DE69635449T2

DE69635449T2 - Mittel zum schutz vor strahlungsenergie

Info

Publication number: DE69635449T2
Application number: DE69635449T
Authority: DE
Inventors: Ghaleb Mohamed Yassin Alhamed
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-06-06
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2016-06-06
Also published as: US5788110A; HK1083822A1; EP1604908A2; EP1604908A3; EP0833779A1; DE69635449D1; EP0833779B1; EP1604908B1; DE69637070T2; DE69637070D1; WO1996039335A1; EP0833779A4

Description

Die Erfindung betrifft eine leichtgewichtige Sperre zum Schutz eines Gegenstands gegen einen fokussierten Strahl Strahlungsenergie.
GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Sperren oder Schutzschilde zum Schutz von Objekten gegen fokussierte Strahlen Strahlungsenergie. Die Erfindung findet insbesondere in einer Schlachtumgebung Anwendung, wo sie militärische Ausrüstungen gegen Zerstörung durch Laserwaffen schützt oder das Erfassen derselben durch reflektierte Radarwellen vereitelt.
Die gesamte Strahlungsenergie ist in Form von elektromagnetischen Wellen vorhanden. Die verschiedenen Formen von Strahlungsenergie werden nach ihren charakteristischen Wellenlängen kategorisiert. Somit sind die wichtigsten Arten von elektromagnetischer Energie mit steigender Wellenlänge: kosmische Strahlen, von Radium abgegebene Gammastrahlen, Röntgenstrahlen, UV-Strahlen, sichtbares Licht, Infrarot- bzw. Wärmewellen, Funkwellen und elektrische Wellen. All diese Formen von Strahlungsenergie wurden in der Industrie, der Medizin, dem Kommunikationswesen, der Kriegsführung und dgl. verwendet.
Obzwar natürliche Strahlungsenergiequellen ihre elektromagnetischen wellen in alle Richtungen aussenden, wurden beim Verfeinern und Verbessern der Leistung und des Nutzens dieser Energiequellen große Fortschritte dadurch erzielt, dass die Wellen in unidirektionale Strahlen fokussiert und die Energie auf einen einzigen kleinen zu behandelnden Bereich konzentriert wurden. Somit werden in der Lasertechnologie Lichtwellen verstärkt und zu einem Strahl fokussiert, der auf einen Punkt gebracht werden kann, der möglicherweise nicht mehr als ein Zehntausendstel Inch breit ist. Wird die Energie des Strahls auf einen derart kleinen Bereich konzentriert, so kann sie Temperaturen von über 10.000°F erzeugen. Auf diese Weise wird der Laser dazu verwendet, viele harte Werkstoffe zu schmelzen und zu verdampfen und viele Präzisionshandlungen, die mit der Behandlung extrem kleiner Bereiche einhergehen, durchzuführen. Aufgrund der ungewöhnlichen Eigenschaften von Laserlicht, ist der Laserstrahl ein nützliches Werkzeug in der Industrie, der Medizin, der Navigation und dem Kommunikationswesen.
Der Laser findet auch Anwendung im Militärbereich, wo die starke Hitze des Laserstrahls aus großer Entfernung verwendet werden kann, um Löcher in den Wänden von Kraftstofftanks in Fahrzeugen oder in anderen Fahrzeugbauteilen zu erzeugen bzw. um auf andere Weise Betriebssysteme außer Betrieb zu setzen. Die Kraftstofftanks in Flugzeugen gehören zu den Bereichen, die am Leichtesten angegriffen werden können. Aufgrund der Beschaffenheit des Flugzeugkraftstoffs liegt normalerweise im Ausdehnungsraum eines Kraftstofftanks eines Flugzeugs ein explosives bzw. brennbares Kraftstoff-Luft-Gemisch vor, so dass, wenn die unversehrten Wände des Kraftstofftanks durch einen Laserstrahl durchdrungen werden, das ausbrechende Feuer und die darauf folgende Explosion eine erhebliche und häufig fatale Zerstörung der Struktur nicht nur des Kraftstofftanks sondern auch des eigentlichen Flugzeugs verursachen können.
Lenkflugkörper sind eine Art Kriegswaffen, die aufgrund der mitgeführten, dem Antrieb dienenden Vorräte an flüssigem oder festem Kraftstoff besonders leicht abzufangen und zu zerstören sind. Alle Arten von Lenkflugkörpern, auch die Boden/Boden-, die Boden/Luft-, die Luft/Luft- und die Luft/Boden-Flugkörper sind für diese Art des Laserangriffs anfällig. Wird eine Luftabwehrvorrichtung in Form eines Laserstrahls auf einen Lenkflugkörper, insbesondere auf einen Lenkflugkörper mit außen angebrachten Kraftstofftanks, gerichtet, so wird durch das Durchbohren des Kraft stofftanks durch den Laserstrahl eine Explosion und die Zerstörung des Flugkörpers im Flug verursacht, so dass die teure Waffe versagt.
Die zerstörerische Wirkung eines Laserstrahlangriffs auf den Kraftstofftank eines Bodenkampffahrzeuges ist zwar anders geartet aber genauso zerstörerisch. Obwohl die Explosionsgefahr im Inneren des Kraftstofftanks eines Bodenfahrzeugs aufgrund der geringeren Tendenz von Dieselkraftstoff, ein explosives Kraftstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen, geringer ist, so befinden sich doch an Bord von Bodenkampffahrzeugen viele brennbare Materialien, unter anderem Kraftstoff, hydraulische Flüssigkeit und Munition. Eine ernsthafte Zerstörung in einem geborstenen Tank eines Bodenfahrzeugs ist das Brennen des sich außerhalb des Tanks ansammelnden Kraftstoffs. Birst ein Kraftstofftank aufgrund eines Laserstrahls, so läuft der darin enthaltene Kraftstoff aus und über die umliegenden Flächen, wo er dann durch die Energie des Laserstrahls oder durch die heißen umliegenden Flächen (Motor, Geschützverschluss, usw.) entzündet wird. Der brennende Kraftstoff entzündet den in die Umgebung ausgelaufenen Kraftstoff sowie den noch bevorrateten, und das Fahrzeug und seine Besatzung werden schnell von den Flammen verschlungen.
Radartechnologie ist ein weiteres Gebiet, auf dem die Nützlichkeit von Strahlungsenergie durch das Bündeln von elektromagnetischen Wellen in unidirektionale Strahlen verbessert wurde. Eine Radarvorrichtung erzeugt Funkwellenimpulse, die in einen unidirektionalen Strahl fokussiert werden, und das Echo des von einem entfernten Gegenstand zurückgeworfenen fokussierten Strahls wird dazu verwendet, die Entfernung und Richtung des Gegenstands zu berechnen. In vielen Anwendungen ist somit der Radar ein nützliches Werkzeug. Er wird zur Verkehrssteuerung und Navigation in der Luft- und Schifffahrt, zur Durchsetzung von Gesetzen, zur Wettervorhersage und für viele wissenschaftliche Zwecke wie zum Beispiel in der Astronomie, der Ozeanographie und dgl. verwendet.
Der Radar hat sich auch zu einem vielseitig einsetzbaren militärischen Instrument entwickelt. Bei der Abwehr tragen Frühwarn-Radarsysteme dazu bei, Überraschungsangriffe dadurch zu verhindern, dass sie herannahende feindliche Luft- oder ballistische Flugkörper erfassen. Er wird aber auch für bedeutsame Angriffszwecke verwendet. Feuerleitradare verfolgen ein Ziel und feuern Geschütze und Flugkörper wie zum Beispiel Raketen ab. Bomberflugzeuge mit radargesteuerten Bombenzielgeräten werfen in der Nacht bzw. bei schlechtem Wetter Bomben auf die Ziele ab. Besonders zerstörerische Granate oder Bomben sind mit Radar-Abstandszündern ausgestattet, mit denen die Bomben in der Luft in der Nähe eines designierten Ziels zum Explodieren gebracht werden.
Gleichzeitig mit der Entwicklung von fokussierten Strahlen Strahlungsenergie für militärische Zwecke, so zum Beispiel Laser und Radarstrahlen, entstanden ein Bedarf nach effizienten Abwehrmaßnahmen sowie ein Bestreben, derartige Gegenmaßnahmen zu entwickeln.
In der WO-A-93 08361 wird ein Kraftstofftank beschrieben, der gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vor einem Strahl Strahlungsenergie geschützt ist. Ein Fahrzeug, das gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 12 vor einem Strahl Strahlungsenergie geschützt ist, ist ebenfalls aus der WO-A-93 08361 bekannt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine weiterentwickelte Sperre bzw. ein weiterentwickeltes Schutzschild zu schaffen, das fokussierte Strahlen Strahlungsenergie wie zum Beispiel Laser- oder Radarstrahlen abhält.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ummantelte Objekte zu schaffen, welche vor den zerstörerischen Kräften von fokussierten Strahlen Strahlungsenergie, wie zum Beispiel Laser- oder Radarstrahlen, geschützt sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Objekte, wie zum Beispiel Kraftstofftanks, zu schaffen, welche nicht nur gegen Strahlenwaffen sondern auch vor der inneren Explosion des darin enthaltenen Kraftstoffs geschützt sind.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, Verfahren zu schaffen, mit denen die neue Sperre zum Schutz von Strukturen eingesetzt werden kann, welche ansonsten der Zerstörung durch die zerstörerischen Kräfte der fokussierten Strahlen Strahlungsenergie ausgesetzt sind.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Sperre zu schaffen, die extrem leicht, haltbar, einfach und kostengünstig herzustellen, leicht montierbar und relativ wartungsfrei ist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Um dies zu erzielen, ist der erfindungsgemäße Kraftstofftank durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 beanspruchten Merkmale gekennzeichnet, und die Erfindung stellt ein Fahrzeug gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 12 bereit.
Grundsätzlich weist die Sperre bzw. Sperrschicht des erfindungsgemäßen Kraftstofftanks bzw. Deckels des Fahrzeugs eine Schicht aus einem Nichteisenmetall auf, das bei Raumtemperatur ein Absorptionsvermögen von weniger als 3% und eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 100 W/m/K besitzt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung.
Dieser Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die fokussierten Strahlen Strahlungsenergie, wie zum Beispiel Laser- oder Radarstrahlen, wirksam entbündelt bzw. zerstreut werden können, wenn sie auf eine Sperrschicht treffen, die eine Schicht einer geschlitzten Streckfolie aus Metall wie zum Beispiel Aluminium, Kupfer oder Magnesium, bzw. deren Legierungen aufweist. Es hat sich herausgestellt, dass die Sperrschicht die fokussierten Strahlen wirksam derart vermischen kann, dass sie erfolgreich daran gehindert werden, ihren Zweck zu erfüllen.
Die erfindungsgemäße Sperrschicht ist in vielen Anwendungen zum Schutz vor fokussierten Strahlen Strahlungsenergie, wie sie für militärische oder andere unfreundliche zerstörerische Zwecke eingesetzt werden, nützlich. So ist sie wirkungsvoll einsetzbar, um die Wirksamkeit von Laserstrahlen, die dazu bestimmt sind, in Kraftstofftanks von verschiedenartigen Flugzeugen, Lenkflugkörpern, Bodenfahrzeugen und dgl. einzudringen und diese zum Explodieren zu bringen, zu neutralisieren bzw. um diesen Strahlen entgegenzuwirken. Sie ist auch wirkungsvoll zur Inaktivierung von Radarstrahlen einsetzbar, welche in Abwehrwarnsystemen zum Erfassen von Objekten und Personen verwendet werden, und ist ebenfalls wirkungsvoll gegen militärische Angriffsysteme, in denen der Radar in Bombenzielgeräten bzw. Radar-Abstandszündern verwendet wird oder der Zielverfolgung oder der Lenkung von Flugkörpern dient.
Obwohl die Erfindung dem Schutz gegen viele Arten von Strahlungsenergie dienen kann, wird sich folgende Beschreibung beispielhaft auf die Ablenkung und das Zerstreuen von Laserstrahlen beschränken. Was die Laser anbelangt, so stützt sich die Erfindung teilweise darauf, dass beschlossen wurde, die Streckmetallfolie aus einem Nicht eisenmetall, welches ein Absorptionsvermögen von weniger als 3% und eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als etwa 400 W/m/K besitzt, so zum Beispiel Aluminium, Magnesium und Kupfer, herzustellen. Obwohl geschlitzte und Streckfolien aus einer bestimmten Anzahl an Eisenmetallen wie zum Beispiel Stahl und aus anderen Werkstoffen wie zum Beispiel aus Akrylkunststoff und dgl. hergestellt sein können, bieten derartige Werkstoffe keinen Widerstand gegen die starke Hitze eines Laserstrahls und sind auch nicht in der Lage, die Einwirkung derselben zu verzögern. Eine möglicherweise aus derartigen Werkstoffen hergestellte Sperrschicht zur Ablenkung der Strahlen würde augenblicklich schmelzen und durchbohrt werden, bevor der Laserstrahl abgelenkt bzw. zerstreut werden kann. Es hat sich herausgestellt, dass, um eine Ablenkung durchzuführen, der Werkstoff der Sperrschicht in der Lage sein muss, dem Laserstrahl solange zu widerstehen, dass dieser eine Mindestzeit lang auf der Oberfläche des Werkstoffs verweilen kann, bevor er den Werkstoff zum Schmelzen bringt oder durchbohrt.
Der fokussierte Laserstrahl ist in der Lage, die meisten Metalle lokal zum Kochen zu bringen und dadurch zu durchbohren, wenn diese lange genug dem Laserstrahl ausgesetzt sind. Beim Erhitzen der Metalle steigt deren Absorptionsvermögen, so dass sie wirksamer erhitzt werden, was wiederum ihr Absorptionsvermögen steigert, und so weiter. Dieser Zyklus des Erhitzens/des gesteigerten Absorptionsvermögens/des Erhitzens führt zum augenblicklichen Schmelzen und Durchbohren des Metalls. Dieser Zyklus des Erhitzens/des gesteigerten Absorptionsvermögens/des Erhitzens ist in Werkstoffen, die sehr reflektierend sind (d.h. die ein sehr geringes Absorptionsvermögen besitzen), schwer einzurichten. Diese Nichteisenmetalle verbinden ein hohes Reflexionsvermögen (welches das Eindringen des Laserstrahls in den zu durchbohrenden Bereich verhindert) mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit (welche den zu durchbohren den Bereich wirksam abkühlt). Zu guter Letzt können sie zwar durch den Laserstrahl durchbohrt werden, dieser Vorgang ist aber wesentlich langsamer in jedem praktischen Leistungsbereich des Lasers. Demzufolge legen diese Werkstoffe eine Verweilzeit fest, die es ihnen erlaubt so lange standzuhalten, bis die abgewinkelten Flächen des Streckmetallgitters den fokussierten Laserstrahl tatsächlich abgelenkt bzw. zerstreut haben.
Es wurde festgelegt, dass, um den Widerstand gegen den Laserstrahl zu erzielen, der nötig ist, um ein wirksames Ablenkmittel zu sein, die Nichteisenmetalle ein Absorptionsvermögen von weniger als etwa 3% und eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als etwa 100 W/m/K besitzen sollten. Absorptionsvermögen (%) = 100 minus Reflexionsvermögen (%).
Daher wird eine leichtgewichtige Sperrschicht zum Schutz eines Objekts vor einem fokussierten Strahl Strahlungsenergie bereitgestellt, wobei diese Sperrschicht eine zwischen dem Objekt und dem Strahl eingesetzte Schicht einer geschlitzten Streckfolie aus einem Nichteisenmetall aufweist, das ein Absorptionsvermögen von weniger als etwa 3% und eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als etwa 100 W/m/K besitzt.
Nach einer im Folgenden beschriebenen Ausführungsform wird die Sperrschicht in Form einer Hülle oder einer Abdeckung um das zu schützende Fahrzeug gelegt. Die Sperrschicht kann aus einer oder mehreren Lagen geschlitzter Streckfolien aus Metall bestehen oder sie kann eine begrenzte Schicht von aus diesen Streckmetalllagen gebildeten ineinander verschachtelten Ellipsoiden sein. So kann zum Beispiel die Schicht von ineinander verschachtelten Ellipsoiden zwischen zwei Lagen geschlitzter Folien aus Streckmetall eingeschlossen sein. Nach einer anderen Ausführungsform ist die Erfindung ein Kraftstoffbehälter, der mit dieser Schicht geschlitzter Folie aus Streckmetall ummantelt ist und der dem Schutz vor Zerstörung durch Laserstrahlen dient und der auch zum Schutz vor einer inneren Explosion mit mehreren Teilen dieses aus Ellipsoiden gebildeten Streckmetallgitters gefüllt ist.
Nach einer anderen Ausführungsform ist eine Sperrschicht der eingangs genannten Art in die Außenhülle bzw. -haut eines Flugzeugs, eines Lenkkörpers, eines Bodenfahrzeugs und dgl. eingebaut, wobei diese Sperrschicht die Radarstrahlen zerstreut und somit die Erfassung durch den Radar verhindert oder die Zerstörung durch mit Radarstrahlen gelenkten Waffen vermeidet.
Nach der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform hat die Sperrschicht eine Porosität im Bereich zwischen 80 und 99% und eine spezifische Innenfläche von mehr als 250 Quadratfuß pro Kubikfuß. Diese offene Struktur der Ausbildung ermöglicht nicht nur in hochwirksamer Weise die Zerstreuung der Laser- bzw. Radarstrahlen sondern sie verleiht ihr auch bedeutende Flammenschutzeigenschaften zum zusätzlichen Schutz des abgeschirmten Gegenstands.
Die Verwendung der Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Schutz eines Gegenstands vor einem fokussierten Strahl Strahlungsenergie, wobei dieses Verfahren den Schritt umfasst, der darin besteht, zwischen dem Gegenstand und dem Strahl eine Schicht einer geschlitzten Streckfolie einzusetzen, welche aus einem Nichteisenmetall hergestellt ist, das ein Absorptionsvermögen von weniger als 3% und eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 100 W/m/K besitzt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Querschnitt durch die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Sperrschicht und zeigt die Verwendung von zwei Lagen eines Streckmetallgitters.
1-A ist ein Querschnitt durch die Sperrschicht und zeigt eine Schicht von Ellipsoiden, die zwischen zwei Lagen eines Streckmetallgitters eingeschlossen ist.
2 ist eine Sicht von oben auf eine Lage geschlitzter Metallfolie, die zum Erzielen des in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Streckmetallgitters durch Dehnen gestreckt werden kann.
Die 3 bis 6 sind Aufsichten des Streckmetallgitters und zeigen Änderungen in der Ausbildung desselben, wenn die geschlitzte Folie zur Öffnung des Streckmetallgitters ausgezogen wird.
7 ist eine perspektivische Ansicht und zeigt die ellipsoide Form aus Streckmetallgitter zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Seitenansicht eines an einem Außenträger eines Flugzeugs angebrachten Kraftstofftanks mit angebrachter erfindungsgemäßer Sperrschichtummantelung.
9 ist eine Stirnansicht eines an einem äußeren Träger angebrachten Kraftstofftanks mit angebrachter Sperrschichtummantelung im Querschnitt.
10 ist eine Stirnansicht eines an einem äußeren Träger angebrachten Kraftstofftanks mit außen angebrachter Sperrschichtummantelung im Querschnitt, wobei das Innere des Tanks mit Ellipsoiden zum Schutz gegen Explosion gefüllt ist.
11 ist eine perspektivische Ansicht und zeigt einen rechteckigen Kraftstofftank eines Bodenkampffahrzeugs mit eingesetzter erfindungsgemäßer Sperrschichtummantelung.
12 ist eine Seitenansicht des Kraftstofftanks nach 11 im Querschnitt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen 1 den grundlegenden Aufbau der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Sperrschicht zeigt, wobei die Sperrschicht 3 zwei Schichten 4 und 5 umfasst, die von aus einer Metallfolie hergestellten Streckmetalllagen gebildet sind.
1A zeigt den Aufbau der Ausführungsform, in der die Sperrschicht eine Schicht 6 aus ineinander verschachtelten Ellipsoiden 7 aufweist, welche zwischen Lagen 4 und 5 der Streckmetallfolie eingeschlossen ist. Auch wenn dies für die Erfindung nicht wesentlich ist, so ist es doch für bestimmte Zwecke wünschenswert, dass die Kanten der Lagen 4 und 5 zusammengefügt werden und an den Fugen 8 und 9 durch Nähte, Klammern oder ein anderes Befestigungsmittel verbunden werden. Die Sperre kann entsprechend der Ausbildung des Gegenstands, das sie schützen soll, eine quadratische, rechteckige, runde oder eine beliebige andere Form aufweisen.
Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung von lediglich zwei Schichten aus Streckmetallgitter, die durch eine einzige Kernschicht voneinander getrennt sind, beschränkt. Zusätzlich zu ihrem wirksamen Schutz gegen Laser- und Radarstrahlen, weist die Sperrschicht auch bedeutende Schockabsorptions- und Flammenschutzeigenschaften auf, wobei es zu diesem Zweck auch vorteilhaft sein kann, drei bzw. vier durch entsprechende Schichten von ineinander verschachtelten Ellipsoiden voneinander getrennte Lagen des Metallgitters zu verwenden. In manchen Umgebungen ist es auch nützlich, zwei bzw. mehrere Lagen Metallgitter zu verwenden, die in einer einzigen Schicht miteinander in Kontakt stehen.
Als Metall für das Metallgitter kann ein beliebiges Metall bzw. eine beliebige Metalllegierung verwendet werden, solange daraus eine Folie hergestellt werden kann und dieses Metall bzw. diese Metalllegierung nicht augenblicklich von einer Laserwaffe zum Schmelzen gebracht oder zerstört wird. Das heißt, dass das als geschlitzte Streckfolie ausgebildete Metall dem Laserstrahl ausreichend Widerstand bieten sollte, damit dieser mindestens so lange darauf verweilt, dass die vielen unorientierten Flächen des Metallnetzes den fokussierten Laserstrahl zerstreuen können und der Strahl somit seine starke Heizleistung verliert, bevor er die Oberfläche des Kraftstofftanks oder eines anderen zu schützenden Objekts erreicht. Geeignete Metalle sind die Nichteisenmetalle, die bei Umgebungstemperatur ein Absorptionsvermögen von weniger als 3% und eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 100 W/m/K besitzen. Diese Eigenschaften wurden festgelegt, um dem Laserstrahl das Einrichten des zum Schmelzen und Durchbohren des Metalls benötigten Zyklus von gesteigerter Hitze/gesteigerter Absorption zu erschweren, da die kleine Menge an Energie (< 3%), die bei Umgebungstemperaturen absorbiert wird, aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit (> 100 W/m/K) schnell von dem Bereich abgeleitet wird, in dem Laser und Werkstoff miteinander wechselwirken. Geeignete Metalle umfassen Aluminium, Magnesium und Kupfer sowie deren Legierungen untereinander sowie mit anderen Metallen wie zum Beispiel Zirkon, Zink, Strontium, Rn(Elektron), Silikon, Titan, Eisen, Mangan, Chrom bzw. mit Kombinationen dieser Metalle.
Aluminium ist ein besonders geeigneter Werkstoff, nicht nur wegen seinem im oben genannten Bereich liegenden Absorptionsvermögen (1–2%) bzw. seiner ebenfalls im oben genannten Bereich liegenden Wärmeleitfähigkeit (201 W/m/K), sondern auch weil er einen einzigen Oxidationszyklus besitzt, der dazu neigt, an der Oberfläche des Bereichs, in dem Laser und Werkstoff wechselwirken, eine undurchlässige Al₂O₃-Abdichtung zu erzeugen.
Das zur Herstellung der Ellipsoide 7 und der Lagen 4 und 5 eingesetzte Streckmetall wird dadurch gebildet, dass eine durchgehende Lage Metallfolie in einer speziellen Weise aufgeschlitzt wird und die geschlitzte Folie zu einem prismatischen Streckmetallgitter gedehnt wird, dessen Dicke im Wesentlichen größer ist als die Dicke der Folie. Bezugnehmend auf die Zeichnungen, zeigt 2 eine Lage Metallfolie 10, die mit für die vorliegende Erfindung geeigneten unterbrochenen Schlitzen versehen ist. Die Länge und Breite der Folie kann in Abhängigkeit von der Größe der herzustellenden Sperrschicht aus einer beliebigen Anzahl an praktischen Abmessungen ausgewählt werden.
Wie aus 2 deutlich hervorgeht, ist die Lage 10 mit unterbrochenen Schlitzen 11 versehen, die in parallel zueinander aber quer zur Längsabmessung der Folie 10 verlaufenden, von einander beabstandeten Reihen angeordnet sind. Die Schlitze 11 einer jeweiligen Reihe sind durch ungeschlitzte Abschnitte bzw. Stege 12 voneinander getrennt, und es wird darauf hingewiesen, dass die Schlitze 11 einer jeweiligen Reihe im Verhältnis zu den Schlitzen 11 in angrenzenden Reihen versetzt sind. In ähnlicher Weise sind die Stege 12 in einer jeweiligen Reihe im Verhältnis zu den Stegen 12 in angrenzenden Reihen versetzt. Die Schlitzreihen verlaufen im rechten Winkel zu den Längs kanten 13 und 13A der durchgehenden Lage aus Metallfolie. Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung der geschlitzten Metallfolie werden ausführlich in der US 5,095,597 vom 17. März 1992 und in der US 5,142,735 vom 1. September 1992 beschrieben.
Wenn die in 2 gezeigte geschlitzte Metallfolie durch Zug in Längsrichtung gedehnt wird, verwandelt sie sich in ein prismatisches Streckmetallgitter, das in der vorliegenden Erfindung als Elemente 4 und 5 verwendet werden kann. Beim Dehnen werden die waagerechten Flächen der Folie in eine senkrechte Position gehoben und nehmen somit eine wabenförmige Struktur an. Diese Umwandlung wird in den 3 bis 6 der Zeichnungen gezeigt. 3 zeigt die geschlitzte Metallfolie 10 vor dem Dehnen. Wird in Richtung des Pfeils 15 ein Längszug ausgeübt, so beginnen die Schlitze 11 sich zu öffnen und werden zu Augen 16, so dass das Produkt das in 4 gezeigte Aussehen erhält. Wird mehr Zug ausgeübt, so öffnen sich die Schlitze weiter, und das Produkt weitet sich zu der in 5 gezeigten wabenförmigen, prismatischen Form aus. Wird weiterer Zug ausgeübt, so erreicht die Ausbildung ihren gewünschten Endpunkt, siehe hierzu 6. Die in den 3 bis 6 dargestellte Umwandlung wird von einer Zunahme der Dicke des Produkts begleitet, wobei die endgültige Dicke des wabenförmigen Produkts etwa zweimal den Wert des Raums 14 zwischen den jeweiligen Schlitzreihen beträgt. Jedes Auge der Streckfolienlage hat eine drei-dimensionale Struktur mit acht Eckpunkten.
Die Ellipsoide 7 werden dadurch hergestellt, dass die Lagen aus Streckmetallgitter 4 bzw. 5 in kleine Abschnitte geschnitten werden, die dann mechanisch zu kleinen Ellipsoiden geformt werden, wie dies in 7 dargestellt ist. Im Allgemeinen haben die Ellipsoide 7 einen kurzen Durchmesser im Bereich zwischen 20 und 40 mm; und einen langen Durchmesser im Bereich zwischen 30 und 60 mm, wobei der Abstand zwischen den Brennpunkten etwa zwei Drittel des langen Durchmessers des Ellipsoids beträgt. Aufgrund ihrer ellipsoiden Form können sie, wenn sie in eine begrenzte Position gebracht werden, eng ineinander verschachtelt werden, so dass sie die gesamte Oberfläche ausfüllen können und keine Lücke bieten, durch die Flammen oder Strahlen hindurch dringen können. Eine Vorrichtung zur Herstellung dieser Ellipsoide ist in der US 5, 207, 756 vom 4. Mai 1993 eingehend beschrieben.
Zur Verwendung der erfindungsgemäßen Sperrschicht sollte die Dicke der zur Herstellung des Metallgitters verwendeten Folie im Bereich zwischen 0,028 und 1,0 mm liegen, wobei eine Dicke von zwischen 0,2 und 1,0 mm bevorzugt wird. Die Länge eines jeden Schlitzes 11 beträgt zwischen 1 und 2,5 cm und die ungeschlitzten Abschnitte bzw. Stege 12 zwischen den jeweiligen Schlitzen haben eine Länge von zwischen 2 und 6 mm. Der Abstand 14 zwischen den Schlitzreihen kann variiert werden, liegt aber in der Regel zwischen 1 und 4 mm, so dass die Dicke des erzielten Streckmetallgitters normalerweise zwischen 2 und 8 mm liegt. Bevorzugt liegt der Abstand 14 bei 2 bis 4 mm.
Die 8 und 9 stellen eine Ausführungsform dar, in der die erfindungsgemäße Sperrschicht in der Form einer Ummantelung um einen an einem Außenträger eines Kampfflugzeuges montierten Kraftstofftank 18 angebracht ist. In Flugzeugen wird der Kraftstoff an jeder verfügbaren Stelle gelagert, wobei die Flügelbereiche und der hintere Rumpf die Hauptstellen sind. In der gezeigten Ausführungsform besteht die Sperrschicht 3 aus zwei Lagen 4 und 5 Streckmetallfolie, die zwischen sich eine Schicht 6 Ellipsoide 7 einschließen. Wird diese Sperrschicht in Form einer Ummantelung in der dargestellten Weise um den Kraftstofftank gelegt, so werden von der Ferne auf den Tank gerichtete feindliche Laserstrahlen zerstreut und der Kraftstofftank bleibt unversehrt.
10 stellt eine Ausführungsform dar, in welcher der an einem Außenträger eines Flugzeuges montierte Kraftstofftank nicht nur mit einer äußeren Ummantelung, wie in den 8 und 9, sondern auch mit einer Innenfüllung aus Metallgitterellipsoiden versehen ist. Die Innenfüllung übt eine doppelte Funktion aus, indem sie nicht nur die laserzerstreuende Wirkung der äußeren Sperrschichthülle ergänzt und verstärkt sondern auch als „passiv Inertierendes" System wirkt, das die Entzündung und Explosion des in dem Tank enthaltenen Kraftstoffs verhindert. In einem derart vollständig gefüllten Tank nehmen die Ellipsoide lediglich etwa 0,4 bis 1,1% des Tankvolumens ein, so dass der Tank immer noch ein Kraftstoff-Fassungsvermögen von 98,9 bis 99,6% besitzt. Eine derartige Anordnung schließt die Möglichkeit einer Entzündung und Explosion des in dem Tank enthaltenen Kraftstoffs durch einen Funken oder ein Projektil aus, weil die Metallgitterellipsoide mit ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit (spezifischer Volumenwiderstand von < 50 Ohm/m) die Hitze des Funkens unmittelbar von dem in dem Tank vorhandenen Gemisch aus Kraftstoffdampf/Sauerstoff abführen.
Obwohl dieses passive Inertieren von Kraftstofftanks mit anderen Werkstoffen, beispielsweise mit vernetztem Kunststoffschaum oder mit Aluminiumnetzkugeln oder -klumpen, getestet wurde, liefern die erfindungsgemäßen Ellipsoide aufgrund ihrer hohen spezifischen inneren Oberfläche und Porosität und aufgrund ihrer ellipsoiden Form einen außergewöhnlich wirksamen Kraftstofftank-Füllstoff, der ausgezeichnete Eigenschaften aufweist, wenn es um Flammenschutz, elektrische Leitfähigkeit, hydrolytische und thermische Festigkeit, hydraulischen Staudruck, Überdruckreduzierung, Korrosionsschutz und Schutz gegen Verschmutzung sowie Widerstand gegen Verdichtung geht. 10 stellt daher eine Ausführungsform dar, in der ein Kraftstofftank eines Flugzeugs sowohl außen als auch innen gegen feindliche Laserstrahlen und innen auch gegen Explosion durch durch dringende Projektile oder Funken oder gegen Entzünden durch andere Quellen geschützt ist.
Die 11 und 12 stellen eine Ausführungsform dar, in der die erfindungsgemäße Sperrschicht an einem der Kraftstofftanks eines Bodenkampffahrzeugs angebracht ist. Bodenfahrzeuge, wie sie vom Militär verwendet werden, verwenden verschiedene Arten von Kraftstofftanks, die aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind, so zum Beispiel aus gegossenem Kunststoff, aus gegossenem Aluminium, aus gegossenem Stahl und dgl. Die Tankserie M1 Abrams zum Beispiel verwendet sechs Kraftstofftanks aus gegossenem Kunststoff (Polyethylen), und zwar zwei beidseitig des Motors angebrachte Haupttanks, zwei Tanks an den Schwimmerstummeln und zwei Nebentanks, welche alle durch einen fokussierten Laserstrahl zerstört werden können. In der gezeigten Ausführungsform, die einen dieser Kraftstofftanks 17 verwendet, besteht die Sperrschicht 3 aus zwei Schichten 4 und 5 aus Streckmetallfolie, die zwischen sich eine Schicht 6 Ellipsoide 7 einschließen. Wird diese Sperrschicht, wie dargestellt, in Form einer Ummantelung um den Kraftstofftank gelegt, so werden aus der Ferne auf den Tank gerichtete feindliche Laserstrahlen zerstreut, und der Kraftstofftank bleibt unversehrt.
Eine andere Art eines fokussierten Strahls Strahlungsenergie, gegen den die vorliegende Erfindung Schutz bieten kann, ist der Radarstrahl. Wie eingangs angegeben, wird der Radar in Frühwarn-Radarsystemen verwendet, die feindliche Flugzeuge oder ballistische Flugkörper erfassen und somit dazu beitragen, Überraschungsangriffe zu verhindern. Radarsysteme werden auch dazu verwendet, Ziele zu verfolgen und Geschütze und Flugkörper wie zum Beispiel Raketen abzufeuern. Bomberflugzeuge mit radargesteuerten Bombenzielgeräten werfen in der Nacht bzw. bei schlechtem Wetter Bomben auf die Ziele ab. Besonders zerstörerische Granate oder Bomben sind mit Radar-Abstandszündern ausgestattet, mit denen die Bomben in der Luft in der Nähe eines designierten Ziels zum Explodieren gebracht werden. Radarschutz kann dadurch erzielt werden, dass die erfindungsgemäße Sperrschicht in die Außenhülle bzw. -haut des Flugzeugs, des Bodenfahrzeugs oder eines anderen Fahrzeugs eingebaut wird, wobei diese Sperrschicht die feindlichen Radarstrahlen zerstreut und somit die Erfassbarkeit des Fahrzeugs reduziert oder beseitigt und dabei die oben genannten Radarsystemtypen außer Betrieb setzt.
Da Radarstrahlen, um leistungsfähig zu sein, nicht von der Erzeugung von Hitze abhängig sind, ist es hier nicht erforderlich, das Streckmetallnetz aus einem Metall herzustellen, das das geringe Absorptionsvermögen und die hohe Wärmeleitfähigkeit, die zur Zerstreuung von Laserstrahlen notwendig sind, besitzt. Derartige Metalle in einer Sperrschicht für die Außenhülle bzw. -haut von Fahrzeugen oder anderen Objekten sind aber dann nützlich, wenn der Schutz sowohl gegen Laserstrahlen als auch gegen Radarstrahlen gerichtet sein soll.
Der Schutz gegen Laser- und Radarstrahlen, den die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Sperrschichten bieten, wird erzielt, ohne dass dem Fahrzeug oder einem anderen Objekt bedeutend mehr Gewicht hinzugefügt wird. Das leichte Gewicht der in der Erfindung verwendeten Sperrschichtkissen wird aus der folgenden Tabelle ersichtlich, in der die Abmessungen, das Gewicht und die Porosität von repräsentativen Sperrschichtkissen im Rahmen der Erfindung angegeben werden:
TABELLE 1
LEGENDE:

Min

= Minimum

Med

= Mittel

Max

= Maximum

-x

= Anzahl an Bauteilen

FM

= Feinmaschiges Metall

EF

= Streckfolie

EL

= Ellipsoide

FG

= Glasfaser

Ein Merkmal der Erfindung kann sein, dass die Sperrschichtkissen eine sehr hohe Porosität besitzen, die es ihnen ermöglicht, wirksam fokussierte Strahlen Strahlungsenergie zu zerstreuen, ohne dabei ihre Wirksamkeit in anderen Funktionen wie zum Beispiel der Schockabsorption und dem Flammenschutz zu verlieren. Zum Zwecke der vorliegenden Erfindung sollten die schichtförmigen Kissen eine Porosität im Bereich von 80% bis 99% aufweisen. Wie in Tabelle 1 angegeben, wird eine Porosität von etwa 96% bis 99% bevorzugt.
Die einzige offene Netzwerkstruktur der in der Erfindung verwendeten Sperrschichten weist den zusätzlichen Nutzen auf, das eine sehr hohe spezifische Innenfläche geschaffen wird, die es den Kissen ermöglicht, als wirkungsvoller Flammenschutz zu dienen, ohne dass dabei ihre Fähigkeit, vor Laser- bzw. Radarstrahlen zu schützen, beeinträchtigt würde. Kissen, wie sie in der oben angegebenen Tabelle 1 dargestellt wurden, haben spezifische Innenflächen in der Nähe von 1050 m² pro m³ (320 Quadratfuß pro Kubikfuß), welche diese als Flammenschutz für im Wesentlichen alle Klassen von Kraftstoffen bzw. entzündbaren Dämpfen qualifiziert. Zum Zweck der vorliegenden Erfindung sollten die Sperrschichtkissen eine spezifische Innenfläche von mindestens 820 m² pro m³ (250 Quadratfuß pro Kubikfuß) aufweisen. In der erfindungsgemäßen Praxis können spezifische Innenflächen erzielt werden, welche größer als 1050 m² pro m³ (320 Quadratfuß pro Kubikfuß) sind, wobei jedoch für die meisten praktischen Zwecke derart größere Flächen nicht erforderlich sind.
Aufgrund ihrer oben erwähnten einzigartigen Eigenschaften und Merkmale sind die erfindungsgemäßen Sperrschichtkissen nicht nur wirksam bei der Zerstreuung von Strahlen Strahlungsenergie wie zum Beispiel Laserstrahlen, Radarstrahlen, elektromagnetischen Funkwellen und dgl., sondern sie bieten auch Flammenschutz und schützen die ummantelten Objekte der Erfindung gegen den Explosionsschock.

Claims

Kraftstofftank (17, 18), welcher gegen einen Strahl Strahlungsenergie geschützt ist, wobei der Kraftstofftank (17, 18) einen Behälter für den Kraftstoff und eine den Behälter umgebende Sperrschicht (3) aufweist, wobei die Sperrschicht (3) eine Schicht (4, 5, 6) einer geschlitzten Streckfolie (10) aus einem Nichteisenmetall aufweist, die bei Raumtemperatur ein Absorptionsvermögen von weniger als 3% und eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 100 W/m/K besitzt, wodurch der Kraftstofftank (17, 18) gegen die zerstörerischen Strahlen einer Laserwaffe geschützt wird.
Kraftstofftank (17, 18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nichteisenmetall Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.
Kraftstofftank (17, 18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nichteisenmetall Magnesium oder eine Magnesiumlegierung ist.
Kraftstofftank (17, 18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nichteisenmetall Kupfer oder eine Kupferlegierung ist.
Kraftstofftank (17, 18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (4, 5, 6) eine Porosität im Bereich von 80 bis 99% und eine spezifische innere Oberfläche von über 820 m² pro m³ (250 Quadratfuß pro Kubikfuß) besitzt.
Kraftstofftank (17, 18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (4, 5, 6) mehrere Lagen (4, 5) der Streckmetallfolie (10) aufweist.
Kraftstofftank (17, 18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (4, 5, 6) eine begrenzte Schicht (6) von aus diesen Streckmetalllagen (10) gebildeten ineinander verschachtelten Ellipsoiden (7) aufweist.
Kraftstofftank (17, 18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter zur Zerstreuung der fokussierten Strahlen der Strahlungsenergie mit mehreren Teilen dieses aus Ellipsoiden (7) gebildeten Streckmetallgitters (10) gefüllt ist.
Kraftstofftank (17, 18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstofftank (17, 18) der Kraftstofftank (18) eines Flugzeugs ist.
Kraftstofftank (17, 18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstofftank (17, 18) der Kraftstofftank (18) eines Lenkflugkörpers ist.
Kraftstofftank (17, 18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstofftank (17, 18) der Kraftstofftank (18) eines Bodenfahrzeugs ist.
Fahrzeug, das gegen einen fokussierten Strahl Strahlungsenergie geschützt ist, wobei das Fahrzeug zum Schutz vor Erfassen desselben durch umgeleitete Radarwellen mit einer nichteisenhaltigen Schicht (4, 5, 6) aus einer geschlitzten Streckmetallfolie (10) bedeckt ist, wobei die Schicht (4, 5, 6) aus einem Nichteisenmetall hergestellt ist, das bei Raumtemperatur ein Absorptionsvermögen von weniger als 3% und eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 100 W/m/K besitzt, wodurch die Radarwellen zerstreut werden und echtes Echo daran gehindert wird, zurückgeworfen zu werden.
Fahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Nichteisenmetall Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.
Fahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Nichteisenmetall Kupfer oder eine Kupferlegierung ist.
Fahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Nichteisenmetall Magnesium oder eine Magnesiumlegierung ist.
Fahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Luftfahrzeug ist.
Fahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Bodenfahrzeug ist.