EP2746245A2 - Infrarot-Leuchtmasse - Google Patents

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EP2746245A2
EP2746245A2 EP14001025.7A EP14001025A EP2746245A2 EP 2746245 A2 EP2746245 A2 EP 2746245A2 EP 14001025 A EP14001025 A EP 14001025A EP 2746245 A2 EP2746245 A2 EP 2746245A2
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EP
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infrared
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fuel
infrared decoy
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EP14001025.7A
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Ernst-Christian Koch
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Diehl Defence GmbH and Co KG
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Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06C—DETONATING OR PRIMING DEVICES; FUSES; CHEMICAL LIGHTERS; PYROPHORIC COMPOSITIONS
    • C06C15/00—Pyrophoric compositions; Flints

Definitions

  • the present invention relates to an infrared luminous material for generating an infrared radiation.
  • missiles such as jet airplanes, helicopters and transport machines are used to control air targets such as air-to-air and ground-to-air guided missiles which emit the infrared (IR) radiation emitted by the engine of the target, primarily in the range between 0.8 and 5 microns, using a sensitive to IR radiation seeker head and track.
  • decoy also called flares
  • Such decoys can also be used preventively to make it difficult or even prevent the detection of targets by reducing the contrast of the scene.
  • IR decoys are typically used in military scenarios, but recently, civil aircraft have been threatened by IR - guided missiles, and civil aircraft are particularly vulnerable to MANPADS (Man Portable Air Defense Systems), a typical MANPADS in the sense of an asymmetric threat of civilian aircraft are, for example, the SA-7, SA-14, SA-16, SA-18 and the STINGER models Basic, POST and RMP.
  • MANPADS Man Portable Air Defense Systems
  • Civil aircraft unlike military aircraft, are only threatened during takeoff and landing. Although a threat at cruising altitude (> 10,000 m) would be conceivable, this would require weapons systems which are at least not readily available to terrorists in pacified areas and which are not required to be camouflaged, as is the case with MANPADS is.
  • the threat of civil aircraft in the take-off and landing phases is particularly precarious because, unlike agile small military platforms, a passenger aircraft is unable to make tactical maneuvers to avoid a recognized threat.
  • a starting aircraft offers a particularly intense IR signature, which facilitates the connection of a seeker head.
  • pyrotechnic IR decoys are the preferred countermeasures in the fight against IR-controlled missiles.
  • the pyrotechnic active charges of conventional IR decoys burn with a strong visible light and smoke development alike. Since the ejection of decoys and the visibility of this measure can cause panic among passengers on the ground and in the air, the visual signature of such decoys should be as low as possible during the day and at night. Furthermore, it is to be feared that ejected decoys will burn down to the ground and cause fires there.
  • Typical active charges have a burning time of more than 3.5 seconds, so that decoys ejected near the ground can easily fall down burning on the runway or in the airport environment.
  • the invention is therefore based on the object to provide an infrared luminous material which is suitable for infrared decoys for the protection of civil aircraft.
  • the infrared luminous material should have only a low light intensity in the visual range and low smoke.
  • the infrared luminous material for generating an infrared radiation contains a fuel, an oxidizing agent and a binder, in contrast to conventional infrared phosphors according to the invention but no metals or metal-containing compounds and no halogens or halogen-containing compounds. Since the infrared luminous substance contains no halogens or halogen-like compounds, the formation of hygroscopic HCl is prevented, in other words the visible smoke formation is suppressed or minimized. Due to the lack of metals or metal-containing compounds, the signature of the infrared luminous material in the visible range and in the near infrared range is significantly minimized.
  • the fuel of the infrared luminous material is preferably selected from the group consisting of hydrogen-free or hydrogen-poor cyano compounds and nitro or nitramine compounds, whose hydrogen content is preferably at most about 50 wt .-%.
  • the fuel may be an aliphatic, olefinic or aromatic cyano compound of the general composition C n H m (CN) x . More preferably, the fuel is selected from the group consisting of hexacyanobenzene and nitrated cyanobenzenes. The combustion of these fuels takes place without any recognizable smoke signature and with only low radiation intensity in the visible range.
  • the fuel is contained in a mass fraction of about 10 wt .-% to about 55 wt .-%, more preferably from about 10 wt .-% to about 35 wt .-% in the infrared luminous material according to the invention.
  • an oxidizing agent which exhibits no smoke formation and no emission in the visible range and near infrared range.
  • Typical examples of such a low-signature oxidizing agent are, for example, hexanitroethane (HNE) C 2 (NO 2 ) 6 , ammonium dinitramide (ADN) NH 4 N (NO 2 ) 2 and hydrazinium nitroformate (HNF) C (NO 2 ) 3 N 2 H 5 .
  • Suitable oxidizing agents are substances of the general composition C x HyN z O m , with an oxygen balance of at least about 15% by weight, ideally at least about 25% by weight.
  • the oxygen balance describes the mass fraction of available oxygen after the formal oxidation of combustible constituents of the compound, such as H and C.
  • the oxidizing agent does not contain halogens to prevent the formation of hygroscopic HCl.
  • the active charge according to the invention contains no alkali metals in order to minimize the signature in the visible and near infrared as much as possible.
  • the oxidizing agent is preferably contained in a mass fraction of about 40 wt .-% to about 85 wt .-%, more preferably from about 55 wt .-% to about 85 wt .-% in the infrared luminous material according to the invention.
  • the binders used are, for example, polynitropolyphenylene (PNP) and glycidyl azide polymer (GAP). These materials are energetic and at the same time insensitive binders which burn off with a balanced oxygen balance of the active substance soot-free and without any significant signature in the visible range.
  • the energetic binder also takes over the function of the metals conventionally contained in the luminescent materials, which otherwise pass on the heat of reaction quickly.
  • the binder is preferably contained in a mass fraction of about 1.5 wt .-% to about 5 wt .-% in the infrared luminescent composition of the invention.
  • Another feature of the invention is the consideration to dimension the effective charge in an ammunition so that no total burning times are achieved over 1.5 seconds. This is done, for example, by choosing a sufficiently large ratio of surface area to volume of the infrared luminous material of at least about 4.
  • the infrared illuminant of the invention described above is advantageously usable in an infrared decoy for a civil aircraft. This is due in particular to the fact that the infrared luminescent material according to the invention does not produce any visualization during the burnup, ie there is no formation of smoke and only a very low radiation intensity in the visible range.
  • the enclosed figure shows by way of example the radiance I with respect to the wavelength ⁇ for an infrared luminous substance based on 35% by weight of hexacyanobenzene, 60% by weight of hexanitroethane and 5% by weight of polynitropolyphenylene.
  • the luminous material shows a strong selective radiation between 3 and 5 microns (so-called ⁇ -band) and also between 2 and 3 microns (so-called ⁇ -band), so well forms the signature of an aircraft engine.

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Abstract

Es wird eine Infrarot-Leuchtmasse zum Erzeugen einer Infrarot-Strahlung, mit einem Brennstoff, einem Oxidationsmittel und einem Bindemittel beschrieben, die keine Metalle oder metallhaltigen Verbindungen und keine Halogene oder halogenhaltigen Verbindungen enthält. Eine solche Infrarot-Leuchtmasse ist besonders vorteilhaft in Infrarot-Täuschkörpern für Zivilflugzeuge einsetzbar.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Infrarot-Leuchtmasse zum Erzeugen einer Infrarot-Strahlung.
  • Im militärischen Bereich werden zur Bekämpfung von Luftzielen, wie beispielsweise Strahlflugzeugen, Hubschraubern und Transportmaschinen, Flugkörper wie Luft-Luftund Boden-Luft-Lenkflugkörper eingesetzt, welche die vom Triebwerk des Ziels ausgehende Infrarot (IR) - Strahlung, vornehmlich im Bereich zwischen 0,8 und 5 µm, mit Hilfe eines auf IR-Strahlung empfindlichen Suchkopfes anpeilen und verfolgen. Zur Abwehr dieser Flugkörper werden daher Täuschkörper (auch Flares genannt) eingesetzt, weiche die IR-Signatur des Ziels imitieren, um anfliegende Lenkflugkörper abzulenken. Derartige Täuschkörper können auch präventiv eingesetzt werden, um die Erfassung von Zielen durch die Herabsetzung des Kontrasts der Szene zu erschweren oder sogar zu verhindern.
  • Pyrotechnische Infrarot (IR - Täuschkörper finden typischerweise in militärischen Szenarien Anwendung. Neuerdings werden aber auch zivile Flugzeuge durch IR-gesteuerte Flugkörper bedroht. Zivile Flugzeuge sind insbesondere durch so genannte MANPADS (Man Portable Air Defense Systems) gefährdet. Typische MANPADS im Sinne einer asymmetrischen Bedrohung von zivilen Flugzeugen sind zum Beispiel die SA-7, SA-14, SA-16, SA-18 und die STINGER-Modelle Basic, POST und RMP.
  • Zivile Flugzeuge sind im Gegensatz zu Militärflugzeugen nur während der Start und Landephase bedroht. Zwar wäre auch eine Bedrohung in der Reiseflughöhe (> 10.000 m) denkbar, doch würde dies Waffensysteme erfordern, die zumindest nicht in befriedetem Gebiet für Terroristen ohne weiteres verfügbar sind und auch nicht mit der notwendigen Tarnung einzusetzen sind, so wie dies bei MANPADS der Fall ist. Die Bedrohung der zivilen Flugzeuge in der Start- und Landephase ist besonders prekär, weil ein Passagierflugzeug im Gegensatz zu agileren kleinen militärischen Plattformen nicht in der Lage ist, taktische Manöver zu fliegen, um einer erkannten Bedrohung auszuweichen. Zusätzlich bietet ein startendes Flugzeug eine besonders intensive IR-Signatur, was die Aufschaltung eines Suchkopfes erleichtert.
  • Da das für den Schutz der zivilen Flugzeuge zur Verfügung stehende Zeitfenster somit sehr begrenzt ist, bilden pyrotechnische IR-Täuschkörper die bevorzugten Gegenmaßnahmen bei der Bekämpfung von IR-gesteuerten Flugkörpern.
  • Herkömmliche IR-Täuschkörper für militärische Anwendungen sind aber durch bestimmte Merkmale gekennzeichnet, die einen Einsatz für das oben beschriebene Szenario erschweren.
  • So verbrennen die pyrotechnischen Wirkladungen herkömmlicher IR-Täuschkörper mit einer starken sichtbaren Licht- und Rauchentwicklung gleichermaßen. Da der Ausstoß von Täuschkörpern und die Sichtbarkeit dieser Maßnahme zu Panik unter den Fluggästen am Boden und in der Luft führen kann, sollte die visuelle Signatur solcher Täuschkörper bei Tag und bei Nacht möglichst gering sein. Weiterhin ist zu befürchten, dass ausgestoßene Täuschkörper brennend zu Boden fallen und dort Brände auslösen können. Typische Wirkladungen besitzen eine Brennzeit von mehr als 3,5 Sekunden, sodass In Bodennähe ausgestoßene Täuschkörper ohne weiteres brennend auf die Rollbahn oder im Flughafenumfeld herunter fallen können.
  • Die Nachteile bekannter spektral angepasster Wirkmassen für IR-Täuschkörper für die Anwendung zum Schutz von zivilen Flugzeugen sind also eine hohe Lichtstärke im visuellen Bereich bei Verwendung von Metallen als leistungssteigemde Zusätze, sichtbare Rauchspuren durch die Bildung kondensierter Produkte, und Brandgefahr am Boden durch lange Brenndauer der Wirkmassen.
  • Ausgehend von der oben beschriebenen Problematik herkömmlicher Infrarot-Täuschkörper liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Infrarot-Leuchtmasse bereitzustellen, die für Infrarot-Täuschkörper zum Schutz von zivilen Flugzeugen geeignet ist. Insbesondere soll die Infrarot-Leuchtmasse nur eine geringe Lichtstärke im visuellen Bereich und eine geringe Rauchbildung aufweisen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Infrarot-Leuchtmasse mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Infrarot-Leuchtmasse zum Erzeugen einer Infrarot-Strahlung enthält einen Brennstoff, ein Oxidationsmittel und ein Bindemittel, im Gegensatz zu herkömmlichen Infrarot-Leuchtmassen erfindungsgemäß aber keine Metalle oder metallhaltigen Verbindungen und keine Halogene oder halogenhaltigen Verbindungen. Da die Infrarot-Leuchtmasse keine Halogene oder halogenartigen Verbindungen enthält, wird die Bildung hygroskopischer HCl verhindert, mit anderen Worten die sichtbare Rauchbildung unterdrückt bzw. minimiert. Aufgrund der fehlenden Metalle oder metallhaltigen Verbindungen ist die Signatur der Infrarot-Leuchtmasse im sichtbaren Bereich und im nahen Infrarotbereich deutlich minimiert.
  • Der Brennstoff der Infrarot-Leuchtmasse ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus wasserstofffreien oder wasserstoffarmen Cyanoverbindungen und Nitro- bzw. Nitraminverbindungen, deren Wasserstoffanteil bevorzugt maximal etwa 50 Gew.-% beträgt. Beispielsweise kann der Brennstoff eine aliphatische, olefinische oder aromatische Cyanoverbindung der allgemeinen Zusammensetzung CnHm(CN)x sein, Besonders bevorzugt ist der Brennstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hexacyanobenzol und nitrierten Cyanobenzolen. Der Abbrand dieser Brennstoffe erfolgt ohne erkennbare Rauchsignatur und mit nur geringer Strahlungsintensität im sichtbaren Bereich.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Brennstoff in einem Massenanteil von etwa 10 Gew.-% bis etwa 55 Gew.-%, bevorzugter von etwa 10 Gew.-% bis etwa 35 Gew.-% in der erfindungsgemäßen Infrarot-Leuchtmasse enthalten ist.
  • In der Infrarot-Leuchtmasse der Erfindung wird ein Oxidationsmittel eingesetzt, das seibst keine Rauchbildung und keine Emission Im sichtbaren Bereich und nahen Infrarotbereich zeigt. Typische Beispiele eines solchen signaturarmen Oxidationsmittels sind zum Beispiel aus Hexanitroethan (HNE) C2(NO2)6, Ammoniumdinitramid (ADN) NH4N(NO2)2 und Hydraziniumnitroformat (HNF) C(NO2)3N2H5.
  • Weitere geeignete Oxidationsmittel sind Stoffe der allgemeinen Zusammensetzung CxHyNzOm, mit einer Sauerstoffbilanz von wenigstens etwa 15 Gew.-%, idealerweise wenigstens etwa 25 Gew.%. Dabei beschreibt die Sauerstoffbilanz den Massenanteil verfügbaren Sauerstoffs nach der formalen Oxidation verbrennlicher Bestandteile der Verbindung, wie H und C.
  • Es ist ein Merkmal der Erfindung, Merkmal der Erfindung, dass das Oxidationsmittel keine Halogene enthält, um die Bildung hygroskopischer HCl zu verhindern. Auch enthält die erfindungsgemäße Wirkladung keine Alkalimetalle, um die Signatur im sichtbaren und nahen Infrarot soweit wie möglich zu minimieren.
  • Das Oxidationsmittel ist vorzugsweise in einem Massenanteil von etwa 40 Gew.-% bis etwa 85 Gew.-%, besonders bevorzugt von etwa 55 Gew.-% bis etwa 85 Gew.-% in der erfindungsgemäßen Infrarot-Leuchtmasse enthalten.
  • Als Bindemittel werden beispielsweise Polynitropolyphenylen (PNP) und Glycidylazidpolymer (GAP) eingesetzt. Diese Materialien sind energetische und zugleich unempfindliche Binder, die bei einer ausgeglichenen Sauerstoffbilanz der Wirkmasse rußfrei und ohne nennenswerte Signatur im sichtbaren Bereich abbrennen. Das energetische Bindemittel übernimmt dabei auch die Funktion der herkömmlicherweise in den Leuchtmassen enthaltenen Metalle, welche die Reaktionswärme sonst schnell weiterleiten.
  • Das Bindemittel ist bevorzugt in einem Massenanteil von etwa 1,5 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% in der Infrarot-Leuchtmasse der Erfindung enthalten.
  • Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Überlegung, die Wirkladung in einer Munition so zu dimensionieren, dass keine Gesamt-Brennzeiten über 1,5 Sekunden erreicht werden. Dies erfolgt beispielsweise über die Wahl eines genügend großen Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen der Infrarot-Leuchtmasse von wenigstens etwa 4.
  • Die oben beschriebene Infrarot-Leuchtmasse der Erfindung ist vorteilhafterweise in einem Infrarot-Täuschkörper für ein Zivilflugzeug einsetzbar. Dies liegt insbesondere daran, dass die erfindungsgemäße Infrarot-Leuchtmasse beim Abbrand keine Visualisierung erzeugt, d. h. es erfolgt keine Rauchbildung und nur eine sehr geringe Strahlungsintensität im sichtbaren Bereich.
  • Die beiliegende Figur zeigt beispielhaft die Strahldichte I gegenüber der Wellenlänge λ für eine Infrarot-Leuchtmasse auf der Basis von 35 Gew.-% Hexacyanobenzol, 60 Gew.-% Hexanitroethan und 5 Gew.-% Polynitropolyphenylen. Die Leuchtmasse zeigt eine starke selektive Ausstrahlung zwischen 3 und 5 µm (so genanntes β-Band) und auch zwischen 2 und 3 µm (so genanntes α-Band), bildet also die Signatur eines Flugzeugtriebwerks gut nach.

Claims (16)

  1. Infrarot-Täuschkörper zum Schutz von zivilen Flugzeugen, umfassend eine Infrarot-Leuchtmasse zum Erzeugen einer Infrarot-Strahlung, mit einem Brennstoff, einem Oxidationsmittel und einem Bindemittel,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Infrarot-Leuchtmasse keine Metalle oder metallhaltigen Verbindungen und keine Halogene oder halogenhaltigen Verbindungen enthält.
  2. Infrarot-Täuschkörper nach Anspruch 1,
    wobei der Brennstoff eine wasserstofffreie oder wasserstoffarme Cyanoverbindung, oder der Brennstoff eine wasserstofffreie oder wasserstoffarme Nitro- oder Nitraminverbindung ist.
  3. Infrarot-Täuschkörper nach Anspruch 2,
    wobei der Wasserstoffanteil in der Cyanoverbindung oder in der Nitraminverbindung maximal 50 Gew.-% beträgt.
  4. Infrarot-Täuschkörper nach Anspruch 2 oder 3,
    wobei der Brennstoff eine aliphatische, olefinische oder aromatische Cyanoverbindung mit der Zusammensetzung CnHm(CN)x ist.
  5. Infrarot-Täuschkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    wobei der Brennstoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Hexacyanobenzol und nitrierten Cyanobenzolen.
  6. Infrarot-Täuschkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Brennstoff in einem Anteil von etwa 10 Gew.-% bis etwa 55 Gew.-% enthalten ist.
  7. Infrarot-Täuschkörper nach Anspruch 6,
    wobei der Brennstoff in einem Anteil von etwa 10 Gew.-% bis etwa 35 Gew.-% enthalten ist.
  8. Infrarot-Täuschkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    wobei das Oxidationsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Hexanitroethan, Ammoniumdinitramid und Hydraziniumnitroformat.
  9. Infrarot-Täuschkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    wobei das Oxidationsmittel ein Stoff der allgemeinen Zusammensetzung CxHyNzOm ist.
  10. Infrarot-Täuschkörper nach Anspruch 9,
    wobei die Sauerstoffbilanz des Oxidationsmittels wenigstens etwa 15 Gew.-%, bevorzugt wenigstens etwa 25 Gew.-% beträgt.
  11. Infrarot-Täuschkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Oxidationsmittel in einem Anteil von etwa 40 Gew.-% bis etwa 85 Gew.-% enthalten ist.
  12. Infrarot-Täuschkörper nach Anspruch 11,
    wobei das Oxidationsmittel in einem Anteil von etwa 55 Gew.-% bis etwa 85 Gew.-% enthalten ist.
  13. Infrarot-Täuschkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Bindemittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polynitropolyphenylen und Glycidylazidpolymer.
  14. Infrarot-Täuschkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Bindemittel in einem Anteil von etwa 1,5 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% enthalten Ist.
  15. Infrarot-Täuschkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Infrarot-Leuchtmasse 35 Gew.-% Hexacyanobenzol, 60 Gew.-% Hexanitroethan und 5 Gew.-%Polynitropolyphenylen enthält, so dass die Infrarot-Leuchtmasse bei Abbrand eine starke selektive Ausstrahlung zwischen 3 µm und 5 µm und zwischen 2 µm und 3 µm aufweist.
  16. Infrarot-Täuschkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen der Infrarot-Leuchtmasse wenigstens etwa 4 beträgt.
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