DE3835805A1

DE3835805A1 - Suppression of the radar reflection from surfaces, especially from aircraft

Info

Publication number: DE3835805A1
Application number: DE19883835805
Authority: DE
Inventors: Heinrich Prof Dr Dr Hora
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-10-21
Filing date: 1988-10-21
Publication date: 1990-04-26

Abstract

A method and an arrangement are described covering how coatings of materials over the surfaces of aircraft parts reduce the reflection of electromagnetic waves in the wavelength band from 0.01 to 100 cm (radar) to values considerably less than 1%. A method is used in this case, in which the conventional dielectric properties of the coating materials are compensated for by plasma-like properties, it being possible to produce the latter by suitable irradiation of hard electromagnetic particle radiation.

Description

Es ist bekannt, daß Überzugsmaterial über den Oberflächen von Flugzeugteilen die Reflexion von Radar stark verringern kann, was für militärische Zwecke von Interesse ist, wenn das Flugzeug nicht von den Radarschirmen des Gegners entdeckt werden soll. Hierzu bieten sich Oberflächenbeläge von einigen cm Dicke an, in denen der Verlauf der Brechzahl (bzw. der Dielektrizitätskonstanten e) mit zunehmender Schichtdicke derart verändert ist, daß ein "optisch" inhomogenes Medium entsteht, das bekanntlich eine sehr geringe Reflexion bewirkt. Diese Struktur hat gegenüber Mehrfachschichten aus homogenen Materialien den Vorteil, daß die Reflexionsminderung für eine größere Variation des Einfallwinkels erreicht wird.It is known that coating material over the surfaces of aircraft parts can greatly reduce the reflection of radar, which is of interest for military purposes if the aircraft is not to be detected by the opponent's radar screens. For this purpose there are surface coverings of a few cm thickness, in which the course of the refractive index (or the dielectric constant e) changes with increasing layer thickness in such a way that an "optically" inhomogeneous medium is produced which, as is known, causes very little reflection. This structure has the advantage over multiple layers of homogeneous materials that the reflection reduction is achieved for a larger variation of the angle of incidence.

Die Schwierigkeit der Herstellung der genannten inhomogenen Schichten besteht darin, daß diese aus einer großen Zahl von Überzügen erzeugt werden müssen, wobei eine Beschränkung der Variation der Dielektrizitätskonstanten von großen zu kleinen Werten durch unausweichliche Materialeigenschaften gegeben ist. Auch der Einbau von Metallstaub variierender Konzentration in das nichtmetallische Übergangs material ist eine komplizierte Technologie und führt nur zu einer mäßigen Reduktion der Radarreflexion.There is a difficulty in producing the inhomogeneous layers mentioned in that they must be produced from a large number of coatings, whereby a limitation of the dielectric constant variation from large to small Values due to inevitable material properties. Even the installation concentration of metal dust in the non-metallic transition material is a complex technology and only leads to a moderate reduction in Radar reflection.

Zur Vermeidung der genannten Schwierigkeiten, zur Unterdrückung der Radar reflexion und zur Verbilligung der Herstellung der Überzüge wird die im Folgenden beschriebene Anordnung und das im Folgenden beschriebene Verfahren verwendet. Die Überzugsschicht kann aus einem einfachen, homogenen Material von etwa 0,5 bis 5 cm Dicke hergestellt werden, wobei je nach der gewünschten mechanischen Stabilität und Hitzebeständigkeit ein organisches Polymer, wie z. B. Nylon oder Polyakryl oder eine der vielzähligen Kombinationen von organischen Materialien verwendet werden, oder aber eine Keramik. Es werden solche Materialien gewählt, die im interessanten Radar wellenlängenbereich eine mäßige Dispersion haben und deren Dielektrizitätskonstante e nur einen sehr kleinen imaginären Anteil hat. Der Realteil e _o kann sehr hoch sein, z. B. über 5, was im Zustand des Aufbringens auf die Flugzeugteile wohl eine hohe Reflexion bewirken kann.To avoid the difficulties mentioned, to suppress the radar reflection and to reduce the cost of producing the coatings, the arrangement described below and the method described below are used. The coating layer can be made of a simple, homogeneous material of about 0.5 to 5 cm in thickness, depending on the desired mechanical stability and heat resistance, an organic polymer such as. As nylon or polyacrylic or one of the many combinations of organic materials can be used, or a ceramic. Materials are selected which have a moderate dispersion in the interesting radar wavelength range and whose dielectric constant e has only a very small imaginary part. The real part e _o can be very high, e.g. B. over 5, which can cause a high reflection in the state of application to the aircraft parts.

Die Brechzahl an der Oberfläche wird nun auf den Wert 1 (ebenso der Wert von e _o) herabgesetzt, so daß ein stetiger Übergang der Brechzahl vom Vakuum in das Material bewirkt wird. Zu diesem Zwecke kann man mit Röntgenstrahlung in dem Material permanente Störstellen mit freien Elektronen und Löchern von Dichten zwischen 10⁹ bis 10¹³ cm^-3 erzeugen. Der Realteil der Dielektrizitätskonstanten hat dann den WertThe refractive index on the surface is now reduced to the value 1 (likewise the value of e _o ), so that a constant transition of the refractive index from the vacuum into the material is brought about. For this purpose, X-rays can be used to generate permanent impurities in the material with free electrons and holes with densities between 10⁹ to 10¹³ cm ^-3 . The real part of the dielectric constant then has the value

e = e _o(1 - n _e/n_ec) (1) e = e _o (1 - n _e / n _ec ) (1)

wobei n _e die strahlerzeugte Elektronendichte ist und n _ec=10¹³/l² die kritische Dichte in cm^-3 ist und l die Wellenlänge der Radarstrahlung in cm.wherein n _e is the beam generated electron density, and n _ec = 10¹³ / l ² is the critical density in cm ^-3 and L is the wavelength of the radar radiation in cm.

Eine so erzielte Dielektrizitätskonstante vom Werte 1 an der Oberfläche der reflexionsvermindernden Schicht allein genügt nicht. Vielmehr wird durch Variation der Dosis und der Härte der Röntgenstrahlung ein derartiges monotones Elektronen dichteprofil n _o(x) in Abhängigkeit von der Tiefe x erzeugt, daß e an der tiefsten Stelle des Oberflächenbelages den gewünschten Endwert oder Übergangswert in das Trägermetall erreicht. Die Dicke der Schicht und das Elektronendichteprofil kann in etwa gleich dem Rayleighschen Profil in einem reinen Hochtemperaturplasma (siehe H. Hora "Nonlinear Plasmadynamics at Laser Irradiation", Springer Berlin-Heidelberg-New York, 1979, Kapitel 7) sein.Such a dielectric constant of 1 on the surface of the reflection-reducing layer alone is not sufficient. Rather, by varying the dose and the hardness of the X-rays, such a monotonous electron density profile n _o (x) is generated as a function of the depth x that e reaches the desired end value or transition value in the carrier metal at the deepest point of the surface covering. The thickness of the layer and the electron density profile can be approximately equal to the Rayleigh profile in a pure high-temperature plasma (see H. Hora "Nonlinear Plasmadynamics at Laser Irradiation", Springer Berlin-Heidelberg-New York, 1979, Chapter 7).

Statt der Erzeugung der Elektronen und Löcher der Dichte n _e in Gleichung (1) mittels Röntgenstrahlung kann man auch den Beschuß mit Elektronen- oder Ionen strahlen oder Neutronenstrahlen z. B. von Kernreaktoren heranziehen. Es kann ferner notwendig sein, daß der Übergang zur Absorptionskonstanten des Trägermaterials eine Übergangsschicht erfordert, bei der Metallstaub in das dielektrische Material un mittelbar an der Berührung zum Metall verwendet wird.Instead of generating the electrons and holes of density n _e in equation (1) by means of X-rays, one can also use electron or ion bombardment or neutron beams, for example. B. from nuclear reactors. It may also be necessary that the transition to the absorption constant of the carrier material requires a transition layer in which metal dust is used in the dielectric material directly at the contact with the metal.

Der Vorteil des Elektronendichteprofils n _e besteht darin, daß nicht nur gegen Luft die Brechzahl 1 erreicht wird, sondern daß gegen das Metall eine möglicherweise sehr niedrige Brechzahl sehr viel kleiner als 1 zu einem idealen "optischen" Übergang in das Trägermaterial verwirklicht wird. Die Homogenität der Oberflächenschicht vor der Einstrahlung erlaubt nicht nur eine sehr vereinfachte, kostensparende Methode zur Unterdrückung der Radarreflexion, es ist damit auch eine große Variationsbreite der Technologie gegeben, z. B. wenn der Belag aus Einzelstücken hergestellt werden muß, z. B. aus Einzelkacheln wie beim Flugzeug "Space-Shuttle" oder wie bei unbemannten Flugkörpern mit sehr hoher Geschwindigkeit und dem dann nötigen Hitzeschild beim Wiedereintritt in die Atmosphäre.The advantage of the electron density profile n _e is that the refractive index 1 is not only achieved against air, but that a possibly very low refractive index is achieved for the metal, much smaller than 1, for an ideal "optical" transition into the carrier material. The homogeneity of the surface layer before the irradiation not only allows a very simplified, cost-saving method for suppressing the radar reflection, it also gives a wide range of technology, e.g. B. if the covering must be made from individual pieces, e.g. B. from individual tiles as in the aircraft "space shuttle" or as with unmanned missiles at very high speed and the necessary heat shield when re-entering the atmosphere.

Claims

1. The method and arrangement for suppressing the reflection of radar on surfaces, characterized in that a homogeneous dielectric layer is applied to the surface and in this an electron density professional is generated by radiation, which with a dielectric constant of almost 1 against air or vacuum the value of the carrier material passes.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the homogeneous dielectric layer made of a polymer or ceramic.

3. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that the dielectric layer of parts or cells (tiles, tiles) or other mechanical preferred and technically easily interchangeable elements.

4. The method according to claim 1, characterized in that the electron or Hole density profile in the dielectric layer by irradiation with electro magnetic waves (lasers, X-rays), and / or particle beams (electrons, Ions, neutrons) with the appropriate depth effect.