Защитно-маскировочный экран комбинированного охлаждения теплового излучения нагретых частей крупногабаритного наземного подвижного электроагрегата

Защитно-маскировочный экран комбинированного охлаждения теплового излучения нагретых частей крупногабаритного наземного подвижного электроагрегата
Заявляемая полезная модель относится к области маскировки, в частности к техническим средствам скрытия с управляемыми конструктивными элементами, обеспечивающими снижение теплого контраста нагретых частей техники до уровня шумов фона местности, обеспечивающих скрытие крупногабаритного наземного подвижного электроагрегата от тепловых средств разведки и наведения высокоточного оружия (ВТО) в инфракрасном (ИК) диапазоне спектра длин электромагнитных волн (ЭМВ).
Одной из важных задач маскировки является срытие наземных подвижных объектов, с установленными внутри источников тепла которые являются демаскирующим признаком их функционирования в ИК диапазоне спектра длин ЭМВ в условиях ведения современных средств разведки и наведения ВТО по выявленным видовым демаскирующим признакам и признакам их деятельности [Маскировка войск и войсковых объектов: учебное пособие / В.А. Кривилев, А.Г. Булахов, С.С. Волков. - М.: ВИА, 1996. - 304 с.].
Одним из способов, устраняющим наличие основного видового демаскирующего признака функционирования наземного подвижного объекта с установленными внутри агрегата источников тепла, является снижение температуры его нагретых частей за счет их экранирования с одновременным отводом теплового потока в места для его дальнейшего принудительного охлаждения.
Известно устройство и способ его применения для скрытия и охлаждения выхлопных газов военного объекта путем их отвода при помощи удлиненной выхлопной трубы в заранее оборудованную нишу, перекрытую щитом из досок и присыпанным сверху слоем земли, в боковой стенке которой дополнительно установлен трубопровод, соединяющий с окопом выводящий охлажденный выхлопные газы наружу [Руководство по инженерным средствам и приемам маскировки сухопутных войск, Москва, Военное издательство, 1986, стр. 78-79].
Недостатком вышеуказанного устройства его применения является низкая эффективность снижения теплового излучения работы двигателя, а также большая трудоемкость его выполнения (от 5 чел/час и более) отводимого на маскировку наземных объектов.
Известно устройство для снижения тепловой заметности военной машины [патент RU 2485431, опубликован 20.06.2013, F41H 3/00]. В нем, для уменьшения снижения тепловой заметности военной машины, последняя содержит наклонно приваренный к фланцу патрубок для выпуска отработавших газов двигателя, на котором посредством ступенчатых стоек закреплены нижний, средний и верхний теплозащитные щитки, наклоненные в сторону среза выходного сечения патрубка для обеспечения формирования инжекционного потока атмосферного воздуха. Патрубок служит для выпуска отработавших газов двигателя военной машины в определенном направлении, а теплозащитные щитки предназначены для снижения теплового излучения при работающем двигателе.
Известно также устройство с экраном выхлопных газов двигателя военной машины [патент RU 2439467, опубликовано 10.01.2012, F41H 7/02]. В нем, за счет газ отражательного экрана, установленного на корпусе машины и выполненного в виде плоского П-образного профиля в рабочем состоянии, выхлопные газы двигателя направляются в сторону нижнего борта корпуса машины, что уменьшает задымление в зоне открытого люка и приборов наблюдения, а также повышает уровень маскировки машины от инфракрасных средств обнаружения и поражения.
Недостатками выше рассмотренных аналогов является низкая эффективность снижения теплового излучения нагретых частей работы двигателя, не обеспечивающая эффективную маскировку наземных подвижных объектов, в ИК диапазоне спектра длин ЭМВ от современных средств разведки и наведения ВТО.
Известно изобретение и способ его применения «Аппарат воздушного охлаждения с внешней рециркуляцией воздуха» [патент RU 2166717, опубликован 10.05.2001, F28D 21/00, F25D 17/06, F25B 39/02]. Аппарат содержит теплообменную секцию, рециркуляционный канал и размещенную под ними камеру смешения теплого и холодного воздуха. В верхней части камеры смешения под теплообменной секцией со смещением в сторону, противоположную рециркуляционному каналу, установлен коллектор с размещенным в нем вентилятором. В месте сообщения камеры с рециркуляционным каналом на стенках закреплены пластины трапецеидальной формы, одна из которых наклонена в сторону вентилятора, а две другие - в сторону рециркуляционного канала.
Основным недостатком известного устройства является, прежде всего то, что оно не предназначено в качестве средства маскировки и не отводит тепловой поток от нагретых частей в забортную (окружающую) среду с обеспечением необходимого снижения выпускаемого теплового потока до уровня температуры окружающей среды фона в процессе его функционирования.
Известно устройство «Защитно-маскировочный экран комбинированного охлаждения теплового излучения нагретых частей наземного подвижного объекта» [патент на полезную RU №184679 от 24.07.2018 г. Опубликовано 02.11.2018. Бюл. №31. F41H 3/00], выбранное в качестве прототипа. Данная полезная модель относится к области маскировки, в частности к техническим средствам скрытия с управляемыми конструктивными элементами, обеспечивающими снижение теплого контраста нагретых частей техники до уровня шумов фона местности для скрытия наземного подвижного объекта от тепловых средств разведки и наведения ВТО в ИК диапазоне спектра длин ЭМВ. Известное техническое решение защитно-маскировочный экран включает теплообменную секцию с жалюзями для ввода наружного воздуха, секцию рециркуляционного канала и вентилятора, встроенного пульта управления, датчик температуры в зоне охлаждения теплового потока, рекуператор, бак с горловиной для воды, напорный насос, обратный клапан, встроенные в трубопровод форсунки для распыления жидкости в зону отвода охлаждаемого теплового потока. При этом перечисленные части устройства соединены между собой при помощи сборочных операций с образованием функционально-конструктивного единства, в совокупности обеспечивающего поэтапное охлаждение теплового потока от нагретых частей наземного подвижного объекта до требуемого значения температуры, посредством экранирования с одновременным отводом теплового потока из внутреннего пространства объекта наружу и его принудительное охлаждение в приземном слое атмосферы до уровня температуры шумов фона.
Сущность известной полезной модели заключается в создании технического устройства, обеспечивающего снижение видовых демаскирующих признаков нагретых частей наземного подвижного объекта от источников тепла в процессе его функционирования только от электроагрегата мощность до 30 кВт, установленного внутри защитного КУНГа.
Недостатком известной полезной модели, выбранной в качестве прототипа, является недостаточная эффективность его применения для снижения видовых демаскирующих признаков в ИК диапазоне спектра длин ЭМВ нагретых частей крупногабаритного наземного подвижного электроагрегата мощность от 30 кВт и выше по причинам отсутствия возможности отвода теплового потока от глушителей и выхлопных труб, установленных, в том числе, сверху на корпусе КУНГа крупногабаритного наземного подвижного электроагрегата, что позволяет его обнаруживать и распознавать по видовым демаскирующим признакам в РЖ диапазоне спектра длин ЭМВ.
Таким образом, выше рассмотренные известные устройства по своему конструктивному решению не в полной мере отвечают требованиям, предъявляемым к техническим средствам скрытия от средств разведки и наведения ВТО для снижения заметности, маскируемого наземного подвижного электроагрегата в ИК диапазоне спектра длин ЭМВ.
Техническим результатом полезной модели является создание защитно-маскировочного экрана с увязанными между собой отдельными функционально-конструктивными элементами, обеспечивающими снижение температуры нагретых частей крупногабаритного наземного подвижного электроагрегата, за счет экранирования нагретых его частей внутри и снаружи с одновременным охлаждением потоками наружного воздуха и поэтапным отводом нагретого наружного воздуха по теплоизолирующим воздухопроводам в теплообменные секции защитно-маскировочного экрана для снижения его температуры и последующего выброса в приземный слой атмосферы.
Задачей заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей защитно-маскировочного экрана, обеспечивающего снижение демаскирующих признаков нагретых частей крупногабаритного наземного подвижного электроагрегата от источников тепла в процессе его функционирования, за счет снижения температуры нагретых частей электроагрегата посредством их экранирования с одновременным поэтапным отводом теплового потока из внутреннего пространства электроагрегата наружу и последующим принудительным охлаждением в приземном слое атмосферы до уровня температуры шумов фона.
Поставленная задача достигается тем, что защитно-маскировочный экран комбинированного охлаждения теплового излучения нагретых частей крупногабаритного наземного подвижного электроагрегата, состоящий из теплообменной секции с жалюзями для ввода наружного воздуха, встроенной секции рециркуляционного канала, вентилятора, пульта управления, привинченного к наружной поверхности тепловой секции, датчика температуры охлаждаемого теплового потока, который соединен с пультом управления по проводной связи и привинчен с наружи к трубопроводу, расположенному в зоне охлаждения теплового потока, ввинченного снизу секции рециркуляционного канала рекуператора с выполненным в корпусе на входе отверстием для подсасывания наружного воздуха дополнительного охлаждения теплового потока, бака с горловиной для воды, привинченного с одной из боковых сторон к лицевой стороне теплообменной секции, напорного насоса, встроенного с низу бака для воды, обратного клапана, который по трубопроводу соединен с баком для воды, закрепленного болтовым соединением внутри тепловой секции на шпильках на входе встраиваемой секции рециркуляционного канала дополнительного герметично закрывающегося бака с охлаждающей жидкостью с встроенным внутри его электрическим центробежным насосом, а с наружи дна с выполненными сквозными отверстиями, к которым приварены одним концом две полые трубки с накидными гайками, к которым с другого конца закреплена двумя накидными гайками полая трубка, размещенная внутри рекуператора, вход которого сочленен резьбовым соединением с секцией рециркуляционного канала, который на выходе закреплен резьбовым соединением с вытяжным вентилятором, последовательно прикрепленного к нему, муфтовой головкой гибкого полого шланга для отвода теплового потока в зону его наружного охлаждения, находящихся в функционально-конструктивном единстве, для отвода теплового потока с верхней полусферы зоны наблюдения агрегата он, кроме теплообменной секции с жалюзями, которая закреплена вертикально на боковой стороне корпуса подвижного объекта для ввода наружного воздуха, дополнительно содержит две теплообменные секции с жалюзями для ввода наружного воздуха, Одна из которых аналогично первой теплообменной секции с жалюзями закреплена вертикально на боковой противоположной стороне корпуса перед вторым люком радиатора электроагрегата и находится в функционально-конструктивном единстве с первой секцией закрепленной вертикально на боковой стороне корпуса так же перед первым люком радиатора электроагрегата. Вторая дополнительная теплообменная секция с жалюзями в виде двух теплоизоляционных защитных кожухов глушителя электроагрегата, конструктивно соединенных между собой гофрированным воздуховодом, встроенным через проделанные отверстия для крепления воздуховода в боковых плоскостях теплоизоляционных защитных кожухов глушителя электроагрегата, которые соответственно привинчены его к корпусу горизонтально сверху глушителя накидными гайками. При этом все три теплообменные секции в собранном виде закреплены к корпусу наземного подвижного электроагрегата с помощью болтовых соединений на выходе трех тепловых потоков и функционально объединены между собой с одной стороны гофрированными воздуховодами, встроенными в боковые плоскости трех теплообменных секций с жалюзями, с другой противоположной стороны объединены трубопроводом с форсунками, закрепленным к двум бакам с горловиной для воды, привинченным к лицевой стороне двух боковых вертикально закрепленных на корпусе электроагрегата теплообменных секций и подключены к пульту управления, привинченному к наружной поверхности первой теплообменной секции и сочлененному с датчиком температуры охлаждаемого теплового потока. При этом на верхней горизонтальной поверхности каждого теплоизоляционного защитного кожуха глушителя электроагрегата выполнены сквозные отверстия для выхлопной трубы электроагрегата, вертикально ориентированной относительно поверхности защитного кожуха, на которою для подсоса наружного воздуха по всей ее длине свободно продет раздвигающийся или складывающийся защитно-маскировочный кожух, состоящий из n- отдельных полых конусообразных элементов, соединенных между собой по вертикали вдоль выхлопной трубы удерживающим тросом, на котором благодаря жестко закрепленным серьгам с шагом 2/3 высоты каждого полого конусообразного элемента в раздвинутом по длине выхлопной трубы удерживается в зафиксированном состоянии каждый полый конусообразный элемент, в целом образующий единый элемент вертикально установленного вокруг выхлопной трубы защитно-маскировочного кожуха, удерживаемого в этом положении при натяжении троса, продетого в выполненные в стенках верхней части полого конусообразного элемента сквозные отверстия. Для экранирования выхлопных газов электроагрегата сверху выхлопной трубы к ее оголовку навинчена конусообразная теплоизоляционная крышка оголовка выхлопной трубы с ввинченным в ее вершину с внутренней стороны отражателем твердых частиц, на который установлен съемный абсорбирующий фильтр нагретых выхлопным газом твердых частиц. При этом, по контуру нижнего основания конусообразной теплоизоляционной крышки соосно приварены направляющие ролики с внешней стороны основания, обеспечивающие при натяжении удерживающего троса фиксированный подъем n- отдельных полых конусообразных элементов, образующих вдоль выхлопной трубы защитно-маскировочный кожух, натяжение отдельных полых конусообразных элементов которого в рабочее состояние обеспечено с пульта управления по проводной связи, подключенного к генератору отбора мощности базового шасси электроагрегата, обеспечивающего запуск в рабочее состояние весь защитно-маскировочный экран комбинированного охлаждения теплового излучения нагретых частей крупногабаритного наземного подвижного электроагрегата. При этом каждый удерживающий трос одними концами закреплен к проушинам защитных кожухов глушителей, а другими концами к электролебедкам жестко закрепленным на горизонтальной плоскости обоих защитных кожухов глушителя электроагрегата. Гибкий полый шланг для отвода теплового потока в зону его наружного охлаждения выполнен гофрированным. При этом, внешняя поверхность всех трех теплообменных секций с жалюзями обклеена термостойким радиопоглощающим покрытием на минеральных волокнах, окрашенного под защитный цвет наземного подвижного объекта.
Таким образом, перечисленные элементы соединены между собой при помощи сборочных операций с образованием конструктивного единства и реализацию заявляемой полезной модели.
Техническая сущность заявляемой полезной модели представлена на фиг. 1-5.
На фиг. 1 приведена кинематическая схема работы защитно-маскировочного экрана комбинированного охлаждения теплового излучения нагретых частей наземного подвижного объекта, где:
1 - теплоизоляционный оголовок с абсорбирующим фильтрующим элементом, 2 - направляющий ролик натяжного троса, 3 - выхлопная труба электроагрегата, 4 - натяжной трос, 5 - полый конусообразный элемент теплоизоляционного кожуха, 6 - электролебедка натяжения троса, 7 - корпус агрегата, 8 - теплоизоляционный кожух глушителя агрегата, 9 - гофрированный воздуховод, 10 - быстросъемные муфты для крепления гофрированного воздуховода, 11 - жалюзи защитного кожуха, 12 - теплообменная секция, 13 - заливная горловина, 14 - бак для воды, 15 - положение люка радиатора электроагрегата, 16 - напорный насос, 17 - пульт управления, 18 - жалюзи, 19 - канал рециркуляционной секции, 20 - трубопровод для воды, 21 - входное отверстие рекуператора, 22 - рекуператор, 23 - вытяжной вентилятор, 24 - обратный клапан, 25 - проводная линия управления, 26 - гибкий воздушный рукав, 27 - датчик температуры, 28 - форсунки, 29 - источники тепла (электроагрегаты),+ΔGт.п. - тепловой поток, -ΔGв.п. - воздушный охлаждаемый поток, -ΔGт.п.в - охлажденный тепловой поток.
На фиг. 2 представлена конструкция защитно-маскировочного экрана с его лицевой стороны, где: 12 - теплообменная секция, 13 - заливная горловина, 14 - бак для воды, 16 - напорный насос, 17 - пульт управления, 18 - жалюзи, 19 - канал рециркуляционной секции, 20 - трубопрод для воды, 21 - входное отверстие рекуператора, 22 - рекуператор, 23 - вытяжной вентилятор, 25 - линии управления, 26 - гибкий воздушный рукав, 30 - крепление бака с охлаждающей жидкостью, 31 - крепление канала рециркуляционной секции.
На фиг. 3 представлен разрез защитно-маскировочного экрана, где: 12 - теплообменная секция, 13 - заливная горловина, 18 - жалюзи, 19 - канал рециркуляционной секции, 22 - рекуператор, 23 - вытяжной вентилятор, 25 - линии управления, 30 - крепление бака с охлаждающей жидкостью, 31 - крепление канала рециркуляционной секции, 32 - слой зеркальной полипропилен-терофтолатовой пленки, 33 - бак с охлаждающей жидкостью, 34 - центробежный электрический насос, 35 - быстросемные гидравлические соединения, 36 - полые трубки.
На фиг. 4 представлен вертикальный разрез защитно-маскировочного экрана выхлопных труб агрегата, где: 2 - направляющий ролик натяжного троса, 3 - выхлопная труба электроагрегата, 4 - натяжной трос, 5 - полый конусообразный элемент теплоизоляционного кожуха, 6 - электролебедка натяжения троса, 8 - теплоизоляционный кожух глушителя агрегата, 11 - жалюзи защитного кожуха, 37 - теплоизоляционная крышка оголовка выхлопной трубы, 38 - абсорбирующий фильтр, 39 - отражатель твердых частиц, 40 - фиксатор натяжного троса в полом конусообразном элементе теплоизоляционного кожуха, 41 - проушины для крепления натяжного троса, 42 - слой зеркальной полипропилен-терофтолатовой пленки, 43 - глушитель выхлопных газов, 44 - отверстие для крепления гофрированного воздуховода.
На фиг. 5 представлен горизонтальный разрез защитно-маскировочного экрана выхлопных труб агрегата, где: 3 - выхлопная труба электроагрегата, 4 - натяжной трос, 5 - полый конусообразный элемент теплоизоляционного кожуха, 6 - электролебедка натяжения троса, 7 - корпус агрегата, 8 - теплоизоляционный кожух глушителя агрегата, 9 - гофрированный воздуховод, 10 - быстросъемные муфты для крепления гофрированного воздуховода, 11 - жалюзи теплоизоляционного кожуха глушителя, 12 - теплообменная секция, 13 - заливная горловина, 14 - бак для воды, 25 - линии управления, 40-фиксатор натяжного троса в полом конусообразном элементе.
Осуществление охлаждения температуры теплового потока в процессе работы источника тепла с применением заявляемой полезной модели защитно-маскировочного экрана комбинированного охлаждения теплового излучения нагретых частей наземного подвижного объекта осуществляют следующим образом.
Для охлаждения теплового потока в процессе функционирования крупногабаритного наземного подвижного электроагрегата с пульта управления 17 устройства производят запуск вытяжного вентилятора 23, который засасывает поступающий тепловой поток из теплообменной секции 12 и теплоизоляционного кожуха выхлопных труб 8 в рекуператор 22, через канал рециркуляционной секции 19 для дополнительного его смешивания с потоком наружного воздуха, который поступает через жалюзи теплоизоляционного кожуха выхлопных труб 11, жалюзи теплообменной секции 18 и входное отверстие 21 рекуператора 22. В рекуператоре 22 происходит смешение теплового потока с потоком наружного воздуха. Для повышения эффективного охлаждения на этом участке устройства теплового потока производят дополнительную циркуляцию залитой в бак 33 охлаждающей жидкости по полым трубкам 36. Далее охлажденный тепловой поток поступает через гибкий рукав 26 в зону охлаждения водой распыляемой форсунками 28, в которой производят фиксацию температуры охлаждаемого теплового потока датчиком температуры 27, закрепленным на трубопроводе и подключенным по проводной связи к пульту управления 17. При регистрации на пульте управления 17 температуры охлаждаемого теплового потока более ± 6-12°С относительно подстилаемого фона местности, на которой расположен наземный подвижный объект, автоматически включаются через пульт управления 17 напорный насос 16, который подает воду из бака 14 по трубопроводу 25 через обратный клапан 24 на форсунки 28, закрепленные к трубопроводу 25 для распыления воды в приземной зоне до требуемой температуры.
Для экранирования теплового излучения выхлопных труб 3 крупногабаритного наземного подвижного электроагрегата во время его функционирования с пульта 17 по проводной линии 25 включаются электролебедки 6, которые при помощи тросов 4 поднимают вокруг выхлопных труб 3 полые конусообразные элементы 5 покрытые с внутренней стороны зеркальной полипропилен-терофтолатовой пленкой. Поднимаясь вверх, полые конусообразные элементы 5 закрывают выхлопные трубы 3 по всей их длине, тем самым экранируя тепловое излучение.
Поднимающиеся по внутренней полости конусообразных элементов 5 потоки нагретого воздуха от выхлопных труб 3 перемешиваются с засасывающимся в полые конусообразные элементы 5 наружным воздухом и охлаждаются в конвекционных потоках смешанного воздуха.
В дальнейшем охлажденный конвекционный поток воздуха на выходе полых конусообразных элементов 5 смешивается с горячими выхлопными газами, выходящими из выхлопных труб 3, дополнительно охлаждается и очищается абсорбирующими фильтрующими элементами 38 теплоизоляционных оголовков 1, установленных сверху выхлопных труб 3.
Выхлопные газы, попадая в теплоизоляционный оголовок 1, очищаются абсорбирующими фильтрующими элементом 38 от твердых частиц и ударяясь от отражатель твердых частиц 39 проходят через абсорбирующий фильтр 38 для очистки от элементов несгоревшего топлива и выбрасываются в окружающую воздушную среду из-под теплоизоляционной крышки оголовка 37, которая обклеена термостойким радиопоглощающим покрытием на минеральных волокнах и окрашена под защитный цвет наземного подвижного электроагрегата.
Эффективность применения защитно-маскировочного экрана комбинированного охлаждения теплового излучения нагретых частей наземного подвижного объекта определяется возможностью обнаружения подвижного объекта в период его функционирования.
Критерием не обнаружения объекта является условие:
где -  контраст фона и отводимого теплового потока после применения ЗМЭ;
Тепловое излучение характеризуется плотностью излучения, которое зависит от материала и состояния поверхности, а также абсолютной температуры тела. Плотность излучения описывается яркостной (радиационной) температурой, распределение которой по поверхности объекта определяет тепловой «портрет» объекта.
ик
Тепловой контраст (К) объекта с фоном определяется по формуле
где:
- тепловая яркость объекта;
- тепловая яркость фона.
На практике чаще используют температурный контраст Кт поверхностей объекта и фона, взятый по модулю [Маскировка войск и войсковых объектов: учебное пособие / В.А. Кривилев, А.Г. Булахов, С.С. Волков. - М.: ВИА, 1996. - 304 с.]:
об
ф
где Т, Т - радиационная температура объекта и фона соответственно в градусах Цельсия или Кельвина.
о
об
Температура охлажденного отводимого теплового потока объекта Т определяется из системы уравнений баланса, соответственно в градусах Цельсия или Кельвина.
где:
тп
Т - температура охлаждаемого теплового потока;
жр
Т - температура охлаждаемой жидкости рекуператора;
вп
Т - температура воздушного потока поступавшего через входное отверстие рекуператора;
впж
Т - температура воздушного потока поступавшего через жалюзи;
отп
Т - температура охлаждаемого теплового потока в зоне охлаждения;
тг
Т - температура охлаждаемого теплового потока в теплоизоляционном кожухе глушителя агрегата;
тк
Т - температура охлаждаемого теплового потока в конусообразном элементе теплоизоляционного кожуха.
рф
Проведенные расчеты при температуре окружающей среды от 15°С до 20°С, относительной влажности воздуха W=65-70%, температуры источника излучения 65-75°С и расположении объекта на растительном фоне с Т=12-15°С показывают, что условия не обнаружения  по установленному критерию не обнаружения электроагрегата в ИК диапазоне спектра длин ЭМВ выполняется в строгом установленном процессе поэтапного комбинированного охлаждения теплового излучения нагретых частей наземного крупногабаритного подвижного электроагрегата в процессе применения заявляемой полезной модели «защитно-маскировочный экран комбинированного охлаждения теплового излучения нагретых частей крупногабаритного наземного подвижного электроагрегата».
Таким образом, в заявляемой полезной модели расширены функциональные возможности защитно-маскировочного экрана, обеспечивающего снижение демаскирующих признаков нагретых частей крупногабаритного наземного подвижного электроагрегата от источников тепла в процессе его функционирования, за счет снижения температуры нагретых частей электроагрегата посредством их экранирования с одновременным поэтапным отводом теплового потока из внутреннего пространства электроагрегата наружу и последующим принудительным охлаждением в приземном слое атмосферы до уровня температуры шумов фона.