Широкодиапазонное маскировочное покрытие и способ его изготовления

 

Изобретение относится к маскировке, в частности к маскировочным покрытиям для снижения заметности наземных объектов в различных диапазонах длин волн. Покрытие позволяет повысить эффективность маскировки наземных объектов, обеспечить требуемую стабильность уровня снижения мощности отраженного сигнала в диапазоне λ = 0,2 - 0,5 см, улучшить эксплуатационные характеристики маскировочного покрытия и снизить трудоемкость его изготовления. Сущность изобретения: в основу в виде сети вплетаются отдельные элементы электропроводящего материала. Каждый отдельный элемент содержит основной несущий слой в виде радиопрозрачной полимерной пленки, дополнительный поверхностный слой металла, нанесенный на полимерную пленку с одной ее стороны путем вакуумного напыления, и два крайних защитный слоя эмали, включающих пигментные наполнители и антипиреновые добавки. Упомянутые элементы выполнены в виде гибкой гирлянды спиралеобразной формы, с радиально расходящимися относительно центра окружности в виде "ресничек" полосками прямоугольной формы шириной 1 - 2 мм. Диаметр внутренней окружности гирлянды вдоль оси закрутки по всей длине элемента постоянен и составляет 3-5 мм. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области маскировки и может быть использовано самостоятельно или в сочетании с несущими каркасными элементами (в качестве маски-перекрытия) для снижения заметности вооружения и военной техники (ВВТ), других наземных объектов в различных диапазонах длин волн.

Известны однослойные маскировочные покрытия, например, из состава табельных маскировочных комплектов MKT-Л МКТ-Т, МКС-2 и др., обеспечивающие снижение заметности объектов в оптическом диапазоне длин волн (см. "Инструкция по применению табельного маскировочного комплекта MKТ" - М.: МО СССР, 1962, 52 с. ; Колибернов Е.С., Корнев В.И., Сосков А.А. Справочник офицера инженерных войск М.: Воениздат, 1989, сс. 233. 234).

Эти покрытия, как правило, выполнены из хлопчатобумажной сетчатой ткани или содержат основу в виде сети из хлопчатобумажных (капроновых) нитей с заполнением из поливинилхлоридной пленки с просечками, либо тканевых пятен и лент из миткаля. Указанные маскировочные покрытия обладают сравнительно небольшой удельной массой (m_уд ≈ 0,35... 0,65 кг/м²), но в настоящее время имеют ограниченное применение, так как не обеспечивают маскировку ВВТ и наземных объектов в радиолокационном (РЛ) и инфракрасном (ИК) диапазонах длин волн. Кроме того, они обладают низкими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками. В частности, хлопчатобумажные ткани имеют повышенные гигроскопичность, горючесть и малый срок эксплуатации в полевых условиях (как правило, не более 1 года), а полимерные пленки имеют низкую хладоустойчивость, что также ограничивает реальный срок службы покрытий.

Известны маскировочные покрытия с радиорассеивающими свойствами, позволяющими снижать уровень отраженного сигнала от маскируемого объекта не только за счет радиорассеивающих свойств самого покрытия маски (маски-перекрытия), но и за счет искажения геометрической формы объекта, а также экранирования уголковых образований фрагментов объекта.

К таким радиорассеивающим покрытиям (РРП) относится, например, "Камуфляжный материал для защиты oт радиолокационного наблюдения" по патенту США N 4528229, МПК F 41 H 3/0, 1985.

Указанный камуфляжный материал содержит слоистую основу с ворсом из натурального или синтетического волокна, выполненным в виде петель различной длины, прикрепленных к основе и выступающих в разных направлениях, и нити или винтообразные участки в основе, которые обеспечивают дополнительный эффект рассеивания электромагнитного излучения, попадающего на неэкранированную верхнюю поверхность основы материала покрытия.

Указанные покрытия, при наличии соответствующего защитного окрашивания волокон под фон местности, могут использоваться для маскировки объектов в оптическом и PЛ диапазонах длин волн.

Однако к существенным недостаткам отмеченных РРП следует отнести возможность эффективного их применения только в узком рабочем диапазоне длин волн ввиду сильной зависимости уровня собственных отражений и удельной эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) покрытий от угла наблюдения и длины волны, значительную удельную массу покрытий (m_уд ≈ 0,8...1,2 кг/м²), обусловленную их конструктивными особенностями, а также низкие эксплуатационные показатели.

Известны радиопоглощаюшие покрытия (РПП) градиентного или интерференционного типа, обладающие удельной ЭПР на 1...2 порядка ниже, чем у радиорассеивающих покрытий (см., например. Палий А.И. Радиоэлектронная борьба М.: Воениздат, 1989, сс. 103. . .109, патент США N 4688040, MПК H 01 Q 17/00, 1987, патент России N 203/931, MПК H 01 Q (17/00, 1992 и др.).

К недостаткам таких покрытий также следует отнести значительную удельную массу покрытий (m_уд ≈ 1,0. .. 2,0 кг/м³), относительно невысокий рабочий диапазон, а также нестабильность радиотехнических и физико-механических показателей при различных видах воздействий (климатических, механических, эксплуатационных) в полевых условиях. Так, например, разброс значения коэффициента отражения у РПП интерференционного тина может составить до 7... 12 дБ в диапазоне длин волн λ = 0,3... 4,0 см.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является радиопоглощающее устройство (по патенту России N 2084060, MПK H 01 Q 17/00, 1997, прототип).

Отмеченное устройство содержит гибкую основу (опору) в виде сети с ячейками размером 10. . .30 мм и вплетенные в нее гибкие радиопоглощающие элементы. Указанные элементы выполнены в виде лент из полимерного пленочного материала с поверхностным сопротивлением R_s= 30... 200 Ом и жесткостью H= 40. . . 60 кГц. Ширина лент в 1,1 ...1,3 раза больше размера ячейки сети, а толщина сети с вплетенными лентами составляет 20...50 мм.

Несмотря на более простое конструктивное исполнение и расширенный рабочий диапазон по сравнению с другими известными РПП, данное устройство не обеспечивает требуемый стабильный уровень снижения мощности отраженного сигнала в широком радиолокационном диапазоне, в первую очередь миллиметровом (λ = 0,3...0,8 см) и дециметровом (λ > 10 см) диапазонах. Кроме того, данное устройство конструктивно не обладает защитными маскирующими свойствами в оптическом (λ = 400... 900 нм), а также ИК ( λ = 3... 5 мкм и 8... 14 мкм) или радиотепловом ( λ = 2...8 мкм) диапазонах длин волн.

Известны поглотитель электромагнитных волн и способ его изготовления по патенту России N 2119216, MПK H 01 Q 17/00, 1996. Указанное устройство представляет собой многослойное радиопоглощающее покрытие интерференционного типа, содержащее несколько слоев переменной толщины, между которыми расположены двумерные решетки резонансных элементов. Способ изготовления такого покрытия заключается в последовательном нанесении слоев диэлектрика и размещении между ними электропроводящих элементов.

Устройство и способ характеризуются достаточно высокой трудоемкостью изготовления, относительно узким рабочим диапазоном поглощения, а также значительной удельной массой покрытия. Кроме того, указанные устройство и способ могут использоваться преимущественно для снижения заметности стационарных объектов, например, сооружений, и не приспособлены для применения в полевых условиях из-за жесткой конструкции покрытия.

Известен способ изготовления радиопоглощающего маскировочного устройства (покрытия), например, по патенту России N 2037931, МПК H 01 Q 17/00, 1992 (прототип), заключающийся в формировании поглощающих электромагнитное излучение элементов на пучках гибких волокон и закреплении их на сетевой опоре (основе). Однако указанный способ характеризуется сложностью, большей трудоемкостью и недостаточно высокой технологичностью изготовления маскировочного устройства (покрытия).

Предлагаемое изобретение направлено на повышение эффективности маскировки наземных объектов за счет расширения используемых диапазонов, обеспечения требуемой стабильности уровня снижения мощности отраженного сигнала в диапазоне λ = 0,2... 15 см, улучшения эксплуатационных характеристик маскировочных покрытий, а также на снижение трудоемкости их изготовления.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в маскировочном покрытии, имеющем основу в виде сети, выполненной из диэлектрических нитей, с вплетенными в нее отдельными элементами электропроводящего материала защитного цвета окраски, каждый отдельный элемент электропроводящего материала содержит основной несущий слой в виде радиопрозрачной полимерной пленки, дополнительный поверхностный слой металла, нанесенный на полимерную пленку с одной ее стороны путем вакуумного напыления, и два крайних защитных слоя эмали, включающих пигментные наполнители и антипиреновые добавки, и выполнен в виде гибкой гирлянды спиралеобразной формы, диаметр внутренней окружности которой вдоль оси закрутки по всей длине элемента постоянен и составляет в пределах 3. . . 5 мм, с радиально расходящимися относительно центра окружности в виде "ресничек" полосками прямоугольной формы шириной 1. ..2 мм с параллельными боковыми краями.

В заявленной конструкции в качестве основного несущего слоя может быть использована полиэтилентерефталатная или полиамидная пленка, а защитных слоев - эмаль типа ХС-5146 P с пигментным наполнителем защитного цвета окраски, причем ширина полосы полимерной пленки для каждого отдельного элемента соответствует ширине ячейки сети, одинакова для всех элементов и равна 50. . . 60 мм, суммарная толщина всех слоев составляет 40...70 мкм, толщина дополнительного поверхностного слоя металла - 0,5...1,5 мкм, а каждого защитного слоя эмали 5...10 мкм.

При этом предпочтительным является условие, когда поверхностное сопротивление полимерной пленки с нанесенным дополнительным поверхностным слоем металла составляет 20...150 Ом.

Повышение эффективности маскировки и снижение трудоемкости изготовления указанного широкодиапазонного маскировочного покрытия обеспечивается тем, что при формировании отдельных элементов электропроводящего материала и размещении их в ячейках сети предварительно нарезают полосы полимерной пленки требуемой ширины и на одну из ее поверхностей путем вакуумного напыления наносят равномерный слой металла, далее на него и необработанную поверхность полимерной пленки наносят по слою защитного покрытия с использованием эмали, содержащей пигментные наполнители защитного цвета окраски и антипиреновые добавки, и слои защитного покрытия подвергают сушке при температуре 60... 120^oC в течение 2...3 мин, затем на полосах полученного многослойного материала выполняют сходящиеся с двух сторон к центру в виде "елочки" параллельные насечки длиной 40...45 мм, и полосы с помощью спицы скручивают в виде спирали, причем фиксируют полученную форму за счет кратковременного нагрева спицы в течение 1,5 с, после чего сформированные в виде гирлянды элементы электропроводящего материала вплетают в ячейки сети в двух взаимно перпендикулярных направлениях с плотностью их распределения по одному элементу на ячейку в заданном направлении.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1 представлена структура предлагаемого многослойного электропроводящего материала, из которого формируются отдельные элементы, заполняющие сетевую основу маскировочного покрытия; на фиг. 2 - внешний вид насечек, выполняемых на полосах из металлизированной полимерной пленки со слоями защитного покрытия; на фиг. 3 - порядок формирования гибкой гирлянды спиралеобразной формы из отдельной полосы (с использованием спицы); на фиг. 4 - внешний вид элемента заполнения сети; на фиг. 5 представлен общий вид маскировочного покрытия, получаемого в результате вплетения элементов заполнения в сеть.

Широкодиапазонное маскировочное покрытие содержит основу 1, выполненную в виде сети из нитей диэлектрического материала, например, синтетических или хлопчатобумажных нитей, а также материал заполнения - отдельные протяженные элементы 2 электропроводящего материала.

Указанные элементы 2 выполнены в виде гибкой гирлянды спиралеобразной формы с радиально расходящимися (в виде "ресничек") относительно центра внутренней окружности полосками 3 прямоугольной формы с параллельными боковыми краями.

Диаметр внутренней окружности, образованный навивкой по спирали полос 4 с электропроводящим материалом, по всей длине элемента 2 (вдоль оси закрутки) выбирается постоянным и составляет 3...5 мм. При этом ширина полосок 3 выбирается равной 1...2 мм, а длина 40...45 мм. Указанные характеристики определены исходя из требуемого рабочего диапазона длин волн и обоснованы экспериментально.

Также, в основном исходя из этого условия, продиктован выбор размера ячейки основы 1 и ширины полос пленки 4 для изготовления элементов 2 электропроводящего материала, которые равны и составляют в пределах 50... 60 мм.

Следует дополнительно отметить, что подавляющее большинство промышленно выпущенных и используемых в настоящее время маскировочных покрытий табельных маскировочных комплектов также имеют размер ячейки сети 50 x 50 или 60 x 60 мм. Это позволяет использовать уже отработанные технологии изготовления сетевой основы маскировочных покрытий и имеющееся оборудование.

Электропроводящий материал, из которого изготавливаются элементы 2 заполнения основы 1 сети, является многослойным и состоит из основного несущего слоя 5, электропроводящего слоя 6 металла и двух защитных слоев (7 и 8) эмали.

В качестве несущего слоя 5 может быть использована радиопрозрачная полимерная пленка, например, полиэтилентерефталатная или полиамидная пленка. Указанные пленки, судя по результатам проведенных физико- механических испытаний, обладают требуемыми физико-механическими характеристиками, в частности - достаточными показателями жесткости и упругости материала, а также эксплуатационными характеристиками.

На одну из поверхностей несущего слоя 5 наносят слой 6 электропроводящего материала, в частности металла. В качестве металла, равномерно наносимого на поверхность полимерной пленки, например, методом вакуумного напыления, может использоваться нержавеющая сталь, алюминий, никель и др. Как показали результаты испытаний, оптимальная толщина поверхностного слоя 6 для различных металлов составляет 0,5...1,5 мкм.

Слои 7 и 8 покрытия из эмали, наносимые на поверхностный слой 6 металла и необработанную поверхность несущего слоя 5, обеспечивают не только защиту от внешних факторов воздействия (климатических, механических и т.п.) материала заполнения основы 1, т.е. элементов 2, но и в том числе требуемые эксплуатационные характеристики (долговечноcть, температурные режимы и т.п.) маскировочного покрытия, а также необходимые спектральные показатели в оптическом диапазоне длин волн. В качестве основы защитного покрытия может быть выбрана цветовая эмаль с высоким коэффициентом трудногорючести, например эмаль ХС-5146Р-В.

Так, при добавлении в полимерную часть эмали типа ХС-5146 пигментного наполнителя защитного цвета окраски (под фон местности, на которой предполагается использование маскировочного покрытия), например наполнителя из состава эмали ХВ, обеспечиваются требуемые свойства по снижению заметности в оптическом диапазоне, а также повышенная стойкость покрытия к климатическим воздействиям. При добавлении в эмаль антипиреновых добавок дополнительно достигается снижение горючести полимерного материала.

Физико-механические испытания различных по толщине образцов покрытия, сопровождаемые радиотехническими измерениями, привели к определению оптимальных характеристик различных слоев.

Толщина каждого защитного слоя 7 и 8 выбирается в интервале 5...10 мкм.

Поверхностный слой металла, как отмечено ранее, выбирается в интервале 0,5...1,5 мкм.

Суммарная толщина слоев элемента 2 электропроводящего материала при этом будет находиться в пределах 40...70 мкм.

В результате испытаний установлено, что поверхностное сопротивление полимерной пленки с нанесенным дополнительным поверхностным слоем металла для обеспечения требуемых физико-механических и радиотехнических характеристик должно находиться в пределах 20...150 Ом. Это обеспечивает получение значения коэффициента отражения материала при λ = 0,8...5 см в пределах минус 20.. .25 дБ и при λ = 5...25 см - в пределах минус 10...20 дБ.

Устройство работает следующим образом.

При маскировке наземной техники, например автомобиля, маскировочное покрытие в виде маски-перекрытия устанавливается над маскируемым объектом на стойках (распорках) и растяжках на определенном удалении от внешней поверхности объекта, например, не менее 0,5 м от боковой поверхности.

Электромагнитная волна от РЛС системы разведки при попадании на объемно-распределенную структуру покрытия с хаотично ориентированной поверхностью отражения полосок 3 ("ресничек") частично рассеивается в пространстве за счет многократного переотражения, частично поглощается. Та часть энергии электромагнитной волны, которая попадает в подмасочный объем, также многократно переотражается и поглощается. Таким образом, лишь незначительная часть ее возвращается в направлении РЛС, снижая эффективность обнаружения объекта в РЛ диапазоне длин волн.

Измерения коэффициентов отражения показали, что в диапазоне длин волн λ = 0,3. ..0,8 см он составляет в среднем минус 13 дБ, в диапазоне λ = 0,8... 4,0 см - до минус 20 дБ, а в диапазоне λ = 4,0...10,0 см - до минус 13 дБ. Таким образом, за счет применения маскировочного покрытия данной конструкции ЭПР объекта маскировки снижается в 5... 20 раз.

Тепловое излучение маскируемого объекта при этом также снижается за счет экранирования от металлизированной внутренней поверхности маскировочного покрытия.

При размещении покрытия на нагреваемую поверхность объекта маскировки (контактный способ) радиационная температура объекта снижается на 9...31^oC, при неконтактном способе размещения покрытия с зазором не менее 10...20 см от нагреваемой поверхности объекта радиационная температура системы "объект - покрытие" снижается на 13... 32^oC. При этом радиационная температура системы "объект-покрытие" находится в пределах 24...34^oC при температуре окружающей среды 21^oC и радиационной температуре объекта от 34^oC до 62^oC.

Таким образом, предлагаемое покрытие обеспечивает также и значительное снижение тепловой заметности образцов ВВТ.

В оптическом диапазоне измерения спектральных коэффициентов диффузного отражения окрашенного эмалью материала покрытия показали соответствие предъявляемым к ним требованиям.

Предлагаемое покрытие обладает более высокими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками по сравнению с аналогами. Удельная масса покрытия составляет до 0,41 кг/м², водопоглощение, близкое к 0%, характеристика горения в среднем до 10,28%•см, обеспечены самозатухающие свойства покрытия. При этом диапазон рабочих температур составляет от -45^oC до +50^oC, срок хранения возрастает с 3 до 5 лет, а срок эксплуатации - с 2 до 2,5...3 лет.

Реализация предлагаемого способа изготовления данного широкодиапазонного маскировочного покрытия заключается в последовательном выполнении ряда операций.

Первоначально при изготовлении маскировочного покрытия нарезают полосы полимерной пленки требуемой ширины (в данном случае 50...60 мм) и на одну из ее поверхностей (сторон) путем вакуумного напыления, например, с помощью магнетронной установки наносят равномерный слой металла.

Затем на поверхность металла и необработанную поверхность полимерной пленки наносят по слою защитного покрытия с использованием эмали, содержащей пигментные наполнители защитного цвета окраски и антипиреновые добавки. После чего слои защитного покрытия подвергают сушке при температуре 60... 120^oC в течение 2...3 мин, например, в термошкафу.

Далее на полосах полученного многослойного материала выполняют сходящиеся с двух сторон к центру в виде "елочки" параллельные насечки длиной 40.. .45 мм, и полосы с помощью спицы скручивают в виде спирали. Полученную форму фиксируют за счет кратковременного нагрева спицы 9 в течение 1,5 с.

После выполнения указанных операций сформированные в виде гирлянды элементы электропроводящего материала вплетают в ячейки сети в двух взаимно перпендикулярных направлениях, с плотностью их распределения по одному элементу на ячейку в заданном направлении.

Предлагаемый способ изготовления в настоящее время реализован на имеющемся оборудовании при выпуске опытных образцов (модулей) маскировочного покрытия.

При этом преимущественно используются отработанные технологии изготовления аналогичных маскировочных покрытий на сетевой основе, что позволяет сократить трудоемкость изготовления предлагаемого устройства по сравнению с аналогами.

Результаты физико-механических, радиотехнических и других видов испытаний опытных образцов предлагаемого покрытия представлены в протоколах испытаний (протоколы NN 35-41). В указанных протоколах различные варианты маскировочного покрытия обозначены под шифром "Терновник" и "Мишура", а пленка, из которой формируется материал заполнения сечи, под шифром ПЭТМ.

Формула изобретения

1. Широкодиапазонное маскировочное покрытие, имеющее основу в виде сети, выполненной из диэлектрических нитей с вплетенными в нее отдельными элементами электропроводящего материала защитного цвета окраски, отличающееся тем, что каждый отдельный элемент электропроводящего материала содержит основной несущий слой в виде радиопрозрачной полимерной пленки, дополнительный поверхностный слой металла, нанесенный на полимерную пленку с одной ее стороны путем вакуумного напыления, и два крайних защитных слоя эмали, включающих пигментные наполнители и антипиреновые добавки, и выполнен в виде гибкой гирлянды спиралеобразной формы, диаметр внутренней окружности которой вдоль оси закрутки по всей длине элемента постоянен и составляет 3-5 мм, с радиально расходящимися относительно центра окружности в виде "ресничек" полосками прямоугольной формы шириной 1-2 мм с параллельными боковыми краями.

2. Широкодиапазонное маскировочное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в качестве основного несущего слоя использована полиэтилентерефталатная или полиамидная пленка, а защитных слоев - эмаль типа ХС-5146 Р с пигментным наполнителем защитного цвета окраски, причем ширина полосы полимерной пленки для каждого отдельного элемента соответствует ширине ячейки сети, одинакова для всех элементов и равна 50-60 мм, суммарная толщина всех слоев 40-70 мкм, толщина дополнительного поверхностного слоя металла 0,5-1,5 мкм, а каждого защитного слоя эмали 5-10 мкм.

3. Широкодиапазонное маскировочное покрытие по п.1, отличающееся тем, что поверхностное сопротивление полимерной пленки с нанесенным дополнительным поверхностным слоем металла составляет 20-150 Ом.

4. Способ изготовления широкодиапазонного маскировочного покрытия по п. 1, включающий формирование отдельных элементов электропроводящего материала и размещение их в ячейках сети, отличающийся тем, что предварительно нарезают полосы полимерной пленки требуемой ширины и на одну из ее поверхностей путем вакуумного напыления наносят равномерный слой металла, далее на него и необработанную поверхность полимерной пленки наносят по слою защитного покрытия с использованием эмали, содержащей пигментные наполнители защитного цвета окраски и антипиреновые добавки, подвергают слои защитного покрытия сушке при 60-120°С в течение 2-3 мин, затем на полосах полученного многослойного материала выполняют сходящиеся с двух сторон к центру в виде "елочки" параллельные насечки длиной 40-45 мм, и полосы с помощью спицы скручивают в виде спирали, причем фиксируют полученную форму за счет кратковременного нагрева спицы в течение 1,5 с, после чего сформированные в виде гирлянды элементы электропроводящего материала вплетают в ячейки сети в двух взаимно перпендикулярных направлениях с плотностью их распределения по одному элементу на ячейку в заданном направлении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5