КОНСТРУКТИВНЫЕ СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ЗАМЕТНОСТИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Давно известно, что авиация является одним из основных компонентов вооруженных сил любой развитой страны. К каждому новому поколению самолетов предъявлялись свои требования, которым он должен был удовлетворять, чтобы эффективно конкурировать с другими самолетами. Сейчас к самолетам нового поколения также предъявляются новые требования – это снижение отражательных свойств летательных аппаратов. Самолеты с малым уровнем радиолокационной заметности в значительно большей степени по сравнению с обычными ЛА обладают способностью действовать скрытно, преодолевать противодействие современных глубоко эшелонированных систем ПВО, а также наносить внезапные удары по различным объектам.

Главной характеристикой радиолокационной заметности объекта является эффективная площадь рассеяния (ЭПР), определяющаяся по формуле:

где E₀ – величина электрической составляющей падающего от источника на тело электромагнитного поля; E_s – величина электрической составляющей рассеянного электромагнитного поля в точке приема; R – расстояние от цели до наблюдателя.

Величина ЭПР соответствует площади гипотетической пластины, находящейся перпендикулярно направлению падающей волны, которая равномерно излучает падающую на нее мощность в окружающее пространство. ЭПР принято измерять в квадратных метрах. Тождественными ЭПР названиями являются:

• эффективная отражающая поверхность (ЭОП);
• радиолокационное поперечное сечение (РПС) (перевод, используемый в англоязычной литературе аббревиатуры RCS – Radar Cross Section).

При облучении радиолокационной цели электромагнитной волной часть приходящей энергии поглощается, а остальная часть рассеивается (или отражается) в различных направлениях.

В истории мирового авиастроения известны только два случая, когда серийные летательные аппараты спроектированы по критерию обеспечения максимально низкой радиолокационной заметности – стратегический бомбардировщик Northrop B-2 «Spirit» и ударный самолет Lockheed F-117 «Nighthawk».

Рисунок 1. B-2 Spirit

Рисунок 2. F-117 Nighthawk

При рассмотрении принятых решений по компоновке самолетов с целью снижения их уровня заметности можно выделить следующие подходы к выбору формы самолета:

1. Применение планера ЛА, форма которого образована плоскими поверхностями, ориентированными таким образом, чтобы отражения от них не совпадали с вероятными направлениями локации;
2. Использование аэродинамической схемы «летающее крыло»
3. Применение «нормальной» аэродинамической схемы с некоторыми техническими решениями для ограниченного снижения заметности.

За рубежом разработано большое количество малозаметных летательных аппаратов, для которых можно сформулировать правила компоновки малозаметного летательного аппарата:

• сокращение числа отражающих элементов компоновки что возможно реализовать путем использования аэродинамической схемы «летающее крыло»;
• обеспечение параллельности (равной стреловидности) кромок;
• снижение влияния зеркальных отражений от боковых поверхностей фюзеляжа путем их отклонения от нормали по отношению к падающему электромагнитному излучению;
• исключение прямой видимости первой ступени компрессора двигателя за счет применения S-образного канала воздухозаборника;
• исключение размещения вооружения на внешней подвеске;
• металлизация остекления фонаря кабины экипажа и обеспечение плавного (в электрическом отношении) перехода от металлической поверхности к диэлектрической.

Также с целью снижения радиолокационной заметности необходимо использовать специальные материалы, такие как радиопоглощающие материалы, радиопоглощающие покрытия и инфракрасный (ИК) верхний слой. Применение радиопоглотителей минимизирует рассеяние от планера самолета, в то время как верхний ИК-слой используется для уменьшения инфракрасной заметности и гарантирует баланс в РЛ- и ИК-диапазонах.

На самолете F-117 с целью снижения радиолокационной заметности воздухозаборника на входе в канал была установлена радиоотражающая решетка. Под решеткой были видны линии стыка радиопоглощающего покрытия, верхним слоем которого является краска, имеющая шероховатую структуру.

Существует еще один способ снижения вклада воздухозаборника в общую величину ЭПР самолета. Он заключается в применении искривленных каналов воздухозаборника, благодаря которым экранируются зеркальные отражения от первых ступеней компрессоров двигателей. Однако, даже в отсутствии прямой видимости первой ступени компрессора полость воздухозаборника отражает значительную часть электромагнитной энергии обратно на радар и для достижения малых величин ЭПР требуется применение радиопоглощающего покрытия.

В передней полусфере одним из доминантных рассеивателей может стать кабина пилота, поскольку в ней, как и в канале воздухозаборника, происходит многократное переотражение падающего излучения между элементами внутрикабинного оборудования и снаряжения летчика. Для экранирования полости кабины на остекление фонаря наносится многослойное электропроводящее золотосодержащее покрытие. Переплеты фонаря служат дополнительным источником отражения радиоволн, поэтому к примеру на F-22 фонарь выполнен из прозрачного поликарбоната, который позволяет изготовить цельнолитое остекление.

Для обнаружения летательного аппарата наряду с фронтальными ракурсами диапазон ракурсов задней полусферы также достаточно важен. В этом случае доминантным рассеивателем является сопло двигателя. Круглые сопла отражают падающее электромагнитное излучение в широком диапазоне ракурсов, а плоские - в достаточно узком. Помимо того, что плоское сопло является более слабым отражателем по сравнению с традиционным осесимметричным соплом, оно еще и облегчает применение мер, обеспечивающих снижение заметности в радиолокационном и инфракрасном диапазонах.

Рисунок 3. F-22 Raptor

В боковой проекции самолета большой вклад в общую величину ЭПР самолета вносит вертикальное оперение. С целью обеспечения достаточно малого уровня обратного рассеяния вертикальное оперение выполняют V-образным, а также боковым поверхностям фюзеляжа придают наклон.

Также, проведенные за рубежом испытания на малозаметном экспериментальном самолете показали, что выступающие головки заклепок могут значительно увеличить радиолокационную заметность самолета. Один из способов снижения вклада заклепок и щелей – это изготовление как можно большего количества деталей планера самолета практически цельными, изготовленными из композитных материалов. В следствие этого минимизируется число технологических стыков, отражение от которых имеет большое значение для самолетов с предельно малым уровнем ЭПР.

К тому же для предотвращения распространения поверхностных электромагнитных волн, которые также делают летательный аппарат более заметным в радиолокационном диапазоне, на поверхность наносят специальные покрытия. Например, весь планер малозаметного ударного самолета F-117 покрыт радиопоглощающими материалами нескольких типов, нанесенных путем приклейки изготовленных из них лент и листов. Также на самолете F-22 реализован способ с нанесение радиопоглощающего покрытия путем напыления его с помощью роботизированных установок, с высокой точностью выдерживающих толщину слоев.

Говоря о крыле стоит отметить, что заострение передней кромки крыла, выполняемое для снижения уровня отражения от нее, приводит к существенному уменьшению аэродинамического качества. В связи с этим для реализации предельно малых величин ЭПР на кромки крыла летательного аппарата следует насести радиопоглощающее покрытие, что позволяет достичь рационального компромисса между характеристиками заметности и аэродинамики.



Рисунок 4. X-45

Применение задней кромки крыла пилообразной формы для снижения отражательных характеристик также значительно уменьшает аэродинамическое качество и для доведения уровня до предельно малых величин целесообразно использовать на задних кромках крыла радиопоглощающие покрытия.

Поэтому при проектировании летательных аппаратов стоит помнить, что реализация требований малой заметности серьезно влияет на аэродинамические характеристики через геометрический облик летательных аппаратов. В связи с этим решение проблемы обеспечения высоких аэродинамических показателей летательного аппарата малозаметной формы является одним из главных вопросов при создании летательных аппаратов нового поколения.

На основе всего вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1. Наименьшее значение величины ЭПР будут иметь самолеты, выполненные по аэродинамической схеме «летающее крыло»;
2. Для обеспечения наименьшего диапазона углов отражения необходимо обеспечивать параллельность граней и поверхностей конструкции;
3. Для снижения заметности необходимо использовать S-образные каналы воздухозаборника с покрытием стенок канала поглотителем электромагнитного излучения;
4. Тщательная заделка технологических щелей и стыков радиопоглощающими материалами приводит к уменьшению значений ЭПР;
5. Широкое применение радиопоглощающего покрытия по всей поверхности планера также способствует меньшей заметности летательного аппарата;
6. Использование плоских сопел двигателя способствует уменьшению инфракрасной и радиолокационной заметности самолета.