство 1, на котором установлен имитатор реальной теплоизлучающей цели 2 с токоподводящими шинами 3 и 4, подключенными с помощью соединительных проводов 5 к регулируемому источнику электропитания 6.
Тепловая мишень для практической стрельбы работает следующим образом.
Перед стрельбой имитатор реальной теплоизлучающей цели 2 механически закрепляют на предварительно установленное в мишенном поле опорное устройство 1 преимущественно с помощью канцелярских скрепок или липкой ленты. К токоподводящим шинам 3 и 4 имитатора реальной теплоизлучающей цели 1 подключают концы соединительных проводов 5, противоположные концы которых подключают к клеммам выключенного регулируемого источника электропитания 6. По метеоданным в районе стрельбища (температуре воздуха и скорости ветра) устанавливают необходимое напряжение регулируемого источника электропитания 6 имитатора реальной теплоизлучающей цели 2 в соответствии с формулой  после чего включают регулируемый источник электропитания 6. Через 1…2 минуты тепловая мишень готова для практической стрельбы.
к
2
Пример расчета требуемого напряжения регулируемого источника электропитания при скорости ветра от 0 до 2 м/с, когда значение коэффициента конвективной теплоотдачи α, лежащего в диапазоне от 5 до 20 Вт/(м⋅К), назначается минимальным.
Исходные данные:
2
δ=0,5 м,
R=10 Ом,
Ц
ε=0,8,
-8
2
4
σ=5,7 10 Вт/(м⋅К),
Ц
Т=273 К,
к
2
α=5 Вт/(м⋅К),
М
ε=0,8,
В
T=268 К.
Напряжение регулируемого источника электропитания имитатора реальной теплоизлучающей цели будет равно:
к
2
В условиях сильного ветра на стрельбище от 10 м/с до 15 м/с значение коэффициента конвективной теплоотдачи α назначается максимальным, равным 20 Вт/(м⋅К). В этом случае, при тех же остальных исходных данных, напряжение регулируемого источника электропитания должно быть установлено равным:
При скорости ветра более 15 м/с стрельбы не проводятся.
Для предотвращения намокания имитатора реальной теплоизлучающей цели, выполненного из электропроводной бумаги, он может быть ламинирован влагонепроницаемой пленкой. В случае выполнения имитатора реальной теплоизлучающей цели из металлизированной электропроводной ткани ламинирование не требуется, так как намокание не сказывается на величине ее электрического сопротивления и прочности.
Использование полезной модели позволяет улучшить технико-экономические и эксплуатационные характеристики тепловой мишени для практической стрельбы за счет применения в качестве теплоизлучающей поверхности гибкого электропроводного материала, производящегося промышленно (электропроводной бумаги, электропроводной ткани) и обладающего малым временем нагрева, низкой стоимостью, возможностью длительного времени работы и многоразового использования, обусловленного свойством гибкого электропроводного материала, при котором большое количество попаданий в имитатор не нарушает работоспособность тепловой мишени. Регулируемый источник электропитания позволяет имитировать уровни инфракрасного излучения реальных теплоизлучающих целей при различных погодных и климатических условиях в любое время суток.
Полезная модель создана при финансовой поддержке ТулГУ в рамках научного проекта № НИР_2018_39.