淺析小型發(fā)電機組隱身方法

曹進 沈衛(wèi)東 宋思洪 王建立

摘 要：野戰(zhàn)條件下小型發(fā)電機組供電產(chǎn)生的紅外和聲振容易暴露目標(biāo)，對重要目標(biāo)的安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，本文主要研究小型發(fā)電機組的紅外輻射特性和聲振特性，以此制定相應(yīng)的隱身方案建議，希望能對其提高戰(zhàn)場生存能力有一定幫助。

關(guān)鍵詞：小型發(fā)電機組；紅外特性；聲振特性；隱身方法

一、小型發(fā)電機組隱身方法研究的重要意義

野戰(zhàn)條件下或者模擬實戰(zhàn)演習(xí)時，電源扮演了十分重要的角色，某種意義來說，沒有電源戰(zhàn)爭將沒法進行下去，尤其是對于指揮所、醫(yī)療隊等重要目標(biāo)的保障非常關(guān)鍵，現(xiàn)條件下運用比較普遍的是小型發(fā)電機組，但是在作戰(zhàn)時由于紅外、噪聲等特征比較明顯，也是敵方根據(jù)此偵查指揮所等重點目標(biāo)的依據(jù)，所以對于小型發(fā)電機組的隱身方法研究迫在眉睫，進而采取相應(yīng)應(yīng)對措施提高其戰(zhàn)場生存能力，從而有效保護指揮所等重要目標(biāo)的安全。

二、小型發(fā)電機組紅外特性及相應(yīng)隱身方法建議

（一）小型發(fā)電機組紅外輻射特性

從紅外物理學(xué)可知，物體紅外輻射能量由斯蒂芬-玻爾茲曼定律決定。

（1）

式中：E 為物體在溫度T 時的輻射能量；σ 為玻爾茲曼常數(shù)；ε 為物體的發(fā)射率；T 為物體的絕對溫度。物體輻射紅外能量不僅取決于物體的溫度，還取決于物體的發(fā)射率。輻射能量與溫度的四次方成正比，溫度的變化對輻射能量的影響尤為巨大，而溫度相同的物體，由于發(fā)射率的不同，而在紅外探測器上也會顯示出不同的紅外圖像。

紅外偵察系統(tǒng)能探測目標(biāo)的最大距離R為

（2）

式中：J 為目標(biāo)的輻射強度；τα 為大氣透過率；NA 為光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑；τ0 為光學(xué)系統(tǒng)的透過率；D0 為光學(xué)系統(tǒng)的接收孔徑；D* 為探測器的探測率；ω 為瞬時視場；△f 為系統(tǒng)帶寬；Vs 為信號電平；Vn 為噪聲電平。

在（2）式中，第一項反映了目標(biāo)的紅外輻射特性和大氣傳輸特性，第二項反映了紅外探測系統(tǒng)中光學(xué)系統(tǒng)的特性，第三項反映了紅外探測系統(tǒng)中探測器的特性，第四項反映了紅外探測系統(tǒng)的系統(tǒng)特性和信號處理特性。紅外隱身的目的主要是減少公式中第一項的各項取值。

通過上面對紅外隱身技術(shù)原理的介紹，我們可以將小型發(fā)電機組的紅外特性可以分為靜態(tài)和動態(tài)兩個狀態(tài)來研究，在靜止不啟動的狀態(tài)時，由于陽光的照射使得發(fā)電機組表面溫度升高較快，而且表面主要是鐵皮涂了一層綠漆，輪胎也是由塑膠制成，這樣發(fā)動機組的溫度及發(fā)射率與背景之間就形成了明顯的對比。而在動態(tài)也就是工作狀態(tài)時，由于現(xiàn)在大量（或者說基本上）的野營供電裝備的發(fā)電機組仍然是以內(nèi)燃機為原動力的。因此，發(fā)電機組工作時將發(fā)出大量的熱。內(nèi)燃機的排氣溫度一般為 500～600oC，排氣壓力為0.3～0.4MPa，流速為50～80m/s。這樣的熱源很容易給敵方以偵視信號。盡管戰(zhàn)時可以采取一些干擾措施（例如，施放大量的紅外彈，以臨時制造大面積的熱云以攪亂敵方的偵察），但必竟是治標(biāo)之術(shù)，只有盡量減少紅外信號源才是好辦法。

（二）小型發(fā)電機組紅外隱身方案建議

根據(jù)以上對紅外技術(shù)原理的介紹和小型發(fā)電機組紅外隱身特性分析，可以提出以下紅外隱身技術(shù)設(shè)計方法：

1、采用熱屏蔽技術(shù)，以隔阻目標(biāo)內(nèi)部發(fā)出的熱量，使之難以外傳?？梢圆捎枚嗉壱洌皇窃谡麢C布局上考慮熱屏蔽手段，以求降低目標(biāo)的紅外輻射強度；二是對發(fā)動機、噴管等重要部位進行紅外遮擋。

2、空氣對流散熱技術(shù)，空氣的輻射集中在大氣窗口以外的波段上，是一種能對紅外輻射進行自遮蔽的散熱器，紅外探測系統(tǒng)只能探測熱目標(biāo)，而不能探測熱空氣?？諝鈱α魃峒夹g(shù)充分利用空氣的這一特性，將熱能從目標(biāo)表面或涂層表面?zhèn)鹘o周圍空氣。

3、廢氣冷卻技術(shù)，為降低發(fā)動機排氣管的溫度，通常采用隔熱層和空氣對流。排氣管外的隔熱層能使排氣管的紅外輻射大大降低，在隔熱層上進行空氣對流冷卻也能使排氣管外表面的紅外輻射特征進一步降低。

4、模擬背景的紅外輻射特征或進行紅外輻射變形，模擬背景紅外輻射特征是通過改變目標(biāo)的紅外輻射分布狀態(tài)，使目標(biāo)與背景的紅外輻射分布狀態(tài)相協(xié)調(diào)，從而使目標(biāo)的紅外圖像成為整個背景紅外輻射圖像的一部分。紅外輻射變形就是通過改變目標(biāo)各部分紅外輻射的相對值和相對位置，來改變目標(biāo)易被紅外成像系統(tǒng)所識別的特定紅外圖像特征，從而使敵方難以識別。目前主要采用涂料來達到此目的。

三、小型發(fā)電機組聲振特性及相應(yīng)隱身方法建議

（一）小型發(fā)電機組聲振特性

對于軍事目標(biāo)的聲、振探測主要是通過聲響、震動傳感器來實現(xiàn)的。聲響傳感器的最大優(yōu)點是分辨力強，因為它發(fā)出的目標(biāo)信號為一個電模擬信號，被接收處理后能重現(xiàn)目標(biāo)運動時所發(fā)出的聲響特征。如果目標(biāo)是車輛，則可根據(jù)聲響判斷車輛的種類，所以根據(jù)小型發(fā)電機組發(fā)出的聲響便很容易判斷出它的類型，進而判斷出指揮所等重要軍事目標(biāo)位置。震動傳感器是使用最普遍的一種地面?zhèn)鞲衅?，它通過震動探頭拾取地面震動波來探測目標(biāo)。震動傳感器的主要優(yōu)點是探測距離遠(yuǎn)，靈敏度高。通?？商綔y到30米以內(nèi)運動的人員和300米以內(nèi)的車輛。一般來說小型發(fā)電機組工作時的震動強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于車輛，因此也很容易被探測到。

對于小型發(fā)電機組的聲振特性，我們可以通過儀器測從不同角度測出它的噪聲大小及振動頻譜，包括前后左右上下等各方向位置，并計算出不同距離被探測的可能性，然后根據(jù)其特性有針對性地設(shè)計隱身方案。

（二）小型發(fā)電機組聲振隱身方案建議

1、對于振動信號的處理。為了防止發(fā)電機組發(fā)出的震動信號被敵探測設(shè)備發(fā)現(xiàn)和識別，可對發(fā)電機組采取隔振處理或更換使用振動頻率低的發(fā)電機組，也可以進行多級減震，避免傳到底座。

2、可以采取隔聲降噪。比如加裝一定厚度的罩子，比如鋼板，設(shè)計時應(yīng)在罩壁和設(shè)備之間留有較大空間，必要時采取雙層薄金屬板的罩壁結(jié)構(gòu)，雙層間填充多孔材料，罩內(nèi)壁仍應(yīng)設(shè)置吸聲層和護面穿孔板。

3、可以采取吸聲降噪。比如隔板內(nèi)側(cè)貼吸聲材料，采用多孔材料、柔性材料、膜狀與板狀材料等，設(shè)計共振吸聲結(jié)構(gòu)，采用微穿孔板及吸聲體等技術(shù)，增加反射、繞射面積。

4、可以采用消聲降噪，在風(fēng)機后面及通風(fēng)管道內(nèi)安裝專門的消聲器，合理選擇阻性消聲器以及阻抗復(fù)合型消聲器，使尾氣消聲，達到降噪目的。

四、紅外及聲振兼容性考慮及建議

在設(shè)計過程中還應(yīng)考慮紅外、聲振隱身的兼容性，降噪和通風(fēng)散熱往往存在矛盾，可以考慮在開口處做個消聲結(jié)構(gòu)，將進、排風(fēng)口進行拐彎處理，并貼上吸聲材料，達到二者兼顧的目的，這是從結(jié)構(gòu)和材料兩方面綜合考慮的簡要建議，實際中可能還會面臨很多技術(shù)上的難題需要處理，這里就不做過多說明。

五、結(jié)束語

小型發(fā)電機組在野戰(zhàn)條件下的作用是非常關(guān)鍵的，本文著重對其戰(zhàn)場生存的隱身方面進行了簡單討論和介紹，特別是聲振和紅外兩方面的特征暴露尤為明顯，所以有針對性地對這兩方面的特征暴露進行了簡要分析和相應(yīng)的對策建議，希望對隱身電站的研制起到一定的作用，并希望隱身電站在未來戰(zhàn)場上得到應(yīng)用，提高戰(zhàn)場生存能力，有效保障電源的供給。

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