ES2629521B1 - Anti-scratch shield with Stealth technology with optical damage detection system - Google Patents
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Abstract
Se describe el blindaje compuesto de sensorizado fotónico láser con tecnología Stealth.#El blindaje consiste en un laminado de fibras de carbono y poliamida aromática con una matriz polimérica ferromagnética y un recubrimiento exterior de nanopartículas ferromagnéticas. Siguiendo los principios de la tecnología Stealth para disminuir su visibilidad ante radar al máximo.#Internamente el laminado incorpora un montaje optoelectrónico basado en las limitaciones de transmisión de la luz láser en fibra óptica, en una disposición que permite la medición de impactos, roturas o torsiones.#Se ha ejemplificado su uso, diseñando el blindaje para un UGV (Vehículo terrestre no tripulado) con geometría antirradar sobre un esferoide prolato facetado.The composite shield of laser photonic sensing with Stealth technology is described. # The shield consists of a laminate of carbon fibers and aromatic polyamide with a ferromagnetic polymer matrix and an outer coating of ferromagnetic nanoparticles. Following the principles of Stealth technology to reduce its visibility to radar to the maximum. # Internally the laminate incorporates an optoelectronic assembly based on the limitations of transmission of the laser light in optical fiber, in an arrangement that allows the measurement of impacts, breaks or torsions. # Its use has been exemplified, designing the armor for a UGV (unmanned ground vehicle) with anti-radar geometry on a faceted prolate spheroid.
Description
Campo técnico de la invención Technical Field of the Invention
El campo de aplicación de la invención se encuentra dentro del sector industrial, dedicado a la fabricación aeroespacial y de seguridad, que requieren materiales de altas prestaciones mecánicas, sensorizado, incluyendo las propiedades Stealth. The field of application of the invention is within the industrial sector, dedicated to aerospace and safety manufacturing, which require high mechanical performance, sensing materials, including Stealth properties.
Se denomina tecnología "stealth" (por su terminología en lengua inglesa) a las tecnologías furtivas, llamadas popularmente "de invisibilidad~ . Estas tecnologías abarcan varias técnicas de ocultación, la mayoría usadas en aviones y barcos, para hacerles menos visibles al radar. La tecnología stealth suele implicar el diseño del fuselaje o chasis del vehículo mediante una geometría facetada de caras planas. Stealth technology (because of its English-language terminology) is called furtive technologies, popularly called "invisibility." These technologies encompass several concealment techniques, mostly used in airplanes and ships, to make them less visible to radar. Stealth technology usually involves the design of the fuselage or chassis of the vehicle through a faceted geometry of flat faces.
Antecedentes o estado de la técnica Background or prior art
El sistema blindaje fotónico láser, es una propuesta que pretende resolver el problema actual para el diagnóstico en tiempo real de un blindaje, además responde a la necesidad industrial de crear materiales más resistentes, con propiedades mejoradas, entre las que también se encuentra la tecnología de reducción de visibilidad ante radar (Stealth). The laser photonic shielding system, is a proposal that aims to solve the current problem for the real-time diagnosis of a shield, also responds to the industrial need to create more resistant materials, with improved properties, among which is also the technology of reduced visibility to radar (Stealth).
En este blindaje se combinan los materiales compuestos de última generación, con un sistema optoelectrónico láser interno en un solo sistema, para fusionar las ventajas y propiedades especiales de ambos. In this shield, the latest generation composite materials are combined with an internal laser optoelectronic system in a single system, to merge the advantages and special properties of both.
La tecnología Stealth o técnica furtiva ha desarrollado en las últimas décadas sistemas de baja visibilidad frente a radares. Es empleada mayormente en aviones y barcos destinados a defensa. Los nuevos avances matemáticos de algoritmos con filtros bayesianos, junto a las mejoras en los sensores y procesamiento de los propios radares, hacen que recientemente hayan perdido eficacia; pero no toda su importancia. Por ello, se continúan desarrollando tecnologías furtivas en diferentes vehículos, integrándolas en su equipamiento bajo el concepto de baja observabilidad. Actualmente diseñan estos vehículos buscando encontrar una combinación óptima de todas las funcionalidades, con una detectabilidad reducida ante radar; sin limitar sus capacidades operativas. Stealth technology or stealth technology has developed low visibility systems against radar in recent decades. It is used mostly in airplanes and ships destined for defense. The new mathematical advances of algorithms with Bayesian filters, together with the improvements in the sensors and processing of the radars themselves, have recently lost their effectiveness; But not all its importance. Therefore, they continue to develop stealth technologies in different vehicles, integrating them into their equipment under the concept of low observability. Currently they design these vehicles looking to find an optimal combination of all functionalities, with reduced radar detectability; without limiting its operational capabilities.
Breve descripción de la Invención Brief Description of the Invention
El objeto de la invención consiste en un blindaje antirradar con tecnologia stealth con sistema óptico de detección de daños. El sistema óptico de detección de daños es un sistema optoelectrónico, y está combinado en un material compuesto: es un material laminado en el que se emplean capas de fibra de carbono, poliamida aromática (como el tejido Kevlar ® o poliparafenileno tereftalamida) y matriz polimérica magnética, con un recubrimiento de nanopartículas ferromagnéticas. Además es susceptible de emplear la geometria antirradar, siguiendo los principios de la tecnología Stealth para disminuir su visibilidad ante radar al máximo; de forma que deflecte y absorba la mayor parte de la radiación. Internamente se instala un montaje óptico y electrónico con una red de fibra óptica en toda su superficie doblada en el límite de reflexión total interna , a modo de sensor de impactos, roturas o torsiones. The object of the invention is an anti-radar shield with stealth technology with an optical damage detection system. The optical damage detection system is an optoelectronic system, and is combined in a composite material: it is a laminated material in which layers of carbon fiber, aromatic polyamide (such as Kevlar ® or polyparaphenylene terephthalamide) and polymer matrix are used magnetic, with a coating of ferromagnetic nanoparticles. It is also capable of using anti-radar geometry, following the principles of Stealth technology to reduce its visibility to radar to the maximum; so that it deflects and absorbs most of the radiation. Internally, an optical and electronic assembly is installed with a fiber optic network on its entire surface bent at the limit of total internal reflection, as a sensor of impacts, breaks or torsions.
La principal novedad, es la incorporación de un sistema optoelectrónico sensorizado a un blindaje; en el que además se ha implementado la tecnología Stealth de reducción de visibilidad ante radar de fabricación de forma más simple. The main novelty is the incorporation of a sensorized optoelectronic system to a shield; in which the Stealth technology of visibility reduction before manufacturing radar has been implemented in a simpler way.
Entre las ventajas de este material, destaca la capacidad de comprobación permanente del estado de daños, sin necesidad de un análisis destructivo. Puede soportar condiciones especiales tales como la alta temperatura, alta presión, impactos Among the advantages of this material, the ability to permanently check the damage status, without the need for destructive analysis, stands out. It can withstand special conditions such as high temperature, high pressure, impacts
o exposición a un campo electromagnético intenso. Combinado a sus propiedades de baja visibilidad ante radares. or exposure to an intense electromagnetic field. Combined with its low visibility properties before radars.
En cuanto a los usos propuestos: pOdrían encontrarse la fabricación de fuselajes de aviones. En la industria automovilística pOdría mejorar la velocidad y seguridad en la detección de un impacto en los sistemas de activación de airbags; sustituyendo el sistema electrónico por uno optoelectrónico interno, como carrocería. As for the proposed uses: the manufacture of aircraft fuselages could be found. In the automobile industry, speed and safety could be improved in the detection of an impact on airbag activation systems; replacing the electronic system with an internal optoelectronic, as bodywork.
Para la industria en general, permitiria la fabricación de un material de altas prestaciones, sobre los que se puede realizar una comprobación de la integridad estructural interna en cualquier momento, ahorrando costes en ensayos posteriores. For the industry in general, it would allow the manufacture of a high performance material, on which a check of the internal structural integrity can be carried out at any time, saving costs in subsequent tests.
Su aplicación en la industria de seguridad: incorporando el sensorizado fotónico a chalecos de protección con diagnóstico de daños en tiempo real. Its application in the security industry: incorporating photonic sensing to protective vests with real-time damage diagnosis.
Breve descripción de los dibujos: Brief description of the drawings:
La Figura 1: permite completar la descripción de la invención y facilitar su interpretación. En ella se muestra la siguiente estructura de capas del blindaje antirradar: Figure 1: allows to complete the description of the invention and facilitate its interpretation. It shows the following layer structure of the anti-scratch shield:
- (1) (one)
- Recubrimiento de nanopartículas ferromagnéticas con fijador. Coating of ferromagnetic nanoparticles with fixative.
- (2) (2)
- Capas de tejido fibra de carbono. Layers of carbon fiber fabric.
- (3) (3)
- Capas de tejido de poli amida aromática internas Internal aromatic poly amide fabric layers
- (4) (4)
- Montaje de Fibra óptica doblado en el límite de reflexión total interna (más detalles en figura 2). Fiber optic assembly folded at the limit of total internal reflection (more details in figure 2).
- (5) (5)
- Capas de tejido de poliamida aromática que forman la cara interior del laminado Layers of aromatic polyamide fabric that form the inside face of the laminate
- (6) (6)
- Matriz polimérica con partículas ferromagnéticas añadidas o resina magnética. Polymeric matrix with added ferromagnetic particles or magnetic resin.
- (7) (7)
- Conectores de fibra óptica (entrada y salida). Fiber optic connectors (input and output).
- (8) (8)
- Conjunto de láser emisor, receptor y autómata programable para la detección de cambios en la transmisión de la luz. Programmable laser transmitter, receiver and automaton set for detecting changes in light transmission.
En la figura 2: se muestra el patrón de colocación de la fibra óptica en la que se dobla en el límite de reflexión total interna recorriendo todo el montaje de fibra óptica (4) de la figura 1. Este montaje de fibra óptica (4) se coloca entre las capas de tejido de poliamida aromática (3, 5) de la figura 1. In figure 2: the pattern of placement of the optical fiber in which it is folded in the total internal reflection limit is shown covering the entire fiber optic assembly (4) of figure 1. This fiber optic assembly (4) it is placed between the layers of aromatic polyamide fabric (3, 5) of Figure 1.
En la figura 3: se muestra ejemplificando el uso de este material diseñando sobre un UGV (Vehículo terrestre no tripulado) con geometría antirradar sob re un esferoide prolato facetado, en el que se optimizan las propiedades del blindaje antirradar con tecnología stealth con sistema óptico de detección de daños. In Figure 3: it is shown by exemplifying the use of this material by designing on a UGV (unmanned land vehicle) with anti-radar geometry on a faceted prolate spheroid, in which the properties of the anti-radar shielding with stealth technology with optical system are optimized damage detection
- (9) (9)
- Aberturas con diseño Stealth para los sensores. Openings with Stealth design for the sensors.
- (10) (10)
- Entrada! salida multiusos central. Entry! central multipurpose output.
- (11) (eleven)
- Antena de comunicaciones inalámbricas. Wireless communications antenna
- (12) (12)
- Parte 4 es la parte móvil superior. Part 4 is the upper moving part.
- (13) (13)
- Batería de defensa exterior. External defense battery.
- (14) (14)
- Eje de giro. Axis of rotation.
- (15) (fifteen)
- Soportes o extremidades del UGV. UGV stands or limbs.
- (16) (16)
- Base del sistema. System Base
- (17) (17)
- Ruedas. Wheels.
Descripción de la invención Description of the invention
El Blindaje antirradar con tecnología stealth con sistema óptico de detección de daños es un sistema compuesto de un material laminado en el que se implementa un sistema optoelectrónico. The radiation shielding with stealth technology with optical damage detection system is a system composed of a laminated material in which an optoelectronic system is implemented.
El material se construye a partir de una pluralidad de capas que comprende:capas de tejido fibra de carbono (2) exterior, fibra de poli amida aromática (aramida, como el Kevlar®), que constituye unas capas de tejido de poli amida aromática (3, 5), una matriz polimérica (6) ferromagnética, un recubrimiento (1) de nanopartículas ferromagnéticas (para los que se propone el uso de magnetita) y además del empleo de geometría antirradar siguiendo los principios de la tecnología Stealth, para disminuir su visibilidad ante radar al máximo; de forma que deflecte y absorba la radiación. The material is constructed from a plurality of layers comprising: layers of outer carbon fiber fabric (2), aromatic poly amide fiber (aramid, such as Kevlar®), which constitutes layers of aromatic poly amide fabric ( 3, 5), a ferromagnetic polymer matrix (6), a coating (1) of ferromagnetic nanoparticles (for which the use of magnetite is proposed) and in addition to the use of anti-radar geometry following the principles of Stealth technology, to decrease its visibility to radar to the maximum; in a way that deflects and absorbs radiation.
Es un sistema RAM (Radar Absorbent Material) que combina las cualidades físico-químicas de la fibra de carbono y la poliamida aromática: la absorción de la radiación microondas, la ligereza, aislamiento térmico, una gran resistencia mecánica, así como una resistencia a la rotura excepcional. It is a RAM system (Radar Absorbent Material) that combines the physical-chemical qualities of carbon fiber and aromatic polyamide: the absorption of microwave radiation, lightness, thermal insulation, great mechanical resistance, as well as resistance to exceptional breakage
Se propone el uso de resina epoxy como matriz polimérica (6) termoestable, en combinación con partículas ferromagnéticas (como la magnetita) de tamaño micrométrico o nanométrico, además en la capa superficial exterior (la parte más sensible en la detección por radar) un recubrimiento (1) con nanopartículas ferromagnéticas para optimizar la absorción de la radiación microondas, que emplean la mayor parte de los radares. The use of epoxy resin is proposed as a thermoset polymeric matrix (6), in combination with ferromagnetic particles (such as magnetite) of micrometric or nanometric size, and in the outer surface layer (the most sensitive part in radar detection) a coating (1) with ferromagnetic nanoparticles to optimize the absorption of microwave radiation, which employ most radars.
La resistencia del material se mejora aplicando vacío en el proceso (para evitar burbujas de aire) y curado de la resina en autoclave (mejora las propiedades físicoquímicas del material final ). The strength of the material is improved by applying vacuum in the process (to avoid air bubbles) and curing of the resin in an autoclave (improves the physical-chemical properties of the final material).
El sistema optoelectrónico se compone de un montaje de fibra óptica (4) instalada según la figura 2 en el material, entre las capas de tejido de paliamida aromática (3, 5) según figura 1. Como sistema de emisión, recepción y procesamiento, se instala un módulo laser (una fuente de luz) y un sensor de intensidad de luz (se propone el uso de un fotodiodo). Tanto el laser como el receptor estan unidos al material compuesto mediante los conectores a la red de fibra óptica (7). Ademas, incluye un dispositivo de procesamiento para la detección de cambios en la transmisión de la luz, a modo de sensor de golpes, roturas o torsiones. The optoelectronic system consists of a fiber optic assembly (4) installed according to figure 2 in the material, between the layers of aromatic paliamide fabric (3, 5) according to figure 1. As an emission, reception and processing system, install a laser module (a light source) and a light intensity sensor (the use of a photodiode is proposed). Both the laser and the receiver are connected to the composite material through the connectors to the fiber optic network (7). In addition, it includes a processing device for the detection of changes in the transmission of light, as a shock, breakage or torsion sensor.
El sistema puede analizar los golpes, impactos, torsiones o flexiones del material a tiempo real de forma no destructiva. Esta diseñado para que pueda detectar las variaciones en la intensidad de la luz laser transmitida en su interior y mediante un sistema de procesado, analizar los daños del blindaje. The system can analyze the impacts, impacts, twists or bends of the material in real time in a non-destructive way. It is designed so that it can detect variations in the intensity of the laser light transmitted inside and through a processing system, analyze the damage of the shield.
La fibra óptica que se coloca en el material doblada en el límite de reflexión total interna, cuando este sufre deformaciones o roturas, también se produciran en la fibra óptica; que se doblara superando el límite de reflexión total interna o se rompera en algunos puntos; esto repercutira en una disminución o cese de la transmisión de la luz. Se ha ejemplificado sobre un laminado de fibra de carbono y palia mida, no obstante, podría instalarse el mismo sistema optoelectrónico a otros materiales laminados ceramicos u organicos, en los que el montaje de la fibra óptica interior mantenga la misma rigidez que el material de soporte, de forma que los impactos y roturas puedan trasladarse al sistema sensorizado. The optical fiber that is placed in the folded material at the limit of total internal reflection, when it undergoes deformations or breaks, will also occur in the optical fiber; that it bends over the total internal reflection limit or breaks at some points; This will result in a decrease or cessation of light transmission. It has been exemplified on a laminate of carbon fiber and pallia, however, the same optoelectronic system could be installed to other ceramic or organic laminated materials, in which the assembly of the interior optical fiber maintains the same stiffness as the support material , so that impacts and breaks can be transferred to the sensed system.
El sistema esta fundamentado en el calculo de las pérdidas de intensidad en la transmisión de luz en una fibra óptica al producirse una curvatura de la misma, superando el límite de reflexión total interna. Este es un problema bien conocido principalmente en el campo de las telecomunicaciones, su desarrollo matemático se puede encontrar en bibliografía como en "Gerd Keiser, oplical fiber communications", tercera edición de McGraw-HiII. El blindaje fotónico hace de este problema una ventaja, empleándolo como sistema de detección. The system is based on the calculation of the losses of intensity in the transmission of light in an optical fiber when a curvature of the same occurs, exceeding the limit of total internal reflection. This is a well-known problem mainly in the field of telecommunications, its mathematical development can be found in bibliography as in "Gerd Keizer, optic fiber communications", third edition of McGraw-HiII. Photonic shielding makes this problem an advantage, using it as a detection system.
Como ejemplo de uso en el que se optimiza el blindaje antirradar con tecnología stealth con sistema óptico de detección de daños, se propone la construcción de un vehiculo terrestre no tripulado, UGV (Unmanned Ground Vehicle ) Figura 3. La geometría del prototipo es un esferoide prolato, con caras poligonales empleando angulas obtusos y rectos, evitando los angulas agudos y las aristas para minimizar la difracción. Esta geometría combina la mejor resistencia a 3600 a impactos, de forma que sea indiferente el ángulo desde el que se trate, reduciendo las zonas vulnerables. El sistema con el blindaje fotónico láser junto con este diseño facetado, permite que absorba y deflecte la radiación microondas de los radares y dificulte su localización de una forma más eficiente. As an example of use in which anti-radar armor is optimized with stealth technology with optical damage detection system, the construction of an unmanned ground vehicle, UGV (Unmanned Ground Vehicle) is proposed Figure 3. The geometry of the prototype is a spheroid prolate, with polygonal faces using obtuse and straight angles, avoiding sharp angles and edges to minimize diffraction. This geometry combines the best resistance to 3600 impacts, so that the angle from which it is concerned is indifferent, reducing vulnerable areas. The system with the laser photonic shielding together with this faceted design allows it to absorb and deflect the microwave radiation of the radars and hinder their location in a more efficient way.
Claims (4)
- --
- un material compuesto por una pluralidad de capas; a material composed of a plurality of layers;
- --
- un sistema optoelectrónico interno que constituye el sistema óptico de detección de daños; an internal optoelectronic system that constitutes the optical damage detection system;
- 2. 2.
- Blindaje antirradar con tecnología stealth con sistema óptico de detección de daños según la reivindicación 1, caracterizado por que dispone de un recubrimiento (1) exterior que contiene nanopartículas ferromagnéticas. Anti-scratch shield with stealth technology with optical damage detection system according to claim 1, characterized in that it has an outer coating (1) containing ferromagnetic nanoparticles.
- 3. 3.
- Blindaje antirradar con tecnología stealth con sistema óptico de detección de daños según la reivindicación 1, caracterizado por que la pluralidad de capas comprende capas de materiales cerámicos u orgánicos. Anti-scratch shielding with stealth technology with optical damage detection system according to claim 1, characterized in that the plurality of layers comprises layers of ceramic or organic materials.
- 4. Four.
- Blindaje antirradar con tecnología stealth con sistema óptico de detección de daños según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por Anti-radar shielding with stealth technology with optical damage detection system according to any of the preceding claims, characterized by
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