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Die Erfindung betrifft ein Tarnelement mit signaturreduzierender Wirkung im elektromagnetischen Strahlungsspektrum zur Tarnung von Objekten mit hoher eigener Signatur im elektromagnetischen Strahlungsspektrum, das aus zwei etwa parallel zueinander liegenden beabstandeten Platten besteht.
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Tarnelemente der genannten Art dienen der Tarnung von militärischen Objekten, insbesondere Fahrzeugen und Geräten, in geringem Maße auch ortsfesten Anlagen. Solche Objekte sind der Aufklärung und Verfolgung durch gegnerische Erkennungs- und Waffensysteme ausgesetzt. Hiergegen ist eine Tarnwirkung erforderlich. Eine Tarnung der Signatur im visuellen Spektralbereich ist relativ einfach und wird mit Tarnanstrichen in Form von Fleckenmustern sichergestellt. Dringender ist die Verminderung der Signatur im Bereich der Emmission und Reflexion von Infrarotstrahlung bzw. der Reflexion von einfallender Radarstrahlung, da heutige Waffensysteme, insbesondere suchkopfbestückte Waffen, Aufklärung und Verfolgung auf der Grundlage dieser Techniken ermöglichen.
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Bisher werden zur hocheffizienten breitbandigen Absorption von Radar und/oder Mikrowellenstrahlung mit verlusterzeugenden Partikeln gefüllte Matrixmaterialien, insbesondere Schäume oder alternativ hierzu dielektrische Schichten verwendet, die sich aufgrund ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit durch Wärmestrahlungsquellen sehr stark aufheizen. Damit wird zwar ein Tarneffekt im Radarbereich erzielt, der jedoch zu einer deutlich erhöhten Signatur im thermischen Infraroten führt.
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Zur Tarnung im thermischen Infraroten werden Oberflächen zumeist mit Beschichtungen versehen, die deren Strahlungstemperaturen reduzieren. Derartige niedrig emittierende Beschichtungen enthalten zumeist metallische Partikel, durch deren Einsatz gezielt die Reflektivität im thermischen Infraroten erhöht werden kann. Mit Hilfe dieser Materialien werden Tarnerfolge häufig nur in einem der beiden Spektralbereiche 3–5 μm oder 8–14 μm abhängig von den Umgebungsbedingungen und Wetterverhältnissen erzielt. Im Radarbereich wird durch den Einsatz dieser Beschichtungen keine Signaturreduzierung erzielt. In Kombination mit den zuvor genannten radarabsorbierenden Materialien wird deren signaturreduzierende Wirkung gegen Radar und/oder Mikrowellenstrahlung deutlich verschlechtert bzw. aufgehoben.
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Tarnelemente zur Verminderung von Strahlungstemperaturkontrasten sind aus der
DE 31 49 782 A1 bekannt. Diese umfassen ein oder mehrere mit Abstand von der Objektoberfläche und gegebenenfalls voneinander angeordnete Lochbleche. Deren Wirkung soll darin beruhen, eine Aufheizung des Objektes bei Sonneneinstrahlung zu reduzieren, insbesondere unter dem Aspekt, daß sich bei ungeschütztem Objekt Teile geringer Wärmekapazität in hohem Kontrast zu Teilen größerer Wärmekapazität aufheizen.
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Durch die eigene Wärmekapazität des zumindest einen Lochblechs soll eine gleichmäßige und relativ geringe Erwärmung erfolgen, indem nur ein Teil der Sonneneinstrahlung die Lochbleche durch die Lochungen durchdringen kann, während ein anderer Teil von den Stegen zwischen den Lochungen absorbiert wird. Weiterhin können die Lochbleche die Abstrahlung von heißen Oberflächen des Objekts teilweise behindert. Die verwendeten Lochbleche besitzen einen hohen Reflexionsgrad gegenüber Radarstrahlung, so daß kein Schutz gegen Radaraufklärung bzw. gegen kombinierte Aufklärung mittels Infraroterfassung und Radarerfassung gegeben ist.
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Aus der
DE 35 07 889 A1 ist es bekannt, Objekte mit einer Beschichtung zu versehen, die radarstrahlenabsorbierend ist, und deren Oberfläche mit einem Anstrich zu versehen, die der Infrarottarnung dient.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Tarnelement bereitzustellen, welches die Eigenschaft zur Absorption von Radarstrahlung mit einer nur geringen Neigung zur thermischen Aufheizung durch Sonnenstrahlung oder sonstige Infrarot-Strahlungsquellen verbindet.
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Eine Lösung hierfür besteht in einem Tarnelement der genannten Art, das zwei etwa parallel zueinander liegende Platten umfaßt, bei dem der lichte Abstand der beiden Platten 10–60 mm beträgt, ausschließlich die außenliegende Platte mit Durchbrüchen versehen ist, deren Größe im Bereich des lichten Abstandes der beiden Platten liegt und die einen Flächenanteil von 30–60% aufweisen, die innenliegende Platte als geschlossene Platte ausgeführt ist und beide Platten aus elektromagnetisch neutralem Material bestehen und radarabsorbierendes Material enthalten. Eine andere Lösung besteht in einem Tarnelement der genannten Art, das zwei etwa parallel zueinander liegende Platten umfaßt, bei dem der lichte Abstand der beiden Platten 10–60 mm beträgt, ausschließlich die außenliegende Platte mit Durchbrüchen versehen ist, deren Größe im Bereich des lichten Abstandes der beiden Platten liegt und die einen Flächenanteil von 30–60% aufweisen, die innenliegende Platte als geschlossene Platte ausgeführt ist, die außenliegende Platte aus radartransparentem Material besteht und die innenliegende Platte aus elektromagnetisch neutralem Material besteht und radarabsorbierendes Material enthält.
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Wie nachstehend im einzelnen erläutert wird, ist hierbei eine breitbandig signaturreduzierende Wirkung im SW-TIR und LW-TIR (Short Wave Thermisches Infrarot, Long Wave Thermisches Infrarot) als auch im Radarbereich und Millimeterwellenbereich sichergestellt. Dabei lassen sich ebenfalls gute Ergebnisse im VIS/NIR (sichtbarer Spektralbereich/naher Infrarotbereich) erzielen.
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Zwischen den Platten, die aufgrund unterschiedlicher Anordnung und Gestaltung bei Sonneneinstrahlung unterschiedliche Temperaturniveaus annehmen, bildet sich eine auf Konvektion basierende Luftströmung entlang deren Oberflächen aus, die zu einer Temperaturabsenkung der Platten führt. Durch die Wahl des Abstandes zwischen den Platten und der Dimensionierung der Durchbrüche in der außenliegenden Platte ist die Effektivität der konvektiven Luftzirkulation optimiert.
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Bei Sonneneinstrahlung findet somit eine Aufheizung der Platten statt, die aufgrund der geometrischen Konfiguration der Platten zu einer konvektiven Luftströmung aufgeheizter Luft aus dem Zwischenraum zwischen den Platten durch die Durchbrüche in der außenliegenden Platte hindurch führt. Hierdurch findet ein Austausch zwischen aufgeheizter Luft zwischen den Platten und kälterer Umgebungsluft statt, so daß die Signatur des Objekts im Infrarotbereich der Signatur der Umgebung angepaßt wird. Die konvektive Luftströmung wird besonders wirksam sein, wenn die Platten in eher vertikaler Anordnung am Objekt angebracht werden. In diesem Fall wird sich eine Luftströmung entlang der Oberfläche der innenliegenden Platte ausbilden.
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Die konvektive Luftströmung tritt jedoch auch auf, wenn die Platten eher horizontal angeordnet sind. In diesem Fall findet ein konvektiver Luftaustausch in jedem einzelnen der Durchbrüche statt, so daß eine Verbauung der Luftspalte an den Kanten der Platten weniger kritisch ist.
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Bei bewegten Objekten kann die Temperaturabsenkung des Tarnelements auch durch den Fahrtwind erfolgen, der zwischen die Platten gelangt und für den die Durchbrüche in der außenliegenden Platte zu einer Verwirbelung führen.
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Zur Steigerung der vorstehend erläuterten Wirkung kann eine Zwangsbelüftung des Spaltes zwischen den Platten erfolgen, wobei beispielsweise Luft mit Umgebungstemperatur in einem abgeschatteten Bereich angesaugt werden kann, so daß ein sehr guter Signaturabgleich im Infrarotbereich erfolgt.
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Durch eine Zwangsbelüftung, die zwischen den beiden Platten unterhalten wird, wird eine Temperaturabsenkung auch bei sich im Stillstand befindlichen oder ortsfesten Objekten effektiv wirksam.
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Wird das Tarnelement beabstandet zum Objekt angebracht, so beeinflußt dies auch den Wärmestrahlungsaustausch zwischen Objekt und Tarnelement.
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Somit ist eine signaturreduzierende Wirkung hinsichtlich interner Wärmequellen des Objektes, als auch externer Wärmequellen außerhalb des Objektes gegeben. Dies gilt sowohl für den Spektralbereich von 3–5 μm, als auch für den von 8–14 μm.
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In Ergänzung zu den vorstehend genannten Wirkungen tritt eine radarabsorbierende Wirkung, die gegenüber ganzflächigen Beschichtungen mit radarabsorbierendem Material überraschenderweise eine erhöhte Wirksamkeit bzw. Dämpfung erkennen läßt, wenn mindestens eine der Platten, und zwar nicht notwendigerweise die außenliegende Platte, aus radarabsorbierendem Material besteht. So kann z. B. die außenliegende Platte aus transparentem nicht-radarabsorbierendem Material bestehen und die Dämpfung durch die dahinter folgende innenliegende Platte bewirkt werden.
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Im Bereich der Radar- und/oder Millimeterwellenstrahlung zeigen sich breitbandig radarabsorbierende Materialien besonders geeignet für eine signaturreduzierende Wirkung. Es zeigte sich, daß Kombinationen von zwei Platten, von denen mindestens eine aus radarabsorbierendem Material besteht und von denen die äußere Platte mit Durchbrüchen versehen ist, bei geeigneter Dimensionierung des Abstands der Platten und der Durchbrüche in der außenliegenden Platte eine deutlich verbesserte Wirkung in Bezug auf das Radar- und Millimeterwellenabsorptionsvermögen bei hoher Breitbandigkeit (8–100 GHz) aufweisen.
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Dieses Phänomen basiert auf einer Kombination von Absorption-, Beugungs- und Interferenzeffekten an den Plattenoberflächen und zwischen den Platten.
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Somit stellt das Tarnelement ein effektives Mittel zur Signaturreduzierung in Bezug auf monostatische sowie bistatische Radaranlagen und Mikrowellenradiometer dar.
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Basierend auf der oben beschriebenen Wirkungsweise des Tarnelementes kann eine Steuerbarkeit der Signatur im thermischen Infraroten als auch im Radarbereich erzielt werden, wenn der Abstand der Platten in gewissen Grenzen variiert wird.
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Das radarabsorbierende Material besteht in an sich bekannter Weise aus einer elektromagnetisch neutralen Matrix und darin verteilten elektromagnetischen Verlust erzeugenden Partikeln.
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Die Durchbrüche können die Form einer regelmäßigen Lochung haben. Durch unregelmäßige Formen und unregelmäßige Verteilungsdichte der Durchbrüche kann die Tarnwirkung gegebenenfalls noch erhöht werden. Mindestens die außenliegende Platte, bevorzugt jedoch beide Platten, werden in weiterer Verbesserung mit einem Tarnanstrich versehen, der im sichtbaren Bereich des Spektrums effektiv ist, d. h. üblicherweise mit einem Fleckenmuster oder mit jeweils gleichförmigen Anstrichen der Platten, bei denen auch eine unterschiedliche Emissivität zwischen den einzelnen Platten bestehen kann.
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Üblicherweise werden die Platten miteinander durch über die Fläche verteilte Abstandshalter verbunden, die insbesondere aus nicht-metallischem Material bestehen sollten. Dabei können die Abstandshalter mit zumindest einer der Platten einstückig hergestellt sein.
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Besonders vorteilhaft kann es sein, verstellbare Abstandshalter vorzusehen, mit denen der lichte Abstand zwischen den Platten gegebenenfalls auch während des Einsatzes veränderbar ist. Hiermit kann gegebenenfalls auf eine erkannte Bedrohung reagiert werden.
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Der Einsatz der Tarnelemente soll insbesondere so erfolgen, daß der Luftspalt zwischen den Platten an mindestens einem der Kantenpaare unverbaut offenliegt, so daß eine konvektive Luftströmung unbehindert stattfinden kann. Alternativ kann der Luftspalt zwischen den Kanten der Platten an mindestens einem der Kantenpaare mit einer Zwangsbelüftungsvorrichtung verbunden sein. Der Aufbau der Tarnelemente kann insbesondere so erfolgen, daß die innere Platte mit Abstand zur Oberfläche des Objekts montiert wird, so daß eine nochmals bessere thermische Entkopplung gegenüber dem Objekt erfolgt und sich eine weitere konvektive Luftströmung auch zwischen der innenliegenden Platte und dem Objekt einstellen kann. Die innere Platte kann eine Stützschicht für das gesamte Element umfassen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend in zwei Anwendungsvarianten anhand der Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigen
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1 in einer Anwendung eines Tarnelementes mit Abstand von der Oberfläche des Objektes
- a) die konvektive Luftströmung
- b) die Infrarotstrahlung
- c) die Radarstrahlung;
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2 in einer Anwendung eines Tarnelements unmittelbar auf der Oberfläche des Objektes
- a) die konvektive Luftströmung
- b) die Infrarotstrahlung
- c) die Radarstrahlung.
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In 1 sind in drei Einzeldarstellungen jeweils Ausschnitte eines Tarnelementes 11 mit einer außenliegenden Platte 12 und einer innenliegenden Platte 13 sowie die Oberfläche eines mittels des Tarnelements verkleideten Objekts 14 gezeigt. Die Platten 12 und 13 sind mit nicht dargestellten Abstandshaltern miteinander verbunden. Das Tarnelement 11 insgesamt ist mit Abstand zur Oberfläche des Objekts 14 mit geeigneten Mitteln montiert. In der außenliegenden Platte 12 sind regelmäßig angeordnete kreisförmige Durchbrüche 15 erkennbar. Die innere Platte 13 besteht aus einer vorderen Wirkschicht 16 und einer hinteren Stützschicht 17.
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In 1a sind ein erstes Strömungspfeilsystem 18, 19 gezeigt, das die Konvektion zwischen der außenliegenden Platte 12 und der innenliegenden Platte 13 darstellen soll. Weiter ist ein Strömungspfeil 20 gezeigt, der eine Luftbewegung zwischen der innenliegenden Platte 13 und der Oberfläche des Objekts 14 symbolisieren soll.
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In 1b ist ein System von Strahlungspfeilen dargestellt, die Infrarot bzw. Wärmestrahlung symbolisieren sollen. Hierbei sind gestrichelt gezeichnete Pfeile 21, 22 äußere Wärmestrahlung, z. B. Sonnenstrahlen, die an der äußeren Platte 12 bzw. an der innenliegenden Platte 13 absorbiert und teilweise reflektiert wird. Die Pfeile 23, 24 symbolisieren den Wärmestrahlungsaustausch zwischen der innenliegenden Platte 13 und dem Objekt 14. Die Pfeile 25, 26 symbolisieren die Wärmeabstrahlung von der innenliegenden Platte, die zum Teil von der außenliegenden Platte 12 absorbiert wird, teilweise an die Umgebung abgestrahlt wird.
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In 1c sollen Strahlungspfeile 27, 28 einfallende und reflektierte Radarstrahlung symbolisieren, die von den Oberflächen der Platten 12, 13 teilweise absorbiert und mit reduzierter Intensität reflektiert wird, wie durch die verringerte Pfeildicke angedeutet ist.
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In 2 sind in drei Einzeldarstellungen jeweils Ausschnitte eines Tarnelementes 11 mit einer außenliegenden Platte 12 und einer innenliegenden Platte 13 sowie die Oberfläche eines mittels des Tarnelements verkleideten Objekts 14 gezeigt. Die Platten 12 und 13 sind mit nicht dargestellten Abstandshaltern verbunden. Das Tarnelement 11 insgesamt ist unmittelbar auf der Oberfläche des Objekts 14 mit geeigneten Mitteln befestigt. In der außenliegenden Platte 12 sind regelmäßig angeordnete kreisförmige Durchbrüche 15 erkennbar. Die innere Platte 13 besteht aus einer vorderen Wirkschicht 16 und einer hinteren Stützschicht 17.
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In 2a sind ein Strömungspfeilsystem 29, 30 gezeigt, das die Konvektion zwischen der außenliegenden Platte 12 und der innenliegenden Platte 13 darstellen soll.
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In 2b ist ein System von Strahlungspfeilen dargestellt, die Infrarot- bzw. Wärmestrahlung symbolisieren sollen. Hierbei sind gestrichelt gezeichnete Pfeile 31, 32 äußere Wäremstrahlung, die an der äußeren Platte 12 bzw. an der innenliegenden Platte 13 absorbiert und teilweise reflektiert wird. Die durchgezogen gezeichneten Pfeile 33, 34 symbolisieren die Wärmeabstrahlung von der innenliegenden Platte 13, die zum Teil von der außenliegenden Platte 12 absorbiert wird, teilweise an die Umgebung abgestrahlt wird.
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In 2c sollen Strahlungspfeile 35, 36 einfallende und reflektierte Radarstrahlung symbolisieren, die von den Oberflächen der Platten 12, 13 teilweise absorbiert und mit reduzierter Intensität reflektiert wird, wie durch eine verringerte Pfeildicke angedeutet ist.
