DE19841113A1

DE19841113A1 - Selbstschutzeinrichtung für Strahlflugzeuge

Info

Publication number: DE19841113A1
Application number: DE1998141113
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1998-09-09
Publication date: 2014-04-24

Abstract

Durch Zeit- und Intensitätsgesteuerte Veränderung der chemischen Zusammensetzung der Abgasfahne eines strahlgetriebenen Flugzeugs wird die spektrale Signatur der Abgasfahne im nahen UV und im IR-Spektralbereich von 0,9–3,0 μm so verändert, daß bei gleichzeitiger Anwendung von bereits etablierten und noch in der Entwicklung befindlichen Infrarot-Täuschkörpern ein anfliegender Lenkflugkörper mit IR-Suchkopf und modernen Anti-Täuschkörper-Schutzschaltungen das Flugzeug bedingt durch seine erfindungsgemäß modifizierte Signatur nicht als Ziel charakterisiert.

Description

Technisches Problem
Die Erfindung betrifft den Schutz von Flugzeugen mit Strahlantrieb vor angreifenden Lenkflugkörpern (LFK) mit IR-Suchköpfen und folgenden Schutzschaltungen:

a) Zweifarb und Hyperspektralsuchköpfen und/oder
b) UV-Detektor und/oder
c) Intensitätsschwellwertschalter und/oder
d) Push-Pull-Zielverfolgungstechnik

Zur Abwehr IR-gesteuerter LFK verwenden Flugzeuge seit den fünfziger Jahren Täuschstrahler mit starker IR-Strahlung wie dies in der US 3,150,848 beschrieben wird. Entsprechend der Empfindlichkeit der ersten IR-Suchköpfe, die hauptsächlich PbS-Dektoren besaßen (1) z. B. die Sidewinder, AIM-9 (Aerial Intercept Missile Nine) welche auf die Wärmestrahlung der heißen Triebwerksbleche reagierten, werden als Täuschkörper hauptsächlich heiße, meist pyrotechnische Strahler verwendet, die im Nahen Infrarot (NIR) bis mittleren Infrarot (MWIR) zwischen 1,9 und 2,5 μm ihr Emssionsmaximum besitzen. Solche Körper (engl. = Flares) sind heute zum Teil noch pyrotechnische Sätze aus Magnesium, Polytetrafluorethylen und einem Fluor-reichen Binder wie beispielsweise Viton^® (Vinylidenfluorid-Hexafluorisopropen-Copolymer) oder Kel-F^®-Wachs (Polychlortrifluorethylen), wie dies z. B. in den Schriften US 5,679,921 , GB 2 266 944 B ; GB 2 283 303 B ; GB 2 283 558 B dargelegt ist.
Beim Abbrand dieser Flares, welche meist einen stöchiometrischen Überschuß Magnesium aufweisen, wird gemäß den Gleichungen (1) und (2)
Magnesiumfluorid und Ruß und je nach Sauerstoffbilanz noch Magnesiumoxid, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid gebildet. Typische Magnesium/Teflon^®/Viton^®-Flares (MTV) erreichen beim Abbrand eine Temperatur von ca 1800 K und besitzen gemäß dem Wienschen Verschiebungsgesetz ihr Emissionsmaximum dort, wo die Empfindlichkeit der ehemals weit verbreiteten PbS-Detektoren am größten ist, nämlich im Bereich zwischen 2,0 und 2,5 -μm. 2 zeigt das typische IR-Spektrum eines MTV-Flares. Strahlflugzeuge als gesamte Strahlungsquellen betrachtet liefern hingegen ein wesentlich differenzierteres Emissionsspektrum als ein MTV-Flare. So setzt sich die gesamte IR-Strahlung eines Jets zum einen aus den Emissionen der heißen Strahlrohrbleche (NIR), den Emissionen der Triebwerksabgase (CO₂, CO und H₂O) mit Emissionen bei 4,26; 4,67; 2,66 und 2,73 μm und der durch die Luftreibung zT. bis auf 150°C erhitzten Verkleidung des Flugzeugs im langwelligen Infrarot (LWIR) (8–14 μm) zusammen. Ein Teil eines solchen Spektrums wird in 3 wiedergegeben. Während Suchköpfe alter Bauart (1. Generation) vorwiegend nach dem heißesten Ziel im NIR suchten gibt es seit geraumer Zeit nun auch Suchköpfe, welche die Emissionen im NIR mit denen im Mittleren Infrarot (MWIR = 3–5 μm) also dem Bereich der Emissionen der Triebwerksabgase CO und CO₂, vergleichen und das Intensitätsverhältnis abfragen. Detektiert ein so arbeitender Suchkopf einen MTV-Flare, so wird ein Ziel-untypisches spektrales Intensitätsverhältnis emittelt vergl. 2 und 3) und die Quelle als Täuschkörper enttarnt und das ursprüngliche Ziel weiterverfolgt. Diese spektrale Diskriminierung beinhalt bei einigen Suchköpfen auch die Bewertung der UV-Emission des Ziels [1]. So konnten Suchköpfe älterer Bauart durch bestimmte Flugmanöver auf die Sonne abgelenkt werden, und flogen wirkungslos in den Horizont. Da die Sonne auch eine starke UV-Quelle (gerade in höheren Flughöhen) ist, kam eine UV-Schutzschaltung in Betracht, die Ziele mit einer UV-Signatur diskriminiert. Ein anderer Grund für die UV-Diskriminierung ist die Tatsache, daß MTV-Flares durch das enthaltene Magnesium ein intensives Tripletts bei 383 nm, sowie UV-Linien bei 285, 280 und 279 nm emittieren [2]. So können Suchköpfe mit solchen UV-Schutzschaltungen auch jegliche Flare-Typen auf Basis von Magnesium oder anderen stark UV-emittierenden Stoffe diskriminieren.
Ein anderes Flare-typisches Problem ist der Anzündspike (siehe [1] und [3]) der aufgrund der meist Magnesium-haltigen Anzündmischungen ebenfalls mit einer starken UV- und NIR-Emission gleichermaßen verknüpft ist. Dieser Spike beim Ausstoß könnte dazu führen, daß Suchköpfe mit Schaltungen ausgerüstet werden, um Ziel-untypische Intensitätsschwankungen zu diskriminieren [1].
Ein weiteres Problem stellt die sogenannte Pull-push-Zielverfolgungstechnik dar. Diese Technik basiert darauf, daß Flares meist eine stärkere IR-Signatur aufweisen als das zu schützende Flugzeug. Daher steuern Suchköpfe mit solcher Logik in Richtung der Quelle mit der niedrigeren IR-intensität.
Lösung des Problems:
Die vorliegende Erfindung löst die beschriebenen Probleme bei der Abwehr etablierter und noch in der Entwicklung befindlicher Suchköpfe. Erfindungsgemäß wird der Antrieb eines Strahlflugzeugs mit einer mit der Flugkörper-Warneinrichtung logisch verknüften Selbstschutzeinrichtung versehen, die bei gleichzeitiger Anwendung von IR-Täuschkörpern, ganz gleich ob dies konventionelle MTV-Flares, bright/dim-Flares ( US 5,472,533 ), Array-Flares auf Basis Roter Phosphor ( DE 35 15 166 A1 ), pyrophore ( US 5,631,441 ), hypergole Flares ( EP 0 653 603 B1 ), abseilbare ( EP 0 775 886 A1 ) oder ausstoßbare Täuschkörper mit autonomem Antrieb ( GB 2 283 559 B ) oder aerodynamischem Gleitvermögen sind ( DE 39 05 748 A1 ), die Schutzschaltungen des Suchkopfs durch eine zeitlich und in Bezug auf die Intensität steuerbare Signaturänderung der Triebwerksemissionen überlisten. Durch eine Vorrichtung am oder im hinteren Bereich des Triebwerks, wird eine Magnesium bzw. eine andere Substanz aus der Gruppe der Elemente mit intensiven Emissionsbanden im UV und NIR vorzugsweise Lithium, Beryllium, Calcium, Alumnium, enthaltende Verbindung in geeigneter Form, vorzugsweise flüssig, in Form eines Organyls oder einer anderen festen im Treibstoff löslichen Verbindung, in das Strahlrohr gebracht und dort verbrannt. Eine Beimischung zum Treibstoff vor der Einspritzung ist ebenso denkbar wie eine parasitäre Verbrennung in der Nähe des Triebwerks. Durch diese Maßnahme wird:

1. in Abhängigkeit von der spezifischen Einspritzleistung unter anderem die NIR-Strahlstärke der Abgasfahne spontan erhöht, was bei potentiellen Intensitätsschutzschaltungen zu einer Diskriminierung führen würde,
2. die spektrale Intensitätsverteilung der Abgasfahne verändert, was eine Ziel-untypische Signatur erzeugen würde (Strahlstärke_NIR > Strahlstärke_MWIR) und Zweifarb oder Hyperspektrale Suchköpfe zur Diskriminierung der Quelle veranlassen würde,
3. UV-Strahlung emittiert, was bei UV-Schutzschaltungen zu einer Diskriminierung führt.
4. Push-pull-Zielverfolgungstechniken werden bei gleichzeitigem Ausstoß von insbesondere spektral adaptierten Flares ebenfalls das eigentliche Ziel zurückweisen.

Insgesamt wird also eine Ziel-untypische Signatur erzeugt und somit bei gleichzeitiger Anwendung aller augenblicklich verfügbarer Flare-Typen die Überlebenschance eines Strahlflugzeugs Flugzeugs bei der Bekämpfung von Lenkflugkörpern mit IR-Suchköpfen stark erhöht. Durch die Verringerung der Unterschiede zwischen Ziel und Täuschkörper wird die Wirksamkeit von MTV-Flares und die Wirksamkeit von bright/dim flares sowie spektral angepassten Flares erheblich gesteigert.
Literatur

[1] US-Patent 5,472,533 , D. Herbage, S. L. Salvesen, Abschnitt 10, Zeile, 4.
[2] Handbook of Chemistry and Physics, Hrsg. D. R. Line, 76. Auflage, 1995, CRC-Press, Boca Raton, S. 10–54.
[3] R. F. Flagg, An Investigation of the anomalous Ignition dip experienced by IR Flares in Pyrotechnics Basic Principles • Technology • Application, Proceedings der 16. Internationalen ICT-Jahrestagung 1985. Aufsatz 7-1 Karlsruhe, 1985.
[4] Proceedings of Infrared Countermeasures & Counter-Countermeasures, J. S. Davis, HSA, Stockholm, 1997, Seite 7–11.
[5] Detectors, D. G. Crowe, P. R. Norton, T. Limperis, J. Mudar, in Band 3 Hrsg..: W. D. Rogatto, Electro-optcal Components des The Infrared & Electro-Optical Systems Handbook, Hrsg. J. S. Acetta, D. L. Shumaker, SPIE Optical Engineering Press, Bellingham, Washington, 1993, S. 271.
[6] Artificial Sources, A. J. LaRocca, in Band 1 Hrsg.: G. J. Zissis, Sources of Radiation des The Infrared & Electro-Optical Systems Handbook, Hrsg. J.S. Acetta, D. L. Shumaker, SPIE Optical Engineering Press, Bellingham, Washington, 1993, S. 122, 124.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 3150848 [0002]
US 5679921 [0002]
GB 2266944 B [0002]
GB 2283303 B [0002]
GB 2283558 B [0002]
US 5472533 [0007]
DE 3515166 A1 [0007]
US 5631441 [0007]
EP 0653603 B1 [0007]
EP 0775886 A1 [0007]
GB 2283559 B [0007]
DE 3905748 A1 [0007]

Claims

Vorrichtung mit der Zeit- und Intensitäts-gesteuert die chemische Zusammensetzung der Abgasfahne eines Strahltriebwerks, durch Einbringen von Stoffen in den Treibstoff bzw. die Abgasfahne, so verändert wird, daß eine Ziel-untypische spektrale Signatur erzeugt wird, indem bei der Oxidation stark UV-Strahlung und NIR-Strahlung emittierende Stoffe eingesetzt werden, vorzugsweise in flüssiger Form bzw. in fester Form aber in herkömmlichen Strahltriebwerktreibstoffen löslicher Form, wobei die Stoffe vorzugsweise aus der Gruppe der Elementorganyle der Gruppen 1, 2 und 13 des Periodensystems stammen.
Vorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise die Organyle der Elemente Lithium, Beryllium, Magnesium, Calcium und Aluminium verwendet werden.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1. und 2., dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise die Organyle der Elemente Magnesium, und Aluminium und Mischungen derselben verwendet werden.
Vorrichtung nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die unter 1.–3. genannten Stoffe im oder in der Nähe des Auslaß der Abgase ausgebracht werden und parasitär in der Abgasfahne verbrannt werden.
Vorrichtung nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen der unter 1.–3. genannten Stoffe dem Treibstoff vor der Einspritzung in die Brennkammer des Triebwerks beigemischt werden.