Lämmönsiirron numeerinen laskenta profiloidulle kanavalle.

Työn tavoitteena oli tutkia aaltomaisen profiloinnin vaikutusta suorien jäähdytyskanavien lämmönsiirtoon ja painehäviöön. Erilaisia profiileja oli kymmenen kappaletta ja ne olivat 5mm leveitä ja 30cm pitkiä kukin. Ne laskettiin kolmeulotteisina tapauksina FINFLO-virtausratkaisijalla kolmella eri Reynoldsin luvulla, jotka vastasivat laminaarista, osittain turbulenttista ja lähes kokonaan turbulenttista virtausta. Lämmönsiirtoaine oli kuiva +30°C ilma ja profiloinnin toteutustapa oli toisiaan sivuavat ympyräkaaret kolmella erilaisella säteen arvolla ja kolmella erilaisella aallonpituuden arvolla. Lisäksi laskettiin saman levyisen tasokanavan arvot jokaisella Reynoldsin luvulla kaksiulotteisina tapauksina. Näitä profiloimattomia kanavia pidettiin referenssitapauksina. Tuloksena havaittiin että profiloimalla saadaan yksiselitteisesti suurempi lämpöteho ulos samasta tilavuudesta. Lämmönsiirtokerroin kasvaa profiloinnin avulla parhaimmillaan n. 20% käytetystä turbulenssimallista tai lämmönsiirtokertoimen määritelmästä riippumatta. Painehäviö kasvaa myös aina, mutta kitkakerroin voi hieman pienentyä. Profiilin varsinaisena hyvyyskriteerinä pidettiin lämmönsiirtokertoimen ja kitkakertoimen suhdetta h/f. Se osoittautui riippuvaksi Reynoldsin luvusta ja turbulenssimallista; ASM ja Chien k-έ -mallit ennustavat transitioetäisyyden eri tavalla. Laminaarisilla virtauksilla h/f :n vaihtelu oli vähäistä; suhde vaihteli vain ±5% eri profiilien kesken. ASM-mallilla havaittiin sekundääripyörteilyä, ehkä siksi että se mallintaa anisotrooppisen turbulenssin. Chien k-έ malli ennusti suuremman ja aikaisemmin alkavan turbulenttisuuden kuin ASM. Lisäksi havaittiin mm. että tietyillä profiileilla muodostuu kanavan kapeimpaan kohtaan selvä virtausnopeuden paikallinen minimi seinämän läheisyyden takia.

Paperinvalmistusprosessiin tulevien energia- ja vesivirtojen määrittäminen

Nykyaikaisessa massa- ja paperiteollisuudessa energiankulutus ja ympäristövaikutukset ovat esillä paperitehdashankkeen alusta lähtien. Tehtaat tarvitsevat suunnitteluvaiheessa energian- ja tuorevedenkulutuslukuja tuotantokustannusten arviointiin ja tehdasjärjestelmien mitoitukseen sekä ympäristölupien hakemiseen. Energiansäästäminen ja ympäristökuormituksen pienentäminen ovat kuitenkin usein toisilleen vastakkaisia tavoitteita: ympäristönsuojelu lisää energiankulutusta mm. päästöjenpuhdistuslaitteiden ja tuotantohyödykkeiden suuremman tehtaan sisäisen kierrätyksen mahdollistavien laitteiden energiankulutuksen takia. Laitetoimittaja pyrkii ilmoittamaan asiakkaalle sitovassa tarjouksessa kulutusarvot tarjouslaajuuden rajoissa mitoitustuotannolla tuotettua paperitonnia kohden. Oikein ja realistisesti määritetyt kulutusarvot ovat laitetoimittajan kilpailukykyä parantava tekijä. Tässä diplomityössä tarkastellaan perusteita paperinvalmistuslinjan tarjousvaiheessa tiedossaolevilla parametreilla tehtävää paperinvalmistuslinjan energian- ja vedenkulutusarvojen määrittämistä varten. Tarjousvaiheessa tiedetään asiakkaan tuotantotavoite sekä tuotettavan paperin laji ja laatu. Näiden tietojen perusteella tarjoussuunnittelussa valitaan koneen rakenne eli konsepti sekä mitoitusnopeus ja leveys, joilla pystytään täyttämään asiakkaan tuotantotavoitteet. Tässä diplomityössä on tarkasteltu sellaisia paperinvalmistusprosessissa kuluvia aine- ja energia-virtoja, joita tarvitaan lopputuotteen aikaansaamiseksi, mutta jotka eivät jää lopputuotteeseen. Näitä ovat vesi, sähkö, höyry, kaasu, paineilma sekä alipaineinen ilma. Tarkastelu on kohdistettu paperinvalmistusprosessiin tuleviin energia- ja vesivirtoihin. Prosessista poistuvat sekä prosessissa kiertävät energia- ja vesivirrat on huomioitu vain tulosuureiden laskemiseen vaikuttavilta osin. Työssä selvitetty paperikonelinjan stationäärin tuotantotilanteen keskimääräisiä energian- ja vedenkulutuksia ja tehoarvoja eri paperilajeilla ja laitetyypeillä. Diplomityön aikana on mahdollisuuksien mukaan käytetty hyväksi olemassa olevia mitoitus- ja simulointiohjelmia.

Musteenpoiston optimointi siistausprosessissa

Tämän diplomityön tarkoituksena oli optimoida Keräyskuitu Oy:n siistausprosessi uusiomassan vaaleuden ja puhtauden kannalta. Työn kirjallinen osa koostui katsauksesta vaahdotussiistausprosessiin, laitteisiin sekä uusiomassan ominaisuuksiin ja käyttöön paperiteollisuuden raaka-aineena. Kokeellisessa osassa prosessimuuttujat liittyivät keräyspaperin kuidutukseen, musteenerotukseen vaahdotuksessa sekä lietteen- ja vesienkäsittelyyn. Tämän työn tulosten ääriarvoja vertailleissa prosessimuuttujien optimoinnilla oli vaikutusta massan vaaleuteen 4…5 %-ISO. Parhaimmillaan vaahdotuksen jälkeisen massan vaaleus oli noin 62 %. Tämän jälkeen massan vaaleutta voidaan edelleen parantaa valkaisulla, mutta valkaisu ei kuulunut tämän työn sisältöön. Paperin kuidutuksen alkusakeuden nostaminen vähensi sekä kuituuntumattoman massajakeen osuutta että kuidutuksen energiankulutusta. Vaaleuden ja musteenpoiston kannalta paras alkusakeus oli 18 %. Kuidutuksen silikaattitason nostaminen 1,6 %:iin asti paransi merkittävästi massan vaaleutta. Silikaattitason nostaminen moninkertaisti kuidutuksen jälkeisen massan jäännösperoksidipitoisuuden. Kuidutuksen kokonaisalkalitason nostaminen paransi musteen irtoamista kuidusta, mutta vaaleuteen sen vaikutus oli pienempi kuin silikaattitasolla. Vaaleuden ja musteenpoiston kannalta paras kokonaisalkalitaso oli 1,6 %. Vaahdotuksen sakeuden nostaminen sekä ilma- ja rejektimäärän pienentäminen alensivat hieman kuitusaantoa. Tuhkareduktiota paransi eniten ilmamäärän lisäys. Vaahdotusrejektin lisääminen ja -sakeuden laskeminen nostivat tuhkareduktiota. Vaaleuden ja musteenpoiston kannalta vaahdotuksen ajoparametreiksi valittiin seuraavat: ilmamäärä 32 000 l/min, ilmastusroottorien pyörimisnopeus riittävä, jotta kennojen pinta olisi tasainen. Ensimmäisen vaahdotusvaiheen sopiva rejektimäärä oli noin 2400 l/min, toisen vaiheen 450 l/min ja suositeltava vaahdotussakeus oli 1,0 %. Vaahdotuksen toisen vaiheen ilmamäärällä ja vaahdotussakeudella oli vain vähän vaikutusta vaahdotuksen kuitusaantoon. Lietteenkäsittelyn ongelmat johtuivat lietevirtauksen sakeuden vaihtelusta. Ongelmatilanteessa painoväri alkaa kiertää lietteenkäsittelyn ja mikroflotaation välillä, jolloin puhdistetun veden laatu laskee. Tällöin kiertoveden tila huononee ja massan vaaleus laskee. Lietteen flokkauskemikaali annostellaan lietevirtauksen mukaan, kun parempi tapa olisi annostella kemikaali lietteen virtauksen ja sakeuden perusteella.

Nestepakkauskartongin kosteuden hallinta

Koska kartonki on hygroskooppista, sen kosteus on riippuvainen ilman lämpötilasta ja suhteellisesta kosteudesta. Liian korkea kosteus kartongissa aiheuttaa jäykkyyden alenemista, kartongin sitkeyttä, sekä pullistuneita pakkauksia kuluttajilla. Kosteusongelmia syntyy varastoinnissa, sekä kylmän rullan käsittelyn aikana lämpimissä tuotantotiloissa. Rullaa tulisi säilyttää tiiviissä paketissa, jotta se olisi suojattu ympäristön vaihtelevilta olosuhteilta. Jos pakkaus ei ole tiivis ja ympäröivä ilma pääsee kontaktiin kartongin kanssa kylmävarastoinnin aikana, nousee kartongin kosteus jo parissa vuorokaudessa yli 7 %:iin ilman lämpötilan ollessa 15 °C ja suhteellisen kosteuden 95 %. Kirjallisuusosan tavoitteena oli kartoittaa tekijät, joilla on vaikutusta kuitujen ominaisuuteen imeä itseensä kosteutta ympäröivästä ilmasta. Kokeellisessa osassa selvitettiin, oliko kartongin kosteuden nousu johtunut tasapainokosteuden nousemisesta. Painopisteenä oli tutkia kosteuden muutokset varastoinnin ja konvertoinnin sekä pakkaustuotteen käytön aikana. Simuloinnin avulla määritettiin kosteuden penetroituminen rullaan. Tutkittiin pakkausmateriaalien vesihöyrytiiveydet ja käärinnän vaikutus rullapakkauksen sisäisiin olosuhteisiin. Nestepakkauskartongin tasapainokosteus ei ollut muuttunut. Käytännön varastointikokeiden avulla havaittiin, että pinon päällimmäinen rulla altistui eniten ympäröivän ilman olosuhteiden muutoksille. Havaittiin myös kosteuseroa tämän rullan reunojen välillä. Mitä lyhyempi on varastointiaika kartongin päällystyksen jälkeen, sitä paremmin ehkäistään kosteuden noususta aiheutuvat haitat kartongissa. Maksimivarastointiaika rullille on 1,5 kuukautta, jolloin kartongin kosteus oli 6,5 % ja pinon päällimmäisessä rullassa noin 6,7 %. Pitkään varastoidusta kartongista valmistetuissa maitotölkeissä oli korkein kosteus, suurin pullistuma ja alhaisin otejäykkyys 10 päivän jälkeen täytöstä. Varastointiajan ollessa pitkä, kartongista tulee sitkeää ja venyvää, ja se sitoo enemmän kosteutta kuin mitä se on sitonut ennen varastoon tuloa. Skaivaus pienentää kosteuspenetraatiota raakakartonkiin, jolloin jäykkyys säilyy ja pullistuma pienenee pakkauksessa.

Pientalojen ilmalämpöpumput sähköverkossa

Työssä tutkitaan ilmalämpöpumppujen kokonaisvaltaista vaikutusta sähköverkkoon. Tarkastelu aloitetaan lämpöpumppujen toiminnasta ja rakenteesta, josta jatketaan laitteen käytettävyyteen ja muiden lämmitysmenetelmien vertailuun. Sähköisten ominaisuuksien tarkastelussa pohditaan ilmalämpöpumppujen vaikutusta suomalaiseen sähköverkkoon muun muassa yleissähkötekniikan, taloudellisuuden ja energiatehokkuuden sekä häiriöiden kannalta. Tämä tutkielma rajoittuu pientaloihin, ja niihin asennettuihin ilma-ilmalämpöpumppuihin. Työn loppupäätelmänä on, että ilmalämpöpumppujen käytöstä ei juuri aiheudu vaikutuksia suomalaiseen sähköverkkoon. Suurimmat ilmalämpöpumppujen käytöstä syntyvät seuraukset kohdistuvat sähköverkkoyhtiöihin, joihin ilmalämpöpumput aiheuttavat taloudellisia menetyksiä. Suuret ja tulevaisuudessa kasvavat ilmalämpöpumppumäärät aiheuttavat sähköntuotantoon lisätehontarvetta huippukuorman aikaan. Toisaalta välitehoalueella tehontarve sekä energiankulutus pienenevät. Sähköverkoissa ei ole toistaiseksi havaittu ilmalämpöpumpuista johtuvia häiriöitä.

The evaluation of hazardous gas components caused by the thermal degradation of plant oils and animal fats

Neste Oil has introduced plant oils and animal fats for the production of NExBTL renewable diesel, and these raw materials differ from the conventional mineral based oils. One subject of new raw materials study is thermal degradation, or in another name pyrolysis, of these organic oils and fats. The aim of this master’s thesis is to increase knowledge on thermal degradation of these new raw materials, and to identify possible gaseous harmful thermal degradation compounds. Another aim is to de-termine the health and environmental hazards of identified compounds. One objective is also to examine the formation possibilities of hazardous compounds in the produc-tion of NExBTL-diesel. Plant oils and animal fats consist mostly of triglycerides. Pyrolysis of triglycerides is a complex phenomenon, and many degradation products can be formed. Based on the literature studies, 13 hazardous degradation products were identified, one of which was acrolein. This compound is very toxic and dangerous to the environment. Own pyrolysis experiments were carried out with rapeseed and palm oils, and with a mix-ture of palm oil and animal fat. At least 12 hazardous compounds, including acrolein, were analysed from the gas phase. According to the experiments, the factors which influence on acrolein formation are the time of the experiment, the sphere (air/hydrogen) in which the experiment is carried out, and the characteristics of the used oil. The production of NExBTL-diesel is not based on pyrolysis. This is why thermal degradation is possible only when abnormal process conditions prevail.

Vaahdonestokemikaalin syöttötapahtuman tehostamisen vaikutus märkäosan toimintaan

An improved defoamer dosage procedure and a more efficient dosing point to the approach system were studied in this thesis. Their influence on paper machine wet end operations was investigated. The improved defoamer dosing procedure was examined at UMP-Kymmene Tervasaari PM8. Air content and its controlling methods at the paper machine were studied in the literature survey. Also the influence of dissolved gases and entrained air in the papermaking furnish were introduced. Feeding methods – a TrumpJet chemical mixer and traditional feeding devices – were reviewed. The defoamer’s functioning methods were studied. The influence of the use of defoamers was estimated based on the main selected wet end operations. In the experimental part, defoamer mixing with a traditional feeding method and two improved mixing stages were compared based on the air content profiles in PM8’s approach system. The reference dosage procedure was PM8’s old dosing system. The first dosage procedure in the comparison involved two TrumpJet chemical mixers installed on the bottom wire trays. The second element of comparison involved the improvement brought by a third TrumpJet chemical mixer installed on the top wire tray. This second comparison of the efficient defoamer feeding concept was made at a higher production speed of PM8. The air content control situation was also studied at the higher production speed. In addition the connection between the defoamer and air content was observed and a mill-scale system was studied. The economical benefits of the new dosing procedure were also reviewed. Air content profiles of short circulation were measured in the reference situation and the two comparison points of the study. These air content measurements proved the main gas load is introduced to PM8's paper furnish from the white water tray. Thick stock air content was not essential when the air volume flow was considered. The improved defoamer dosing procedure made lower dosage amounts possible. Compared with the traditional feeding system, the new defoamer feeding concept made only few direct improvements to the wet end operations and the produced paper itself. The lower defoamer need was noticed to have a positive influence on hydrophobic sizing and paper defects. The surfaces of the white water tanks and the operation of pumps were assessed based on the density variations of the suspension. The temperature in the white water silo was stated to have a significant influence on the air content measured in the first centrifugal cleaning stage.

Model-based study of a chemical-looping combustion process

Chemical-looping combustion (CLC) is a novel combustion technology with inherent separation of the greenhouse gas CO2. The technique typically employs a dual fluidized bed system where a metal oxide is used as a solid oxygen carrier that transfers the oxygen from combustion air to the fuel. The oxygen carrier is looping between the air reactor, where it is oxidized by the air, and the fuel reactor, where it is reduced by the fuel. Hence, air is not mixed with the fuel, and outgoing CO2 does not become diluted by the nitrogen, which gives a possibility to collect the CO2 from the flue gases after the water vapor is condensed. CLC is being proposed as a promising and energy efficient carbon capture technology, since it can achieve both an increase in power station efficiency simultaneously with low energy penalty from the carbon capture. The outcome of a comprehensive literature study concerning the current status of CLC development is presented in this thesis. Also, a steady state model of the CLC process, based on the conservation equations of mass and energy, was developed. The model was used to determine the process conditions and to calculate the reactor dimensions of a 100 MWth CLC system with bunsenite (NiO) as oxygen carrier and methane (CH4) as fuel. This study has been made in Oxygen Carriers and Their Industrial Applications research project (2008 – 2011), funded by the Tekes – Functional Material program. I would like to acknowledge Tekes and participating companies for funding and all project partners for good and comfortable cooperation.

Development of chemical looping combustion process

Chemical looping combustion (CLC) provides a promising technology to help cut carbon dioxide emissions. CLC is based on separated oxidation and reduction processes. Oxygen carrier, which is made from metal and supporting material, is in continuous recirculation between the air and fuel reactors. The CLC process does not require separation unit for carbon dioxide. The fuel reactor can produce an almost pure carbon dioxide feed which decrease costs of carbon capture and storage (CCS). The CLC method is one of the most promising ones for energy efficient carbon capture. A large amount of literature was examined for this study and from it the most promising methods and designs were chosen. These methods and designs were combined as reactor system design which was then sized during the making of this thesis. Sizing was done with a mathematical model that was further improved during the study.

Niin kauan minä tramppaan

Suomalainen kansanlaulu.

Jätteenpolton typenoksidipäästöjen vähentäminen

Työn tavoitteena oli selvittää jätteenpolton typenoksidipäästöjen puhdistusmahdollisuuksia. Työssä käydään läpi typen oksidien muodostuminen poltossa ja typen oksidien poistomenetelmät. Poistomenetelmiä käsiteltäessä painotus on arinapoltossa ja erityisesti selektiivisessä ei-katalyyttimenetelmässä (SNCR). Työn kokeellinen osa tehtiin Ekokem Oy Ab:n jätevoimalassa Riihimäellä. Kokeellisessa osassa selvitettiin ensin ammoniakkiveden massavirran, SNCR-laitteiston veden massavirran ja räjähdysnuohouksen vaikutusta typenoksidipitoisuuteen. Samalla selvitettiin muita typenoksidipitoisuuteen vaikuttavia tekijöitä sekä SNCR-laitteiston puhdistustehokkuus. Sen jälkeen selvitettiin parhaita toiminta-arvoja öljyisen veden massavirralle, SNCR-laitteiston massavirralle ja primääri- ja sekundääri-ilman suhteelle typenoksidipitoisuuden, ammoniakki-slip:n, ilokaasupitoisuuden, ammoniakkiveden kulutuksen ja höyryn tuotannon kannalta. Tulokseksi saatiin, että ammoniakkiveden massavirran lisääminen pienentää typenoksidipitoisuutta, mutta voi aiheuttaa ammoniakkipäästön. Paras SNCR-laitteiston veden massavirta on suurin tutkittu, 800 kg/h, jolloin typenoksidipitoisuus sekä typenoksidipitoisuuden hetkittäinen vaihtelu, ammoniakkiveden kulutus ja ammoniakkipäästö ovat pienimmät. Samalla tosin höyryn virtaama pienenee. SNCR-laitteiston puhdistustehokkuudeksi saatiin 60 %. Räjähdysnuohouksella ei ole havaittavaa, eikä öljyisen veden massavirralla merkittävää vaikutusta typenoksidipitoisuuteen. Ammoniakkiveden kulutuksen kannalta paras öljyisen veden määrä on 600 kg/h, kun taas ammoniakki-slip:n kannalta paras öljyisen veden määrä on 950 kg/h. Primääri-ilman osuuden pienentäminen pienentää ammoniakki-slip:iä ja ammoniakkiveden kulutusta.

Venäjän ilmavoimien asejärjestelmät maavoimien tukemisessa 2015

Tutkimuksen tavoitteena on koota moninaisista ja pirstaleisista tiedoista kokonaiskuva Venäjän ilmavoimien kalustollisesta suorituskyvystä vuonna 2015 maavoimien tukena. Tutkimuksen pääkysymyksenä on: Mikä on Venäjän ilmavoimien kalustollinen suorituskyky maavoimien tukemisessa vuonna 2015? Alakysymyksinä tutkitaan: Mikä on Venäjän valtiollisen sotavarusteohjelman tavoite maavoimien tukemiseksi tarkoitetun ilma-aseen suorituskyvyn osalta? Miten ohjelma on toteutunut ja toteutumassa? Tutkimuksessa käsitellään Venäjän ilmavoimien organisaatiossa olevia ilma-aluksia. Venäjän ilmavoimien kaluston osalta tutkimus rajataan käsittelemään käytössä olevia tai käyttöön tulevia tyypillisimpiä rynnäkkökoneita, taktisia pommikoneita sekä taisteluhelikoptereita. Nämä maavoimien tukemiseen suunnitellut ilma-alukset muodostavat Venäjän ilmavoimien iskuvoiman maakohteita vastaan. Tutkimuksessa käsitellään myös monitoimitehtäviin kykenevien hävittäjien kehitystä niiden merkityksen noustessa tulevaisuudessa. Lennokeita ei käsitellä. Maavoimien tukemisella tutkimuksessa käsitetään Venäjän ilmavoimien ilma-alusten taistelulennoilla aseillaan toteuttamaa aseellista vaikutusta Venäjän maavoimia vastassa oleviin maamaaleihin. Tutkimuksessa Venäjän ilmavoimia lähestytään sen käytössä olevan kaluston ja aseiden näkökulmasta. Tutkimus selvittää miten Venäjän asevoimien uudistamisohjelmien tuomat kalustolliset uudistukset vaikuttavat ilma-aseen suorituskykyyn. Tutkimusmenetelmänä käytetään kvalitatiivista tutkimusta. Tutkimuskysymyksiin saadaan vastaukset kerätyn materiaalin perusteella tehtävällä aineistoanalyysillä ja induktiivisella päättelyllä. Laadullisena tutkimuksena tutkimusraportissa on sanallisesti kuvailtu tutkittavaa ilmiötä. Historiallisen kehityksen ja tulevaisuuden tavoitteista saatavan kokonaiskuvan avulla luodaan suuntalinjat nykyisyyden kautta tulevaisuuteen. Mikäli Venäjällä tutkitut, suunnitellut ja kehitetyt ilma-aseiden tekniset ratkaisut saadaan tuotantoon, vaikuttavat ne Venäjän ilmavoimien suorituskykyyn ja sen käyttöperiaatteisiin.

Miehittämätön taisteluilma-alus UCAV : teknologiakatsaus

Miehittämättömien ilma-alusten käyttö taistelukentällä yleistyy jatkuvasti ja niiden rooli taistelussa on laajentumassa tiedustelusta taisteluun. Jatkuva aseteknologian kallistuminen ja ilmaoperaatioiden luonteen muuttuminen saattavat lisätä miehittämättömien ilma-alusten käyttöä merkittävästi. Miehittämättömät taisteluilma-alukset (UCAV = Unmanned Combat Aerial Vehicle) ovat monen maan suunnitelmissa mukana kun tulevaisuuden ilmataisteluiden suorittajia mietitään. Tämän tutkielman tutkimusmenetelmänä on kirjallisuustutkimus, ja tarkoituksena perehtyä laajasti aiheeseen liittyvään kirjallisuuteen. Tutkielmassa UCAV:ien teknisistä ominaisuuksista perehdytään pääsääntöisesti niihin, jotka poikkeavat miehitetyistä taisteluilma-aluksista. Suurimpana erona miehitettyihin ilmaaluksiin on miehittämättömien taisteluilma-alusten osittainen tai kokonaan autonominen toiminta ja kauko-ohjaus. Tutkimuksen tekohetkellä ei millään maalla ole operatiivisessa käytössä varsinaisia UCAV:eja. Kaikki tässä tutkielmassa mainitut UCAV:it ovat projekteja, joiden tarkoitus on tutkia erilaisia teknisiä ratkaisuja aikanaan valmistettaviin ilma-aluksiin. Johtopäätöksissä arvioidaan UCAV:ien käyttöönoton aikataulua ja niitä tehtäviä, mihin miehittämättömiä taisteluilma-aluksia voitaisiin käyttää.

Maavoimien verkostokeskeisen tiedonsiirtojärjestelmän arkkitehtuuri ja sen toteuttaminen

Tämä tutkimus pyrkii määrittelemään itsenäisenä puolustushaarana toimivalle maavoimille sen tehtäviin soveltuvan verkostokeskeisyyttä ja joukkorakenteita tukevan tiedonsiirtojärjestelmän arkkitehtuurin. Tutkimus on luonteeltaan teoreettinen. Siinä analysoidaan yleistä sotilaallisten tiedonsiirtojärjestelmien kehitystä kylmästä sodasta lähtien, tiedonsiirtojärjestelmien kehitystä Yhdysvaltain ja Suomen maavoimissa sekä kaupallisten tiedonsiirtojärjestelmien kehitysnäkymiä. Analyysin pohjalta on laadittu arkkitehtuurikuvaus koostuen kahdeksasta PVTAKmäärittelyn mukaisesta näkymästä sekä esimerkki arkkitehtuurin soveltamisesta käytäntöön. Tämän työn tutkimusongelmana on, millainen maavoimien tiedonsiirtojärjestelmän arkkitehtuuri tukee tulevaisuudessa parhaiten verkostokeskeisyyttä ja yleistä teknistä kehitystä. Lisäksi tutkimuksessa selvitetään sotilaallisten tiedonsiirtojärjestelmien historian ja kehitysnäkymien vaikutusta arkkitehtuurin rakenteeseen. Tutkimusmenetelmänä työssä käytetään kirjallisuusanalyysia ja suunnittelua. Arkkitehtuurin laatiminen ja esimerkki arkkitehtuurin toteuttamisesta luokitellaan suunnitteluksi. Puolustusjärjestelmää valmistaudutaan käyttämään alue-, YETTS-, kriisinhallinta- ja informaatiosodassa. Keskeinen vaatimus on kyky toimia kaikissa näissä toimintaympäristöissä samalla kalustolla. Verkostokeskeisyyden toteuttamisen puolestaan todettiin vaativan suorituskykyistä, yhteensopivaa ja tietoturvallista tiedonsiirtojärjestelmää, joka takaa yhteydellisyyden taistelukentän toimijoiden kesken. Tällä tuetaan erityisesti verkostokeskeistä johtamista ja suunnittelua. Tiedonsiirtojärjestelmien kehityksen todettiin olevan kaikissa asevoimissa hidasta. Myös käytössä olevien ikääntyneiden järjestelmien kehityksen nopeuttaminen on osoittautunut haasteelliseksi hankintaprosessin luonteesta johtuen. Yhdysvaltain maavoimien tiedonsiirtojärjestelmissä hyödynnetään yhä runsaammin COTStekniikka, mutta taktiset johtamisyhteydet toteutetaan yhä useimmiten sotilasjärjestelmillä. Uusimmassa maavoimien järjestelmässä WIN-T:ssä korostuu kerroksellisuus (maa, ilma ja avaruus) ja tehtävän vaatimusten mukaan rakennettava järjestelmä. Sen merkittävä osa on myös JTRS-ohjelmistoradio kaikkine versioineen. Järjestelmän modulaarinen rakenne mahdollistaa jatkuvan osajärjestelmien kehittämisen teknisen kehityksen myötä. Suomen maavoimien tiedonsiirtojärjestelmät vaativat nykyisellään kehitystyötä, mutta ulkomaanoperaatioiden järjestelmiä voidaan pitää onnistuneina ja nykyaikaisina. Tärkeänä nähdäänkin kaikkien joukkotyyppien järjestelmäkehityksen yhdistäminen paremman suorituskyvyn ja yhteensopivuuden saavuttamiseksi. Kaupallisten tiedonsiirtojärjestelmien sotilaskäytön todettiin sisältävän monia haasteita sekä mahdollisuuksia. Kehityksen eteneminen kohti NGN-verkkoja kuitenkin tukee verkostokeskeisyyttä ja sotilassovelluksia. Tällä hetkellä mielenkiintoisimpia sovelluksia ovat ohjelmistoradio ja langattomat laajakaistaiset ad hoc -datansiirtojärjestelmät. Maavoimien tiedonsiirtojärjestelmän arkkitehtuuri on modulaarinen rakentuen siirtojärjestelmistä, käyttäjäympäristö- ja järjestelmäsolmuista sekä yhtenäisestä ohjaus- ja valvontajärjestelmästä. Siirtojärjestelmiä ovat PAN- (henkilökohtaiset), LAN- (lähi), LOS- (suoran yhteyden), BLOS- (epäsuoran yhteyden) ja runkoverkkojärjestelmät. Solmuja ovat esikunta- , komentopaikka- ja liikkuvan tilaajan sekä järjestelmäsolmu. Siirtoteitä ja solmuja kyetään ohjaamaan sekä valvomaan yhtenäisellä ohjaus- ja valvontajärjestelmällä. Keskeistä kokonaisuudessa on IP-protokollan laaja hyödyntäminen. Arkkitehtuuria voidaan soveltaa kaikille joukkotyypeille. Sen toteutuksen tekniikat ja järjestelmät voivat olla COTS:ia tai sotilaallista tekniikkaa. Toteutetut järjestelmät ovat joukkojen erilaisesta luonteesta ja toiminnan vaatimuksista johtuen mahdollisesti hyvinkin erilaisia.

Raskaan raketinheitinjärjestelmän tykistöohjusten käyttö operatiiviseen tulenkäyttöön Persianlahden sodissa

Suomeen on hankittu raskas raketinheitinjärjestelmä vuonna 2006. Vuosina 2012 - 2015 tehtävällä ammunnanhallintajärjestelmän päivittämisellä hankitaan kyky syvään asevaikutukseen aina 300 kilometrin etäisyydelle saakka. Tämän jälkeen ajankohtaiseksi tulevat ampumatarvikehankinnat. Tykistöohjukset ovat tällä hetkellä ainoa järjestelmä raskaalle raketinheittimelle, millä saavutetaan 300 km kantama. Tässä tutkimuksessa on tutkittu tykistöohjusten käytettävyyttä operatiiviseen tulenkäyttöön ja kaukovaikuttamiseen Persianlahden sotien kokemusten perusteella. Tutkimus on toteutettu laadullisena, hermeneuttista lähestymistapaa noudattavana tutkimuksena, jossa molemmat Persianlahden sodat on erotettu omiksi tapauksikseen. Tutkimusmenetelmänä on käytetty julkisten asiakirjojen analyysiä ja tulkitsevaa käsiteanalyysiä. Tiedonhankinnassa on pyritty holistiseen ja näkemysperäiseen tiedon tuottamiseen. Tutkijan esiymmärryksen pohjalta on luotu induktiivisen päättelyn keinoin hypoteesi, jonka pitävyyttä on testattu hermeneuttisella dialogilla. Tutkimuksessa on määritettyjen tutkimuskysymysten kautta vastattu keskeiseen tutkimusongelmaan, jossa on selvitetty tykistöohjusten käytettävyyttä operatiiviseen tulenkäyttöön. Painopiste analyysissä on ollut yksittäisten tykistöohjustehtävien arvioinnissa kokonaisoperaation kannalta sekä havaittujen heikkouksien ja vahvuuksien analysoinnissa. Tutkimus on osittanut tarpeen useille jatkotutkimusaiheille. Tykistöohjukset tulivat ensimmäiseen Persianlahden sotaan suoraan koeammunnoista. Toimivilla joukoilla ei ollut kokemusta asejärjestelmästä, sen tehosta eikä käyttöperiaatteista ennen sodan alkua. Tämä aiheutti monia hankaluuksia tykistöohjusten käytössä. Yhteistyö eri puolustushaarojen välillä ei toiminut odotetulla tavalla, vaan maavoimat pitivät tykistöohjuksen käytön tiukasti itsellään. Tulenkäytön väliraja aiheutti ongelmia tykistöohjusten käytössä, koska niiden kantama ulottui pitkälle välirajan taakse. Tulenkäytön välirajan takana oleva alue on ollut perinteisesti ilmavoimien vastuulla ja maavoimien aseiden ulottuvuus tämän rajan taakse asetti haasteita. Vaikeuksista huolimatta ensimmäisessä sodassa ammuttiin kaikkiaan 32 tykistöohjusta. Toteutetut tykistöohjustehtävät onnistuivat erittäin hyvin. Asejärjestelmä oli varmatoiminen. Sillä oli jokasään toimintakyky ja sillä saavutettiin haluttu vaikutus maalissa. Sodan kokemusten perusteella tykistöohjuksia tilattiin lisää ja niiden kehitystyötä päätettiin jatkaa. Yhdysvaltojen operatiivisen tulenkäytön ja maalittamisen konseptia alettiin laajamittaisesti kehittää sotakokemusten perusteella. Toiseen Persianlahden sotaan lähdettäessä lähtökohdat olivat jo erilaiset tykistöohjusten käytölle. Ohjuksia oli käytettävissä moninkertainen määrä. Niiden kantamaa ja osumatarkkuutta oli parannettu ja uusia ohjusversioita kehitettiin edelleen. Maalittamisesta ja operatiivista tulenkäytöstä oli julkaistu uudet ohjesäännöt. Yhteisoperaatioiden tulenkäytöstä oli uusitut doktriinit ja niitä oli harjoiteltu ennen sotaa yhteistoiminnassa eri puolustushaarojen kanssa. Toisessa Persianlahden sodassa ammuttiin kaikkiaan 414 tykistöohjusta tukien kaikkien puolustushaarojen tulenkäyttöä. Suurimmat ongelmat ilmatilan varaamisessa oli ratkaistu. Puolustushaarat eivät enää pitäneet omista suorituskyvyistään niin tiukasti kiinni vaan tässä sodassa ne nivoutuivat osaksi yhteistä tulenkäyttöä. Suurimmaksi tykistöohjusten vahvuudeksi nousi jokasään toimintakyky, nopea vasteaika tulitehtäviin ja pienet riskit tulenkäytössä vahvan ilmapuolustuksen suojaamiin kohteisiin. Ilmatilan varaamisen prosessi nopeutui toisessa Persianlahden sodassa, mutta se oli vielä liian hidas aikasensitiivisten tulitehtävien toteuttamiseksi. Molempien sotien aikana pääosa tykistöohjustehtävistä toteutettiin osana ilmapuolustuksen lamauttamistehtäviä. Tykistöohjuksin tuhottiin myös arvokkaita maaleja sekä toteutettiin vastatykistötehtäviä. Tykistöohjukset osoittautuivat luotettaviksi ja kustannustehokkaiksi aseiksi, joilla oli erityinen vaikutus molempien operaatioiden onnistumiselle. Sotakokemusten perusteella tykistöohjusten käyttö vaatii harjoittelua ja puolustushaarojen välistä yhteistyötä. Ilman selkeitä ohjeita, oppaita ja ohjesääntöä niiden käyttö on vaikeaa tai jopa mahdotonta. Tykistöohjusten hyvä käytettävyys korostuu huonolla säällä. Ilma-alukset eivät kykene operoimaan ja vaikutettamaan vahvan ilmapuolustuksen sisällä oleviin maaleihin. Tykistöohjuksia ei voida ohjata lennon aikana, vaan ne hakeutuvat koordinaattien perusteella maaliin. Tämä asettaa haasteita tulenjohdolle. Ohjuksen osumatarkkuus riippuu maalin paikannuksen tarkkuudesta. Tästä ominaisuudesta johtuen tykistöohjus ei sovellu liikkuvan maalin ammuntaan. Nämä heikkoudet huomioon ottaen tykistöohjus on kuitenkin kustannustehokas ja hyvä ase. Tutkimuksen perusteella tykistöohjus soveltuu hyvin operatiiviseen tulenkäyttöön ja kaukovaikuttamiseen. Sen suurimmat ongelmat eivät ole johtuneet aseesta tai asejärjestelmästä vaan käyttäjistä ja käyttöperiaatteista tai niiden puuttumisesta.