EP1574809A1 - Multispektrales Tarnmittel - Google Patents

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EP1574809A1
EP1574809A1 EP05004782A EP05004782A EP1574809A1 EP 1574809 A1 EP1574809 A1 EP 1574809A1 EP 05004782 A EP05004782 A EP 05004782A EP 05004782 A EP05004782 A EP 05004782A EP 1574809 A1 EP1574809 A1 EP 1574809A1
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multispectral camouflage
carrier
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Michael Ernst
Dieter Girlich
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Alexander Hoffmann
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Rheinmetall Landsysteme GmbH
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Rheinmetall Landsysteme GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41HARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H3/00Camouflage, i.e. means or methods for concealment or disguise
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41JTARGETS; TARGET RANGES; BULLET CATCHERS
    • F41J2/00Reflecting targets, e.g. radar-reflector targets; Active targets transmitting electromagnetic or acoustic waves
    • F41J2/02Active targets transmitting infrared radiation

Definitions

  • Camouflage has a high priority especially for military objects. These Camouflage can add visibility or recognizability in multiple radiation spectra, at Noise and other aspects concern.
  • the invention relates to multi-spectral camouflage, especially for military movable equipment, such as the camouflage of an armored vehicle, the from the usual parts such as drive motor, gears, wheelsets or chain drive, a crew room and a housing that houses all the additions and additions, composed, and / or fixed installations.
  • Known embodiments provide, for example, to make a vehicle as small as possible, among other things to achieve a high camouflage ability.
  • This effort has a limit when the vehicle is to be manned, since an operator has a certain Required space in a vehicle according to his height and its intended Activity in the vehicle and an unmanned vehicle is not generally applicable Way out solution. Therefore, a manned vehicle always has a minimum volume and geometric size. Also, a smaller object is in certain To locate spectra well today, so that smallness alone does not protect more generally.
  • An infrared warning as another example must be designed so that a vehicle as Heat body no or only a small difference to the surrounding heat radiation shows. This has been tried so far by constructive measures or by passive To achieve additional tanning agent.
  • a favorable arrangement of the components of a vehicle in the vehicle can have an effective camouflage effect, for example when infrared camouflage heat-loaded exhaust gases, which are used as exhaust gases of an internal combustion engine or as Cooling exhaust air of a process to be cooled incurred, before delivery to the ambient air Fresh air mixed and then these exhaust gases at the bottom and rear of the vehicle to the environment be dismissed and also generally hot spots outside the vehicle with a high Temperature gradient to the environment completely avoided.
  • camouflage means are not sufficiently able to be controlled at different To tailor backgrounds.
  • this disadvantage occurs in the thermal Infrared, because in this spectral range the variation of natural backgrounds especially is pronounced.
  • the object of the invention is to design and use a camouflage element in the thermal infrared meets a controlled adaptation to the current environment.
  • the camouflage is especially intended for all military platforms and installations, such as military and / or mobile equipment and / or a fixed installation, whose Signature in the thermal infrared range (2 to 15 ⁇ m wavelength) through active measures is controlled. The signature in the other spectral ranges is passively reduced.
  • the solution consists of a camouflage agent, which rinsed through as a base Core area with thermally coupled outer skin, whose thermodynamic Temperature is forcibly adjusted by heating and / or cooling.
  • the adaptation is done by a suitable controller.
  • the advantages of the invention are that there is no contradiction between optimal adaptation in the thermal infrared region and the high-frequency radar region.
  • the visible spectral range as well as the near infrared range are also good covered with the other spectral ranges for optimal camouflage.
  • the multispectral camouflage agent according to the invention based on a in its temperature controlled heat exchanger is characterized in that the heat carrier is gaseous is (for example air) and that the heat exchanger at the same time signature holder in the Spectral ranges visible light (VIS), near infrared (NIR) and thermal infrared (TIR) is. Furthermore, by the same element in addition, the reflection of high-frequency Radar radiation broadband reduced.
  • the heat carrier is gaseous is (for example air) and that the heat exchanger at the same time signature holder in the Spectral ranges visible light (VIS), near infrared (NIR) and thermal infrared (TIR) is.
  • VIS visible light
  • NIR near infrared
  • TIR thermal infrared
  • a solid support material is formed from a layer structure, the inside with a solid support material starts (typical, but not exclusive strength 2 ... 3 mm), then at least a layer of open-celled metal foam (typical but not exclusive bubble size 6 ... 10 bpi) with a typical but not exclusive thickness of 15 ... 25 mm and then again a solid support is applied.
  • the Layer construction made as described, but the top (visible) layer is made high-strength PzStahl manufactured, in order to achieve an increased ballistic protective effect.
  • the top (visible) Layer not of metal, but of a non-conductive material is formed by the open-cell metal foam broadband absorption and / or scattering of high-frequency radar radiation.
  • This radar-transparent Layer may also consist of ceramic and thus additionally one represent ballistic protection.
  • the thermal decoupling of the layer to the original outer wall reinforced by using a heat insulator under the heat exchanger can also be formed as a sufficiently sized layer of air be.

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Abstract

Es wird ein multispektrales Tarnmittel auf der Basis eines in seiner Temperatur gesteuerten Wärmetauschers vorgeschlagen, bei welchem der Wärmeträger gasförmig ist (z.B. Luft) und der Wärmetauscher gleichzeitig Signaturträger in den Spektralbereichen sichtbares Licht (VIS), nahes Infrarot (NIR) und thermisches Infrarot (TIR) ist. Weiterhin wird durch das gleiche Element zusätzlich die Reflexion von hochfrequenter Radarstrahlung breitbandig reduziert sowie der ballistische Schutz gesteigert./.

Description

Tarnung besitzt insbesondere bei militärischen Objekten einen hohen Stellenwert. Diese Tarnung kann die Sichtbarkeit oder Erkennbarkeit in mehreren Strahlungsspektren, bei Geräuschen und weitere Aspekte betreffen.
Die Erfindung bezieht sich auf multispektrales Tarnmittel, insbesondere für militärisches bewegliches Gerät, wie zum Beispiel auf die Tarnung eines gepanzerten Fahrzeugs, das sich aus den üblichen Teilen wie Antriebsmotor, Getrieben, Radsätzen oder Kettenlaufwerk, einem Besatzungsraum und einem Gehäuse, das alle Ein- und Anbauten aufnimmt, zusammensetzt, und / oder ortsfeste Anlagen.
Bekannte Ausführungen sehen zum Beispiel vor, ein Fahrzeug möglichst klein zu machen, um unter anderem eine hohe Tarnungsfähigkeit zu erreichen. Diese Bemühung hat eine Grenze, wenn das Fahrzeug bemannt sein soll, da ein Bediener einen gewissen Platzbedarf in einem Fahrzeug benötigt entsprechend seiner Körpergröße und seiner vorgesehenen Aktivität im Fahrzeug und ein unbemanntes Fahrzeug keine generell einsetzbare Ausweglösung darstellt. Deshalb hat ein bemanntes Fahrzeug immer ein Mindestvolumen und geometrische Größe. Außerdem ist auch ein kleineres Objekt in gewissen Spektren heute gut zu orten, so dass Kleinheit allein nicht mehr generell schützt.
Bezüglich der Tarnung der Sichtbarkeit in optischen und verwandten anderen Spektren sind ebenfalls Grenzen gesetzt. Hierzu gibt es die Beispiele des Tarnkappenluftfahrzeuges und der Tarnkappenschiffe, welche eine spezielle geometrische Formgebung der Außenhülle einhalten, mit der ein sehr geringes Radarecho erzeugt wird.
Eine Infrarottarnung als weiteres Beispiel muss so angelegt sein, dass ein Fahrzeug als Wärmekörper keinen oder nur einen geringen Unterschied zur umgebenden Wärmestrahlung zeigt. Dies versucht man bisher durch konstruktive Maßnahmen oder durch passive Zusatztarnmittel zu erreichen.
Auch eine günstige Anordnung der Komponenten eines Fahrzeugs im Fahrzeug kann eine effektvolle Wirkung bezüglich Tarnung haben, wenn zum Beispiel bei Infrarottarnung wärmebelastete Abgase, welche als Auspuffgase eines Verbrennungsmotors oder als Kühlabluft eines zu kühlenden Prozesses anfallen, vor Abgabe an die Umgebungsluft mit Frischluft vermischt und diese Abgase dann unten und hinten am Fahrzeug an die Umgebung entlassen werden und auch generell Hotspots außen am Fahrzeug mit einem hohen Temperaturgradienten zur Umgebung ganz vermieden werden.
Nach dem Stand der Technik sind verschiedene Vorschläge zur Tarnung von militärischen Fahrzeugen und Flächen an diesen Fahrzeugen gemacht worden:
  • In der DE 31 23 754 C1 wird ein Tarnwerkstoff zur Tarnung gegen IR-Strahlung und gegen sichtbares Licht beschrieben, welcher aus Schichten besteht und eine erste reflektierende Schicht und eine zweite Schicht aus Kohlenstoff besitzt, welche direkt auf die erste Schicht aufgebracht ist.
  • In der DE 202 12 487 U1 wird eine Wärmetarnplane beschrieben, die aus verschiedenen Schichten besteht und zur Abdeckung und Tarnung von Wärmequellen dient.
  • In der EP 1 112 469 B1 wird ein Tarnmaterial beschrieben, welches eine optische Tarnwirkung besitzt und diese Wirkung durch eine spezifische Oberflächenausbildung und - struktur mit minimaler spiegelaktiver Oberfläche erzielt wird.
  • In der EP 1 375 855 A1 wird eine Tarnung für einen Auspuffauslass angegeben, welcher einen Kasten vor dem Auslass in die Umgebung besitzt, in welchem das Auspuffgas mit weiterem Gas vermischt und verdünnt wird.
  • Weiterhin tritt als Nachteil bei den meisten bekannten Lösungen ein Widerspruch auf zwischen optimaler Anpassung in dem thermischen Infrarotbereich und dem Radarbereich, da die bekannten Radarabsorber im allgemeinen thermisch schlecht leitend sind.
    Die bisherigen Tarnmittel sind nicht hinreichend in der Lage, sich gesteuert an verschiedene Hintergründe gezielt anzupassen. Insbesondere tritt dieser Nachteil im thermischen Infrarot auf, weil in diesem Spektralbereich die Variation der natürlichen Hintergründe besonders stark ausgeprägt ist.
    Aufgabe der Erfindung ist es, ein Tarnelement zu gestalten und zu verwenden, das im thermischen Infrarot eine gesteuerte Anpassung an die aktuelle Umgebung erfüllt.
    Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.
    Das Tarnmittel ist insbesondere für alle militärischen Plattformen und Anlagen gedacht, wie militärischen und / oder beweglichen Gerät und / oder einer ortsfesten Anlage, deren Signatur im thermischen Infrarotbereich (2 bis 15 µm Wellenlänge) durch aktive Maßnahmen gesteuert wird. Die Signatur in den weiteren Spektralbereichen wird passiv gemindert.
    Die Lösung besteht aus einem Tarnmittel, welches als Grundbasis einen durchspülten Kernbereich mit thermisch angekoppelter Außenhaut besitzt, deren thermodynamische Temperatur durch Heizen und/oder Kühlen zwangsweise angepasst wird. Die Anpassung erfolgt durch eine geeignete Steuerung.
    Die Vorteile der Erfindung liegen darin, dass kein Widerspruch zwischen optimaler Anpassung in dem thermischen Infrarotbereich und dem hochfrequenten Radarbereich auftritt. Der sichtbare Spektralbereich sowie der nahe Infrarotbereich werden ebenfalls gut verträglich mit den anderen Spektralbereichen bezüglich einer optimalen Tarnung abgedeckt.
    Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
    Figur 1:
    Tarnmittel mit einem offenporigen Metallschaum,
    Figur 2:
    eine Variante des Tarnmittels aus Fig.1,
    Figur 3:
    eine weitere Variante des Tarnmittels,
    Figur 4:
    Draufsicht und Wirkprinzip des Tarnelements
    • Figur 1 zeigt das Tarnmittel mit dem offenporigen Metallschaum 1. Der Metallschaum 1 ist eingeschlossen zwischen zwei Trägerschichten 2,3, wobei der hier fahrzeug- bzw. geräteseitige Träger 2 und der außenliegende Träger 3 aus Metall bestehen.
    • Figur 2 zeigt ein Tarnmittel, welches wie Fig. 1 aufgebaut ist, wobei jedoch ein außenliegender Träger 4 aus einem Dielektrikum (z.B. Keramik) besteht, der radartransparent ist und einfallende hochfrequente Radarstrahlung durch den offenporigen Metallschaum 1 absorbiert und / oder diffus streut.
    • Figur 3 zeigt das Tarnmittel mit einem offenporigen Metallschaum 1 und mit einem außenliegenden Träger 3. Der fahrzeug- bzw. geräteseitige Träger 5 ist hierbei identisch mit der eigentlichen Fahrzeug- bzw. Gerätepanzerung.
    • Figur 4 zeigt ein Tarnelement in Draufsicht, wobei der obere, außenliegende Träger nicht dargestellt ist. Der gasförmige Wärmeträger wird durch einen Einlass 6 in das Tarnelement geleitet. Er durchströmt den offenporigen Metallschaum 1 als Wärmetauscher und wird durch einen Auslass 7 wieder abgeführt. Damit der Wärmetauscher möglichst homogen durchspült wird, ist im Bereich des Einlasses 6a und des Auslasses 7a der Schichtaufbau ohne den offenporigen Metallschaum ausgeführt, um als Kanal für den gasförmigen Wärmeträger zu wirken.
    Das erfindungsgemäße multispektrale Tarnmittel auf der Basis eines in seiner Temperatur gesteuerten Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger gasförmig ist (z.B. Luft) und dass der Wärmetauscher gleichzeitig Signaturträger in den Spektralbereichen sichtbares Licht (VIS), nahes Infrarot (NIR) und thermisches Infrarot (TIR) ist. Weiterhin wird durch das gleiche Element zusätzlich die Reflexion von hochfrequenter Radarstrahlung breitbandig reduziert.
    Dabei wird es aus einem Schichtaufbau gebildet, der innen mit einem festen Trägermaterial beginnt (typische, aber nicht ausschließliche Stärke 2 ... 3 mm), dem dann mindestens eine Schicht eines offenporigen Metallschaums (typische, aber nicht ausschließliche Blasengröße 6...10 bpi) mit typischer, aber nicht ausschließlicher Stärke von 15...25 mm folgt und darauf wieder ein fester Träger aufgebracht wird. Dabei wird das feste Trägermaterial vorzugsweise die ursprüngliche Außenwand sein und die funktionalen Schichten/ Lagen werden durch geeignete Verfahren (z. B. Kleben) thermisch leitend miteinander verbunden.
    Sofern ein erhöhter ballistischer Schutz für das Fahrzeug erforderlich ist, wird der Schichtaufbau wie beschrieben gemacht, jedoch wird die oberste (sichtbare) Schicht aus hochhartem PzStahl hergestellt, um eine erhöhte ballistische Schutzwirkung zu erzielen.
    Wenn der Schichtaufbau wie oben beschrieben gemacht wird, jedoch die oberste (sichtbare) Schicht nicht aus Metall, sondern aus einem nichtleitenden Werkstoff (Dielektrikum) gebildet wird, wird durch den offenporigen Metallschaum eine breitbandige Absorption und / oder Streuung von hochfrequenter Radarstrahlung erzielt. Diese radartransparente Schicht (das Dielektrikum) kann auch aus Keramik bestehen und damit zusätzlich einen ballistischen Schutz darstellen.
    Weiterhin kann die thermische Abkopplung der Schicht zur ursprünglichen Außenwand hin durch Verwendung eines Wärmeisolators unter dem Wärmetauscher verstärkt werden. Der Wärmeisolator kann dabei auch als ausreichend dimensionierte Luftschicht ausgeformt sein.

    Claims (11)

    1. Multispektrales Tarnmittel, auf der Basis eines in seiner Temperatur gesteuerten Wärmetauschers, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger gasförmig ist, zum Beispiel Luft, und dass der Wärmetauscher gleichzeitig Signaturträger in den Spektralbereichen sichtbares Licht (VIS), nahes Infrarot (NIR) und thermisches Infrarot (TIR) ist.
    2. Multispektrales Tarnmittel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das gleiche Element zusätzlich die Reflexion von hochfrequenter Radarstrahlung breitbandig reduziert.
    3. Multispektrales Tarnmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduzieren durch Absorption und gestreute Remission erfolgt.
    4. Multispektrales Tarnelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass es aus einem Schichtaufbau gebildet wird, der innen mit einem festen Trägermaterial beginnt, dem dann mindestens eine Schicht eines offenporigen Metallschaums (typische, aber nicht ausschließliche Blasengröße 6...10 bpi) mit typischer, aber nicht ausschließlicher Stärke von 15...25 mm folgt und darauf wieder ein fester Träger.
    5. Multispektrales Tarnelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass das innere Trägermaterial die ursprüngliche Außenwand eines Fahrzeuges, Gerätes oder einer Anlage ist.
    6. Multispektrales Tarnelement nach einem der oben genannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die funktionalen Lagen durch geeignete Verfahren (z. B. Kleben) thermisch leitend miteinander verbunden werden.
    7. Multispektrales Tarnelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass die oberste (sichtbare) Schicht aus hochhartem PzStahl besteht, um eine erhöhte ballistische Schutzwirkung zu erzielen.
    8. Multispektrales Tarnelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass die oberste (sichtbare) Schicht nicht aus Metall, sondern aus einem nichtleitenden Werkstoff (Dielektrikum) gebildet wird.
    9. Multispektrales Tarnmaterial nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet dass die radartransparente Schicht (das Dielektrikum) aus Keramik besteht und damit zusätzlich einen ballistischen Schutz darstellt.
    10. Multispektrales Tarnmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass die thermische Abkopplung zum Fahrzeug/Träger hin durch Verwendung eines Wärmeisolators unter dem Wärmetauscher verstärkt wird, wobei der Wärmeisolator auch als ausreichend dimensionierte Luftschicht ausgeformt sein kann.
    11. Verwendung des Tarnmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bei einem militärischen und / oder beweglichen Gerät und / oder einer ortsfesten Anlage.
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