DE102006054445A1

DE102006054445A1 - Radarveränderungsstruktur mit Spiegelmustern aus leitendem Material

Info

Publication number: DE102006054445A1
Application number: DE102006054445A
Authority: DE
Inventors: David L. Canton Brittingham; James T. Tallmadge Hindel
Original assignee: Goodrich Corp
Current assignee: Goodrich Corp
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2007-05-24
Also published as: CA2566718A1; GB2432409B; CA2566718C; US20070115163A1; GB0622087D0; GB2432409A; FR2893716A1; US7633450B2

Abstract

Eine Radarveränderungsstruktur weist auf: eine Struktur; und mindestens eine Schicht aus leitendem Material auf mindestens einer Fläche der Struktur, wobei die Schicht mehrere in einem Spiegelmuster angeordnete Leitungswege zum Reduzieren des Radarquerschnitts der Struktur aufweist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die elektrothermische Erwärmung stellt eine effektive Möglichkeit einer Tragflächen- und Strukturenteisungs-Heizeinrichtung dar, wenn Verbundmaterialien für die zu enteisenden Tragflächen und/oder Strukturen verwendet werden. Eine elektrothermische Heizeinrichtung kann immer dann verwendet werden, wenn Vereisungsbedingungen bestehen, einschließlich Anwendungen beispielsweise bei: Tragflächen-Vorderkanten von Flügeln, Rümpfen, Propellern und Helikopter-Rotorflügeln; Motoreinlässen; Verstrebungen; Leitschaufeln; Verkleidungen; Aufzügen; Schiffen, Türmen; Windturbinenflügeln und dergleichen. Bei elektrothermischen Enteisungssystemen wird Wärmeenergie typischerweise mittels von dem Flugzeug oder geeigneten Einsatzgeneratoren gelieferter elektrischer Energie über ein metallisches Heizelement auf die Fläche der Tragfläche oder Struktur aufgebracht

Eine beispielhafte elektrothermische Enteisungsvorrichtung ist in der Querschnittsdarstellung aus 1 gezeigt. Die Vorrichtung weist eine Heizelementschicht aus elektrisch leitenden Stromkreisen 10 auf, die zum Beispiel als Metallfolien, Drähte, leitende Gewebe und dergleichen ausgebildet sein können und die in einem Muster über einer Fläche 12 eines Tragflügels oder einer anderen Struktur 14 angeordnet sind. Ein Enteisungssystem 20 steuert über mehrere Leitungen 16 die Spannung und den Strom zu den elektrischen Stromkreisen der Schicht 10, um die Fläche 12 vor dem Akkumulieren von Eis zu schützen. Generell ist das leitende Heizelementmuster über oder unter der Haut der Tragfläche oder Struktur implementiert oder in dem Verbundmaterial selbst eingebettet.

Ein beispielhaftes Heizelementmuster 10 ist in der Darstellung aus 2 gezeigt. Elektrothermische Enteisungsmuster dieses Typs neigen dazu, in Reaktion auf eine Radarbeleuchtung ein größeres Radar-Querschnittsbild zu liefern als gewünscht. Dies wird insbesondere dann zum Problem, wenn solche Enteisungs-Heizeinrichtungsmuster bei Militärflugzeugen oder anderen Strukturen angewendet werden, die von feindlichen Radarsystemen beleuchtet werden können. Um ein Flugzeug oder eine Struktur davor zu schützen, zu einem Angriffsziel zu werden, sollte der Radarquerschnitt der Struktur so klein wie möglich gehalten werden. Entsprechend wird durch die metallischen/leitenden Muster der Stromkreise der Heizelementschicht 10 die dem Stand der Technik entsprechende elektrothermische Enteisungsvorrichtung für die Verwendung bei Strukturen, die von einer Radardämpfung betroffen sind, unpraktisch.

ZUSAMMENFASSENDER ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Radarveränderungsstruktur auf: eine Struktur und mindestens eine Schicht aus leitendem Material auf mindestens einer Fläche der Struktur, wobei die Schicht mehrere in einem Spiegelmuster angeordnete Leitungswege zum Reduzieren des Radarquerschnitts der Struktur aufweist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine elektrothermische Enteisungsvorrichtung mit Radarveränderungseigenschaften auf: ein Heizelement mit mindestens einer Schicht aus leitendem Material, das auf mindestens eine Fläche einer Struktur zum Enteisen der Fläche aufbringbar ist, wobei die Schicht mehrere in einem Spiegelmuster angeordnet Leitungswege zum Reduzieren des Radarquerschnitts der Struktur aufweist; und eine mit dem Heizelement gekoppelte Steuereinheit zum Steuern der Heizenergie für das Heizelement zum Enteisen der Fläche.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Vorrichtung zum Erzeugen unterschiedlicher Radarsignaturen einer Struktur für eine elektromagnetische Beleuchtungsstrahlungsquelle auf: mindestens eine Schicht aus leitendem Material, die auf mindestens eine Fläche einer Struktur aufbringbar ist, wobei die Schicht mehrere in einem Spiegelmuster angeordnete Leitungswege zum Reduzieren des Radarquerschnitts der Struktur aufweist; und eine mit der Schicht aus leitendem Material gekoppelte Schalteinheit zum selektiven Aufbringen von elektrischer Energie auf die Schicht zum Erzeugen unterschiedlicher Radarsignaturen der Struktur für die elektromagnetische Beleuchtungsstrahlungsquelle.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer beispielhaften elektrothermischen Enteisungsvorrichtung.
2 zeigt eine Darstellung eines derzeit zur Verwendung in einer elektrothermischen Enteisungsvorrichtung vorgesehenen beispielhaften Heizelementmusters.
3–8 zeigen jeweils Beispiele leitender Spiegelmuster 1–6, die zum Ausführen der umfassenden Prinzipien der vorliegenden Erfindung geeignet sind.
eine schematische Querschnittsdarstellung einer Radarveränderungsstruktur-Schaltvorrichtung, die zum Ausführen eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei militärischen Anwendungen ist es bekannt, dass Strukturen, wie beispielsweise Flugzeugflächen, zum Umgeben von Radarbeleuchtung vorgesehen sind. Wenn jedoch ein elektrothermisches Heizelement mit Leitungsmustern, wie den beispielhaft in 2 dargestellten, auf der Fläche solcher Strukturen aufgebracht sind, verändern die: Heizelementleitungsmuster den Radarquerschnitt der Struktur und bewirken somit, dass die Struktur gegenüber Radarbeleuchtung gefährdeter wird. Es sei darauf hingewiesen, dass das in 2 gezeigte Leitungsmuster Leitungswege aufweist, die im Wesentlichen quer zu einer elektromagnetischen Beleuchtung von vorn, hinten oder beiden Seiten durch eine punktförmige Quelle monostatischen Radars verlaufen. Entsprechend erzeugen die Leitungswege solcher Muster starke reflektierte elektromagnetische Wellen, die direkt zu der punktförmigen Radarquelle zurückzukehren, um den Radarquerschnitt der Struktur zu vergrößern.
Die zum Verändern des Radarquerschnitts vorgesehenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die nachstehend genauer beschrieben werden, umfassen die Modifizierung und Verstärkung der Spiegelcharakteristiken hinsichtlich der elektromagnetischen Eigenschafen der elektrothermischen Heizelemente zum Bewirken eines zusätzlichen Verlustes an magnetischer und elektrischer Energie aufgrund von Reflexions- und Interferenzmechanismen. Bei den vorliegenden Ausführungsformen ist vorgesehen, dass dieser Energieverlust auftritt, wenn eine elektromagnetische Energiewelle von einer Radarquelle bei einer gewünschten Nutzfrequenz (MHz oder GHz) und über einen Breitbandbereich aufgebracht wird, um die Absorption elektromagnetischer Energie durch normale oder modifizierte Leiter des Heizelements zu maximieren und die von diesen zu der Radarquelle zurückgeleiteten Radarsignale zu dämpfen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Heizelemente über Leitungswege 16 von dem Enteisungssystem 20 elektrifiziert werden, wie in 1 gezeigt.
Spiegelmusterkonfigurationen 1–6 der verschiedenen Ausführungsformen der Leitungswege der Heizelemente 10 sind beispielhaft jeweils in 3–8 gezeigt. Vorzugsweise kann ein Runddraht aufgrund seiner inhärenten Reflexionseigenschaften als Leitungswege zum Reduzieren der Rückführungen von der Beleuchtung durch eine Punktquelle monostatischen Radars verwendet werden. Es sei jedoch angemerkt, dass als Leitungswege der verschiedenen Heizelementmuster auch geätzte Folie, metallisches beschichtetes Gewebe oder dergleichen verwendet werden kann, ohne dass dadurch von den umfassenden Prinzipien der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Ähnlich ist die bevorzugte Anwendung der Heizelementmuster die Integration in nichtmetallische Verbundstrukturen. Das Aufbringen der Heizelementmuster über oder unter metallischen oder nichtmetallischen Flächen einer Struktur dient jedoch auch als Radarveränderungsstruktur.
Jedes der Spiegelmuster 1–6 weist sechs (6) Leitungswege mit einer Zuführleitung und einer Rückführleitung für jeden Weg auf, was zu zwölf (12) Verbindungsleitungen für jedes Muster führt. Die Verbindungsleitungen für jedes Spiegelmuster 1–6 sind in 3–8 jeweils bei 16a–16f gezeigt. Die Leitungswege jedes der Spiegelmuster 1–4 und 6 beginnen und enden in der gleichen Umgebung. Zum Beispiel sind die beiden äußeren Leitungen 16a aus 3 die Zuführ- und Rückführ-Verbindungsleitungen eines Leitungswegs, und die nächsten zwei nach innen verlaufenden äußeren Leitungen sind die Zuführ- und Rückführ-Verbindungsleitungen eines weiteren Leitungswegs, und so weiter. Bei jedem Spiegelmuster 1–4 und 6 sind die Leitungswege nebeneinander angeordnet und elektrisch gegeneinander isoliert, wobei ein Leitungsweg von einem anderen nach außen verlaufenden umschrieben wird, bis ein letzter äußerer Leitungsweg das Gesamtmuster abschließt.
Das Spiegelmuster 5 aus 7 unterscheidet sich leicht von den anderen und weist nebeneinander angeordnete und elektrisch gegeneinander isolierte Leitungswege auf, mit der Ausnahme, dass die Leitungswege einander nicht umschreiben. Vielmehr beginnt jeder Leitungsweg an einem Ende des Spiegelmusters und verläuft zurück und vor und bildet somit mehrere dreiseitige Submuster, von denen eines innerhalb des anderen angeordnet ist und die über das Gesamtmuster verlaufen. Somit enden die Leitungswege am anderen Ende des Spiegelmusters 5.
Die Leitungswege der Spiegelmuster 1–4 und 6 weisen kurze zickzackförmige und winkelförmige geradlinige Verläufe mit sich wiederholenden Submustern auf, die zum Bilden entgegengesetzter, rechtwinklig verlaufender Linien elektromagnetischer Reflexion, die in einem Winkel von fünfundvierzig Grad (45°) relativ zu der Sichtlinie einer Punktquelle monostatischen Radars verlaufend, vorgesehen sind und dadurch destruktive Interferenzzonen gegen unabsorbierte elektromagnetische Wellen bilden. Das Spiegelmuster 5 unterscheidet sich wie oben beschrieben von den anderen und weist größere Submuster aus Leitungswegen mit längeren Verläufen auf, bei denen es sich um Wellenlinienwege und nicht um geradlinige Wege wie bei den Spiegelmustern 1–4 und 6 handelt. Ungeachtet des Unterschieds beim Spiegelmuster 5 dient jedes der Spiegelmuster 1–6 zum Reflektieren der elektromagnetischen Wellen zwecks Verhinderung, dass diese zu ihren Quellen zurückkehren, oder zum Erzeugen einer destruktiven Interferenz zwischen den elektromagnetischen Wellen. In beiden Fällen werden die von der Struktur zu der Radarquelle zurückkehrenden elektromagnetischen Wellen derart verändert, dass der Radarquerschnitt der Struktur reduziert ist.
Obwohl die Spiegelmuster aus Leitungswegen vorstehend als in 1 gezeigtes elektrothermisches Heizelement gezeigt sind, sei angemerkt, dass dies nur eine mögliche Anwendung ist. Generell dient jedes der unterschiedlichen Muster aus Leitungswegen, die beispielhaft in 3–8 dargestellt sind, zum Verändern der Radarquerschnittsfläche der Struktur, auf der es aufgebracht ist. Mit anderen Worten: die Spiegelmuster aus Leitungswegen können auf eine Struktur aufgebracht und als Tarnmittel zum Tarnen der Struktur gegenüber feindlichem Radar, d.h. um diese gegenüber dem Radar im Wesentlichen transparent zu machen, verwendet werden. Zum Beispiel kann ein gewähltes Muster aus Leitungswegen in ein Verbundmaterial integriert sein, das eine Haut der Struktur, wie zum Beispiel einer Tragfläche eines Flugzeugs, bildet. Durch Hinzufügen des Musters aus Leitungswegen wird die Struktur zu einer Radarveränderungsstruktur (RVS), so dass die Radarquerschnittsfläche der Struktur wesentlich reduziert ist.
Es sei ferner angemerkt, dass nicht das gleiche Muster aus Leitungswegen auf der Gesamtstruktur aufgebracht zu sein braucht. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, dass ein Muster auf dem oberen Teil einer Tragfläche aufgebracht ist und ein anderes Muster auf dem unteren Teil der Tragfläche aufgebracht ist. Oder es kann ein Muster auf der Vorderfläche der Tragfläche aufgebracht sein, während ein anderes Muster auf der Rückfläche der Tragfläche aufgebracht sein kann. Unterschiedliche Spiegelmuster können sogar in mehreren Schichten auf der Struktur aufgebracht sein. Entsprechend kann die Struktur dadurch zu einer Radarveränderungsstruktur gemacht werden, dass ein oder mehrere Muster aus Leitungswegen jeweils auf Teile der Struktur aufgebracht werden und die Leitungswege des Musters elektrifiziert werden.
Ferner kann das Muster aus Leitungswegen, wenn es auf der Struktur aufgebracht ist, derart gesteuert werden, dass spezielle Radarsignaturen der Struktur gegenüber Beleuchtungsradaren erzeugt werden. Zum Beispiel können die Leitungswege 16 des Musters 10 mit einem. RVS-Schaltsystem 30 gekoppelt sein, wie in der schematischen Darstellung aus 9 gezeigt, und als Spezialantenne gegenüber Beleuchtungsradaren verwendet werden. Gemäß 9 kann das System 30 zum Beispiel zum Anschließen und Trennen der Leitungswege an eine und von einer Spannungsquelle oder Masse verwendet werden. Somit werden die Leitungswege 16 im angeschlossenen Zustand zu geschlossenen Stromkreisen und bewirken, dass die Struktur gegenüber Beleuchtungsradar transparent wird, und die Wege 16 sind in getrenntem Zustand offene Stromkreise und befinden sich im Floating-Zustand, d.h. sie sind ungeerdet, und bewirken, dass die Struktur für das Radar sichtbar ist. Daher kann das Muster aus Leitungswegen durch Schließen und Öffnen der Stromkreise gesteuert werden, um auf unterschiedliche Weise auf Beleuchtungsra darsignale anzusprechen und möglicherweise falsche Radarrücklaufsignale auszusenden, um den Feind zu täuschen.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand einer oder mehrerer Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei angemerkt, dass dies nur eine beispielhafte Darstellung ist, durch die die vorliegende Erfindung nicht auf eine einzelne Ausführungsform beschränkt wird. Vielmehr ist die vorliegende Erfindung im weiten Umfang gemäß den beiliegenden Ansprüchen auszulegen.

Claims

Radarveränderungsstruktur mit: einer Struktur; und mindestens einer Schicht aus leitendem Material auf mindestens einer Fläche der Struktur, wobei die Schicht mehrere in einem Spiegelmuster angeordnete Leitungswege zum Reduzieren des Radarquerschnitts der Struktur aufweist.
Radarveränderungsstruktur nach Anspruch 1, bei der die Leitungswege nebeneinander angeordnet und elektrisch voneinander isoliert sind, wobei ein Leitungsweg von einem anderen nach außen verlaufenden Leitungsweg umschrieben wird, bis ein äußerer Leitungsweg der mehreren Leitungswege das gesamte Spiegelmuster abschließt.
Radarveränderungsstruktur nach Anspruch 2, bei der jeder Leitungsweg kurze zickzackförmige und winkelförmige geradlinige Verläufe mit sich wiederholenden Submustern aufweist, die zum Bilden entgegengesetzter, rechtwinklig verlaufender Linien zum Reflektieren elektromagnetischer Beleuchtungsstrahlung in einem gewünschten Winkel von der Strahlungsquelle weg vorgesehen sind.
Radarveränderungsstruktur nach Anspruch 3, bei der die Submuster zum Bilden destruktiver Interferenzzonen gegen elektromagnetische Beleuchtungsstrahlung von der Quelle vorgesehen sind.
Radarveränderungsstruktur nach Anspruch 1, bei der die Leitungswege der Schicht nebeneinander angeordnet und elektrisch voneinander isoliert sind, wobei jeder Weg an einer Seite der Schicht beginnt, zurück und vor über die Schicht verläuft und mehrere mehrseitige Submuster bildet, von denen eines innerhalb des anderen angeordnet ist, und an einer anderen Seite der Schicht endet, um das Gesamtmuster zu bilden.
Radarveränderungsstruktur nach Anspruch 5, bei der die Leitungswege der Schicht Wellenlinienwege zum Reflektieren elektromagnetischer Beleuchtungsstrahlung von einer Strahlungsquelle weg sind.
Radarveränderungsstruktur nach Anspruch 1, mit einer mit den mehreren Leitungswegen -gekoppelten Energiequelle zum Elektrifizieren der Leitungswege.
Radarveränderungsstruktur nach Anspruch 1, mit einer mit den mehreren Leitungswegen gekoppelten Energiequelle zum selektiven Elektrifizieren der Leitungswege.
Radarveränderungsstruktur nach Anspruch 1, bei der die Struktur ein nichtmetallisches Verbundmaterial aufweist; und bei der die mindestens eine Schicht aus leitendem Material in dem nichtmetallischen Verbundmaterial eingebettet ist.
Radarveränderungsstruktur nach Anspruch 1, bei der das Muster aus Leitungswegen aus einem aus der Gruppe von Metalldrähten, geätzter Folie und metallischem beschichteten Gewebe gebildet ist.
Elektrothermische Enteisungsvorrichtung mit Radarveränderungseigenschaften, die aufweist: ein Heizelement mit mindestens einer Schicht aus leitendem Material, das auf mindestens eine Fläche einer Struktur zum Enteisen der Fläche aufbringbar ist, wobei die Schicht mehrere in einem Spiegelmuster an geordnet Leitungswege zum Reduzieren des Radarquerschnitts der Struktur aufweist; und eine mit dem Heizelement gekoppelte Steuereinheit zum Steuern der Heizenergie für das Heizelement zum Enteisen der Fläche.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Leitungswege des Heizelements nebeneinander angeordnet und elektrisch gegeneinander isolierte sind, wobei ein Leitungsweg von einem anderen nach außen verlaufenden umschrieben wird, bis ein äußerer Leitungsweg der mehreren Leitungswege das Gesamtspiegelmuster abschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der jeder Leitungsweg kurze zickzackförmige und winkelförmige geradlinige Verläufe mit sich wiederholenden Submustern aufweist, die zum Bilden entgegengesetzter, rechtwinklig verlaufender Linien zum Reflektieren elektromagnetischer Beleuchtungsstrahlung in einem gewünschten Winkel von der Strahlungsquelle weg vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Submuster zum Bilden destruktiver Interferenzzonen gegen elektromagnetische Beleuchtungsstrahlung von der Quelle vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Leitungswege des Heizelements nebeneinander angeordnet und elektrisch voneinander isoliert sind, wobei jeder Weg an einer Seite des Elements beginnt, zurück und vor über das Element verläuft und mehrere mehrseitige Submuster bildet, von denen eines innerhalb des anderen angeordnet ist, und an einer anderen Seite des Elements endet, um das Gesamtmuster zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Leitungswege der Schicht Wellenlinienwege zum Reflektieren elektromagnetischer Beleuchtungsstrahlung von einer Strahlungsquelle weg sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der mindestens eine Schicht aus leitendem Material des Heizelements in einem nichtmetallischen Verbund-Oberflächenmaterial einbettbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der das Muster aus Leitungswegen aus einem aus der Gruppe von Metalldrähten, geätzter Folie und metallischem beschichteten Gewebe gebildet ist.
Vorrichtung zum Erzeugen unterschiedlicher Radarsignaturen einer Struktur für eine elektromagnetische Beleuchtungsstrahlungsquelle, wobei die Vorrichtung aufweist: mindestens eine Schicht aus leitendem Material, die auf mindestens eine Fläche einer Struktur aufbringbar ist, wobei die Schicht mehrere in einem Spiegelmuster angeordnete Leitungswege zum Reduzieren des Radarquerschnitts der Struktur aufweist; und eine mit der Schicht aus leitendem Material gekoppelte Schalteinheit zum selektiven Aufbringen von elektrischer Energie auf die Schicht zum Erzeugen unterschiedlicher Radarsignaturen der Struktur für die elektromagnetische Beleuchtungsstrahlungsquelle.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der die Schicht aus leitendem Material derart gesteuert ist, dass sie in einer Weise auf die elektromagnetische Beleuchtungsstrahlung anspricht, wenn elektrische Energie aufgebracht ist, und in einer anderen Weise, wenn das Aufbringen von elektrischer Energie unterbrochen ist.