DE69619153T2

DE69619153T2 - Verbundwerkstoffstruktur, fähig zur Absorption und Dissipation von auffallender elektromagnetischer Strahlungsenergie, insbesondere für Luft-, See- und Landfahrzeuge und für feste Bodeneinrichtungen

Info

Publication number: DE69619153T2
Application number: DE69619153T
Authority: DE
Inventors: Roberto Sgherri; Stefano Simonini
Original assignee: Finmeccanica SpA
Current assignee: Oto Melara SpA
Priority date: 1995-05-12
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2016-03-16
Also published as: ATE213202T1; ITMI950970A0; DE69619153D1; EP0742095A3; SI0742095T1; IT1274492B; PT742095E; EP0742095B1; ITMI950970A1; DK0742095T3; EP0742095A2; ES2171603T3

Description

Diese Erfindung betrifft eine Verbundwerkstoffstruktur gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, die in der Lage ist, eine elektromagnetische Strahlungsenergie zu absorbieren und zu dissipieren bzw. zu zerstreuen. Sie wird hauptsächlich zur Verkleidung von Luft-, See- und Landfahrzeugen verwendet sowie für feste Bodeneinrichtungen, um deren Identifizierung mittels Radar zu verhindern. Wie allgemein bekannt ist, beruht der Radarbetrieb auf der Tatsache, dass eine elektromagnetische Strahlung, die von einer Quelle ausgesendet wird, auf getroffenen · Objekten eine Reflexion erfährt.
Die Gründe für eine solche Reflexion liegen für gewöhnlich in der Geometrie des Objekts und in Beugungs- und Diffusionseffekten, die von dessen Form, dessen Umriss, jeglichen Diskontinuitäten und schließlich von dem für dessen Aufbau verwendeten Materialtyp herrühren. Um die Leistung bzw. Energie der von dem Objekt reflektierten Strahlung zu begrenzen und um folglich das Objekt für Radar unsichtbar zu machen, ist es deshalb erforderlich, die Geometrie des Objekts und dessen Herstellungsmaterial geeignet zu wählen, unter Berücksichtigung der Tatsache, dass in jedem Fall für die Funktionalität des Objekts ein Kompromiss gefunden werden muss, das stets betreibbar und strukturell stabil sein muss. Augenblick verwendete Strukturen bestehen aus Mehrfachschichten (Verbundwerkstoffen) von variabler Dicke, Anzahl von Schichten und Gesamtgewicht. Diese Parameter hängen von den vom Radar ausgestrahlten Radarfrequenzen ab, für die das Objekt im Wesentlichen unsichtbar bleiben soll.
Solche Strukturen sind beispielsweise in US 4,606,848 und US 5,003,311 offenbart, die eine Verbundwerkstoffstruktur gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 offenbaren, und bestehen für gewöhnlich aus einer äußeren Farbschicht, der innere dielektrische Schichten folgen (die aus Kevlar, Glasgewebe, Polyesterfasern, Epoxy- und Phenolharzen, Kunststoffen, Polyurethan- und Polyacrylimidschäumen oder Balsaholz gebildet sind), die sich mit absorbierendem und dissipierendem Material abwechseln, und aus einer Abschlussschicht, die in der Lage ist, elektromagnetische Strahlung so gut wie möglich zu reflektieren (die für gewöhnlich aus einem Kohlefasergewebe, metallisierten Geweben, leitfähigen Farben oder einer metallischen Folie besteht).
Die absorbierenden Materialschichten sind aus Kunstharzen, Kunststoffen oder Polyurethanschäumen gebildet, die mit leitenden Materialien (Ferrit-, Graphit- oder Metallpulvern) vermischt sind. Die Kunstharze, Kunststoffe oder Schäume ermöglichen, dass dünne Schichten aus absorbierendem Material gewalzt werden können (von 0,1 mm bis 3-4 cm), haben jedoch keine beachtenswerten elektromagnetischen Eigenschaften, weil sie dielektrische Materialien mit im Wesentlichen keinen dielektrischen Verlusten oder dielektrischer Leitfähigkeit darstellen. Im Gegensatz dazu, haben die leitenden Materialien (die so genannten "aktiven Substanzen") strukturelle Eigenschaften, so dass diese in sich eine starke Absorption von elektromagnetischer Strahlungsenergie und eine Ableitung in Form von Wärme bewirken. Gegenwärtig bekannten Strukturen erfüllen jedoch nur einige der elektromagnetischen und/oder mechanischen Eigenschaften für einen Einsatz. In diesem Zusammenhang bieten absorbierende Materialien, die beispielsweise für einen Einsatz in Messlabors oder reflexionsfreien Kammern entwickelt und konstruiert sind, einen breiten Frequenzbereich ("Dämpfungsband") dar, innerhalb von dem die elektromagnetische Strahlungsenergie gedämpft bzw. abgeschwächt wird (mehr als eine Oktave innerhalb des Frequenzbereichs von 1 bis 20 GHz), sowie eine beträchtliche Absorption innerhalb des Dämpfungsbands (mehr als 20 dB für horizontale und vertikale Polarisation), bieten jedoch begrenzte Eigenschaften unter mechanischen Gesichtspunkten hinsichtlich Gewicht, großer Dicke, geringer Zugfestigkeit und Brüchigkeit. Wiederum sind Materialien für einen militärischen Einsatz, für den gute strukturelle Eigenschaften benötigt werden, durch eine begrenzte Leistungsfähigkeit hinsichtlich der elektromagnetischen Eigenschaften gekennzeichnet, wie beispielsweise dem Dämpfungsband (der Frequenzbereich ist auf eine Oktave beschränkt) und der Absorption von elektromagnetischer Strahlungsenergie innerhalb des Dämpfungsbands (beschränkt auf 13 dB).
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbundwerkstoffstruktur zu schaffen, die in der Lage ist, die einfallende elektromagnetische Strahlungsenergie zu absorbieren und zu dissipieren bzw. zu zerstreuen, welche die vorgenannten Nachteile vermeidet, das heißt eine absorbierende Materialschicht bereitzustellen, die innerhalb der Struktur positioniert ist, welche die beachtlichen elektromagnetischen Eigenschaften ergibt, und gleichzeitig mechanische Eigenschaften, die besser sind als diejenigen von bekannten Strukturen, um so zu ermöglichen, dass diese in Umgebungen eingesetzt werden kann, in der eine beträchtliche strukturelle Steifheit benötigt wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbundwerkstoffstruktur zu schaffen, die in der Lage ist, einfallende elektromagnetische Strahlungsenergie zu absorbieren und zu dissipieren, welche sowohl für zivile als auch für militärische Zwecke verwendet werden kann und welche aktuelle nationale und internationale Normen für deren Einsatzzwecke erfüllt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbundwerkstoffstruktur zu schaffen, die in der Lage ist, die äußere Verkleidung eines Objekts zu bilden und folglich als solche von der Außenseite her bemalt werden kann, von einem einfachen und kostengünstigen Aufbau ist und nicht den Einsatz von komplexen und besonders kostspieligen Techniken erfordert.
Diese und weitere Aufgaben werden durch eine Verbundwerkstoffstruktur gelöst, die in der Lage ist, einfallende elektromagnetische Strahlungsenergie zu absorbieren und zu dissipieren bzw. zu zerstreuen, zum Einsatz beispielsweise auf Luft-, See- oder Landfahrzeugen oder auf festen Bodeneinrichtungen, und zwar entsprechend Patentanspruch 1.
Vorteilhaft verwendet die Verbundwerkstoffstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von überlagerten Schichten aus absorbierendem Material, um so die elektromagnetischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften der gesamten Struktur im Vergleich zum Stand der Technik zu verbessern. Zwischen einer Schicht und der nächsten ist eine zusätzliche Schicht vorgesehen, die aus einem dielektrischen Material gebildet ist. Insbesondere ermöglicht die Verwendung von Kohlefaser-Dipolen, die in ein dielektrisches Material mit einer im Wesentlichen verschwindenden Leitfähigkeit (Kunstharz, Kunststoff, Polyurethanschaum) eingetaucht sind, dass dünne Schichten aus absorbierendem Material gewalzt werden können (mit daraus resultierenden Vorteilen hinsichtlich räumlicher Einschränkungen, Dünne der Struktur, niedrigen Herstellungskosten), die elektromagnetische Eigenschaften besitzen, um so eine Dissipierung bzw. einen Verlust von Strahlungsenergie zu bewirken, der größer ist und innerhalb eines breiteren Frequenzbereichs liegt als bei Strukturen, die bisher verwendet wurden, und die zugleich mechanische Eigenschaften besitzen, die spezifisch für die spezielle Anwendung sind, wie beispielsweise Härte der Außenoberfläche der Struktur, Leichtigkeit, Zugfestigkeit, Biegefestigkeit und beachtliche Elastizität.
Die Verwendung der Struktur in Außenumgebungen (Luftfahrzeugstrukturen, Teilen von Schiffen und U-Booten, Marinepanzerungen, Schutzsystemen, Containern, Abschussvorrichtungen, gepanzerten Fahrzeugen, Gefechtstürmen, Antermenmasten) oder in Innenumgebungen (reflexionsfreien Kammern, Messlabors) bestätigt ihre Vielseitigkeit im Einsatz sowohl auf zivilen als auch militärischen Gebieten; außerdem ist diese ausgelegt, um nationale und internationale Normen, die augenblicklich auf diesen Gebieten existieren, zu erfüllen, welche sich auf Grenzwerte für die Exposition des menschlichen Körpers mit elektromagnetischer Strahlung, auf physikalische und elektromagnetische Eigenschaften, die für Ihre Verwendung in Polizei- und Zoll- und Übungsfahrzeugen erforderlich sind, sowie auf Grenzwerte für den ballistischen Schutz beziehen, wenn die Struktur in einem Waffenmaterial verwendet wird.
Schließlich macht es ihre Kompatibilität mit speziellen Anwendungsumgebungen leicht, sie in bereits bestehende Strukturen zu installieren und zu integrieren. Beispielsweise erlaubt die Möglichkeit, sehr dünne Schichten zu bilden, und die Tatsache, dass die äußerste Schicht der resultierenden Struktur bemalt werden kann, dass diese ohne weiteres in Raketen, Schiffen, Fahrzeugen oder deren Teilen einfach dadurch eingebaut werden kann, dass diese auf diesen angebracht oder aufgeklebt wird.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus deren nachfolgender Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden, die in nicht beschränkender Weise zur Verfügung gestellt werden und worin:
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht eines Abschnittes einer ersten Ausführungsform (mittels eines nicht beschränkenden Beispiels) der Verbundmaterialstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 eine schematische Ansicht von einer der Kohlefaser-Dipolkomponenten der Schicht aus absorbierendem und dissipierendem Material der Struktur gemäß der Fig. 1 darstellt;
Fig. 3 eine kartesische Kurve darstellt, die schematisch den Realteil der Dielektrizitätskonstanten aufgetragen gegen die Frequenz einfallender elektromagnetischer Strahlung für eine erste absorbierende und dissipierende Materialschicht gemäß einer zweiten Ausführungsform (anhand eines nicht beschränkenden Beispiels) der Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 4 eine kartesische Kurve darstellt, die schematisch den Imaginärteil der Dielektrizitätskonstanten aufgetragen gegen die Frequenz der einfallenden elektromagnetischen Strahlung für die erste absorbierende und dissipierende Materialschicht dieser Ausführungsform der in Fig. 3 gezeigten Struktur zeigt;
Fig. 5 eine kartesische Kurve darstellt, die schematisch den Realteil der Dielektrizitätskonstanten aufgetragen gegen die Frequenz von einfallender elektromagnetischer Strahlung für eine zweite absorbierende und dissipierende Materialschicht dieser Ausführungsform der in Fig. 3 gezeigten Struktur zeigt;
Fig. 6 eine kartesische Kurve darstellt, die schematisch den Imaginärteil der Dielektrizitätskonstanten aufgetragen gegen die Frequenz einfallender elektromagnetischer Strahlung für die zweite absorbierende und dissipierende Materialschicht dieser Ausführungsform der in Fig. 3 gezeigten Struktur zeigt;
Fig. 7 eine kartesische Kurve darstellt, die schematisch die Reflektivität (das Verhältnis von reflektierter elektromagnetischer Energie zu einfallender elektromagnetischer Energie) für diese Ausführungsform det in Fig. 3 gezeigten Struktur zeigt, aufgetragen gegen die Frequenz einfallender elektromagnetischer Energie.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 die äußerste Schicht der Verbundwerkstoffstruktur, die für gewöhnlich bemalt ist. Die Bezugszeichen 11, 11A, 11B bezeichnen drei dielektrische Materialschichten, die aus einem Aramidfasergewebe (KevlarTM), Glas, Epoxidharzen, Gummi oder isolierenden Schäumen gebildet sind, die sich mit zwei absorbierenden und dissipierenden bzw. zerstreuenden Materialschichten, die mit 12, 12A bezeichnet sind, abwechseln, welche aus Kunstharzen, Kunststoffen oder isolierenden Schäumen vermischt mit einer variablen Menge an Kohlefaser-Dipolen gebildet sind. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine elektrisch leitende Materialschicht, die elektromagnetische Strahlung reflektiert und eine Struktur aufweist, die spezifisch für den speziellen Einsatztyp ist. Diese ist aus einem Kohlefaserstoff, einem mit Nickel beschichteten Polyesterstoff, metallisierten Stoffen, leitfähigen Farben oder Metallfolie gebildet. Eine geeignete Menge an Epoxidharz wird als Klebstoff zwischen den Schichten verwendet.
Die gesamte Dicke der Struktur, die mit H bezeichnet wird, ist durch die Summe der Dicken von jeder Verbundmaterialschicht gegeben und wird auf der Grundlage ihrer Verwendung und des Frequenzbereichs der einfallenden Strahlung gewählt, in welchem das Objekt unsichtbar sein soll. Sie variiert für gewöhnlich zwischen 1 mm und 100 mm. Die Anzahl, die Dicke und die Reihenfolge der Schichten aus dielektrischem Material 11, 11A, 11B und der Schichten aus absorbierendem und dissipierendem Material 12, 12A (alle jeweils überlagert und alternierend angeordnet) stellen Parameter dar, die wiederum von der bezweckten Verwendung für die Struktur und von dem Frequenzbereich der emittierten elektromagnetischen Strahlung abhängen, in welchem das Objekt nicht entdeckt werden soll.
Bezugnehmend auf die Fig. 2, bezeichnet L die Länge eines Kohlefaser-Dipols und bezeichnet D den Basisdurchmesser des Dipols. Die in Betracht kommenden Dipole liegen in der Form von zylindrischen Kohlefaserstangen vor und sind Bestandteile von jeder absorbierenden und dissipierenden Schicht 12, 12A der Struktur, in einer Mischung mit anderen dielektrischen Substanzen.
Die Anzahl von Dipolen hängt auch von der bezweckten Verwendung der Struktur und von dem Frequenzbereich der einfallenden elektromagnetischen Strahlung ab, in dem das Objekt unsichtbar sein soll. Die Länge von jedem Dipol variiert von einem Minimum von 1 mm bis 15 mm, während sein Basisdurchmesser zwischen 0,1 um und 20 um variiert. Das Gewicht der Dipole pro Quadratmeter absorbierender und dissipierender Schichten 12, 12A beträgt in jedem Fall weniger als 2 g. Die Länge der Dipole, deren Basisdurchmesser und deren Gewicht pro Quadratmeter absorbierender und dissipierender Schicht 12, 12A stellen variable Parameter dar, die die elektrischen und elektromagnetischen Eigenschaften der Struktur beeinflussen, weil jegliche Veränderung von diesen die Dielektrizitätskonstante beeinflusst, die die absorbierende und dissipierende Schicht 12, 12A kennzeichnet, die ihrerseits von der Frequenz der einfallenden elektromagnetischen Strahlung abhängt.
Die Fig. 3 bis 7 zeigen die Veränderlichkeit von gewissen elektromagnetischen Parametereigenschaften der absorbierenden und dissipierenden bzw. zerstreuenden Schicht 12, 12A für den speziellen Fall einer Ausführungsform der Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die in Betracht kommende Ausführungsform bezieht sich auf eine Struktur, die aus einigen übereinander angeordneten bzw. überlagerten Schichten besteht. Beginnend von dem Bereich eines Kontakts mit dem Objekt, bestehen diese jeweils aus einer elektrisch leitenden und reflektierenden Kohlefasergewebeschicht mit einer Dicke von 0,2 mm, einer ersten Schicht aus dielektrischem Material (insbesondere Polymethacrylimid mit einer Dielektrizitätskonstanten von 1, 1) mit einer Dicke von 2,5 mm, einer ersten absorbierenden und dissipierenden Schicht 12, 12A, einer zweiten 3 mm dicken Schicht aus dielektrischem Material von demselben Typ wie die erste dielektrische Schicht, einer zweiten absorbierenden und dissipierenden Schicht 12, 12A, einer dritten 2,5 mm dicken Schicht aus dielektrischem Material von demselben Typ wie die erste und die zweite dielektrische Schicht, einer vierten 0,7 mm dicken Schicht aus dielektrischem Material in der Form eines Kevlargewebes (Aramidfaser) und schließlich einer äußeren Schicht aus Farbe. Die Kohlenfaser-Dipole, die in den absorbierenden und dissipierenden Schichten 12, 12A enthalten sind, haben eine Länge L von 4 mm und einen Basisdurchmesser D von 7 um. Die Dipole, die in der ersten absorbierenden Schicht 12, 12A vorliegen, haben ein Gewicht von 0,083 g pro Quadratmeter. Die Dipole, die in der zweiten absorbierenden Schicht 12, 12A vorliegen, haben ein Gewicht von 0,250 g pro Quadratmeter. Das Epoxidharz, das (als dielektrisches Material) mit den Kohlefaser-Dipolen vermischt ist, hat ein Gewicht von 0,5 kg pro Quadratmeter in der ersten absorbierenden Schicht 12, 12A und ein Gewicht von 1 kg pro Quadratmeter in der zweiten absorbierenden Schicht 12, 12A. Das Gesamtgewicht der Struktur beträgt 4 kg pro Quadratmeter und ihre Gesamtdicke beträgt 1 cm.
Die absorbierenden und dissipierenden Schichten 12, 12A bieten keine magnetischen Verluste.
Die Kurven des Realteils und Imaginärteils der dielektrischen Konstanten der zweiten absorbierenden und dissipierenden Schicht 12, 12A, die aufgetragen sind gegen die Frequenz der einfallenden elektromagnetischen Strahlung, sind in den Fig. 3 bzw. 4 gezeigt. Die Kurven des Realteils bzw. Imaginärteils der Dielektrizitätskonstanten der ersten absorbierenden und dissipierenden Schicht 12, 12A, die aufgetragen sind gegen die Frequenz der einfallenden elektromagnetischen Strahlung, sind in den Fig. 5 bzw. 6 gezeigt.
Diese kartesischen Kurven wurden aus Labortests und Experimenten abgeleitet und zeigen, dass der Realteil und der Imaginärteil der Dielektrizitätskonstanten des absorbierenden Materials abnimmt, wenn die Frequenz der einfallenden Strahlung zunimmt.
Insbesondere gilt, dass mit zunehmender Frequenz der Imaginärteil der Dielektrizitätskonstanten der zweiten absorbierenden und dissipierenden Schicht 12, 12A abnimmt, und zwar relativ zu dem Mittel- bzw. Durchschnittswert des betrachteten Frequenzbereichs (6 GHz - 18 GHz), und zwar in geringerem Ausmaß als der entsprechende Realteil. Im Gegensatz dazu nimmt für den Fall der ersten absorbierenden und dissipierenden Schicht 12, 12A der Imaginärteil der Dielektrizitätskonstanten ab, und zwar relativ zu dem genannten Mittel- bzw. Durchschnittswert des betrachteten Frequenzbereichs (6 GHz - 18 GHz), und zwar in einem größeren Ausmaß als der entsprechende Realteil.
Die kartesische Kurve gemäß der Fig. 7 zeigt die Veränderlichkeit der Reflektivität (Verhältnis von reflektierter elektromagnetischer Energie zu einfallender elektromagnetischer Energie) der Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu der Reflektivität, und zwar genommen als der Referenzwert einer vergleichbaren Struktur, die elektromagnetische Strahlung vollständig reflektiert.
Der Referenzwert ist auf der Kurve durch eine horizontale Linie dargestellt, die für Kalibrationszwecke bei 0 dB positioniert ist.
Die Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung absorbiert eine elektromagnetische Strahlungsenergie innerhalb eines Frequenzbereichs von 5 GHz bis 26 GHz. Zusätzlich überschreitet innerhalb des genannten Frequenzbereichs die Verringerung der Reflektivität im Vergleich zu einer ideal reflektierenden vergleichbaren Struktur 20 dB (das Verhältnis der von der Struktur reflektierten elektromagnetischen Strahlungsenergie zu der von einer entsprechenden ideal reflektierenden Struktur reflektierten elektromagnetischen Strahlungsenergie ist in dB gezeigt). In der Praxis bedeutet dies, dass die von der Struktur gemäß der Erfindung reflektierte elektromagnetische Strahlungsenergie gleich 1/100, und zwar in beiden Polarisationen (horizontal und vertikal) des elektromagnetischen Feldes, der von der entsprechenden ideal reflektierenden Struktur ist.
Andere experimentelle Tests, die an ähnlichen Strukturen ausgeführt wurden, die auf Luft-, Wasser- und Landfahrzeugen eingesetzt werden, streichen die speziellen mechanischen Eigenschaften zusätzlich zu den vorgenannten elektromagnetischen Eigenschaften heraus. In diesen Strukturen bestimmt die Frequenz der einfallenden elektromagnetischen Strahlung und deren Einsatzzweck die Anzahl von dielektrischen Materialschichten 11, 11A, 11B, die Anzahl von absorbierenden und dissipierenden Schichten 12, 12A (von einem Minimum von einer bis zu einem Maximum von drei), die Reihenfolge der Aufeinanderfolge von dielektrischen Materialschichten 11, 11A, 11B und absorbierenden Schichten 12, 12A, den Typ des verwendeten dielektrischen Materials, die Zusammensetzung der absorbierenden und dissipierenden Schicht 12, 12A, die Dicke der Schichten und den Klebstofftyp.
Die elektromagnetischen Eigenschaften und die mechanischen Eigenschaften der Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung sind in sämtlichen Fällen den elektromagnetischen Eigenschaften und mechanischen Eigenschaften von Strukturen aus dem Stand der Technik überlegen.
Insbesondere erstreckt sich das Dämpfungsband innerhalb eines Frequenzbereichs der einfallenden Strahlung von 1 bis 30 GHz, wobei der durchschnittliche Wert der absorbierten Leistung innerhalb des Dämpfungsbands größer als 20 dB ist (das Verhältnis der von der Struktur reflektierten elektromagnetischen Strahlungsenergie zu der einfallenden elektromagnetischen Strahlungsenergie ist in dB angegeben), und zwar in horizontaler und vertikaler Polarisation.
Außerdem überschreitet die Härte der absorbierenden und dissipierenden Schicht 12, 12A, ausgedrückt in üblichen Zahlengrößen, entsprechend dem Shore-Messverfahren 80, die Zugfestigkeit überschreitet 15 Newton pro Quadratmillimeter und das normale Elastizitätsmodul der gesamten Struktur überschreitet 2500 Newton pro Quadratmillimeter.
Schließlich erzielt entsprechend der US-Militärnorm MIL-P-46593-A die absorbierende und dissipierende Schicht 12, 12A derjenigen Strukturen von diesem Typ, die für militärische Verwendung gedacht sind, einen "ballistischen Grenzwert", ausgedrückt durch eine Aufprallgeschwindigkeit (eines Korn-17-(17 grain)- Splittersimulatorprojektils), entsprechend einer 50% -Perforationswahrscheinlichtkeit gleich 350 m pro Sekunde. Die Aufprallgeschwindigkeit kann ohne weiteres durch Einfügen weiterer dielektrischer Materialschichten 11, 11A, 11B erhöht werden.
Die Eigenschaften der Verbundwerkstoffstruktur zum Absorbieren und Dissipieren von einfallender elektromagnetischer Strahlungsenergie gemäß der vorliegenden Erfindung werden aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich werden, was auch für ihre Vorteile gilt.

In diesem Zusammenhang gilt:

- die mechanischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglichen es, dass diese zur Konstruktion und Verkleidung von Objekten verwendet werden kann, die mechanischen Belastungen unterzogen werden und die atmosphärischen Stoffen ausgesetzt werden;
- die Materialien aus dem Stand der Technik, selbst wenn diese elektromagnetische Eigenschaften erreichen, die vergleichbar denjenigen dieser Struktur sind, haben nicht dieselbe mechanische Stärke bzw. Stabilität, Härte und Leichtigkeitseigenschaften und können beispielsweise nicht in Anwendungen eingesetzt werden, in welchen diese eine Last aufnehmende Funktion ausübt;
- deren elektromagnetische Eigenschaften, ausgedrückt durch das Dämpfungsband und die Absorption innerhalb des Dämpfungsbands, sind denjenigen von bekannten Strukturen überlegen;
- die absorbierenden und dissipierenden Schichten werden durch einfache und wirtschaftliche Verfahren für jede spezielle Anwendung aufgebaut;
- die Verbundwerkstoffstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung kann sowohl für zivile als auch militärische Einsatzzwecke verwendet werden und ist ausgelegt, um aktuelle nationale und internationale Normen für diese Einsatzzwecke zu erfüllen.

Claims

1. Verbundwerkstoffstruktur, die eine einfallende elektromagnetische Strahlungsenergie absorbieren und dissipieren bzw. zerstreuen kann, von der Art, die für Luft-, See- und Landfahrzeuge und für feste Bodeneinrichtungen verwendet wird, umfassend zumindest eine Schicht aus Farbe (10), zumindest eine Schicht aus einem dielektrischen Material (11, 11A, 11B), zumindest eine Schicht aus einem absorbierenden und dissipierenden Material (12, 12A), die einfallende elektromagnetische Strahlungsenergie absorbieren und dissipieren kann und aus dielektrischen Stoffen besteht, die mit elektrisch leitenden Stoffen vermischt sind, sowie zumindest eine Schicht aus elektrisch leitendem Material (13), die einfallende elektromagnetische Strahlung reflektieren kann, wobei die Schichten aus dielektrischem Material (11, 11A, 11B) und die Schichten aus absorbierendem und dissipierendem Material (12, 12A) zu Lagen bzw. dünnen Platten reduziert sind und die Schichten aus Farbe (10), die Schichten aus dielektrischem Material (11, 11A, 11B), die Schichten aus absorbierendem und dissipierendem Material (12, 12A) sowie die Schichten aus elektrisch leitendem Material (13), welche die Gesamtstruktur ausbilden, mit Hilfe von Klebstoffen miteinander verbunden sind, wobei die elektrisch leitenden Stoffe aus einer Mehrzahl von Kohlefaser-Dipolen zusammengesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlefaser-Dipole eine zylindrische Form haben, mit einer Länge, die von 1 bis 15 mm variiert, einem Basisdurchmesser, der von 0,1 bis 20 um variiert, und einem Gewicht kleiner oder gleich 2 Gramm pro Quadratmeter der Schicht aus absorbierendem und dissipierendem Material (12, 12A), dass die absorbierende und dissipierende Materialschicht (12, 12A) eine Zugfestigkeit von mindestens 15 N pro Quadratmillimeter aufweist und dass die Verbundwerkstoffstruktur ein Normal-Elastizitätsmodul von mindestens 2.500 N pro Quadratmillimeter Fläche der Struktur aufweist.

2. Verbundwerkstoffstruktur nach Anspruch 1, die eine einfallende elektromagnetische Strahlungsenergie absorbieren und dissipieren kann, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrischen Stoffe, die mit den elektrisch leitenden Stoffen vermischt sind, aus Harzen oder Kunstoffen oder Polyurethan-Schäumen bestehen.

3. Verbundwerkstoffstruktur nach Anspruch 1, die eine einfallende elektromagnetische Strahlungsenergie absorbieren und dissipieren kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten aus Farbe (10), die Schichten aus dielektrischem Material (11, 11A, 11B), die Schichten aus absorbierendem und dissipierendem Material (12, 12A) und die Schichten aus elektrisch leitendem Material (13), welche die Gesamtstruktur ausbilden, mittels Epoxidharzen miteinander verbunden sind.

4. Verbundwerkstoffstruktur nach Anspruch 1, die eine einfallende elektromagnetische Strahlungsenergie absorbieren und dissipieren kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau der elektrisch leitenden Stoffe, aus welchen die Schicht aus absorbierendem und dissipierendem Material (12, 12A) zusammengesetzt ist, einen ballistischen Grenzwert, ausgedrückt bezüglich einer Aufprallgeschwindigkeit, die einer Perforationswahrscheinlichkeit von 50% entspricht, von mindestens 350 Metern pro Sekunde aufweist, wobei der Grenzwert mit Hilfe eines Korn-17 (17 grain) Splittersimulatorprojektils gemäss dem US-Militärstandard MIL-P-46593-A gemessen wird.

5. Verbundwerkstoffstruktur nach Anspruch 1, die eine einfallende elektromagnetische Strahlungsenergie absorbieren und dissipieren kann, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Struktur reflektierte elektromagnetische Strahlungsenergie sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Polarisation des elektromagnetischen Felds im Mittel zumindest 1/100 derjenigen Energie beträgt, die von einer ideal reflektierenden, vergleichbaren Struktur reflektiert wird, und zwar innerhalb eines Frequenzbereichs der einfallenden elektromagnetischen Strahlung von 1 Gigahertz bis 30 Gigahertz.

6. Verbundwerkstoffstruktur nach Anspruch 1, die eine einfallende elektromagnetische Strahlungsenergie absorbieren und dissipieren kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Dickenbereich der Schicht aus absorbierendem und dissipierendem Material (12, 12A) von 0,1 Millimeter bis 3 Zentimeter reicht.

7. Verbundwerkstoffstruktur nach Anspruch 1, die eine einfallende elektromagnetische Strahlungsenergie absorbieren und dissipieren kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Dickenbereich der Struktur von 1 Millimeter bis 100 Millimeter reicht.