PL201248B1 - Obiekt powietrzny do symulacji celów powietrznych, przy wykorzystaniu promieniowania podczerwonego - Google Patents

Abstract

1. Obiekt powietrzny do symulacji celów po- wietrznych, przy wykorzystaniu promieniowania podczerwonego, wyposa zony przynajmniej w je- den promiennik podczerwieni, znamienny tym, ze promiennik podczerwieni (2) usytuowany jest wewn atrz strugi spalin jednostki (1), wytwarza- j acej ciep lo, i strumie n spalin obejmuje ca la, zewn etrzn a powierzchni e promiennika pod- czerwieni (2) nara zon a na oddzia lywanie stru- mienia powietrza. PL PL PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 201248 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 359054 ^{(51) Int.Cl.}

F41J 2/02 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 07.03.2003

Obiekt powietrzny do symulacji celów powietrznych, przy wykorzystaniu promieniowania podczerwonego

	(73) Uprawniony z patentu:
(30) Pierwszeństwo:	EADS Deutschland GmbH,Ottobrunn,DE
09.03.2002,DE,10210433.6	(72) Twórca(y) wynalazku:
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 22.09.2003 BUP 19/03	Bernt Obkircher,Horgenzell,DE Jurgen Steinwandel,Uhldingen,DE Markus Heller,Uhldingen,DE Rainer Willneff,Markdorf,DE
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
31.03.2009 WUP 03/09	(74) Pełnomocnik:
	Misztak Irena, PATPOL Sp. z o.o.

(57) 1. Obiekt powietrzny do symulacji celów powietrznych, przy wykorzystaniu promieniowania podczerwonego, wyposażony przynajmniej w jeden promiennik podczerwieni, znamienny tym, że promiennik podczerwieni (2) usytuowany jest wewnątrz strugi spalin jednostki (1), wytwarzającej ciepło, i strumień spalin obejmuje całą, zewnętrzną powierzchnię promiennika podczerwieni (2) narażoną na oddziaływanie strumienia powietrza.

PL 201 248 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest obiekt powietrzny do symulacji celów powietrznych, przy wykorzystaniu promieniowania podczerwonego, wyposażony w promiennik podczerwieni.

W celu przeć wiczenia systemów broni ziemia-powietrze, powietrze-powietrze, sterowanych promieniowaniem podczerwonym, jako cele powietrzne stosowane są bezzałogowe obiekty powietrzne. Obiekty te mogą występować w postaci powietrznych obiektów holowanych lub obiektów powietrznych bezzałogowych, zdalnie sterowanych. Powinny one nie tylko symulować własności kinetyczne rzeczywistych celów (przykładowo samolotów bombowych), lecz również powinny posiadać podobne źródła promieniowania podczerwonego.

Znane są powietrzne obiekty holowane i obiekty powietrzne bezzałogowe, zdalnie sterowane, pełniące rolę celów, które wytwarzają wymagane promieniowanie podczerwone z tak zwanym błyskiem śledzącym poruszający się obiekt. Mają one tę wadę, że są one widoczne gołym okiem i ciągną za sobą smugę spalin. Ponadto charakterystyka spektralna tego błysku świetlnego nie jest dopasowana do promieniowania rzeczywistego celu. Poza tym pewne nierównomierności w ugarze błysku świetlnego powodują powstawanie problemów ze śledzeniem w głowicy wyszukiwawczej. Z opisu EP 0876579 B1 znany jest zdalnie sterowany, powietrzny obiekt bezzałogowy, pełniący rolę celu, wytwarzający promieniowanie podczerwone, w którym palnik wbudowany w nosek obiektu nagrzewa go od środka. Nagrzany nosek służy, jako promiennik podczerwieni. Wadą tego rozwiązania, obok konieczności przeprowadzenia pracochłonnej zabudowy palnika i doprowadzenia powietrza oraz odprowadzenia spalin dla zapewnienia stabilnego procesu spalania, jest to, że nosek jest silnie chłodzony od zewnątrz powietrzem opływowym, tak, że dla osiągnięcia wystarczającej energii promieniowania podczerwonego, konieczne jest doprowadzenie bardzo dużej energii cieplnej.

Poza tym z opisu WO 00/29804 znany jest obiekt powietrzny wytwarzający promieniowanie podczerwone, stanowiący cel, w którym promieniowanie podczerwone wytwarzane jest w ten sposób, że gorący gaz pochodzący z jednostki napędowej prowadzony jest przewodem w kierunku noska obiektu powietrznego i/lub przednich krawędzi, i/lub zewnętrznych głowic obiektu, dzięki czemu elementy te ogrzewane są od wewnątrz i dzięki temu stanowią promiennik podczerwieni. Poza kompleksową zabudową, wadą tego rozwiązania jest to, że całościowo uzyskuje się tylko niewielką moc promieniowania podczerwonego.

Przedmiotem wynalazku jest obiekt powietrzny do symulacji celów powietrznych, przy wykorzystaniu promieniowania podczerwonego, wyposażony przynajmniej w jeden promiennik podczerwieni, w którym promiennik ten usytuowany jest wewnątrz strugi spalin jednostki wytwarzającej ciepło, i strumień spalin obejmuje całą, zewnętrzną powierzchnię promiennika podczerwieni narażoną na oddziaływanie strumienia powietrza.

Korzystnie, promiennik podczerwieni stanowi element jednoczęściowy, i jest usytuowany wzdłuż linii rozszerzania się strumienia spalin, a poza tym posiada przekrój poprzeczny o kształcie krzyża lub gwiazdy.

Ponadto, promiennik podczerwieni wykonany z jednego, lub wielu materiałów wytrzymałych na wysokie temperatury, wyposażony jest w stabilizator płomienia podgrzewający miejscowo promiennik podczerwieni, który stanowi element o kształcie stożka, usytuowany wzdłuż linii rozszerzania się strumienia spalin, przy czym powierzchnia zewnętrzna promiennika podczerwieni charakteryzuje się wysokim stopniem emisji w spektralnym zakresie podczerwieni i pokryta jest warstwami materiałów, będącymi izolatorami elektrycznymi.

Obiekt według wynalazku posiada jednostkę wytwarzającą ciepło zamocowaną wraz z usytuowanym w strumieniu jej spalin promiennikiem podczerwieni, osiowo przed dziobem i/lub w tylnej części i/lub na powierzchniach nośnych obiektu powietrznego i/lub na korpusie obiektu powietrznego.

W korzystnym rozwiązaniu dziób obiektu powietrznego ma kształt stożka lub zbliżony do stożka a zatem stanowi promiennik podczerwieni.

Jednostka wytwarzająca ciepło, znajdująca się przed dziobem obiektu powietrznego, jest zamocowana za pomocą stabilizatorów prętowych na korpusie obiektu powietrznego, przy czym jednostka ta jest jednostką napędową, korzystnie gazową turbiną lotniczą lub silnikiem spalinowym, lub palnikiem.

Obiekt według wynalazku obejmuje, co najmniej dwie jednostki wytwarzające ciepło, usytuowane odpowiednio względem siebie i wytwarzające sumaryczny pęd wszystkich jednostek napędowych skierowany wzdłuż obiektu powietrznego.

PL 201 248 B1

Obiekt powietrzny do symulacji celów powietrznych, przy wykorzystaniu promieniowania podczerwonego, według wynalazku jest łatwy w budowie i tani i odnośnie do zużywanej mocy grzewczej posiada wysoki stopień oddziaływania na moc promieniowania podczerwonego.

W przypadku obiektu powietrznego moż na mówić o holowanym obiekcie powietrznym lub obiekcie, który posiada własny napęd. Zaletą obiektu powietrznego według wynalazku jest to, że zapobiega się ochłodzeniu promiennika podczerwieni strumieniem opływającego powietrza, dzięki wykorzystaniu strumienia spalin. Jest to zwłaszcza osiągane w ten sposób, że właśnie powierzchnia zewnętrzna promiennika podczerwieni, która podczas lotu obiektu jest poza tym omywana opływającym strumieniem powietrza (strumieniem powietrznym), a zatem mogłaby być chłodzona, zgodnie z wynalazkiem otoczona jest strumieniem spalin. Strumień spalin spełnia zatem nie tylko zadanie związane z podgrzewaniem promiennika podczerwieni, i elementów obiektu, które powinny pełnić rolę promiennika podczerwieni, lecz strumień spalin działa również jako pewien rodzaj izolującej osłony ochronnej wokół gorącego promiennika podczerwieni. Kolejną zaletą obiektu powietrznego według wynalazku jest to, że za pomocą promiennika podczerwieni usytuowanego zgodnie z wynalazkiem, promieniowanie podczerwone może być kierowane w prawie dowolnym kierunku. I tak możliwe jest na przykład wysyłanie promieniowania podczerwonego, patrząc w kierunku lotu obiektu, do przodu, do tyłu, i na boki.

Jako jednostkę wytwarzającą ciepło może korzystnie zastosować jednostkę napędową obiektu powietrznego lub dodatkowy palnik, zwłaszcza palnik gazowy.

Promiennik podczerwieni według wynalazku może być wykonany, jako element wieloczęściowy, zwłaszcza składający się z wielu płyt z cienkiej blachy, które są połączone odpowiednio między sobą.

Materiałem odpowiednim do budowy promiennika jest stal szlachetna lub materiały ceramiczne. Promiennik może być nagrzewany do temperatury, która znacznie przekracza zwykle występującą temperaturę spalin jednostki wytwarzającej ciepło. Przy stosowaniu przykładowo lotniczych turbin gazowych, jako jednostek napędowych, a zatem jednocześnie jako jednostek wytwarzających ciepło, służących do nagrzewania promiennika podczerwieni, temperatura spalin, w zależności od klasy sprawności (siła ciągu 10 do 100N) wynosi w zakresie od 673 do 1073 K. Należałoby tu wspomnieć, że spaliny pochodzące z lotniczej turbiny gazowej lub silnika spalinowego, choć mają wysoką temperaturę, jednak nie nadają się do stosowania, jako źródło promieniowania podczerwonego w środkowym zakresie długości fali tego promieniowania, to znaczy w zakresie 3-5 μm. W tym zakresie długości fali spaliny, patrząc w kierunku prostopadłym do kierunku promieniowania są prawie przezroczyste i emisja prawie tu nie występuje. Ciepło zawarte w spalinach może być również wykorzystywane w sposób pośredni, w czasie, gdy korpus jest nagrzewany, który to korpus odpowiednio do jego temperatury, emituje promieniowanie podczerwone.

Zewnętrzna powierzchnia elementów promiennika podczerwieni charakteryzuje się dużą zdolnością emisji w spektralnym zakresie podczerwieni. Dzięki temu istnieje możliwość dopasowania zdolności emisji promieniowania tych elementów do długości fali promieniowania podczerwonego.

Dzięki zmianie grubości ścian elementów wykorzystywanych w charakterze promiennika podczerwieni, można wpływać na proces przenoszenia ciepła wewnątrz materiału i w związku z tym rozkład temperatury na powierzchni zewnętrznej, tak, że przy wykorzystaniu materiału o małej przewodności cieplnej można całościowo uzyskać promieniowanie podczerwone w dużym zakresie, dzięki zmianie temperatury spalin, można wpływać na temperaturę promiennika podczerwieni, a zatem na poziom promieniowania podczerwonego. Ponadto zastosowanie jednostek napędowych, jako jednostek wytwarzających ciepło pozwala na odpowiednie wpływanie na wielkość promieniowania podczerwonego elementów promiennika również poprzez odpowiednią regulację ukierunkowania spalin jednostek napędowych.

Jeśli jednostka wytwarzająca ciepło zamocowana jest przed dziobem obiektu powietrznego, w jego osi wzdłużnej, to promiennik podczerwieni ma kształt stożka, lub kształt do niego zbliżony, tak, że powstaje stosunkowo niewielki opór przepływu. W innym położeniu jednostki wytwarzającej ciepło, promiennik podczerwieni jest usytuowany wzdłuż kierunku rozszerzania się strumienia spalin i ma w przekroju poprzecznym kształt krzyża lub gwiazdy. W związku z powyższym promiennik charakteryzuje się małym oporem aerodynamicznym, co przy wykorzystaniu jednostki napędowej, jako jednostki wytwarzającej ciepło, tylko w nieznacznym stopniu ma ujemny wpływ na siłę ciągu. Przy takim usytuowaniu promiennika możliwa jest również emisja promieniowania podczerwonego w kierunku na boki.

Jeśli w rozwiązaniu według wynalazku wykorzystuje się większą ilość jednostek wytwarzających ciepło, mogą być one usytuowane pod pewnym kątem w stosunku do osi wzdłużnej obiektu powietrz4

PL 201 248 B1 nego. Dzięki takiemu rozwiązaniu można uzyskać odpowiedni rozkład promieniowania, zarówno w kierunku na boki, jak i do przodu i do tyłu.

Oczywiście, istnieje również możliwość zamocowania jednostki napędowej wraz z promiennikiem podczerwieni przed dziobem obiektu powietrznego, a pozostałe jednostki mogłyby wtedy być rozmieszczone w tylnej części obiektu.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pierwszy przykład układu promiennika podczerwieni w widoku perspektywicznym, w strumieniu spalin jednostki wytwarzaj ą cej ciepł o, fig 1a - promiennik wed ł ug fig. 1 w widoku z tył u, fig. 2 - promiennik podczerwieni według fig. 1 z dodatkowym stabilizatorem płomienia, fig. 3 - drugi przykład układu promiennika podczerwieni w widoku perspektywicznym, w strumieniu spalin jednostki wytwarzającej ciepło, fig. 3a - promiennik według fig. 3 w widoku z tyłu, fig. 4 - obiekt powietrzny wyposażony w promiennik podczerwieni usytuowany przed dziobem i przy ogonie, w widoku z boku.

Fig. 1 przedstawia jednostkę wytwarzającą ciepło, przykładowo turbinę gazową 1 z promiennikiem podczerwieni 2, usytuowanym w strumieniu spalin (nie przedstawiony), przy czym jednostka ta została przedstawiona tu schematycznie, w widoku perspektywicznym z lewej strony. Promiennik podczerwieni 2 połączony jest z dyszą 3 turbiny 1. Oczywista jest również możliwość innego usytuowania promiennika podczerwieni w strumieniu spalin turbiny 1, przykładowo za pomocą prętów stabilizujących, przy uwzględnieniu aspektów aerodynamicznych.

Promiennik podczerwieni 2 jest wykonany w postaci tak zwanej blachy krzyżowej, to znaczy cienkiej blachy wyposażonej w ścianki wzmacniające o niedużej wysokości, przykładowo 02, - 1 mm, połączone między sobą w ten sposób, przykładowo poprzez spawanie, lub również włożone jedna w drugą, że przekrój poprzeczny promiennika podczerwieni, jak to przestawiono na fig. 1a, ma kształt krzyża. Na fig. 1 przedstawiono rozwiązanie, w którym promiennik podczerwieni włączony jest aerodynamicznie w strumień spalin turbiny 1 i w ten sposób ogranicza w małym zakresie ciąg turbiny. Ponadto, zarówno z fig. 1 jak i fig. 1a wynika, że promiennik podczerwieni 2 znajduje się wewnątrz strumienia spalin. Zatem promiennik podczerwieni 2 otoczony jest w całości gorącym strumieniem spalin, który go podgrzewa. Przy wykorzystaniu takiego promiennika podczerwieni 2, zapewnione jest, że promieniowanie podczerwone wysyłane jest, patrząc w kierunku lotu obiektu, zarówno w kierunku na boki, jak również do góry, jak i w dół.

Fig. 2 przedstawia układ pokazany na fig. 1 w dalszym, korzystnym przykładzie wykonania. Przy tym na promienniku podczerwieni 2 9804 zamocowany jest stabilizator płomienia 4. Za pomocą stabilizatora płomieni 4 możliwe jest wytwarzanie płomienia (nie przedstawiony), który miejscowo ogrzewa promiennik podczerwieni 2. W ten sposób można wpływać na temperaturę promiennika podczerwieni 2 a zatem indywidualnie na energię promieniowania podczerwonego. Stabilizator płomienia 4 może przy tym być usytuowany na promienniku podczerwieni 2 w pewnej odległości od turbiny 1. Zasilanie stabilizatora płomienia 4 może być realizowane przykładowo za pomocą odpornych na działanie temperatury przewodów zasilających 5, które prowadzą do wnętrza obiektu powietrznego. Dla uzyskania wnętrza obiektu powietrznego. Dla uzyskania płomienia w stabilizatorze płomienia 4, można wykorzystać przykładowo płynne paliwo silnikowe lub gazowe.

Fig. 3 przedstawia schematycznie boczny widok perspektywiczny fragmentu obiektu powietrznego według wynalazku w drugim przykładzie wykonania, ujawniając usytuowanie promiennika podczerwieni 2 w strumieniu spalin jednostki 1, wytwarzającej ciepło, przykładowo lotniczej turbiny gazowej. Turbina 1 i promiennik podczerwieni 2 usytuowane są osiowo w pewnej, z góry ustalonej odległości, od dziobu obiektu powietrznego 6. Turbina 1 połączona jest z kadłubem obiektu powietrznego 6 za pomocą stabilizatorów prętowych 7. Stabilizatory prętowe 7 mogą mieć kształt aerodynamiczny, tak, że podczas przelotu obiektu powietrznego stwarzają tylko niewielki opór przepływu.

Przy wylocie turbiny1 usytuowana jest zwykle dysza 3, przykładowo dysza pierścieniowa. Stożkowaty promiennik podczerwieni 2 jest z założenia zamocowany na dyszy 3. Spaliny pochodzące z turbiny 1 wypływają zatem z pierścieniowej dyszy 3 i są rozpraszane na boki przez stożkowaty promiennik podczerwieni 2 zależnie od kąta rozwarcia stożka, co powoduje, że dla obiektu powietrznego 6 pozostaje tylko wypadkowy ciąg. Równocześnie stożkowato ukształtowany korpus promiennika podczerwieni 2 podgrzewany jest strumieniem spalin. Spaliny omywają całą powierzchnię stożka promiennika podczerwieni 2 i zapobiegają w ten sposób wychłodzeniu promiennika podczerwieni 2 strugą opływającego powietrza, podczas działania obiektu powietrznego.

Promiennik podczerwieni 2, w tym przykładzie wykonania ma kształt stożka, zamocowanego na dziobie obiektu powietrznego 6. Istnieje jednak również możliwość zastosowania rozwiązania, w któPL 201 248 B1 rym dziób obiektu powietrznego 6 ma kształt stożka i tworzy promiennik podczerwieni 2. W obydwu przypadkach promiennik podczerwieni charakteryzuje się znikomym oporem przepływu.

Fig. 3a przedstawia schematycznie widok z przodu obiektu z fig. 3. Z tej figury rysunku wynika, że możliwe jest również takie rozwiązanie, w którym promieniowanie podczerwone skierowane jest również w kierunku do przodu, czyli zgodnie z kierunkiem lotu obiektu powietrznego 6. Promieniowanie podczerwone jest tylko w niewielkim stopniu ograniczone przez turbinę 1 i stabilizatory prętowe 7. Ponadto, promieniowanie podczerwone może również rozchodzić się w kierunku na boki, co jest uzależnione od wielkości kąta rozwarcia stożka.

Fig. 4 przedstawia widok boczny obiektu powietrznego według wynalazku, który przykładowo posiada promiennik podczerwieni 2a usytuowany na dziobie i promiennik podczerwieni 2b, usytuowany w tylnej części obiektu powietrznego.

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Obiekt powietrzny do symulacji celów powietrznych, przy wykorzystaniu promieniowania podczerwonego, wyposażony przynajmniej w jeden promiennik podczerwieni, znamienny tym, że promiennik podczerwieni (2) usytuowany jest wewnątrz strugi spalin jednostki (1), wytwarzającej ciepło, i strumień spalin obejmuje całą, zewnętrzną powierzchnię promiennika podczerwieni (2) narażoną na oddziaływanie strumienia powietrza.
2. 2. Obiekt według zastrz. 1, znamienny tym, że promiennik podczerwieni (2) stanowi element jednoczęściowy, i tym, że jest usytuowany wzdłuż linii rozszerzania się strumienia spalin i posiada przekrój poprzeczny o kształcie krzyża lub gwiazdy.
3. 3. Obiekt według zastrz. 2, znamienny tym, że promiennik podczerwieni (2) wyposażony jest w stabilizator płomienia (4) podgrzewający miejscowo promiennik podczerwieni (2).
4. 4. Obiekt według zastrz. 1, znamienny tym, że promiennik podczerwieni (2) stanowi element o kształcie stożka, i tym, że jest usytuowany wzdłuż linii rozszerzania się strumienia spalin.
5. 5. Obiekt według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4, znamienny tym, że promiennik podczerwieni (2) jest wykonany z jednego, lub wielu materiałów wytrzymałych na wysokie temperatury.
6. 6. Obiekt według zastrz. 5, znamienny tym, że powierzchnia zewnętrzna promiennika podczerwieni (2) charakteryzuje się wysokim stopniem emisji w spektralnym zakresie podczerwieni.
7. 7. Obiekt według zastrz. 5, znamienny tym, że powierzchnia zewnętrzna promiennika podczerwieni (2) pokryta jest warstwami materiałów, będącymi izolatorami elektrycznymi.
8. 8. Obiekt według zastrz. 1, znamienny tym, że jednostka (1) wytwarzająca ciepło zamocowana jest wraz z usytuowanym w strumieniu jej spalin promiennikiem podczerwieni (2), osiowo przed dziobem i/lub w tylnej części i/lub na powierzchniach nośnych obiektu powietrznego (6) i/lub na korpusie obiektu powietrznego.
9. 9. Obiekt według zastrz. 8, znamienny tym, że dziób obiektu powietrznego (6) ma kształt stożka lub zbliżony do stożka a zatem stanowi promiennik podczerwieni (2).
10. 10. Obiekt według zastrz. 8 albo 9, znamienny tym, że znajdująca się przed dziobem obiektu powietrznego (6), jednostka (1) wytwarzająca ciepło, jest zamocowana za pomocą stabilizatorów prętowych (7) na korpusie obiektu powietrznego (6).
11. 11. Obiekt według zastrz. 1 albo 8, znamienny tym, że wytwarzająca ciepło jednostka (1) jest jednostką napędową, korzystnie gazową turbiną lotniczą lub silnikiem spalinowym, lub palnikiem.
12. 12. Obiekt według zastrz. 11, znamienny tym, że obejmuje, co najmniej dwie jednostki (1) wytwarzające ciepło, usytuowane odpowiednio względem siebie i wytwarzające sumaryczny pęd wszystkich jednostek napędowych skierowany wzdłuż obiektu powietrznego (6).