Результат интеллектуальной деятельности: Способ защиты от средств фиксации теплового излучения и устройство защиты от средств фиксации теплового излучения

Изобретение относится к области военной техники как защита от выявления места расположения агрегатов оборонного назначения, выделяющих в процессе эксплуатации тепловую энергию (дизельные установки и т.д.), которая фиксируется сторонними наблюдателями из летательных аппаратов, использующих приборы для регистрации теплового излучения, например, тепловизоры.

Известен способ защиты оператора (см., а.с. СССР №1021866, Кл. F16P 1/02. Бюл. №21, опубл. 1983) путем установки защитного экрана, выполненного в виде установленных с зазором и жестко связанных в ряд пластин из сетки с высокой теплоотражающей способностью, расположенных в одной плоскости и перемещающихся со скоростью 30-50 колебаний в секунду с помощью вибратора.

Недостаткамим способа являются наличие в конструкции вибратора, что приводит к возникновению вибрации, повышенный нагрев экрана, а также недостаточный коэффициент теплозащиты и сложность сочетания вибрирующего экрана с другими средствами теплозащиты, например с остеклением.

Известен способ защиты от теплового излучения и устройство для его осуществления (см. а.с. СССР №1732112, МПК F16P 1/02, опубл. 07.05.1992, Бюл. №17), включающий выполнение защитного экрана между источником теплового излучения и защищаемым объектом, при этом полосы выполнены с возможностью фиксации их положения, а устройство содержит корпус, параллельно установленные в корпусе полосы, связанные между собой с возможностью вращения вокруг осей.

Недостатком является практическая невозможность использования защиты от фиксации излучения в полевых условиях нахождения военной техники, из-за сложного выполнения экрана, а также регистрируемого тепловизором его нагрева за счет теплоты трения при вращении теплоотражающих полос со скоростью 700-800 об/мин и, кроме того, наличия дополнительных энергозатрат на привод как вращения, так и передаточного механизма.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение при эксплуатации военной техники в полевых условиях теплового излучения, фиксируемого сторонними наблюдателями, путем преобразования тепловой энергии, выделяемой источником тепла, в электрическую с последующим получением охлажденного атмосферного воздуха в зоне его контакта с защитным экраном, выполненным из параллельных сетчатых полос, соединенных попарно в панели, с расположенными на панелях дифференциальными термопарами, при этом в каждой панели первая по ходу поступления теплового излучения сетчатая полоса имеет материал с коэффициентом теплопроводности, в 2,0-2,5 раза превышающий коэффициент теплопроводности второй сетчатой полосы, а между панелями размещен теплоизоляционный материал.

Технический результат достигается тем, что способ защиты от средств фиксации излучения, включающий выполнение защитного экрана в виде параллельных полос, установку экрана над источником теплового излучения, при этом полосы выполнены с возможностью фиксации их положения, причем параллельные полосы соединены парами и выполнены с осуществлением первой относительно источника тепла парой поглощения теплового излучения и выработкой электрической энергии посредством расположенных на ней дифференциальных термопар, осуществляют при использовании электрической энергии, полученной на первой паре параллельных полос, охлаждение атмосферного воздуха, контактирующего с наружной стороной защитного экрана, размещенного над источником теплового излучения.

Устройство для защиты от средств фиксации теплового излучения, содержащее корпус, параллельно установленные в корпусе полосы, связанные между собой с возможностью вращения вокруг осей, причем полосы выполнены сетчатыми и соединены попарно в панели, в которых расположены дифференциальные термопары, причем в каждой панели первая по ходу поступления теплового излучения сетчатая полоса имеет материал с коэффициентом теплопроводности, в 2,0-2,5 раза превышающим коэффициент теплопроводности материала второй сетчатой полосы, при этом «горячие» концы дифференциальных термопар закреплены в ячейках сетчатой полосы из материала с более высоким коэффициентом теплопроводности, а «холодные» концы дифференциальной термопары закреплены в ячейках сетчатой полосы из материала с низким коэффициентом теплопроводности, кроме того, между панелями в корпусе размещен теплоизоляционный слой из материала с низким коэффициентом теплопроводности, кроме того, между панелями в корпусе размещен теплоизоляционный слой из материала с коэффициентом теплопроводности, превышающим в 2,0 раза коэффициент теплопроводности воздуха, находящегося между сетчатыми полосами панелей, кроме того, при наличии источника теплового излучения в виде дизельного агрегата установлено устройство для очистки выхлопных газов, включающее трубчатый элемент, состоящий из суживающейся части, закрепленной на выхлопной трубе коаксиально посредством ребер, выполненных как спиральные лопасти, расширяющейся части, расположенной за срезом выхлопной трубы, на внутренней поверхности которого продольно размещены винтообразные канавки с профилем «ласточкин хвост» и переходящих в круговую канавку, которая находится у выходного отверстия трубчатого элемента и соединена с устройством удаления загрязнений, причем кривизна спиральных лопастей имеет положительное направление вращения винтовой линии, а кривизна винтообразных канавок имеет отрицательное направление вращения.

На фиг. 1 изображено устройство для осуществления способа защиты от средств фиксации теплового излучения, общий вид, на фиг. 2 - элемент устройства в виде комплекта, включающий две сетчатые панели из параллельных полос с расположенными дифференциальными термопарами, на фиг. 3 - устройство для очистки выхлопных газов в виде трубчатого элемента; на фиг. 4 - расширяющаяся часть трубчатого элемента с криволинейной и круговой канавками, на фиг. 5 - расположение ребер-лопастей на внешней поверхности выхлопной трубы, на фиг. 6 - полость криволинейной канавки в виде «ласточкина хвоста».

Предлагаемый способ осуществляется путем установки над источником тепла экрана в виде корпуса из параллельных сетчатых полос с дифференциальными термопарами, которые обеспечивают поглощение теплового излучения, преобразования его в электрическую энергию с последующим охлаждением атмосферного воздуха над наружной поверхностью экрана.

Устройство для защиты от средств фиксации теплового излучения включает гибкий многослойный экран 1, покрывающий источник теплового излучения 2, т.е. источник тепла, например, дизельную установку, местонахождение которой может быть зафиксировано посредством тепловизора посторонним наблюдателем.

Экран 1 выполнен в виде корпуса 3 из ряда подвижно соединенных между собой втулками 4 с осями 5 комплектов 6, включающих по две панели 7, 8 с теплоизоляционным слоем 9, имеющим коэффициент теплопроводности в 2 и более раз большим значения для атмосферного воздуха, т.е. среды нахождения защищаемого источника тепла. Каждая панель 7 и 8 состоит из сетчатых полос 10 и 11, параллельно расположенных и соединенных между собой, при этом первая со стороны источника тепла сетчатая полоса 10 выполнена из материала с высоким коэффициентом теплопроводности λ=204 Вт/м.гр (см., например, стр. 312 Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М., 1980, 469 с.) и вторая сетчатая полоса 11 с более низким коэффициентом теплопроводности, например (см. там же), латунь с λ=85 Вт/м.гр. Между сетчатыми полосами 10 и 11 расположены в воздушных прослойках 12 и 13 дифференциальные термопары 14 и 15 таким образом, что в ячейках 15 сетчатой полоски 10 и 11 закреплены (например, пайкой) «горячие» концы 17, а в ячейках 18 закреплены «холодные» концы 19 дифференциальных термопар 14 и 15. Кроме того, клеммы 20 для съема термоЭДС с дифференциальных термопар 14 электрически соединены с клеммами 21 для подвода электрической энергии (термоЭДС) к дифференциальным термопарам 15.

При наличии источника теплового излучения 2 в виде дизельного агрегата установлено устройство для очистки выхлопных газов 23, включающее трубчатый элемент 24, состоящий из суживающейся части 25, закрепленной на внешней поверхности 26 выхлопной трубы 22 коаксиально посредством ребер, выполненных как спиральные лопасти 27, расширяющейся части 28, расположенной за срезом выхлопной трубы 22 на внутренней поверхности 29 которой продольно размещены винтообразные канавки 30 с профилем «ласточкин хвост» 31 и переходящей в круговую канавку 32, которая находится у выходного отверстия 33 трубчатого элемента 24 и соединена с устройством удаления загрязнений 34. При этом кривизна спиральных лопастей 27 имеет положительное направление вращения винтовой линии (см., например, стр. 509 Выгодский М.Я. «Справочник по высшей математике», 1969, 872 с., ил.), а кривизна винтообразных канавок 30 имеет отрицательное направление вращения.

Защита от фиксации сторонними наблюдателями посредством тепловизоров теплового излучения от источников тепла, например, дизельной установки, обслуживающей военную технику на полигоне, осуществляется следующим образом.

Источник теплового излучения 1 накрывают экраном 2 посредством пространственного размещения корпуса 3 путем сбора комплектов 6 из панелей 7 и 8 с последующей их фиксацией в различных положениях от вертикального до горизонтального при помощи втулок 4 и осей 5.

В процессе эксплуатации поток энергии в виде теплового излучения перемещается через атмосферный воздух, находящийся между источником тепла 2 и экраном 1, и поглощается материалом-алюминием с высоким коэффициентом теплопроводности полосы 10, что приводит к ее интенсивному нагреву. Далее проходит частично оставшийся поток энергии теплового излучения через воздушную прослойку 12, где дополнительно рассеивается (λ=0,024 (Вт/м.гр) и контактирует с сетчатой полосой 11, выполненной из материала латунь с малым коэффициентом теплопроводности, и поэтому полоса 11 практически не нагревается. На теплоизоляционном слое 9, выполненном с коэффициентом теплопроводности λ=0,036-0,046 Вт/(м.гр) из витых пучков тепловолокнистого базальтового материала (см., например, стр. 36 «Волокнистые материалы из базальтов Украины». Киев: «Техника», 1971, 76 с., ил.), полностью гасится.

В результате закрепления «горячих» концов 17 в ячейках 16 нагретой до температуры, превышающей температуру атмосферного воздуха, сетчатой полосы 10 и закрепления «холодных» концов 19 в ячейках 18 с температурой, равной температуре атмосферного воздуха, в дифференциальной термопаре 14 панели 7 (вследствие образовавшейся разности температур) на клеммах 20 возникает термоЭДС. При использовании в дифференциальных термопарах 14 и 15 хромель-копеля тепловая энергия, сопутствующая тепловому излучению, эквивалентному работе дизельной мобильной установки, обеспечивает образование термоЭДС на каждом элементе до 6,96 мВ, что позволяет получать напряжения на клеммах от 20 до 36 В (см., например, Иванова Г.Н. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984, 230 с., ил).

Полученный электрический потенциал с клеммы 20 съема термоЭДС с дифференциальной термопары 14 передается к электрически соединенной клемме 21 для подвода электрического потенциала (термоЭДС) к дифференциальной термопаре 15. В результате подачи электрического потенциала, полученного на дифференциальной термопаре 14, к дифференциальной термопаре 15 ее «холодные» концы 19 (закрепленные в ячейках 18 сетчатой полосы 11 панели 8) имеют температуру ниже температуры атмосферного воздуха, окружающего наружную поверхность экрана 1 (см., например, «Технические основы теплотехники. Технический экспериметн. Справочник/под общ. ред. В.М. Зорина. М., 1980,560 с., ил..

Следовательно, осуществляется охлаждение атмосферного воздуха, контактирующего с корпусом 3 экрана 1 со стороны панели 8, охлаждаемого «холодными» концами 19 дифференциальной термопары 15, укрепленными на сетчатой полосе 11. Это дополнительно повышает эффективность защиты от теплового излучения экраном 1 в связи с тем, что даже при наличии возможных неучтенных при эксплуатации дизельной установки утечек теплового излучения после панели 7 с дифференциальными термопарами 14 и теплоизоляционного слоя 9 охлажденный пограничный слой атмосферного воздуха, контактирующий с «холодными» концами 19 сетчатой полосы 11 панели 8, полностью нейтрализует корпусом 3 выделяемое в окружающую среду источником тепла 2 тепловое излучение.

Кроме того, размещение теплоизоляционного слоя 9 между панелями 7 и 8 с коэффициентом теплопроводности в 2,0 раза превышающим коэффициент теплопроводности воздушных прослоек 12 и 13 между полосами 10 и 11, обеспечивает поддержание регулярного режима нестационарной теплопроводности (см., например, стр. 90, В.П. Иссаченко и др. «Теплопередача» М.: Энергоиздат, 1981 - 416 с., ил.) как процесса нагрева полосы 10 панели 7 посредством поглощения теплового излучения о источника тепла 2, так и процесса охлаждения полосой 11 панели 8 закрепленными «холодными» концами 19 дифференциальной термопары 15, контактируемого атмосферного воздуха. Это обеспечивает при длительной эксплуатации надежность использования устройства для защиты от фиксации сторонними наблюдателями теплового излучения, путем нейтрализации его в полевых условиях нахождения военной техники с источником тепла.

При использовании источника теплового излучения 1 в виде дизельного агрегата отработанные газы на выходе выхлопной трубы 22 имеют температуру свыше 100°С и загружены продуктами сгорания как газообразными, так и твердыми частицами (см., например, Луканин В.Н., Шатров Н.Г. «Двигатели внутреннего сгорания». 3-е издание, переработ. М.: Высшая школа, 2007, 400 с., ил.). Это требует очистки перед выбросом в окружающую среду, находящуюся под экраном 2.

Расположение за срезом (на выходе) выхлопной трубы 22 расширяющейся части 28 трубчатого элемента 24 способствует увеличению скорости выхода отработанных газов с образованием в суживающейся части 25 разрежения, которое приводит к поступлению атмосферного воздуха, контактирующего с источником теплового излучения 1. В результате наблюдается перемещение потока атмосферного воздуха ребрам, выполненным как спиральные полости 27, которые имеют положительное направление вращения винтовой линии, и вращающийся против хода часовой стрелки воздушный поток смешивается с отработанными газами, выходящими из выхлопной трубы 22, и вместе они поступают во вращающемся состоянии в расширяющуюся часть трубчатого элемента 24.

В расширяющейся части 28 трубчатого элемента 24 смесь из воздушного потока и отработанных газов с загрязнениями перемещается по продольно расположенным винтообразным канавкам 30, кривизна которых имеет отрицательное направление вращения винтовой линии. В результате наблюдается вращение смеси (отработанных газов с загрязнениями и воздушного потока) по часовой стрелке. В процессе вращения загрязнения в виде твердых (сажа, окалина) и каплеобразных частиц (атмосферная и технологическая влага) отбрасывается под действием центробежных сил к внутренней поверхности 29 расширяющейся части 28, где проникает в полости в виде «ласточкина хвоста» 31 продольно расположенных винтообразных канавок 30, кривизна которых имеет отрицательное направление вращения винтовой линии.

Выполнение профиля винтообразных канавок 30 в виде «ласточкина хвоста» предотвращает самопроизвольное выпадение загрязнений из полости 31, здесь загрязнения по мере накопления коагулируют, слипаются и перемещаются по направлению движения выхлопных газов к круговой канавке 32, где и продолжают накапливаться. По мере накопления загрязнений в круговой канавке 32 они из нее удаляются вручную или автоматически (на фигуре не показано).

При контакте вращающегося против часовой стрелки воздушного потока, выходящего из суживающейся части 25, с вращающейся по часовой стрелке смесью (воздушный поток и отработанные газы), выбрасываемой из расширяющейся части 28, наблюдаются микрозавихрения, которые образуют за срезом выхлопной трубы 22 зону разрежения (см., например, Меркулов В.П. Вихревой эффект и его применение в технике. Самара, 2002, 347 с., ил.). В результате наличия зоны разряжения, наряду со смешиванием с атмосферным воздухом отработанных газов и последующей очисткой, осуществляется более интенсивный отсос отработанных газов, а это в конечном итоге повышает мощность дизельного агрегата.

Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в том, что способ защиты от средств фиксации теплового излучения, фиксируемого сторонним наблюдателем посредством тепловизора, включает выполнение экрана, закрывающего источник тепла с осуществлением поэтапного поглощения выделяемого теплового излучения, преобразования его в электрическую энергию, которая поступает на дифференциальные тепмопары для последующего охлаждения посредством ее «холодных» концов атмосферного воздуха над экраном. Кроме того, в устройстве для защиты от средств фиксации теплового излучения экран выполнен в виде корпуса из соединенных с возможностью пространственного перемещения комплектов панелей из сетчатых параллельных полос, материал которых имеет коэффициент теплопроводности, отличающийся в 2,0-2,5 раза, с зацепленными на каждой панели дифференциальных термопар, при этом между панелями размещен теплоизоляционный слой для поддержания регулярного режима нестационарной теплопроводности процесса нагрева и охлаждения элементов экрана.