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

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 для скрытия наземного подвижного объекта от тепловых средств разведки и наведения высокоточного оружия (ВТО) в инфракрасном диапазоне спектра длин электромагнитных волн (ИК диапазоне спектра длин ЭМВ).
Одной из важных задач маскировки является срытие наземных подвижных объектов с установленными внутри кунгов 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. Кривилёв, А.Г. Булахов, С.С. Волков. - М.: ВИА, 1996. - 304 с.].
Одним из способов, устраняющим наличие основного демаскирующего признака функционирования наземного подвижного объекта с установленными внутри кунга источников тепла является снижение температуры нагретых частей источников тепла за счет их экранирования с одновременным отводом теплового потока из внутреннего пространства наземного подвижного объекта (например кунга) наружу с дальнейшим его охлаждением посредством принудительного эжектирования охлаждающих жидкостей в приземную зону наружного охлаждения теплового потока.
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, F41H3/00]. 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 эжекционного 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 газоотражательного 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], выбранный в качестве прототипа, Данное устройство предназначено для использования в химической, нефтяной, газовой и других отраслях промышленности для охлаждения продуктов, изменяющих при понижении температуры агрегатное состояние до твердой фазы или образующих твердые химические соединения. 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.
Согласно известному устройству и способу его применения охлаждение горячей поверхности источника тепла осуществляют холодным потоком наружного воздуха из окружающей среды поступающего через жалюзи рециркуляционного канала обдуваемого вентилятором и отводящим тепловой поток из внутренней пространства объекта в окружающую среду.
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.
Таким образом выше рассмотренные известные устройства по своему конструктивному решению не отвечают современным требованиям маскировки в результате их применении в качестве технических средств скрытия от средств разведки и наведения ВТО для снижения заметности маскируемого наземного подвижно объекта в ИК диапазоне спектра длин ЭМВ.
Технический результат достигается тем, что в защитно-маскировочный экран, состоящий из конструктивно увязанных между собой теплообменной секции с жалюзями для ввода наружного воздуха, секции рециркуляционного канала и вентилятора, встроены пульт 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 элементы 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 относительно температуры фона местности в районе расположения объекта.
Задачей заявляемой полезной модели является создание технического устройства обеспечивающего снижение демаскирующих признаков нагретых частей наземного подвижного объекта от источников тепла, в процессе функционирования, за счет снижения их температуры посредством экранирования с одновременным поэтапным отводом теплового потока из внутреннего пространства объекта наружу в приземную зону наружного охлаждения теплового потока и его принудительное охлаждение в этой зоне до уровня температуры шумов фона местности.
Поставленная задача достигается тем, что в защитно-маскировочный экран комбинированного охлаждения теплового излучения нагретых частей наземного подвижного объекта, состоящий из теплообменной секции с жалюзями для ввода наружного воздуха, встроенной секции рециркуляционного канала и вентилятора, дополнительно содержит пульт управления, привинченный к наружной поверхности тепловой секции, сочлененный с датчиком температуры охлаждаемого теплового потока, который соединен с ним по проводной связи и привинчен снаружи к трубопроводу в зоне охлаждения теплового потока, рекуператор, ввинченный снизу секции рециркуляционного канала, бак с горловиной для воды, привинченный с одной из боковых сторон к лицевой стороне теплообменной секции, напорный насос, встроенный снизу бака для воды, который по трубопроводу соединен с встроенным в нем обратным клапаном, обеспечивающим подачу охлаждаемой воды в ввинченные в трубопровод форсунки для распыления воды в зону отвода охлаждаемого теплового потока. При этом на входе встраиваемой секции рециркуляционного канала, расположенного внутри тепловой секции на шпильках закреплен болтовым соединением дополнительный герметично закрывающийся бак с охлаждающей жидкостью (например, тосол или антифриз) с встроенным внутри его электрическим центробежным насосом, а снаружи дна бака выполнены сквозные отверстия, к которым приварены одним концом две полые трубки с накидными гайками, к которым с другого конца закреплены двумя накидными гайками полые трубки рекуператора, вход которого сочленен резьбовым соединением с секцией рециркуляционного канала, а на выходе, закреплен также резьбовым соединением с вытяжным вентилятором, к которому последовательно муфтовой головкой прикреплен гибкий полый шланг для отвода теплового потока в зону его наружного охлаждения. Причем на входе в корпусе рекуператора выполнено входное отверстие для подсасывания наружного воздуха дополнительного охлаждения теплового потока.
Таким образом, перечисленные элементы соединены между собой при помощи сборочных операций с образованием конструктивного единства и реализацию заявляемого устройства.
Техническая сущность заявляемой полезной модели представлена на фиг. 1-3.
На фиг. 1 приведена кинематическая схема работы защитно-маскировочного экрана комбинированного охлаждения теплового излучения нагретых частей наземного подвижного объекта, где:
т.п.
в.п.
т.п.в.
1 - теплообменная секция, 2 - заливная горловина, 3 - положение технологического люка для отвода тепла, 4 - бак с горловиной для воды, 5 - напорный насос, 6 - пульт управления, 7 - жалюзи, 8 - встроенная секция рециркуляционного канала, 9 - трубопровод, 10 - обратный клапан, 11 - входное отверстие рекуператора, 12 - линии управления (проводная связь), 13 - рекуператор, 14 - вытяжной вентилятор, 15 - гибкий шланг, 16 - датчик температуры, 17 - форсунки, 18 - источник тепла, 19 - наземный подвижный объект, +ΔG - тепловой поток, -ΔG - воздушный охлаждаемый поток, -ΔG - охлажденный тепловой поток.
На фиг. 2 представлена конструкция защитно-маскировочного экрана с его лицевой стороны, где: 1 - теплообменная секция, 2 - заливная горловина, 4 - бак для воды, 5 - напорный насос, 6 - пульт управления, 7 - жалюзи, 8 - канал рециркуляционной секции, 9 - трубопровод, 11 - входное отверстие рекуператора, 12 - линии управления, 13 - рекуператор, 14 - вытяжной вентилятор, 24 - крепление бака с охлаждающей жидкостью, 25 - крепление канала рециркуляционной секции,
На фиг. 3 представлен разрез защитно-маскировочного экрана, где: 1 - теплообменная секция, 2 - заливная горловина, 7 - жалюзи, 8 - канал рециркуляционной секции, 12 - линии управления, 13 - рекуператор, 14 - вытяжной вентилятор, 20 - бак с охлаждающей жидкостью, 21 - центробежный электрический насос, 22 - быстросемные гидравлические соединения, 23 - слой зеркальной полипропилен-терофтолатовой пленки, 24 - крепление бака с охлаждающей жидкостью, 25 - крепление канала рециркуляционной секции, 26 - полые трубки.
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 наземного подвижного объекта с пульта управления 6 устройства производят запуск вытяжного вентилятора 14, который засасывает поступающий тепловой поток из теплообменной секции 1 в рекуператор 13, через секцию рециркуляционного канала 8 для дополнительного его смешивания с потоком наружного воздуха, который поступает через жалюзи 7 и входное отверстие 11 рекуператора 13. В рекуператоре 13 происходит смешение теплового потока с потоком наружного воздуха. Для повышения эффективного охлаждения на этом участке устройства теплового потока производят дополнительную циркуляцию залитой в бак 20 охлаждающей жидкости, например тосол или антифриз, по полым трубкам 26. Далее охлажденный тепловой поток поступает через гибкий полый шланг 15 в приземную зону его наружного охлаждения, в которой производят фиксацию температуры охлаждаемого теплового потока датчиком температуры 16, закрепленным на трубопроводе и подключенным по проводной связи к пульту управления 6. При регистрации на пульте управления 6 температуры охлаждаемого теплового потока более ±6-12°С относительно подстилаемого фона местности, на которой расположен наземный подвижный объект 19, автоматически включаются через пульт управления 6 напорный насос 5, который подает воду из бака 4 по трубопроводу 9 через обратный клапан 10 на форсунки 17, встроенные в трубопровод 9 для распыления воды в приземной зоне наружного охлаждения теплового потока до требуемой температуры.
Оценка эффективности применения защитно-маскировочного экрана комбинированного охлаждения теплового излучения нагретых частей наземного подвижного объекта производилась исходя из условия не обнаружения объекта [Основы защиты от технических разведок: учебное пособие / Ю.К. Меньшаков. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2011, с. 478, стр. 256].
Критерием не обнаружения объекта является условие:
где  - контраст фона и отводимого теплового потока после применения защитно-маскировочного экрана.
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 [Маскировка войск и войсковых объектов: учебное пособие / В.А. Кривилёв, А.Г. Булахов, С.С. Волков. - М.: ВИА, 1996. - 304 с.]:
где:
- тепловая яркость объекта;
- тепловая яркость фона.
ик
На практике чаще используют температурный контраст Kповерхностей объекта и фона, взятый по модулю [Маскировка войск и войсковых объектов: учебное пособие / В.А. Кривилёв, 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 уравнения баланса, соответственно в градусах Цельсия или Кельвина.
тп
где 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;
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 необнаружения 0,2≤≤0,3 по установленному критерию не обнаружения объекта в ИК диапазоне спектра длин ЭМВ выполняется в строгом установленном процессе поэтапного комбинированного охлаждения теплового излучения нагретых частей наземного подвижного объекта в процессе применения заявляемого защитно-маскировочного экрана.
Таким образом, в заявляемой полезной модели расширена область применения защитно-маскировочного экрана комбинированного охлаждения теплового излучения нагретых частей наземного подвижного объекта за счет их экранирования с одновременным отводом теплового потока из внутреннего пространства наземного подвижного объекта (например, кунга автомобиля с источником теплового излучения) наружу с дальнейшим его охлаждением посредством принудительного эжектирования охлаждающих жидкостей в приземную зону наружного охлаждения теплового потока до температуры шумов фона местности, обеспечивая снижение заметности наземного подвижного объекта от средств разведки, а также автоматизированных систем наведения ВТО, использующие микроструктуры изображения цели в ИК диапазонах спектра ЭМВ.
Источники информации
1. Руководство по инженерным средствам и приемам маскировки сухопутных войск, Москва Военное издательство, 1986 стр.
2. Маскировка войск и войсковых объектов: учебное пособие / В.А. Кривилёв, А.Г. Булахов, С.С. Волков. - М.: ВИА, 1996. - 304 с.
3. Меньшаков. Ю.К. Основы защиты от технических разведок: учебное пособие / Ю.К. Меньшаков; под общ. ред. М.П. Сычева. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014.