УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАСКИРОВКИ МАЛОВЫСОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Российский патент 2008 года по МПК F41H3/00 

Изобретение относится к маскировке и предназначено для маскировки маловысотных летательных аппаратов (ЛА) военного назначения от средств оптико-визуальной разведки противника.

Известны устройства для маскировки (камуфляж) летательных аппаратов (см. заявку Франции №2416446 по классу F41Н 3/00, 1979 г.; патенты ФРГ №2190691 и №2292848 по классу F41Н 3/00, 1976 г., патент Великобритании №1595615 по классу F41Н 3/00, 1981 г. и патент США №4611524, 1986 г.), состоящие из покрытий на верхней и части боковой поверхности летательного аппарата в виде пятен темно-серого цвета неправильной формы или геометрических фигур, а покрытие на нижней поверхности выполнено светло-серым. Такой камуфляж предназначен для снижения визуального контраста ЛА на светлом фоне снежного покрова, облаков и неба, что приводит к уменьшению вероятности визуального обнаружения летательного аппарата экипажами истребителей и расчетами зенитно-ракетных комплексов противника.

Основным недостатком перечисленных выше аналогов является невозможность адаптации цвета и яркости покрытия к вариациям цвета и яркости фона. Действительно, если данные камуфляжи обеспечивают минимальный визуальный контраст маскируемого объекта на светлом фоне, то на темном фоне (например, на фоне пашни или зеленой растительности), такие камуфляжи из-за неодинаковых яркости и цвета покрытия и фона являются резкозаметными. Кроме того, такие камуфляжи эффективны только в том случае, когда освещенности фона и покрытия одинаковы, что на практике редко имеет место. Например, в ясную погоду одна боковая сторона маскируемого объекта освещена прямыми лучами солнца, а другая находится в тени, а так как покрытия на обеих сторонах идентичны, но освещены по разному, одна из сторон обязательно будет иметь с фоном достаточно заметный контраст.

Известны также устройства активного камуфляжа, позволяющие осуществлять адаптацию яркости и цвета покрытия к яркости и цвету фона. Они содержат датчики освещенности маскируемых поверхностей, ориентированные в направлении освещающего пространства и подключенные к входам устройств управления цветом и яркостью покрытий, выходы которых подсоединены к многослойным электрически управляемым покрытиям, расположенным на маскируемых поверхностях (см. БИНТИ Серия 1: Естественные науки, техника. №24 (2686), 14.06.94 г.; Military Technology, vol. XVIII, 5, pp.38-40, pp.68-71, 1994; Экспресс-информация. Авиационная и ракетная техника. 2002 г., №20).

Основным недостатком указанных устройств является низкая эффективность маскировки ЛА на фоне неба при полете их на малых высотах. Это обусловлено тем, что яркость нижней поверхности ЛА даже при использовании на ней покрытий с максимально высоким коэффициентом отражения (близким к единице) значительно меньше яркости дневного неба. Расчет визуального контраста нижней поверхности летательного аппарата, не освещенной прямыми лучами солнца, с использованием приближенного решения уравнения переноса излучения в рассеивающей среде, который разработан Соболевым В.В. (см. Соболев В.В. Перенос лучистой энергии в атмосферах звезд и планет. Гостехиздат, М., 1956 г.), показал, что при коэффициенте отражения покрытия, равном единице, и альбедо земной поверхности, равным 0,2, контраст нижней поверхности ЛА при полете его на высотах 50...150 м имеет отрицательную величину порядка 0,4...0,8. Используемые в аналогах электрически управляемые покрытия, созданные на основе жидких кристаллов, электрохромов, фотохромов по своей физической природе не могут иметь коэффициент отражения выше, чем коэффициент отражения подложки, так как не обладают свойствами свечения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению относится устройство (Jane′s International Defence Review, volume №30, april 1997, p.26-32.), содержащее измеритель яркости фона, ориентированный в направлении фона дневного неба и подключенный к входу устройства управления яркостью, и светоизлучающее устройство, расположенное на нижней поверхности летательного аппарата и состоящее из n источников света, выполненных в виде светящихся окон (иллюминаторов), соединенных с центральным источником света волоконными оптическими линиями, а центральный источник света подключен к выходу устройства управления яркостью.

Основным недостатком данного устройства является ограниченный диапазон дальности маскировки при значительном энергопотреблении всего устройства.

Для обеспечения минимального контраста нижних поверхностей ЛА необходимо, чтобы яркость источников света была сравнима с яркостью дневного неба, которая на высотах 50-1500 м в зависимости от высоты Солнца и зенитного угла наблюдения изменяется от 2500 до 20000 кд/м² (см., например, Яркость дневного безоблачного неба. Л.: ГОИ, 1971 г.). Для создания такой яркости расположенные на нижней поверхности ЛА источники света должны излучать световой поток до 3000 лм (см. Справочная книга по светотехнике. Световые приборы и источники света.: М: Академия наук СССР, 1956 г.). В качестве источников света целесообразно использовать специальные самолетные лампы накаливания, имеющие большую тряскоустойчивость и низкие рабочие напряжения (˜24 В). Учитывая, что световая отдача таких ламп составляет ˜10 лм/Вт (см. Справочная книга по светотехнике. Световые приборы и источники света. М: Академия наук СССР, 1956 г., с.313, 329), мощность каждой лампы должна составлять ˜300 Вт. Принимая во внимание, что площадь нижней поверхности современных и перспективных бомбардировщиков составляет 60-80 м² (см., например, Справочник военной авиации. http:\\www.korax.narod.ru ), и если разместить на нижней поверхности ЛА источники света на расстоянии 1 м друг от друга, то потребуется не менее 60-80 источников. Тогда потребляемая мощность всех источников составит 1,8-2,4 кВт.

Наличие разнесенных по поверхности ЛА источников света приводит к ограничению минимальной дальности действия маскировки. Это обусловлено тем, что источники света, расположенные, например, на расстоянии 1 м друг от друга, при обычной угловой разрешающей способности глаза 1 угловая минута на дальности 3 км будут визуально восприниматься как яркие точки, что приведет к демаскированию объекта. Кроме того, указанное энергопотребление является существенным для ЛА, так как потребуется введение дополнительного источника электроэнергии на самолете, например, авиационного генератора переменного тока СГО-8 или СГС-7,5 Б, В, Г (см. А.П.Волкоедов, Э.Г.Паленый. Оборудование самолетов. М.: Машиностроение, 1986 г.).

Задачей данного изобретения является расширение диапазона дальности маскировки при одновременном уменьшении энергопотребления всего устройства.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве, содержащем измеритель яркости фона, ориентированный в направлении фона дневного неба и подключенный к входу устройства управления яркости, выход которого подключен к светоизлучающему устройству, расположенному на нижней поверхности летательного аппарата, светоизлучающее устройство представляет собой многослойную узкую полосу, выполненную в виде последовательно расположенных под прозрачным обтекателем от одной консоли крыла до другой слоя подложки диэлектрического лакокрасочного материала, слоя светоизлучающего покрытия, выполненного в виде многослойной матрицы, каждый элемент которой состоит из последовательно соединенного светоизлучающего диода и управляющего транзистора, при этом входы транзисторов подключены к выходу устройства регулировки управления яркостью, а выходы подключены к корпусу летательного аппарата, причем толщина всего светоизлучающего устройства не превышает трех толщин диэлектрического лакокрасочного материала.

Расширение диапазона дальностей маскировки обеспечивается тем, что в предлагаемом устройстве вместо нескольких десятков разнесенных по поверхности источников света используют многослойное покрытие, выполненное в виде узкой светящейся полосы, расположенной от одной консоли крыла до другой. Несмотря на то, что в действительности светящейся является незначительная часть нижней поверхности маловысотного ЛА, из-за ограниченной разрешающей способности глаза (˜1 угловая минута) и весьма малых видимых угловых размеров нижней поверхности маловысотного ЛА узкая светящаяся полоса в состоянии компенсировать существующий дефицит яркости этой поверхности. Так, например, при хорде крыла L˜2 м на высоте Н=50...1500 м и дальности наблюдения D≥1000 м, угловые размеры нижней поверхности ЛА по углу места составят ϕ≈Н L/D²≥(0,33...1,0) угловых минут. Следовательно, фрагменты крыла в продольных плоскостях (в том числе и светящуюся полосу) глаз не способен различить, и наблюдателю будет казаться светящейся вся нижняя поверхность ЛА.

Действительно, предположим, что в прототипе на нижней поверхности ЛА расположено 60-80 источников света на расстоянии 1 м друг от друга. Тогда при угловой разрешающей способности глаза 1 угловая минута источники будут различаться в азимутальной плоскости как отдельно светящиеся точки, уже начиная с дальности 3 км, что существенно сократит диапазон дальности маскировки. При использовании в маловысотных комплексах ПВО оптико-визуального прибора с биноклем семикратного увеличения дискретные источники света будут различаться уже с дальности ˜21 км, что по существу приводит к бесполезности применения прототипа в качестве средства маскировки. Использование многослойного покрытия в виде узкой светящейся полосы снимает ограничения по дальности маскировки.

Уменьшение энергопотребления предлагаемого устройства осуществляется за счет того, что предлагаемое светоизлучающее устройство, с одной стороны, имеет достаточно низкое энергопотребление при достаточно высоких яркостях свечения, а с другой стороны, оно наносится не на всю нижнюю поверхность ЛА, а только в виде узкой полосы.

Низкое энергопотребление обусловлено тем, что светоизлучающее покрытие в предлагаемом устройстве выполнено в виде многослойной матрицы светоизлучающих диодов, которые в настоящее время обеспечивают высокие яркости свечения, вплоть до 100000 кд/м² при низком питающем напряжении (см. Литвак И.И. Новые технологии: секрет дисплеев OLED: Digital Ware.ru Мониторы. Аналитика и обзоры.). Так, при питающем напряжении 10 В и токе ˜20 мА яркость свечения таких покрытий составляет 1000 кд/м². Для обеспечения эффективной маскировки маловысотных ЛА на фоне дневного неба яркость нижней поверхности должна изменяться от 2500 до 20000 кд/м². Учитывая, что яркость свечения многослойного покрытия линейно возрастает с увеличением тока, то требуемый диапазон яркостей может быть обеспечен путем протекания токов величиной порядка 50-400 мА. Следовательно, для обеспечения требуемой яркости на площади 1 м² потребуется от 0,5 до 4 Вт. Принимая во внимание, что размах крыла современных и перспективных бомбардировщиков составляет ˜15 м (см., например, Справочник военной авиации. http:\\www.korax.narod.ru ), то площадь, занимаемая многослойным покрытием при ширине полосы в 1 м², составит 15 м². При этом потребляемая мощность всего устройства составит от 7,5 до 60 Вт, что не менее, чем в 40 раз меньше, чем у прототипа.

Важной характеристикой авиационного покрытия является его толщина. Учитывая, что толщина одного слоя штатных авиационных лакокрасочных покрытий составляет величину порядка 20-30 мкм, а при окраске ЛА используют 2-3 слоя, то толщина всего светоизлучающего устройства не должна превышать трех толщин авиационного лакокрасочного покрытия.

Суммарная толщина слоев, следующих за слоем диэлектрического лакокрасочного материала по данным, приведенным в (см. Литвак И.И. Новые технологии: секрет дисплеев OLED: Digital Ware.ru), не превышает 0,5 мкм, то есть намного меньше трех толщин авиационного лакокрасочного покрытия.

Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства. На фиг.2 изображена схема размещения светоизлучающего устройства с обтекателем на нижней поверхности ЛА.

Устройство содержит (фиг.1) измеритель яркости фона (ИФ) 1, подключенный к входу устройства управления яркостью (УУЯ) 2, и светоизлучающее устройство (СУ) 3, состоящее из слоя подложки 4, многослойной матрицы 5, в которой каждый светодиод 6.1, 6.2...6.n соединен с коллектором соответствующего управляющего транзистора 7.1, 7.2...7.n. При этом базы управляющих транзисторов 7.1, 7.2...7.n соединены между собой и подключены к выходу устройства управления яркостью 2, а эмиттеры управляющих транзисторов, соединенные между собой, подключены к корпусу летательного аппарата. Все светоизлучающее устройство расположено под прозрачным обтекателем 8 от одной консоли крыла 10.1 летательного аппарата 9 до другой консоли крыла 10.2 (фиг.2).

В предлагаемом устройстве в качестве измерителя яркости фона можно использовать типовые яркомеры.

В качестве слоя подложки 4 может быть использовано авиационное лакокрасочное покрытие, например штатная эмаль типа АС-1115, обладающая диэлектрическими свойствами. В многослойной матрице 5 в качестве светодиодов 6.1, 6.2...6.n может быть использована многослойная система, состоящая из ряда тонких органических пленок, которые заключены между двумя тонкопленочными проводниками. В качестве основного светоизлучающего слоя в этой системе может быть использована пленка, состоящая из соединения, принадлежащего к классу органических электролюминесцентных материалов, обеспечивающих получение высоких яркостей свечения (см. Литвак И.И. Новые технологии: секрет дисплеев OLED: Digital Ware.ru). B качестве управляющих транзисторов 7.1, 7.2...7.n могут быть использованы тонкопленочные транзисторы, например, на базе поликристального кремния (см. Литвак И.И. Новые технологии: секрет дисплеев OLED: Digital Ware.ru ).

Прозрачный обтекатель 8 может быть выполнен из оргстекла.

Устройство управления яркостью 2 может быть выполнено по стандартной схеме управления матрицей светодиодных модулей (см., например, Иванов В.И. и др. Полупроводниковые приборы. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1989 г.).

Устройство работает следующим образом. При пролете ЛА в зоне ПВО противника с помощью измерителя яркости фона (яркомера) измеряют яркость фона дневного неба. Измеренные значения яркости фона поступают в устройство управления яркостью 2, в котором вырабатывается уровень сигнала, позволяющий выравнивать яркость светоизлучающего устройства 3 с фоном неба. Этот сигнал подается на управляющие транзисторы 7.1, 7.2...7.n, которые изменяют уровень яркости каждого светоизлучающего диода 6.1, 6.2...6.n (элемента) матрицы 5 до требуемого значения. Последовательное соединение в транзисторах всех баз между собой и всех эмиттеров между собой обеспечивает одинаковую яркость всех элементов матрицы, а значит и всего светоизлучающего устройства.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает по сравнению с прототипом расширение диапазона дальности маскировки при одновременном уменьшении энергопотребления всего устройства.

Изобретение относится к маскировке и предназначено для маскировки маловысотных летательных аппаратов военного назначения от средств оптико-визуальной разведки противника. Технический результат - расширение диапазона дальности маскировки при одновременном уменьшении энергопотребления. Устройство содержит измеритель яркости фона, ориентированный в направлении фона дневного неба, подключенный к входу устройства управления яркостью, выход которого подключен к светоизлучающему устройству, расположенному на нижней поверхности летательного аппарата. Светоизлучающее устройство представляет собой многослойную узкую полосу, выполненную в виде последовательно расположенных под прозрачным обтекателем от одной консоли крыла до другой слоя подложки диэлектрического лакокрасочного материала, слоя светоизлучающего покрытия, выполненного в виде многослойной матрицы, каждый элемент матрицы состоит из последовательно соединенного светоизлучающего диода и управляющего транзистора. Толщина всего светоизлучающего устройства не превышает трех толщин диэлектрического лакокрасочного материала. 2 ил.

Устройство для маскировки маловысотных летательных аппаратов, содержащее измеритель яркости фона, ориентированный в направлении фона дневного неба и подключенный к входу устройства управления яркостью, выход которого подключен к светоизлучающему устройству, расположенному на нижней поверхности летательного аппарата, отличающееся тем, что светоизлучающее устройство выполнено в виде многослойной узкой полосы, состоящей из последовательно расположенных под прозрачным обтекателем от одной консоли крыла до другого слоя подложки диэлектрического лакокрасочного материала, слоя светоизлучающего покрытия, выполненного в виде многослойной матрицы, каждый элемент которой состоит из последовательно соединенного светоизлучающего диода и управляющего транзистора, при этом входы транзисторов подключены к выходу устройства управления яркостью, а выходы подключены к корпусу летательного аппарата, причем толщина всего светоизлучающего устройства не превышает трех толщин диэлектрического лакокрасочного материала.