DE102006005662A1

DE102006005662A1 - Material zum Tarnen von Personen und Objekten in einem Wellenlängenbereich des elektro-magnetischen Spektrums

Info

Publication number: DE102006005662A1
Application number: DE200610005662
Authority: DE
Inventors: Alexander Hoffmann; Dieter Dr. Clement
Original assignee: FORSCHUNGSGESELLSCHAFT fur AN; Forschungsgesellschaft fur Angewandte Naturwissenschaften Ev(fgan)
Current assignee: FORSCHUNGSGESELLSCHAFT fur AN; Forschungsgesellschaft fur Angewandte Naturwissenschaften Ev(fgan)
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2007-08-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Material zum Tarnen von Personen und Objekten in einem Bereich des elektro-magnetischen Spektrums der Wellenlängen von 0,3 µm bis 0,3 m. Das erfindungsgemäße Material ist ausgezeichnet durch einen sehr niedrigen Wert der thermischen Trägheit und sehr geringe Werte des Wärmeaustausches mit dem Umgebungsmedium. Optional kann das Material mit einem erhöhten Reflexionsgrad für in Korrespondenz zum Reflexionsgrad der in der jeweiligen Umgebung typischerweise relevanten Hintergründe ergänzt werden. Weiterhin ist es möglich, dem Material des Wärmeschilds dielektrische Eigenschaften einzuprägen, allein oder in Kombination mit anderen Materialien.

Description

Die Erfindung betrifft ein Material zum Tarnen von Personen und Objekten in einem Bereich des elektro-magnetischen Spektrums der Wellenlängen von 0,3 μm bis 0,3 m.
Heutige und zukünftige Einsätze der Bundeswehr verlangen die Tarnung von Personen und militärischen Objekten in wechselnden Einsatzgebieten. Unterschiede entstehen auf Grund verschiedenartiger klimatischer Gegebenheiten (z. B. Wüste, Arktis, Schneewüste; im Unterschied zu gemäßigten Zonen), aber auch auf Grund unterschiedlicher Zivilisationsformen (urbane Gebiete, Industriezonen; im Gegensatz zu ländlichen Einsatzräumen).

Die Erfahrung zeigt, dass in diesen andersartigen Gebieten die tarnrelevanten Merkmale der Einsatzumgebungen so deutlich verschieden sind, dass die eingeführten Tarnmittel, deren Eigenschaften (im Wesentlichen) ja gerade an die Merkmale der ländlichen Gebiete in gemäßigten Klimaten angepasst sind, den eigenen Sachen und Personen nicht mehr ausreichend Schutz bieten.

Solche Probleme treten in unterschiedlichem Ausmaß in praktisch allen für militärische Sensoren genutzten Bereichen des elektro-magnetischen (EO) Spektrums auf. Die Tarnlösungen müssen deshalb multispektral ausgelegt werden.

Aufgabe des erfindungsgemäßen Materials ist es, als Mittel für die multispektral wirksame Tarnung von Personen und Objekten auch für extreme Anforderungen bereitzustehen, wie sie sich in nicht gemäßigten Klimazonen und im urbanen Bereich unter besonderer Berücksichtigung der Wärmebildsignatur und der thermischen Belastung ergeben.

Die Lösung der Aufgabe gelingt auf der Grundlage eines Materials nach Anspruch 1 und seinen Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 2 bis 10.

Mit der Erfindung steht nunmehr ein Material zum Tarnen zur Verfügung, dass gegenüber den bisher bekannten Tarnmaterialien wesentlich niedrigere Werte für die thermische Trägheit aufweist. Weitere Schichten können zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften (Widerstand gegen mechanische Belastung, Ölbelastung, Kontaminationen anderer Art) schadlos hinzugefügt werden. Insbesondere sind zur Verbesserung der Signatur der getarnten Objekte im Millimeter- und Zentimeterwellenbereich geeignete Beschichtungen möglich. Zur Reduzierung der Wärmebelastung der verborgenen Objekte durch externen Austausch bietet sich der Einschluss eines ausreichend dimensionierten Luftspalts zwischen aufgelegtem Material und der Objektoberfläche an.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert.

Es zeigen:
Bild 1: Ausführungsform 1
Bild 2: Ausführungsform 2
Bild 3: Ausführungsform 3
Das erfindungsgemäße Material ist ausgezeichnet, durch einen sehr niedrigen Wert der thermischen Trägheit P (auch als Wärmeeindringkoeffizient oder Wärmespeicherfähigkeit bezeichnet) mit
wobei ρ, c_p, λ die spezifische Dichte, die spezifische Wärmekapazität und die Wärmeleitfähigkeit in Normalenrichtung bedeuten. Besteht das Material aus mehreren Schichten, so sind die in Gleichung (1) genannten Parameter als effektiv (d. h. bezogen auf die Gesamtstruktur) zu verstehen. Beispielsweise hat P den Wert von ca. 12.000 W s^1/2 K^–1 m^–2 für eine Stahlblechaußenwand eines Fahrzeugs, den Wert von ca. 400 W s^1/2 K^–1 m^–2 einen Baumwollstoff und den Wert von < 250 W s^1/2 K^–1 m^–2 für das erfindungsgemäße Material.
Ferner zeichnet sich das Material durch sehr geringe Werte des Wärmeaustauschkoeffizienten h aus, der durch die Gleichung q . = h·ΔT (2)definiert ist, wobei q . die Leistungsdichte der durch konvektiven Wärmeaustausch aus der umgebenden Luft dem Material zugeführten bzw. vom Material an die umgebende Luft abgeführten Wärme und ΔT die Temperaturdifferenz zwischen der Materialoberfläche und der umgebenden Luft bedeuten. Eingeführte Tarnnetze, insbesondere auch solche, die für den Einsatz in der Wüste angeboten werden, haben für h einen Wert von ca. 100 W m^–2 K^–1 (bei 2 m s^–1 Wind).
Optional kann des Material, mit einem erhöhtem Reflexionsgrad für in Korrespondenz zum Reflexionsgrad der in der jeweiligen Umgebung typischerweise relevanten Hintergründe ergänzt werden. Wodurch dass das zu tarnende Objekt nicht durch den spektralen Gehalt seiner Strahlung von seinem Hintergrund unterscheidbar wird.
Weiterhin ist es möglich, dem Material des Wärmeschilds, dielektrische Eigenschaften einzuprägen. Womit ein nachteiliger Einfluss auf die aktive oder passive Signatur des zu tarnenden Objektes im Millimeter- und Zentimeterwellenbereich vermeidbar ist.
Durch die geringe thermische Trägheit und den geringen konvektiven Wärmeaustausch mit der umgebenden Luft wird erreicht, dass sich die Oberflächentemperatur einer ausgeführten Tarnbedeckung bei Strahlungsaustausch des Materials mit einer Wärmequelle (z. B. Sonne) bzw. einer Wärmesenke (z. B. kalter Himmel), d. h. je nach Wert und Vorzeichen der Strahlungsbilanz, extrem verändert und sich dadurch an die Temperatur der Hintergründe in nicht-gemäßigten Klimaten bzw. in urbaner Umgebung anpasst. Ferner wird erreicht, dass die in heißen und kalten Regionen auftretende unerwünschte Wärmebelastung des getarnten Objektes stark verringert wird.
Die praktische Anwendung sieht die Verwendung eines kombinierten Materials vor, bei dem mindestens eine Schicht als Flächenmaterial mit einem gegenüber den bisher bekannten Tarnmaterialien wesentlich niedrigerem Wert für die thermische Trägheit besteht.
Mindestens drei Einsatzformen sind denkbar:
Als Tarnnetz muss das Material geeignet eingeschnitten oder gestanzt werden, um Durchbrüche zu erzeugen, die in Hinblick auf die vom Nutzer gewünschte Durchsicht und gleichzeitig zur Minimierung der möglichen Windlast erforderlich sind.
Als Tarnbeschichtung eines Objekts (z. B: Fahrzeug) wird das erfindungsgemäße Material ohne signifikanten Abstand eng oder direkt an seiner Oberfläche anliegend verwendet. Bei dieser Verwendung kann i. a. auf Durchbrüche im Material verzichtet werden.
Als Teil eines mobilen Tarnkits ist es möglich, dass Material in einem kleinen, aber wohl definierten endlichen Abstand vor der Oberfläche der Plattform anzuordnen. In diesem Fall ist das Anbringen von Durchbrüchen von den unter dem Wärmeschild befindlichen Oberflächenpartien der Plattform abhängig.
Nach Versuchen der Anmelderin wird von ihr als besonders vorteilhaft, gemäß dem Anspruch 8, eine Kaschierung von (ca.) 150 g/m² Gewebe 1 mit Polyätherschaumstoff von 3 mm Stärke (2) mit Gegenkaschierung von (ca.) 100 g/m² Gewirke (3) zur Stabilisierung empfohlen; nach Anspruch 9 eine Kombination von 2,5 mm hohem PES-Abstandsgewirke (4) mit gestrichenem, geschlossenem Gewebe (5) durch Randvernähung (6) ohne Kaschierung und wie im Anspruch 10 ausgeführt, ein Aufbau von selbst aufschäumendem PVC-Strich (7) auf vorgestrichenem Gewebe (8). Diese Variante erlaubt zusätzlich noch die Strukturierung der Schaumstärke und damit eine gewisse Fleckigkeit der Signatur (in den oben genannten IR-Spektralbereichen). Dickenbereich nach Schäumung: ca. 1 bis 4 mm.
Die Verwendung von PVC-Schaum wird bevorzugt, weil einerseits erprobte Systeme auf dem Markt sind (aus dem Bereich Wand-Dekor), andererseits die Schwerentflammbarkeit leicht zu realisieren ist. Für die (thermische) Funktion kann aber auch PU-Schaum Verwendung finden. Gleichzeitig ist diese Ausgestaltung besonders unempfindlich gegen die Aufnahme von Sand und Staub, aber auch von Wasser und andere Flüssigkeiten.
Der Schaum kann selbst im Körper eingefärbt geliefert werden oder auch durch überlackieren der ausreagierten Schicht (mit an sich bekannten Tarnfarben für textile Träger) auf den gewünschten Farbton gebracht werden. Dafür sind die wohl erprobten Tarnfarben der vergangenen Tarnnetzgeneration (Garnierung) geeignet.

1: 150 g/m² Gewebe
2: Polyätherschaumstoff von 3 mm
3: 100 g/m² Gewirke
4: PES-Abstandsgewirke
5: geschlossenes Gewebe
6: Randvernähung
7: selbst aufschäumendem
8: PVC-Strich vorgestrichenem Gewebe

Claims

Material zum Tarnen von Personen und Objekten in einem Wellenlängenbereich des elektro-magnetischen Spektrums der Wellenlängen von 0,3 μm bis 0,3 m, gekennzeichnet durch einen geschichteten Aufbau, mit mindestens einer Materiallage a) niedriger thermischer Trägheit, die sich nach dem Algorithmus
bestimmt, wobei ρ, c_p, λ die spezifische Dichte, die spezifische Wärmekapazität und die Wärmeleitfähigkeit in Normalenrichtung bedeuten, und b) geringer Werte des Wärmeaustauschkoeffizienten h, der durch die Gleichung q . = h·ΔT (2)definiert ist, wobei q . die Leistungsdichte der durch konvektiven Wärmeaustausch aus der umgebenden Luft dem Material zugeführten bzw. vom Material an die umgebende Luft abgeführten Wärme und ΔT die Temperaturdifferenz zwischen der Materialoberfläche und der umgebenden Luft bedeuten.
Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das es einen erhöhten Reflexionsgrad aufweist, der sich in Korrespondenz zum Reflexionsgrad der in der jeweiligen Umgebung typischerweise relevanten Hintergründe bestimmt.
Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es mit mindestens einer weiteren Schicht zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften wie Widerstand gegen mechanische Belastung, Ölbelastung, Kontaminationen anderer Art und zur Verbesserung der Signatur im Millimeter- und Zentimeterwellenbereich kombiniert ist.
Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch, einen Luftspalt zum getarnten Objekt.
Material nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch, eine Kaschierung von (ca.) 150 g/m² Gewebe (1) mit Polyätherschaumstoff von 3 mm Stärke (2) mit Gegenkaschierung von (ca.) 100 g/m² Gewirke (3) zur Stabilisierung.
Material nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch, eine Kombination von 2,5 mm hohem PES – Abstandsgewirke (4) mit gestrichenem, geschlossenem Gewebe (5) durch Randvernähung (6) ohne Kaschierung.
Material nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch, einen Aufbau von selbst aufschäumendem PVC-Strich (7) auf vorgestrichenem Gewebe (8) mit optionaler Strukturierung der Schaumstärke im Dickenbereich von ca. 1 bis 4 mm.
Verwenden eines Materials nach den Ansprüchen 1 bis 7, als Tarnnetz mit Durchbrüchen.
Verwenden eines Materials nach den Ansprüchen 1 bis 4, als Tarnbeschichtung eines Objekts ohne signifikanten Abstand eng oder direkt an seiner Oberfläche.
Verwenden eines Materials nach den Ansprüchen 1 bis 4, als Teil eines mobilen optional mit Durchbrüchen versehenen Tarnkits in Form eines Wärmeschildes mit wählbaren Abstand vor einer Objektoberfläche.