一种基于塞贝克效应的红外抑制装置及其抑制方法与流程

本发明涉及一种基于塞贝克效应的红外抑制装置，属于红外抑制技术领域。

背景技术：

红外抑制技术是随着红外侦查、捕获目标和末制导技术的发展而逐步发展起来的。任何物体高于绝对零度，都会向外辐射红外线，如果目标与环境背景存在温度差，辐射的红外线峰值波长就有差别，目标与环境背景红外特征存在差别，易被红外探测设备探测并识别。红外抑制的一个主要的方法就是降低目标的温度，以减小目标与环境背景的温度差，从而降低目标与环境背景红外特征差别。20世纪60年代是红外抑制技术的早期发展阶段，研究机构开始了红外抑制技术的研发，但是进展缓慢，没有具体的研究成果，而这期间红外前视系统开始装备部队，点源红外制导技术也已成熟。20世纪70年代是红外抑制技术的基础理论研究阶段和试验阶段，这一时期取得了一定的理论成果，同时获得了一定的试验数据，但抑制没有达到实际应用的程度。20世纪80年代以后，是红外抑制技术飞速发展的时期，取得了大量的成果，并且各种红外隐身技术开始进入实用程度。美国此时研制出了红外隐身飞机，美、英、瑞典等研制出红外烟幕，英、美联合研制成隐身机场，并将红外隐身技术成功地应用到导弹发射中。

红外抑制技术主要包括三个方面：降低目标红外辐射强度；模拟背景的红外特征；红外变形。

降低目标自身红外辐射强度：使目标的红外辐射强度与背景的红外辐射强度的差别尽量减小，使其被探测器识别的概率降低。其又包含以下几种主要方法：空气对流散热、红外伪装涂料与涂层、隔热层、热废气冷却系统、目标内在的红外对抗措施。

模拟背景的红外特征技术：常温目标的热辐射特征与背景相近，但是与背景的热辐射特征仍然有一定差异，同样可被识别和发现。模拟背景红外特征是指通过改变目标的红外辐射分部特征，使目标与背景的红外辐射状态相协调，最终使目标的红外图像成为背景红外图像的一部分，有效降低了目标被探测器发现的概率。

红外变形技术：不同的目标在不同的状态下具有特定的红外图像特征，红外成像侦查与制导系统就是通过目标的这些特定特征来识别目标。红外变形则是通过改变目标部分红外辐射的相对值和相对位置，来改变目标易被红外成像系统所识别的特定红外图像特征，使识别变得困难或产生错误识别。

各国红外抑制技术的发展趋势主要体现在红外伪装涂料和涂层、红外伪装网和遮障以及目标内在的红外对抗三个方面。未来红外涂料和涂层的频谱性能将和周围环境相适应，并兼顾防毫米波雷达和防化学污染的效果，同时还有“热迷彩”伪装效果。就是发展低红外发射率的涂料和涂层，以及发展发射率随温度变化的红外伪装涂料。

红外伪装网在中远红外波段的伪装性能接近或超过可见光和近红外波段上的伪装，同时具有良好的防雷达伪装特性。红外伪装网用于高温目标时应与红外抑制系统高度协调，具体方法是发展能模拟物体背景周围日温度变化的红外伪装网，以及寻找更合理的隔热层结构和相应的构造工艺。

目标的红外特征主要取决于目标的温度，目前，目标内在的红外对抗措施是在综合考虑目标的战术要求和物理性能的基础上，对目标进行热的重新设计，一是目标内热源的重新设计，另一是目标自身结构、材料、形状及使用方法的重新设计。但是并没有将热能，尤其是高温热源的热能加以利用，对能源造成了极大的浪费，甚至带来高温热防护问题，现阶段在红外抑制技术领域，对于热源能量的二次利用的研究处于空白阶段。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的红外抑制技术中存在的能源浪费的现状，基于塞贝克效应，提出的一种新型的红外抑制装置和解决方案。是一种结构简单、无机械旋转结构、将热源热能转化为电能加以利用的红外抑制技术。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种基于塞贝克效应的红外抑制方法，包括下述步骤：

1)将热电组件的热电组件热端和热电组件冷端分别紧贴热源外壁和靠近或紧贴冷却组件；

2)热电组件发出的电能经过电源管理电路处理后，用于系统自身内部冷却组件供电，冷却组件运行后，热电组件冷端的温度t冷降低，热电组件热端温度t热和热电组件冷端的温度t冷之间的温度差δt＝t热-t冷增大；

3)热电组件发出的热电组件热端的热功率qh增大，提升冷却组件的冷端的热功率qc，进一步降低热电组件冷端的温度t冷，

4)重复上述过程，则有：

p1＝μ1δq

δq＝(qh-qc)

p2＝μ2p1

δqhc＝μ3p2

其中，p1为发电功率，δq为冷端和热端的热功率差，qh为热端的热功率，qc为冷端的热功率，μ1为发电效率，p2为冷却组件功率，μ2为冷却组件效率，δqhc为热源热能变化量，μ3为散热效率；

5)由于热电组件冷端和热电组件热端存在温度差，热电组件发出电能p1，给冷却组件提供能量p2，使热电组件冷端热功率降低，冷端的热功率qc导致冷端和热端的热功率差δq变大，导致热电组件发电功率p1变大，使热电组件冷端和热电组件热端温度同时降低，温度差最终达到一个稳态值；

6)将热源热能转化为电能，同时降低热源的温度，减小目标与环境背景的温度差，从而降低目标与环境背景红外特征的差别，使红外探测装置的探测和降低识别精度，达到红外抑制。

进而，本发明方法所采用的基于塞贝克效应的红外抑制装置，包括由热源、热源外壁、热电组件、热电组件热端、热电组件冷端、冷却组件、配线和电源管理电路构成的温度—发电自衡系统，所述热电组件热端紧贴热源外壁，所述热电组件冷端靠近或紧贴冷却组件，所述热电组件通过配线与电源管理电路相连，所述电源管理电路通过配线给冷却组件供电。

作为优选，所述冷却组件为风冷方式，冷却组件包括散热器安装座、置于散热器安装座上的散热器和与散热器对应布置的风扇；热电组件的冷端在满足热传导条件下与散热器安装座紧密贴合；所述热电组件通过配线与电源管理电路相连，所述电源管理电路通过配线给风扇供电。

作为优选，所述冷却组件为水冷方式，冷却组件包括吸热水箱、通过水泵和水循环管路与吸热水箱相连通的散热水箱；热电组件冷端在满足热传导条件下与吸热水箱的表面紧密贴合；所述热电组件通过配线与电源管理电路相连，所述电源管理电路通过配线给水泵供电。

作为优选，所述冷却组件为风冷—水冷综合冷却方式，冷却组件包括吸热水箱、通过水泵和水循环管路与吸热水箱相连通的散热水箱，散热水箱上安装有散热器，风扇与散热器对应布置；热电组件冷端在满足热传导条件下与吸热水箱紧密贴合；所述热电组件通过配线与电源管理电路相连，所述电源管理电路通过配线分别连接水泵和风扇为其供电。

进一步，所述热电组件热端与热源外壁、热电组件冷端与冷却组件在满足热传导条件下紧密贴合，固定安装，其结构没有机械旋转部分；所述热传导条件，即为贴合面积与目标表面积的比例q不小于0.8，采取直接接触方式贴合。

本发明根据任何物体高于绝对零度，都会向外辐射红外线，如果目标与环境背景存在温度差，辐射的红外线峰值波长就有差别，目标与环境背景红外特征存在差别，易被红外探测设备探测并识别原理，通过将目标热源热能转化为电能，降低目标的温度，以减小目标与环境背景的温度差，从而降低目标与环境背景红外特征差别，使红外探测装置的探测和识别变得困难或产生错误识别。同时将热源热能转化的电能加以利用。

本发明的有益效果在于：

1)本发明所述基于塞贝克效应的红外抑制方法仅需满足在保证热传导条件下，其热端与热源紧密贴合，冷端与冷却组件紧密贴合，而不改变系统的原有结构。

2)发明所述基于塞贝克效应的红外抑制方法将热源的热能转换为电能，降低热源的能量水平，从而降低热源温度，减小目标与环境背景的温度差，从而降低目标与环境背景红外特征差别，使红外探测装置的探测和识别变得困难或产生错误识别，同时将热能转换的电能加以利用，增加散热，并且无需外部供电，实现了热能的二次利用。

3)本发明所述基于塞贝克效应的红外抑制方法使用的热电组件无机械旋转结构，系统故障率低，使用寿命长，并且不会产生附加的振动和噪音。

4)本发明所述基于塞贝克效应的红外抑制方法，是一种温度—发电自衡系统中，冷却组件运行会降低热电组件冷端的温度，热电组件热端和热电组件冷端的温差之间的温度差增大，热电组件发出的电能的功率增大，提升冷却组件的功率，进一步降低热电组件冷端的温度，重复上述过程，最终达到平衡状态；

5)本发明所述基于塞贝克效应的红外抑制方法，将热源的热能转化为电能，降低对热防护系统的要求。

附图说明

图1为本发明一种基于塞贝克效应的红外抑制装置的通用示意图。

图2为本发明一种基于塞贝克效应的红外抑制装置的冷却装置为风冷方式的示意图。

图3为本发明一种基于塞贝克效应的红外抑制装置的冷却装置为水冷方式的示意图。

图4为本发明一种基于塞贝克效应的红外抑制装置的冷却装置为风冷—水冷综合冷却方式的示意图。

图5为本发明一种基于塞贝克效应的红外抑制装置的温度—发电自衡系统示意图。

图中：1、热源；2、热源外壁；3、热电组件；4、热电组件热端；5、热电组件冷端；6、冷却组件；7、配线；8、电源管理电路；9、散热器安装座；10、散热器；11、风扇；12、吸热水箱；13、水泵；14、散热水箱；15、水循环管路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。

如图1所示，本发明一种基于塞贝克效应的红外抑制装置，包括由热源1、热源外壁2、热电组件3、热电组件热端4、热电组件冷端5、冷却组件6、配线7和电源管理电路8构成的温度—发电自衡系统，热电组件热端4紧贴热源外壁2，所述热电组件冷端5靠近或紧贴冷却组件6，热电组件3通过配线7与电源管理电路8相连，电源管理电路通过配线7给冷却组件6供电。

本发明的热源和冷却装置分别位于热电组件的热端和冷端，并且热源外壁紧贴热电组件的热端，冷却装置靠近(或紧贴)热电组件的冷端，在热电组件两端形成温差，得到热电组件发电的条件。热电组件发出的电能经配线输送至电源管理电路，电源管理电路对热电组件输送过来的电能进行处理，处理过的电能供系统内部冷却组件使用。将热源的热能转换为电能，降低热源温度，减小目标与环境背景的温度差，从而降低目标与环境背景红外特征差别，使红外探测装置的探测和识别变得困难或产生错误识别，同时将热能转换的电能加以利用，增加散热。

本发明一种基于塞贝克效应的红外抑制装置中的冷却组件有多种形式，以下面三种方式作为例子进行说明(但不仅包含例子中的三种方式，其它任意可以实现热电组件冷热两端形成温差的冷却组件均包含于本发明中)：

请参照图2所示，本发明基于塞贝克效应的红外抑制装置中冷却组件为风冷方式。冷却组件包括散热器安装座9、置于散热器安装座9上的散热器10和与散热器10对应布置的风扇11，风扇位于散热器的正对面。热电组件的冷端5在满足热传导条件下，与散热器安装座9紧密贴合；热电组件3通过配线7与电源管理电路8相连，电源管理电路8通过配线7给风扇11供电。

热电组件由于冷热两端存在温度差，将热能转化为电能，并且经配线输送至电源管理电路，电源管理电路将热电组件输送来的电能进行处理，然后送至风扇，风扇加速散热器表面的空气流动，从而加快散热器以及底座的散热速度，使热电组件两端形成一个稳定的温度差，给热电组件创造稳定的发电工作环境。

请参考图3所示，本发明基于塞贝克效应的红外抑制装置中冷却组件为水冷方式。冷却组件包括吸热水箱12、通过水泵13和水循环管路15与吸热水箱12相连通的散热水箱14；热电组件冷端5在满足热传导条件下，与吸热水箱12的表面紧密贴合；热电组件3通过配线7与电源管理电路8相连，电源管理电路8通过配线7给水泵13供电。

该结构热电组件的冷端紧贴散热水箱的表面，吸热水箱、散热水箱和水泵在水循环管路的连接下形成了一个热循环回路。水泵将冷水注入洗热水箱，洗热水箱将热电组件冷端的热量带走，洗热水箱的水流经热电组件冷端表面以后温度上升，然后经水循环管路流回散热水箱，水流经过散热水箱以后温度降低，然后水泵将经过散热水箱冷却以后的水流送回至吸热水箱，形成了一个稳定的热循环系统。该热循环系统的散热部分可以被安装于无法被探测器探测的部位，降低被识别的概率。热电组件由于冷热两端存在温度差，将热能转化为电能，并且经配线输送至电源管理电路，电源管理电路将热电组件输送来的电能进行处理，然后送至水泵，水泵可以加快热循环回路中水流的流动速度，从而加快热循环回路中水的散热速度，使热电组件两端形成一个稳定的温度差，给热电组件创造稳定的发电工作环境。

请参考图4所示，本发明基于塞贝克效应的红外抑制装置中冷却组件为风冷—水冷综合冷却方式。冷却组件包括吸热水箱12、通过水泵13和水循环管路15与吸热水箱12相连通的散热水箱14，散热水箱14上安装有散热器10，风扇11与散热器10对应布置；热电组件冷端5在满足热传导条件下，与吸热水箱12紧密贴合；热电组件3通过配线7与电源管理电路8相连，电源管理电路8通过配线7分别连接水泵13和风扇11为其供电。

该结构的热电组件热端紧贴热源的外壁，冷端紧贴吸热水箱，将热源的热能转化为电能，将所转化的电能送至电源管理电路进行处理，变成可被利用的电能。吸热水箱、散热水箱和水泵在水循环管路的连接下形成了一个热循环回路水泵将冷水注入吸热水箱，吸热水箱将热电组件冷端的热量带走，吸热水箱的水经过热电组件冷端以后温度上升，然后经热循环回路流回散热水箱，散热水箱外部安装散热器，散热器外部安装风扇，加速散热器表面的空气流动速度，加快散热效率，对散热水箱内部的水起快速冷却的作用，经过散热水箱冷却的水被泵抽走，送至吸热水箱，从而形成了一个稳定的热循环系统。该热循环系统的散热处理部分安装于无法被探测器探测的部位，降低被识别的概率。热电组件由于冷热两端存在温度差，将热能转化为电能，并且经配线输送至电源管理电路，电源管理电路将热电组件输送来的电能进行处理，然后送至水泵，水泵可以加快热循环回路中水流的流动速度，从而加快热循环回路中水的散热速度，使热电组件两端形成一个稳定的温度差，给热电组件创造稳定的发电工作环境。

本发明上述三种不同的实施方式均应满足热传导条件，即为贴合面积与目标表面积的比例q不小于0.8，采取直接接触方式贴合。

请参考图5所示，本发明基于塞贝克效应的红外抑制方法，包括下述过程：

温度—发电自衡系统中，热电组件3发出的电能经过电源管理电路处理后，用于系统自身内部冷却组件供电，冷却组件6运行后，会降低热电组件冷端5的温度t冷，热电组件热端4t热和热电组件冷端5的温度差δt＝t热-t冷增大；热电组件3发出热电组件热端的热功率qh增大，提升冷却组件6的冷端的热功率qc，进一步降低热电组件冷端5的温度t冷，重复上述过程，则有：

p1＝μ1δq，δq＝(qh-qc)，p2＝μ2p1，δqhc＝μ3p2；

其中，p1为发电功率，δq为冷端和热端的热功率差，qh为热端的热功率，qc为冷端的热功率，μ1为发电效率，p2为冷却组件功率，μ2为冷却组件效率，δqhc为热源热能变化量，μ3为散热效率；

由于冷端和热端存在温度差，热电组件发出发电功率p1，给冷却组件提供冷却组件功率p2，使热电组件冷端热功率降低，冷端的热功率qc导致冷端和热端的热功率差δq变大，导致热电组件发出电能p1变大，使冷却组件冷端和热端温度同时降低，温度差最终在图5中所示a点达到一个稳态值。

本发明将基于塞贝克效应的温差发电组件热端紧贴热源的外壁，冷端在保证热传导条件下与冷却组件紧密贴合，将热源的热能转化为电能，将所转化的电能送至电源管理电路进行处理，变成可被利用的电能。热电组件发出的电能经过电源管理电路处理后，用于系统自身内部冷却组件供电，冷却系统会降低热电组件冷端的温度，增大热电组件冷端和热端的温差，提升发电功率从而提升冷却组件的功率，进一步提升冷却组件的功率，热电组件冷端温度继续降低，热电组件冷端和热端的温差继续增大，最终达到平衡状态，是一个温度—发电自衡系统。将热源热能转化为电能加以利用，减少能量损失，同时降低热源的温度，减小目标与环境背景的温度差，从而降低目标与环境背景红外特征的差别，使红外探测装置的探测和识别变得困难或降低识别精度，达到红外抑制的目的。

热电组件不包含任何类似于常用火力发电、风力发电、水力发电等发电设备中的机械旋转部分，故障率低，稳定性好，易于日常的使用及维护。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征做出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。