EP1574809B1 - Multispektrales Tarnmittel - Google Patents

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EP1574809B1
EP1574809B1 EP05004782A EP05004782A EP1574809B1 EP 1574809 B1 EP1574809 B1 EP 1574809B1 EP 05004782 A EP05004782 A EP 05004782A EP 05004782 A EP05004782 A EP 05004782A EP 1574809 B1 EP1574809 B1 EP 1574809B1
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multispectral camouflage
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multispectral
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Michael Ernst
Dieter Girlich
Dieter Clement
Alexander Hoffmann
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Rheinmetall Landsysteme GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H3/00—Camouflage, i.e. means or methods for concealment or disguise
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41J—TARGETS; TARGET RANGES; BULLET CATCHERS
    • F41J2/00—Reflecting targets, e.g. radar-reflector targets; Active targets transmitting electromagnetic or acoustic waves
    • F41J2/02—Active targets transmitting infrared radiation

Definitions

  • Camouflage has a high priority especially for military objects. This camouflage may affect visibility or recognizability in multiple radiation spectra, noises, and other aspects.
  • the invention relates to multi-spectral camouflage, in particular for military mobile device, such as the camouflage of an armored vehicle, which consists of the usual parts such as drive motor, gearboxes, wheelsets or chain drive, a crew room and a housing, all inputs and Attachments, composites, and / or fixed installations.
  • Known embodiments provide, for example, to make a vehicle as small as possible, inter alia, to achieve a high camouflage capability.
  • This effort has a limit when the vehicle is to be manned, since an operator requires a certain amount of space in a vehicle according to his height and intended activity in the vehicle and an unmanned vehicle is not a generally applicable solution to the problem. Therefore, a manned vehicle always has a minimum volume and geometric size.
  • even a smaller object in certain spectra is easy to locate today, so that littleness alone no longer protects in general.
  • An infrared warning as another example must be designed so that a vehicle as a heat body shows little or no difference to the surrounding heat radiation. This has been tried so far by constructive measures or by passive Rajtarnstoff to achieve.
  • a favorable arrangement of the components of a vehicle in the vehicle can have an effective camouflage effect, for example, when infrared camouflage heat-contaminated gases produced as exhaust gases of an internal combustion engine or as cooling exhaust of a process to be cooled, mixed with fresh air before delivery to the ambient air and this Exhaust gases are then released at the bottom and rear of the vehicle to the environment and also generally hot spots outside the vehicle with a high temperature gradient to the environment are completely avoided.
  • the tarpaulin includes a thermal protector and temperature control to keep the temperature of the tarpaulin in equilibrium with the ambient temperature.
  • the object of the invention is to show a further camouflage element that meets a controlled adaptation to the current environment in the thermal infrared.
  • the camouflage means is intended in particular for all military platforms and installations, such as military and / or mobile equipment and / or a fixed installation whose signature is controlled by active measures in the thermal infrared range (2 to 15 microns wavelength).
  • the signature in the other spectral ranges is passively reduced.
  • the solution consists of a camouflage agent, which has as its base a purged 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 control.
  • the advantages of the invention are that there is no contradiction between optimal matching in the thermal infrared range and the high frequency radar range.
  • the visible spectral range as well as the near infrared range are also covered well compatible with the other spectral ranges with regard to optimal camouflage.
  • FIG. 1 The metal foam 1 is enclosed between two carrier layers 2, 3, wherein the here vehicle or device-side carrier 2 and the outer carrier 3 are made of metal.
  • FIG. 2 shows a camouflage means, which like Fig. 1 is constructed, but wherein an external support 4 consists of a dielectric (eg ceramic), which is radar-transparent and absorbs incident high-frequency radar radiation through the open-cell metal foam 1 and / or diffuses diffuse.
  • a dielectric eg ceramic
  • FIG. 3 shows the camouflage agent with an open-cell metal foam 1 and with an external support 3.
  • the vehicle or device-side support 5 is identical to the actual vehicle or equipment armor.
  • FIG. 4 shows a camouflage element in plan view, wherein the upper, outer support is not shown.
  • the gaseous heat carrier is passed through an inlet 6 in the camouflage element. It flows through the open-cell metal foam 1 as a heat exchanger and is discharged through an outlet 7 again. So that the heat exchanger is flushed through as homogeneously as possible, in the region of the inlet 6a and the outlet 7a, the layer structure without the open-pore metal foam is designed to act as a channel for the gaseous heat carrier.
  • the multispectral camouflage agent according to the invention based on a heat exchanger controlled in its temperature, is characterized in that the heat carrier is gaseous (eg air) and that the heat exchanger simultaneously contains signature carriers in the spectral ranges visible light (VIS), near infrared (NIR) and thermal infrared ( TIR) is. Furthermore, the reflection of high-frequency radar radiation is additionally reduced in a broadband manner by the same element.
  • the heat carrier is gaseous (eg air) and that the heat exchanger simultaneously contains signature carriers in the spectral ranges visible light (VIS), near infrared (NIR) and thermal infrared ( TIR) is.
  • VIS visible light
  • NIR near infrared
  • TIR thermal infrared
  • the solid carrier material typically be the original outer wall and the functional layers / layers are thermally conductively connected to one another by suitable methods (eg gluing).
  • the layer construction is made as described, however, the uppermost (visible) layer of high-hardness PzStahl is made in order to achieve an increased ballistic protection effect.
  • the top (visible) layer is not made of metal, but of a non-conductive material (dielectric) is formed, a broadband absorption and / or scattering of high-frequency radar radiation is achieved by the open-cell metal foam.
  • This radar-transparent layer may also consist of ceramic and thus additionally represent a ballistic protection.
  • the thermal decoupling of the layer towards the original outer wall can be enhanced by using a heat insulator under the heat exchanger.
  • the heat insulator can also be formed as a sufficiently sized layer of air.

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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 Tammaterial beschrieben, welches eine optische Tamwirkung 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. Mit dieser Problematik beschäftigt sich die US 5,080,165 , die eine Abdeckplane zum Schutz militärischer Ziele vor Detektion und Zerstörung offenbart
  • Die Plane umfasst eine Temperaturschutzeinlage sowie Temperaturkontrollmittel, um die Temperatur der Plane im Gleichgewicht mit der Umgebungstemperatur zu halten.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiteres Tarnelement aufzuzeigen, das im thermischen Infrarot eine gesteuerte Anpassung an die aktuelle Umgebung erfüllt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die 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 außen liegende 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, wobei der Wärmeträger gasförmig ist, der Wärmetauscher gleichzeitig Signaturträger in den Spektralbereichen sichtbares Licht (VIS), nahes Infrarot (NIR) und thermisches Infrarot (TIR) ist, als Grundbasis ein durchspülter Kernbereich mit thermisch angekoppelter Außenhaut dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernbereich durch mindestens eine Schicht eines offenporigen Metallschaums (1) gebildet wird.
  2. Multispektrales Tarnmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der offenporige Metallschaum (1) eine typische, aber nicht ausschließliche Blasengröße 6...10 bpi mit typischer, aber nicht ausschließlicher Stärke von 15...25 mm besitzt.
  3. Multispektrales Tarnmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Schichtaufbau gebildet wird, der innen mit einem festen Trägermaterial (2, 5) beginnt, dem dann die mindestens eine Schicht des offenporigen Metallschaums (1) folgt und darauf wieder ein fester Träger (3, 4), als oberste, sichtbare Schicht.
  4. Multispektrales Tarnmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Reflexion von hochfrequenter Radarstrahlung breitbandig reduziert wird.
  5. Multispektrales Tarnmittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduzieren durch Absorption und gestreute Remission erfolgt.
  6. Multispektrales Tarnmittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass das innere Trägermaterial (2, 5) die ursprüngliche Außenwand eines Fahrzeuges, Gerätes oder einer Anlage ist.
  7. Multispektrales Tarnmittel nach einem der oben genannten Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionalen Lagen durch geeignete Verfahren, zum Beispiel Kleben, thermisch leitend miteinander verbunden werden.
  8. Multispektrales Tarnmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet dass die oberste, sichtbare Schicht (3) aus hochhartem PzStahl besteht, um eine erhöhte ballistische Schutzwirkung zu erzielen.
  9. Multispektrales Tarnmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet dass die oberste, sichtbare Schicht (3) nicht aus Metall, sondern aus einem nicht leitenden Werkstoff (4) gebildet wird, der für Radar transparent ist.
  10. Multispektrales Tarnmittel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet dass die radartransparente Schicht (4) aus Keramik besteht und damit zusätzlich einen ballistischen Schutz darstellt.
  11. Fahrzeug oder Träger wird einem Multispektralen Tarnmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7-10, 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.
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