サーマルシグネチャーマネジメントの科学

潜水艦は、検出を避けるためにステルスの複数の層に依存しています。 音響の静止が頻繁に最も注目を受けている間、赤外線(IR)のシグネチャの減少は等しく重要です。 各潜水艦は、その原子炉、推進システム、および電子船上から熱を発生させます。 その熱は散逸されなければならないが、制御されていない排出は、衛星ベースのIRセンサーまたは航空機搭載システムによって検出することができる熱プラムを作成します。 熱バリアの海洋コーティングは、この脆弱性に対処し、温度を低下させ、そして、効果的に風化します。

水中の熱伝達の占有器

海では、熱は伝導と対流を介して動きます。潜水艦の船体は、導体として機能します。断熱材なしで、内部熱は外側に移住し、水の薄い境界層を温めます。現代のIRセンサーは、熱風な熱異常に責任を負うように、温度差を0.01°Cほど小さく検出することができます。熱バリアコーティングは、伝導を最小限に抑え、船体内の熱を間接する熱を保ち、内部の熱を保留する高熱抵抗層を導入します。

熱バリアマリンコーティングの構成とエンジニアリング

これらのコーティングは、単純な塗料ではありません。それらは、複数の層を構成する複合材料を設計しています。ベースレイヤーは、接着と耐食性を提供します。中間層は、ポリマーマトリックスで分散する絶縁媒体を中空中空セラミックマイクロ球を含んでいます。トップ層は、耐摩耗性および疎水性特性を提供し、バイオファリングを焼く。ピーク出力中に熱を吸収し、それを解放するいくつかの高度な配合は、ピーク時に熱を吸収し、それをゆっくりと放出する、スピーク温度を滑らかにします。

主要材料のクラス

  • []セラミック充填エポキシ:[]] 高熱抵抗、良好な機械的強度、海軍用途で実証された。 例には、[で使用されるスプレー可能なコーティングが含まれている])。
  • []エアロゲル強化ポリマー:[]超低熱伝導性(0.015 W/m・K)、軽量、しかし、脆性のために慎重にアプリケーションを必要とする。 []]の研究]サイエンスダイレクト[は、海洋環境における性能を向上させることを実証する。
  • ナノ構造コーティング:[炭素ナノチューブまたはグラフェンを組み入れ、断熱と電気伝導性を両立させ、燃料マウントセンサーとの統合を可能にします。

応用プロセスおよび品質管理

潜水艦に熱バリアコーティングを適用することは、ドライドックで行われるマルチステージの手順です。 船体は、白の金属仕上げに溝を帯び、プライマーが塗布されます。 コーティングは、複数の薄いパスでスプレーされ、サギングを避け、均一な厚さを1〜5 mm確実にします。 硬化後、技術者はコールドスポット、無効、または脱落を特定するために熱画像スキャンを実行します。 プロセス全体が数週間かかることがありますが、STSFは実質的に1〜5 mmである。 硬化後、技術者は、コールドスポット、または脱落を特定するために熱画像スキャンを実行します。

ステアリンスの強化: 赤外線を越えて

熱バリアコーティングの主な役割はIRシグネチャ削減ですが、それらはしばしば見落とされる二次ステルスの利点を提供します。

音響ダンピング

多くの熱障壁の公式の粘弾性は振動エネルギーも吸収します。これは、従来の電波のタイルを補完する、船体を介して伝達される構造体型ノイズを低減します。専用の音響コーティングとして有効ではありませんが、組み合わせた効果は、特定の周波数範囲で2〜5dBのブロードバンドノイズを下げることができます。

レーダー断面の減少

一部の熱バリアコーティングには、レーダー波を散らすのに役立つ導電性粒子が含まれており、海上や突出マストのレーダー断面を余儀なくします。潜水艦が表面またはperiscope深さで行われるとき、これは特に価値があります。

磁気シグネチャーダッピング

フェライト粒子やその他磁性材料を組み込むことにより、特殊なコーティングは、血管の磁気署名を削減し、サブマリンをピンポイントするために、磁気異常検知器(MAD)を難しくなります。この三重のアプローチは、熱、音響、磁気、統合的管理の未来を表しています。

オペレーション効果と実世界パフォーマンス

世界中の Navies は、熱バリア技術に大きく投資しています。 米国海軍のバージニアクラスとSeawolf-class の潜水艦は、熱検出能力を増加させることなく、より高い速度で動作させることができる独自のコーティングを報告しています。 同様に、ロシア海軍の Borei クラス潜水艦は多層断熱システムを採用しています。 A ]RAND レポート 潜水性に注意して、熱コーティングがすべての新しい標準設計を初期化しているため、すべての標準標準のサブマリンに2000を標準装備しています。

ケーススタディ:リトラルオペレーションにおける露光削減

浅い水(littoral)環境では、熱の stratification は顕著な温度の勾配を作成します。 温度回路の近くで隠すようにする潜水艦は、その船体が周囲層よりも暖かさである場合熱プラムを意図的に作成するかもしれません。 熱バリアコーティングは事実上このリスクを排除し、潜水艦が彼らの存在を広告することなく、長期にわたって水にloiterにloiterすることを可能にします。 この機能は、南シナ海でのエクササイズ中に重要なことを証明しました。 ディーゼルが、海に沈黙しているが装備されていないコーティングが装備されていない。

その他のステルス技術との比較

Technology Primary Signature Targeted Effectiveness Maintenance
Thermal barrier coatings Infrared / thermal High Low to moderate
Anechoic tiles Acoustic (active sonar) Very high High (prone to delamination)
Decoupler coatings Structure-borne noise Moderate Low
Low magnetic signature alloys Magnetic High Low

熱コーティングは、ユニークな利点を提供します。それらは、主要な構造変更なしで既存の船に適用されることができ、従来のプラットフォームの費用対効果の高いアップグレードを可能にします。

未来の方向:適応性および多機能のコーティング

次世代の熱バリアコーティングはよりスマートになります。研究者は、外部刺激に対する応答で熱放射率を変更する材料を開発しています。例えば、エレクトロクロミックレイヤーは、低・高放射率状態の間で切り替えることができ、サブマリンが背景の水温を動的に一致させることを可能にします。その他のイノベーションには、マイナーな傷や衝撃を修復し、より長いデプロイサイクルにわたって熱性能を維持する自己治癒コーティングが含まれます。

サーマルマネジメントシステムとの統合

海軍の建築士は、キールアップから一体化された熱管理で潜水艦を設計しています。コーティングはただ一つのコンポーネントです。内部熱交換器、ポンプ駆動式冷却ループ、廃棄物熱回収システムは、コンサートで熱的署名を最小限に抑えます。一部のコンセプトは、コーティングを使用して熱を優先的に排除するという概念が、自然にクーラーを維持しているか、そのような地下室、さらなる混乱IRセンサーなど。

商用および民間のスピンオフ

潜水艦用に開発された技術は、商業輸送にもその方法を見つけています。 LNGタンカーと研究船は、氷の航行と野生生物観察のための熱的シグネチャの減少に寄与しています。 []マリンインサイト]]]]は、オフショア風の防風船で熱バリアコーティングがテストされていることを報告し、船の快適性を改善し、HVAC負荷を削減します。

コンテンツ

サーマルバリアの海洋コーティングは、実験的な好奇心から潜水的ステルスの重要な成分へと進化しました。 船体と水の間の熱差を抑えることで、振動を低下させ、磁気署名を低下させる一方で、赤外線センサーを箔押しします。 特に、検出技術はより敏感になります。 特に、小さな衛星の安定化の増殖により、これらのコーティングの役割は成長します。 今日、高度な熱管理に投資すると、運用のエッジを維持し、潜水艦がより深く監視されるようにします。