Beskyttelse av droner

På grunn av pågående globale konflikter og økende internasjonal spenning, er droner og UAVer (ubemannede luftfartøy) i ferd med å bli et moderne verktøy med høy etterspørsel i militære arsenaler. Noen er klassifisert som hengende ammunisjon ved å bære eksplosiver eller stridshoder som ofte brukes i angrep. Andre er klassifisert som ubemannede kampfly (UCAVs) og opereres i ISTAR (etterretnings-, overvåkings-, målanskaffelses- og rekognoseringsoppdrag) og logistiske støtteoppdrag.

Sårbarhet

Blant fordelene med droneoperasjon i moderne kamp er soldatsikkerhet, sanntidsovervåking, utvidet rekkevidde, nyttelastfleksibilitet og lavere totale drifts- og treningskostnader. En kritisk svakhet ved droner i alle disse applikasjonene er imidlertid sårbarheten for elektromagnetisk interferens (EMI), enten naturlig eller som en del av elektronisk krigføring.

EMI-skjerming

Interferens i driften av droner fra uønskede elektromagnetiske signaler kan resultere i mulig funksjonsfeil, tap av kontroll og til og med krasj. For å unngå dette potensielt katastrofale utfallet er det nødvendig å velge og bruke de optimale EMI-skjermingsløsningene. EMI-skjermingsprodukter er materialer for elektronikkomponenter som beskytter mot utilsiktet forplantning av signaler fra en enhet, samtidig som de beskytter den mot uønskede signaler som forstyrrer finjustert intern elektronikk.

Pålitelighet

Det er viktig å merke seg at kravene til elektronisk holdbarhet og til droner i forsvars- og militæroperasjoner er merkbart forskjellige fra kravene til kommersielle- eller forbrukerdroner. Droner fra forsvarsindustrien trenger ofte å fly i timer eller dager mens de bærer tungt og dyrt nyttelastutstyr. Videre krever kampstyrker at dronene deres skal operere i årevis med minimalt eller intet vedlikehold. EMI-skjermingsteknologier støtter virksomhetskritisk pålitelighet, selv i krevende driftsmiljøer som involverer ekstrem fuktighet, salttåke og temperaturer.

Systematisk tilnærming

Effektiv EMI-skjerming er nødvendig for å beskytte et bredt spektrum av avanserte elektronikksystemer som er implementert i militære droner og UAVer, i hovedsak relatert til autonomi, bildebehandling, våpensystemer eller kommunikasjonsfunksjoner. LiDAR, radar, laser og ultrasoniske sensorer støtter anti-kollisjonssystemer og presisjonsposisjonering, kombinert med lokasjonskontroll/GPS-sensorer og stabiliserings-/orienteringsmoduler. Avansert flyanalyse, slik som flytidssensorer, kan gi operatørene detaljer om hvordan dronen oppfører seg i forhold til omgivelsesforholdene, og bidra til å forbedre fremtidige oppdrag. Andre sensorer – slik som kjemiske, termiske eller hyperspektrale – kan også bidra dersom dronen skal utføre spesifikke oppgaver.

Ulike kilder

Droner utfører en enorm mengde databehandling, og det er grunnen til at de trenger høye nivåer av EMI-skjerming for å forhindre RF (radiofrekvens) jamming, kanalforvrengning, avlytting og cybertrusler. EMI kan også være utilsiktet, kanskje som følge av intern elektronisk komponent-krysstale eller ekstern EMI-stråling fra andre elektroniske enheter, høyspentledninger, telekommunikasjonsmaster eller store antenner.

Svakheter i materialer

Og det er en annen utfordring. Mange moderne droner er laget av lette materialer, som plast og kompositter, for å spare vekt og øke nyttelastkapasitet og autonomi. På grunn av deres ikke-ledende elektriske egenskaper anses disse materialene for å være elektromagnetisk transparente. Denne egenskapen gjør det enkelt for elektromagnetisk stråling (EMR) å trenge inn i flykroppen og forstyrre elektroniske komponenter.

Beskyttelsesskjold

For å møte de strenge kravene til moderne droneteknologi er mange forskjellige EMI-skjermingsløsninger tilgjengelige. Disse elektrisk ledende produktene vil gi beskyttelse på enhetsnivå eller komponentnivå mot uønsket elektromagnetisk stråling, og sikrer at ytelsen opprettholdes uhindret.

Ledende pakninger

En av de vanligste løsningene for EMI-skjerming på systemnivå er såkalte elastomere ledende pakninger. Disse produktene har en basispolymer som silikon, fluorsilikon eller EPDM for å gi materialet dets fleksibilitet og struktur. Et ledende fyllstoff laget av partikler som forsølvet aluminium, forniklet aluminium, forsølvet kobber eller forniklet grafitt gir pakningen sine elektrisk ledende og skjermende egenskaper.

Miljøtetning

Materialet kan ha form av en ekstrudert pakning som sitter i et spor eller et støpt flatt ark som egner seg til å stanses ut til intrikate former. Elastomeriske ledende pakninger gir fordelen av å være både et EMI-skjold og en miljøtetning, samtidig som de gir en kapslings- eller systemnivåløsning for EMI-skjerming.

Kabler

Kabler og deres tilknyttede kontakter krever også EMI-skjerming, et område der ledende polyolefinslanger viser seg å være svært fordelaktige. Denne krympede rørformen og dens termineringshylser oppnår sin ledningsevne takket være fleksible belegg fylt med sølv- eller kobberbelagte sølvpartikler. Løsninger gir typisk vektreduksjoner på 40-65 % sammenlignet med konvensjonell flettet kabelskjerming eller skjermet kabelomslag.

Det er også mulig å krympe slangen rundt sårbare områder, for eksempel koblinger eller trådsporer.

I tillegg til å gi EMI-skjerming, gir ledende varmekrympede slanger en effektiv barriere mot støv og fukt/fuktighet.

Små komponenter

For EMI-skjerming av små komponenter gir applikasjonsspesifikke sprøytestøpte ledende termoplaster en optimal løsning, ikke bare for deres effektive EMI-skjerming, men også for vektreduksjoner på opptil 70 %. Visse avanserte ledende plaster drar nytte av en spesiell prosess som setter forniklet karbonfiber inn i kjernen av hver plastpellet for å sikre et homogent, perfekt fordelt ledende fyllstoff i en støpt del. Egenskapene til råvarene i disse ledende plastene tillater både EMI-skjerming, så vel som RF-absorpsjon, noe som gjør dem ideelle for bruk som kapsling på kabinettnivå eller skjerming på kortnivå.

Overlegne egenskaper

Når det gjelder fyllstoffkonsistens, er disse materialene overlegne i forhold til multi-pellet tørrblandinger, og leverer det som i praksis er en uforgjengelig skjermingsmekanisme. Selv om en ledende termoplast er ripet eller fliset, vil materialet beholde sine RF-absorberende og EMI-skjermings- egenskaper. Utfordringene forbundet med å arbeide med ledende plast er verktøy og på forhånd produksjonskostnader. Disse blir imidlertid lett oppveid av det reduserte behovet for sekundære produksjonsprosesser og integrasjon med maskinvare som festemidler og andre monteringskomponenter.

Droneskum

Et ytterligere materialalternativ er ledende skum. Uretan- eller silikonskum er ideelle for EMI-skjerming og jording i applikasjoner som ikke krever værskjerm eller hvor komponentene er beskyttet mot miljøfaktorer.

Skum er lett, har lav tetthet og er lett å komprimere for monteringsformål. De har vanligvis to former, de med stoffinnpakning (kjent som stoff-over-skum) eller varianter med sølvbelagte fibre innebygd i skum med lav tetthet.

Rimelig

Ledende skum er vanligvis rimelige og fungerer som en god tetning mot støv. Ofte produsert i ark eller ruller for videre bearbeiding, er ledende skum tilgjengelig i standard tykkelser og kan også kuttes i strimler. Stoff-over-skum-profiler lages i hundrevis av standardprofiler og kan også produseres basert på kundespesifikke krav. Verktøy for tilpassede deler er relativt billig og har kort leveringstid.

Plassformet pakning

Nok et annet valg er form-in-place pakninger. Disse lette elastomere pakningene består av et dispenserbart materiale som påføres elektronikkapslinger robotisk, og kommer i patroner (som en tetningsmasse) klare for dispensering ned til svært små tverrsnitt, selv på komplekse geometrier. Ved å bruke en form-på-plass-pakning sparer du opptil 60 % plass og vekt i dronehus, da flenser kan være veldig smale (mindre enn 1 mm) og fortsatt ha en EMI-skjermpakning. En fuktighetsherdet, sølvbelagt aluminiumfylt silikon med høy korrosjonsbestandighet er et godt eksempel på materialkonstruksjon. Det er ikke behov for et spor ved bruk av form-in-place pakninger.

Dekker all basis

Ettersom mange dronedesignere ønsker å spare vekt, er bearbeidet plast og kompositter et vanlig materialvalg. I slike tilfeller er ledende belegg/maling for å skjerme store komposittdeler mot påvirkning av EMI et godt alternativ. En rekke elektrisk ledende fyll- og bindemiddelkonfigurasjoner er tilgjengelige, inkludert kobberfylte uretanbeleggsystemer med spesielle tilsetningsstoffer og stabilisatorer for å opprettholde elektrisk stabilitet ved høye temperaturer. Kromatfrie malinger er et populært valg for komposittstrukturer.

Ledende lim

Dronedesignere kan også dra nytte av elektrisk ledende lim og tetningsmidler. Slike materialer fyller mellomrom mellom metall- eller komposittrammekomponenter for å eliminere utstrålte elektromagnetiske utslipp.

God elektrisk ledningsevne er også svært ønskelig for å gi en sikker elektrisk vei i tilfelle et lynnedslag. Å ta i bruk elektrisk ledende lim og tetningsmidler kan redusere behovet for skruer eller andre festemidler, forenkle montering og spare vekt.

Oppnå standard

For å sikre at EMI-skjermingsprodukter tilbyr pålitelighet i militære droneapplikasjoner, er overholdelse av kvalitetsstandarder avgjørende. Den vanligste kvalitetsstandarden for militære EMI-skjermingsapplikasjoner er MIL STD 461, som sikrer motstand mot avlytting, jamming og cybertrusler. Også relevant er DO-160G. Denne standarden er publisert av RTCA (Radio Technical Commission for Aeronautics), og gir miljøforhold og testprosedyrer for luftbårent utstyr.

Termisk ledning

Bortsett fra EMI-skjerming, er en annen stor utfordring for dronedesignere overoppheting, vanligvis forårsaket av høy prosesseringsbelastning på elektronikken, og de kraftige rotorene. Det er derfor nødvendig med passende spesifiserte termiske grensesnittmaterialer for å sikre at dronen kan operere effektivt uten overoppheting.

Vekstmuligheter

Når vi ser fremover, forventer det globale militære dronemarkedet betydelig ekspansjon. Ifølge Fortune Business Insights anslås markedet å vokse fra 14,14 milliarder dollar i 2023 til 35,60 milliarder dollar innen 2030, noe som representerer en imponerende CAGR (sammensatt årlig vekstrate) på 14,10 %.

Dette er grunnen til at Parker Chomerics kontinuerlig jobber med drone-/UAV-OEMer for å utvikle produkter som oppfyller deres behov nå og for neste generasjons produkter. Selskapet utforsker allerede nye elastomerbaserte EMI-skjermingsløsninger, som unike form-på-plass-materialer og RF-absorberende produkter. Parker Chomerics sørger også for at hver nye løsning tilbyr støtteinformasjon som høyfrekvente skjermingsdata på opptil 115 GHz og miljøpålitelighetsdata.

Materialvitenskap, prosessteknologi, produksjon- og forsyningskjedestyring er kjernekompetanser hos Parker Chomerics, med standard og spesialkonstruerte EMI-skjermingsløsninger tilgjengelig, basert på flere tiår med bransjeekspertise. Som et globalt selskap jobber Parker Chomerics for å betjene applikasjoner over hele verden med ingeniørstøtte og produktproduksjon i Nord-Amerika, Europa og Asia.