NO148029B - Transmisjonsnedsettende aerosol. - Google Patents

Description

Nærværende oppfinnelse vedrører en transmisjonsnedsettende aerosol, spesielt for absorpsjon innen IR-området.

Bakgrunnen for oppfinnelsen er at optisk teknikk anvendes i

alt større utstrekning i bl.a. speide-, sikte- og ildlednings-apparatur, målsøkende og laserstyrte (semiaktivt) roboter, ad-varselsapparater og avstandsmålere. Samtidig forskyves det spektrale arbeidsområde for de fleste systemer mot det lang-bølgede IR-området (7-14 /um) . Grunnen til dette skal i det følgende forklares.

Den termiske strålingen fra gjenstander med f.eks. romtemperatur (ca. 300 K) har sitt maksimum ved bølgelengden 10 /um . Innenfor det langbølgede IR-område kan man således oppdage og iaktta gjenstander hvis temperatur bare ubetydelig avviker fra om-givelsens temperatur. Under de seneste årene har det dessuten utover den forventede utviklingen innenfor laser-, billedfor-sterker- og halvlederteknikken skjedd et gjennombrudd innenfor detektorteknologien. Det er nå mulig å tilvirke selv mosaikker av optroniske detektorer for langbølge-stråling, med hvis an-vendelse de optroniske systemenes ømfintlighet, rekkevidde, informasjonskapasitet og eksistens mot forstyrrelse betydelig kan forbedres.

Resultatet av optronikkapparaturens vesentlige forbedring har blitt at den optroniske faren, spesielt mot militære objekter, har økt kraftig. Betydelig større krav må nå stilles til de foranstaltninger som er nødvendig for å beskytte seg mot denne apparatur enn mot optronikk av tidligere generasjon, og da spesielt på bakgrunn av at "den naturlige beskyttelsen" i form av dis, tåke og mørke relativt ubetydelig eller ikke i det hele tatt påvirker den nyere aparaturens effektivitet. Heller ikke eksisterende artifisielle transmisjonsnedsettende midler såsom konvensjonell røk og tåke nedsetter nevneverdig dens anvendelsesmuligheter.

Betydelige foranstaltninger kan tas ved konstruksjon ved for eksempel fartøy, kjøretøyer og befestninger for bl.a. kjøling og skjerming av eksponerte flater, men disse og da selv sammen med maskerings- og villednings-metoder, reduserer likevel ikke den optroniske faren til tidligere eksisterende nivå, og da spesielt på bakgrunn av det hurtige forløpet ved f.eks. innsats av roboter. Nærværende oppfinnelse vedrører en aerosol, som kan spres meget hurtig, og som gjør det mulig å redusere kravene til oppbevaringstid. Som eksempel på anvendelsesområder kan nevnes beskyttelse mot angrep av IR-styrte roboter for fartøy, befestninger, broer og stridsvogner. Oppfinnelsen medfører dessuten at transmisjonsreduksjonens utstrekning og varighet kan kontrolleres. Oppfinnelsen tillater således stor fleksibilitet. En ytterligere fordel med aerosolen ifølge oppfinnelsen er at den ikke bare kompleterer den konvensjonelle røken, men at den også erstatter denne i mange tilfeller ved at aerosolen dekker hele det optiske bølgelengdeområdet (0,2-14 ^um) ; hvorved aerosolen blir anvendbar mot samtlige typer av ovenfor nevnte apparatur. Dempningsflaten er ca. 50% større i det visuelle tilfelle enn

i IR-området.

De ønskede egenskapene erholdes ved at den transmisjonnedsett-ende aerosolen er utformet på den måte som fremgår av etter-følgende patentkrav.

I det følgende skal oppfinnelsen nærmere beskrives i forbind-else med vedlagte tegning, som viser et diagram over størrel-sesfordelingen på aerosolpartiklene i en foretrukket utførel-sesform av oppfinnelsen. Kurven angir den kumulative antalls-fordelingen.

Den optiske transmisjonsnedsettende aerosolen omfatter ifølge oppfinnelsen aktivt kull, som virker dels ved at komplekse brytningsindekser har egnede verdier for amorft kull; at reflek-sjonen er lav og absorpsjonen relativt høy i det aktuelle bølge-lengdeområde; og dels ved at partikler av aktivt kull har egnede overflateegenskaper og morfologisk struktur.

Kullpartiklene har på grunn av aktiveringsprosessen en betydelig "mikroporøsitet", hvormed det menes porøsitet med små

porer i størrelsesorden mindre enn optiske bølgelengder (d.v.s.

<_, 0,1 /um). Porøsiteten medfører at partiklenes densitet blir la-vere- og som gjør at de til tross for sin størrelse kan holde seg svevende under lengre tid.

Videre har kullpartiklene et meget uregelmessig utseende med "storskalet" formvariasjoner og overflateujevnheter med størrel-sesorden på en eller noen /um .

Disse egenskaper bidrar sammen med antallet partikler per volumenhet, gjennomsnittlig partikkelstørrelse og den relativ store imaginære delen av komplekse brytningsindekser sterkt til å gi det aktuelle kullpulveret de konstaterte fordelaktige egenskapene når det gjelder hurtig og effektivt å avstedkomme en bredbåndet optisk transmisjonsnedsettende aerosol. Dette skal i det følg-ende på en kortfattet måte bevises.

Ekstinksjonskoeffisienten, som utgjør målet på den strålings-dempende evnen hos en aerosol (per lengdeenhet langs en stråle-linje) , utgjør vesentlig produktet av to faktorer, nemlig den spesifikke ekstingsjonsflaten (karakteristisk dempningsflate per masseenhet aerosolstoff) og aerosolkonsentrasjonen (aerosol-masse per volumenhet aerosol).

Den spesifikke ekstinksjonsflaten er en funksjon av bølgelengden og bestemmes av aerosolstoffets egenskaper. For bredbåndet optisk dempning er det fordelaktig med lette, absorberende partikler (d.v.s. lav densitet og høy imaginærdel av komplekse brytningsindekser) i samband med en egnet partikkelstørrelse-fordeling. Det sistnevnte innebærer stort sett at hoveddelen av partiklene bør ha en størrelse som ligger innenfor det optiske bølgelengdeintervallet (0,3 - .14 /um) med en middelverdi som ligger omtrent midt i området.

Kullpartiklene kan lages og utspres ved hjelp av flere enkle og sikre metoder, som gjør stoffet ennå mer attraktivt.

En foretrukket utspredningsmåte er mekanisk utspredning av fer-dig aerosolstoff. Utspredningen kan herved skje ved hjelp av eksplosivstoffer. Ladninger av aerosolstoff samt eksplosivstoff kan være stasjonære, eller de kan i sin tur skytes ut som pro-sjektiler. Ved at aerosolen frembringes av primærladninger, som hver for seg gir begrenset varighet, kan innsatsen i tid og rom lett bestemmes.

Det er spesielt hensiktsmessig i denne sammenheng å anvende aktivt kull med stor mekanisk holdfasthet. Herved kan man unn-gå restriksjoner for håndtering av ladningene hvorunder kull-partiklenes størrelsefordeling ellers skulle kunne endres. Den mekaniske holdfastheten har også betydning ved utskytning av kullpulveret.

Ved forsøk med forskjellig utforming av det ytre belegget til ladningen har det fremkommet at den sfæriske formen er den mest hensiktsmessige, men f.eks. sylindrisk form gir godt resultat. Videre har for et slikt belegg sprengmidlet pentyltråd vist

seg å være mer fordelaktig enn sprengdeig. Ved forsøk med papp-sfærer av forskjellig størrelse oppnåddes optimalt resultat med en diameter på 12 cm, hvorved sfæren rommet 300 g kullpulver. Dette overensstemmer stort sett med beregninger som man har kommet frem til ved hjelp av en teoretisk modell for optimal-isering av røkmengde og røkkonsentrasjon.

Videre når det gjelder den nødvendige mengde sprengmiddel i ladningen er det gjort en avveining mellom kravene til hurtig utspredning av aerosolskyen og dens varighet som homogent skjulende medium.

Det har vist seg at den tilsiktede dempningsflaten kan oppnås

på noen sekunder, og at varigheten deretter kan være av størr-elsesordenen minutter, men sistnevnte faktor avhenger bl.a. av vindforholdene.

I en praktisk utførelsesform kan en røkgranat med en tynnvegget hylse med framgavl og bakgavl og eksplosivstoffet i granatens sentrumslinje anvendes.

Mekanisk utspredning kan også skje med ejektormetoder. Kullpulveret kan spres stasjonært med et trykkluftaggregat av samme type som det som anvendes ved tørrlakkering. Spredningen av de enkelte kornene kan derved forbedres ved pålegning av et elek-trostatisk felt.

Andre metoder for å fremkalle og utspre aerosolen er anvendel-sen av kjemiske reaksjoner. Således kan visse stoffer ved ufull-stendig forbrenning hurtig avgi betydelige mengder kullrøk. F.eks. kan en rakettmotor utnyttes for dette formål. Det bør herved dog understrykes at en slik kullrøk, når den ikke består av aktivt kull, består av kullpartikler som oppviser en hoved-sakelig slett overflatekonfigurasjon, hvis utbrettede flate er opp til 1000 ganger mindre enn den utbrettede flaten for en aktiv kullpartikkel med samme diamter.

I visse tilfeller kan den skjulende aerosolen erholdes ved over-temperatur, hvorved en skinnmålseffekt innenfor IR-området kan utnyttes.

Til slutt skal det fremholdes at man i og med nærværende oppfinnelse har fått en aerosol som minsker transmisjonen av optisk stråling fra et objekt til en detektor, og som dessuten på grunn av sin lave refleksjonsevne vanskeliggjør et semiaktivt målføl-gesystems, f.eks. av IR- eller lasertype, låsing på målet. Herved bør også påpekes at aerosolen ifølge nærværende oppfinnelse ikke er begrenset til stråling innenfor IR-området, men at for eksempel laserstråler også absorberes av de aktive kullpartiklene .

Claims (1)

1. Aerosol, som er transmisjonsreduserende, og som også har lav refleksjonsevne for elektromagnetisk stråling, spesielt for absorpsjon innen IR-området, karakterisert ved at den inneholder aktivt kull, at diametermålene for 80% av partiklene i hovedsak ligger jevnt fordelt mellom 1 og 9 ^um med ca. 10% over og under disse grenser, og at det aktive kullet har høy mekanisk holdfasthet.