Защитный аэродинамический кожух для оптических приборов
Владельцы патента RU 2256958:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный Рязанский приборный завод" (RU)
Изобретение относится к устройствам защиты от воздействия атмосферы оптических приборов, эксплуатируемых на открытом воздухе. Техническим результатом изобретения является повышение защищенности оптических приборов от воздействия механических компонент атмосферы при любых направлениях воздушных потоков, а также воздействия инея и росы. Достигается это тем, что защитный аэродинамический кожух для оптических приборов содержит закрывающий верхнюю и боковые части блока оптических приборов кожух с жестко установленными на его внутренней поверхности перпендикулярно оси излучения оптических приборов вертикальными плоскопараллельными экранами с отверстиями для прохождения оптического излучения, контур которых повторяет форму кожуха. Причем вертикальные плоскопараллельные экраны выполнены разной высоты и установлены так, что плоскость, проходящая через их основания, образует острый угол α с плоскостью, перпендикулярной оси излучения оптических приборов. В нижней части вертикальных плоскопараллельных экранов вне зоны прохождения оптического излучения установлены вертикальные плоскопараллельные пластины таким образом, что в совокупности они образуют блок аэродинамического торможения в виде объемной решетки с взаимно перпендикулярными сторонами ячеек. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к устройствам защиты от воздействия атмосферы оптических приборов, эксплуатируемых на открытом воздухе.
Из уровня техники известно устройство защиты оптических приборов (проспект Информационно-Технологического Центра ITC) в виде кожуха, закрывающего аппаратуру сверху и с боковых сторон (лазерная атмосферная линия ЛАЛ-2). Недостатком данного устройства является недостаточная защита от попадания пыли и снега под воздействием ветра на оптические элементы, а также необходимость подогрева их наружной поверхности для устранения выпадения на ней конденсата.
Известна также конструкция защитных экранов для инерционного отклонения механических примесей в воздушном потоке от попадания на аппаратуру (Авторское свидетельство №270303, 1970 г.). Недостаток данного устройства заключается в том, что оно защищает аппаратуру только от потока воздуха, имеющего строго определенное направление, и не защищает от инея и росы.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для защиты оптической аппаратуры (проспект ФГУП НИИ Прецизионного приборостроения, изделие АОЛТ), которое и выбрано в качестве прототипа. Устройство для защиты оптической аппаратуры состоит из закрывающего верхнюю и боковые части блока оптических приборов кожуха с жестко установленными на его внутренней поверхности перпендикулярно оси излучения оптических приборов вертикальными плоскопараллельными экранами, контур которых повторяет форму кожуха, с отверстиями для прохождения оптического излучения. Недостатком данного устройства является то, что оно защищает оптические приборы только при горизонтальном направлении ветра. Наличие вертикальной (снизу вверх) составляющей воздушного потока приводит к попаданию пыли и снега в нижнюю часть устройства между экранами. Сближение экранов не устраняет этого недостатка.
Техническим результатом изобретения является повышение защищенности оптических приборов от воздействия механических компонент атмосферы при любых направлениях воздушных потоков, а также от воздействия инея и росы.
Технический результат достигается тем, что защитный аэродинамический кожух для оптических приборов содержит закрывающий верхнюю и боковые части блока оптических приборов кожух с жестко установленными на его внутренней поверхности перпендикулярно оси излучения оптических приборов вертикальными плоскопараллельными экранами, контур которых повторяет форму кожуха, с отверстиями для прохождения оптического излучения. Он отличается от прототипа тем, что вертикальные плоскопараллельные экраны выполнены разной высоты и установлены так, что плоскость, проходящая через их основания, образует острый угол α с плоскостью, перпендикулярной оси излучения оптических приборов. При этом количество вертикальных плоскопараллельных экранов должно быть не менее четырех, а расстояние между ними - не более размера максимального диаметра отверстия для прохождения оптического излучения в вертикальных плоскопараллельных экранах. В защитный аэродинамический кожух введены вновь вертикальные плоскопараллельные пластины, жестко установленные в нижней части вертикальных плоскопараллельных экранов вне зоны прохождения оптического излучения таким образом, что в совокупности они образуют блок аэродинамического торможения в виде объемной решетки с взаимно перпендикулярными сторонами ячеек. Размеры ячеек не превышают размер максимального диаметра отверстия для прохождения оптического излучения в вертикальных плоскопараллельных экранах. Вертикальные плоскопараллельные пластины имеют форму трапеции, нижнее основание которой скошено под углом α и совпадает с плоскостью, проходящей через основания вертикальных плоскопараллельных экранов, а боковые стороны выполнены с возможностью плотного прилегания к поверхности крайних вертикальных плоскопараллельных экранов.
Устройство и принцип действия защитного аэродинамического кожуха для оптических приборов поясняется Фиг.1-Фиг.6.
Защитный аэродинамический кожух для оптических приборов состоит из следующих конструктивных элементов. Верхнюю и боковые части блока оптических приборов 1 защищает кожух 2 с жестко установленными на его внутренней поверхности перпендикулярно оси излучения 3 оптических приборов 1 вертикальными плоскопараллельными экранами 4 с отверстиями D для прохождения оптического излучения. Контур вертикальных плоскопараллельных экранов 4 повторяет форму защитного кожуха 2. Вертикальные плоскопараллельные экраны 4 выполнены разной высоты. При этом они установлены так, что плоскость, проходящая через их основания 5, образует острый угол α с плоскостью, перпендикулярной оси излучения 3 оптических приборов 1. Количество вертикальных плоскопараллельных экранов 4 должно быть не менее четырех, так как технический результат достигается при наличии не менее трех объемных плоскостей, находящихся между вертикальными плоскопараллельными экранами 4. Причем расстояния между вертикальными плоскопараллельными экранами 4 не должны превышать размер максимального диаметра отверстия D в вертикальных плоскопараллельных экранах 4 для прохождения оптического излучения. Вертикальные плоскопараллельные пластины 6 жестко установлены в нижней части вертикальных плоскопараллельных экранов 4 вне зоны прохождения оптического излучения таким образом, что в совокупности они образуют блок аэродинамического торможения в виде объемной решетки с взаимно перпендикулярными сторонами ячеек 7. Размеры ячеек 7 не превышают размер максимального диаметра отверстия D для прохождения оптического излучения в вертикальных плоскопараллельных экранах 4. Вертикальные плоскопараллельные пластины 6 имеют форму трапеции, нижнее основание которой скошено под углом α и совпадает с плоскостью, проходящей через основания 5 вертикальных плоскопараллельных экранов 4. Боковые стороны 8 вертикальных плоскопараллельных пластин выполнены с возможностью плотного прилегания к поверхности крайних вертикальных плоскопараллельных экранов 4.
Защитный аэродинамический кожух для оптических приборов осуществляет свои функции следующим образом. Оптическая аппаратура, подобная системам оптической связи, видеонаблюдения и т.п., практически всегда устанавливается на стенах или крышах зданий и сооружений. При этом в зоне стен и краев крыш воздушные потоки всегда имеют как горизонтальную, так и вертикальную составляющие. Это связано не только с поворотом воздушного потока стенами зданий, но и с торможением его о подстилающую земную поверхность. Находящиеся в воздухе механические компоненты атмосферы в виде пыли, снега, капель дождя и аэрозолей подхватываются воздухом и, при отсутствии защиты, попадают на оптические приборы 1. Это приводит к их повреждению, нарушению оптических характеристик и, как следствие, к потере работоспособности аппаратуры. Вблизи предметов, имеющих острые кромки, практически при любых скоростях ветра образуются зоны турбулентности (Архитектурно-строительная аэродинамика. Э.И.Реттер. Москва, Стройиздат, 1984, с.14.), как показано на Фиг.6. Это приводит к появлению пульсирующих направлений потока вертикальной V и горизонтальной составляющей Н (Фиг.5).
В предлагаемом изобретении защита от воздействия атмосферы достигается благодаря формированию области аэродинамического торможения воздушного потока в зоне оптического излучения и созданию медленного воздушного потока, уносящего механические компоненты атмосферы из зоны оптических элементов.
Кожух 2 с жестко установленными на его внутренней поверхности перпендикулярно оси излучения 3 оптических приборов 1 вертикальными плоскопараллельными экранами 4, контур которых повторяет форму защитного кожуха 2, с отверстиями D для прохождения оптического излучения в вертикальных плоскопараллельных экранах предназначен для формирования развитой поверхности вблизи оптических приборов 1 и создания некоторой закрытой полости около них. При изменении погодных условий на вертикальных плоскопараллельных экранах 4 образуется конденсат (иней или роса). Образование конденсата несколько повышает температуру вертикальных плоскопараллельных экранов 4 за счет выделения теплоты конденсации, что приводит к уменьшению влажности воздуха вблизи оптических приборов 1 и уменьшает вероятность образования на них конденсата. Также вертикальные плоскопараллельные экраны 4 создают аэродинамическое торможение горизонтальным воздушным потокам, направленным спереди. Это приводит к уменьшению вероятности попадания пыли и снежинок на оптические приборы за счет того, что при повороте воздушного потока инерционные силы увлекают тяжелые частицы механических компонент в первоначальном направлении, и те попадают на вертикальные плоскопараллельные экраны и падают вниз под действием гравитации.
При наличии кожуха 2 и вертикальных плоскопараллельных экранов 4 механические компоненты атмосферы попадают в замкнутый объем с переменным сечением. Это приводит к пульсациям поперечных потоков воздуха вблизи оси оптического излучения и изменению траектории механических компонент. В результате столкновений с вертикальными плоскопараллельными экранами 4 механические компоненты не попадают на оптические приборы 1, а собираются в нижней части закрытой полости. Однако ограниченный объем кожуха быстро заполняется механическими компонентами (например, снегом) и нарушает работу оптических приборов.
Для исключения этого явления в нижней части вертикальных плоскопараллельных экранов 4 жестко устанавливаются вертикальные плоскопараллельные пластины 6, вне зоны прохождения оптического излучения, таким образом, что в совокупности они образуют блок аэродинамического торможения в виде объемной решетки с взаимно перпендикулярными сторонами ячеек.
Это обеспечивает повышенное аэродинамическое торможение вблизи оптических приборов 1. Из уравнения Бернулли следует: чем меньше составляющая динамического давления, тем больше величина статического давления (Справочник по физике. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. Москва, Наука, 1965, с.309). Это приводит к образованию зоны повышенного давления вблизи оптических приборов, а также создает пульсирующие потоки в отверстиях вертикальных плоскопараллельных экранов 4. В результате образуется предпочтительное направление движения воздуха вдоль оси излучения, условно обозначенное стрелками на Фиг.5. Этот режим поддерживается и при пульсации потоков воздуха вдоль направлений V и Н (Фиг.5).
Практические испытания показали, что необходимый эффект достигается при наличии не менее 3-х объемных полостей или 4 вертикальных плоскопараллельных экранов.
При наличии мокрого снега и сильного ветра возможно налипание снега на экраны и нарушение работы оптических приборов. Для исключения этого явления вертикальные плоскопараллельные экраны 4 могут быть выполнены с возможностью установки на них электронагревателей, обеспечивающих подогрев до температуры, исключающей накопление мокрого снега и его обледенение. Это повышает защитные функции кожуха и позволяет использовать его при любых погодных условиях в широком диапазоне климатических зон.
1. Защитный аэродинамический кожух для оптических приборов, содержащий закрывающий верхнюю и боковые части блока оптических приборов кожух с жестко установленными на его внутренней поверхности перпендикулярно оси излучения оптических приборов вертикальными плоскопараллельными экранами, контур которых повторяет форму кожуха, с отверстиями для прохождения оптического излучения, отличающийся тем, что вертикальные плоскопараллельные экраны выполнены разной высоты и установлены так, что плоскость, проходящая через их основания, образует острый угол α с плоскостью, перпендикулярной оси излучения оптических приборов, причем количество вертикальных плоскопараллельных экранов должно быть не менее четырех, а расстояние между ними - не более размера максимального диаметра отверстия для прохождения оптического излучения в вертикальных плоскопараллельных экранах, а также в него введены вновь вертикальные плоскопараллельные пластины, жестко установленные в нижней части вертикальных плоскопараллельных экранов вне зоны прохождения оптического излучения таким образом, что в совокупности они образуют блок аэродинамического торможения в виде объемной решетки с взаимно перпендикулярными сторонами ячеек, размеры которых не превышают размер максимального диаметра отверстия для прохождения оптического излучения в вертикальных плоскопараллельных экранах, при этом вертикальные плоскопараллельные пластины имеют форму трапеции, нижнее основание которой скошено под углом α и совпадает с плоскостью, проходящей через основания вертикальных плоскопараллельных экранов, а боковые стороны выполнены с возможностью плотного прилегания к поверхности крайних вертикальных плоскопараллельных экранов.
2. Защитный аэродинамический кожух для оптических приборов по п.1, отличающийся тем, что вертикальные плоскопараллельные экраны выполнены с возможностью установки на них электронагревательных элементов.
