Двигатель для самолета стелс

Что такое «стелс» и когда оно работает, а когда — не очень?

Технологии, позволяющие уменьшить заметность самолётов получили название «стелс». Их эффективность вызывает споры многие годы. Оценки разнятся от «вы его не заметите, пока самолёт не подлетит в упор» до «да у нас есть радары метрового диапазона, против которых “стелс” бессильны!» Что же это такое и как оно работает?

Теория

Тела отражают электромагнитные волны, и это позволяет обнаруживать летающие объекты. В истинности этого утверждения может убедиться каждый, посмотрев на пролетающую мимо ворону. Но электромагнитные волны бывают разными.

Более короткие волны — например, ультрафиолет — не всегда подходят для обнаружения воздушных целей, потому что хорошо поглощаются водяным паром, который всегда присутствует в атмосфере. Другое дело — более длинные волны: инфракрасные и радиоволны. Уже перед Второй мировой войной во многих странах начали экспериментировать с радиолокаторами. Они посылали электромагнитную волну, та отражалась от цели, и по принятому сигналу при должном умении можно было узнать много интересного: в каком направлении находится цель, её скорость и дальность до неё.

Как только появились радиолокаторы, тут же появились и средства борьбы с ними. Например, бросали алюминиевые полоски, отражения от которых могли ослеплять локаторы, излучать ложный сигнал, обманывающий или также ослепляющий радар и тому подобное.

Борьба средств радиоэлектронной борьбы (РЭБ) с радиолокаторами продолжается до сих пор. Но в определённый момент возник вопрос: а нельзя ли сделать так, чтобы отражённого излучения не было? Ну или по крайней мере не было в сторону радара?

Оказалось, что можно резко уменьшить возвращаемое излучение, и в этом помогает знание природы электромагнитного излучения. Дело в том, что это волна. И ведёт она себя далеко не всегда как поток частиц, и уж тем более не как луч в учебнике оптики. Например, волна может обойти вокруг объекта и отправиться в сторону своего источника. Особенно это хорошо ей удаётся, если объект по форме близок к цилиндру.

Обшивка самолёта может работать, как волновод, позволяя волне пройти вокруг фюзеляжа и излучиться в ту сторону, с которой и пришла

На гранях объекта волна излучается во все стороны, а отражается по законам геометрической оптики. И если есть на самолёте прямые углы, то они сыграют роль уголкового отражателя, направляя волну в направлении локатора, где и поджидает противник.

Правила и проблемы

Из всего этого следуют некоторые правила.

Отдельная проблема — двигатель, а точнее, лопатки турбины. Из-за своей функции они имеют сложную форму, поэтому их отражающая способность весьма велика. Хорошо, если удаётся скрыть их за S-образным воздуховодом, однако это ведёт к дополнительным потерям скорости. Поэтому на В-2, например, воздухозаборники просто выведены на верх крыла — оно закрывает их от вражеских радаров. Но для истребителей это плохой вариант, поскольку при маневрировании с большим углом атаки (грубо говоря, когда нос самолёта задирается вверх) крыло начинает затенять воздухозаборник: увеличивается турбулентность потока, а значит, возможен помпаж двигателя. Поэтому на истребителях такой вариант ещё ни разу не применяли.

Это всё — про форму. Однако для заметности важна не только форма объекта, но и поверхность. Все материалы по-разному отражают и преломляют излучение.

Можно подобрать те материалы, что будут это делать особенно хорошо как раз на тех длинных волнах, на которых работают вражеские локаторы.

В ход вполне может пойти эффект, сходный с тем, который помогает добиваться «просветлённой» оптики. Если сделать двухслойный материал толщиной примерно в четверть длины падающей на него волны, то отразившееся от внутренней границы излучение при выходе за внешнюю границу материала окажется в противофазе с отразившемся излучением, — и волны друг друга погасят.

Что же делать?

На вопли «аэродинамистов»: «вы что, хотите нам запретить делать нужную форму несущих поверхностей?!» тоже нашёлся ответ. Можно сделать накладку из материала, свойства которого изменяются с глубиной. Тогда волны будут «заманиваться» внутрь материала, где и поглотятся. И только на крики «прочнистов» — «да сколько ж это будет весить?!» — нет никакого ответа. Весит всё это радиопоглощающее богатство много.

Ехидные замечания: «а вот если мы посветим радаром метрового диапазона, что будет?» тоже остаются без приятного для пилотов «стелс» ответа: ничего хорошего не будет. Как уже говорилось выше, толщина покрытия привязана к длине волны, против которой оно работает. Соответственно, чтобы покрытие работало против радаров метрового диапазона, оно должно быть очень толстым.

Ну что — всё? Сплошной обман эти ваши «стелсы», мы их будем видеть радарами метрового диапазона?

Проблема в том, что радар, работающий в таком диапазоне, тоже должен быть размера порядка нескольких метров. Это слишком много даже для истребителя, не говоря уже об управляемой ракете. Кроме того, есть проблема точности. Чем больше длина волны — тем меньше точность измерений.

В общем, обнаружить самолёт «стелс» можно, а вот поразить — куда более сложная задача.

На данный момент есть лишь один случай достоверного поражения такого самолёта — когда югославы в 1999 году сбили F-117. Отличился 3-й дивизион 250-й ракетной бригады, вооружённой старенькими С-125. Согласно наиболее правдоподобным описаниям, цель была обнаружена и поражена с использованием только радиолокационных средств. Фирма «Локхид», построившая самолёт, потом оправдывалась: мол, американские военные заставили F-117 маневрировать в сложном рельефе местности, а меры по уменьшению заметности адаптированы только для горизонтального полёта. Но, согласно югославскому описанию, самолёт летел на средней высоте и начал маневрирование уже после пуска. Так что иногда «стелс» сбить всё-таки можно.

Впрочем, это единственная потеря — при том, что F-117 и в Ираке в 1991 году и в 2003-м, и в Югославии выполняли особо важные задания и летали довольно много.

Мерой заметности самолёта является эффективная поверхность рассеивания (ЭПР). По имеющимся оценкам, у наиболее продвинутых современных самолётов эта ЭПР снижена до 0,001 кв.м или даже до 0,0001 кв.м. Это в тысячи, а то и в десятки тысяч раз меньше, чем у обычного истребителя. Правда, впечатление от успехов американских авиастроителей несколько портит то, что дальность обнаружения, согласно основному закону радиолокации, пропорциональна корню четвёртой степени от ЭПР. Если переводить с физического на русский, то это означает уменьшение дальности обнаружения в сравнении с обычным истребителем раз эдак в пять. Тоже очень много, но всё же не в тысячи раз.

Кроме радиодиапазона существует ещё и инфракрасный диапазон. И здесь совсем сложно, — ведь источником является сам самолёт. Чем современнее двигатель, тем больше температура газов в нём. Выключенный, он остывает не сразу, и за самолётом остаётся довольно длинный факел, не всегда видимый визуально, но отлично заметный для инфракрасных головок самонаведения ракет. Кроме того, излучение идёт и от горячих поверхностей двигателей — ведь неслучайно их делают из жаропрочного титана.

Су-27. Титановые вставки легко видеть – их не красят по той же самой причине: краска обгорит

Читайте также:  402 двигатель закипает причина

Что с этим можно сделать? Горячие части можно прикрыть теми же килями; кроме того, кили могут хотя бы частично закрывать факел. Ещё можно поставить двухконтурный двигатель, часть тяги которого будет образовываться за счёт разгона турбиной холодного воздуха. Этот воздух, смешиваясь ещё внутри двигателя с горячими газами из первого контура, будет их охлаждать.

Двухконтурный двигатель — это не только меньшая заметность, но и большая топливная эффективность!

Платой за это станет меньшая максимальная скорость. Поэтому ни F-22, ни F-35 до двух махов и не добираются.

Выводы

Технологии «стелс» не панацея. Но она позволяет существенно уменьшить дальность обнаружения самолётов, в том числе и для головок самонаведения ракет. Возможно, против них современные радиолокационные ракеты станут совсем неэффективными. Но пока что в реальном бою этого ещё никто не проверял.

Источник

Как работает стелс-технология в самолётах

Самолёт-невидимка — это самолёт, который не видим для радаров, сонаров, инфракрасных лучей и других средств обнаружения. Во время Второй мировой войны появились первые радары, а вместе с ними началась разработка стелс-технологии.

Первым самолётом с уменьшенным радиолокационным обнаружением был реактивный Horten Ho 229, который изготовили немцы в 1943 году. Но по-настоящему востребованной стел-технология стала во время Холодной войны.

Фото: scienceabc.сom

Как работает стелс

Чаще всего для обнаружения самолётов используют радар. Радиолокационная станция излучает радиоволны. Если они отражаются от объекта, его изображение выводится на экран. Это похоже на мяч, который бросают в стену, и он отскакивает обратно в руки.

Самолёты-невидимки используют два основных способа противодействия радиолокационному сигналу: поглощение и отклонение.

Поглощение — это когда радиосигнал доходит до самолёта, но почти не возвращается обратно (как будто мяч бросили в желеобразную стену). Достигается это за счет использования радиопоглощающего материала или окрашивания самолета радиопоглощающей краской. Несмотря на то, что технологии создания радиопоглощающего материала уже больше 40 лет, она строго засекречена.

Отклонение работает, когда у самолёта много углов и граней: радиолокационные импульсы отражаются в направлениях, отличных от тех, откуда они приходят. А это значит, что антеннам сложнее поймать отраженный сигнал. Большинство обычных самолётов имеют округлую форму фюзеляжа и скругленные крылья — это необходимо для лучшей аэродинамики. Обычные самолёты — лёгкая мишень для радара, ведь часть радиолокационного сигнала всегда вернется к радару, под каким бы углом сигнал не падал на самолет.

У самолёта-невидимки, наоборот, форма плоская, а контуры острые. Сигнал попадает на него и отражается под большими углами. Это как мяч, который бросили в кривую стену.

Фото: scienceabc.com

Иногда поглощение и отклонение комбинируются: самолёты-невидимки покрывают микроскопическими пирамидами, покрытыми радиоотталкивающими материалами.

Стелс имеет свою цену: угловатая конструкция часто делает самолёты неаэродинамичными. Кроме того, отсутствие вертикального хвоста (который может отражать входящие радиоволны) уменьшает стабильность самолёта. Тем не менее, выгоды от внезапного захвата противника стелс-самолётом перевешивают его недостатки.

Источник

Все новое – хорошо забытое старое. Еще 70 лет назад немцев очень огорчал британский скоростной бомбардировщик DeHavilland Mosquito. Высокая скорость была лишь половиной проблемы. Во время попыток перехвата вдруг оказалось, что цельнодеревянный «Москит» практически невидим на радарах – дерево прозрачно для радиоволн.

Подобным свойством еще в большей степени обладало немецкое «вундерваффе» Go.229, реактивный истребитель-бомбардировщик, созданный по программе 1000/1000/1000. Цельнодеревянное чудо без вертикальных килей, похожее на рыбу-ската, по-логике было вообще невидимо для британских радаров тех лет. Облик Go.229 очень напоминает современный американский «стелс»-бомбардировщик В-2 «Спирит», что дает некоторые основания полагать, что американские конструкторы любезно воспользовались идеями их коллег из Третьего Рейха.

Кроме того, снижению радиолокационной заметности уделялось внимание при создании стратегического бомбардировщика Avro Vulkan (Великобритания, 1952 год) и сверхзвукового стратегического разведчика SR-71 «Black Bird» (США, 1964 год).

При разработке “невидимки” впервые в истории преследовалась цель снизить все без исключения демаскирующие факторы самолета: способность отражать радиолокационное облучение, самому излучать электромагнитные волны, издавать звук, оставлять дымный и инверсионный следы, а также быть заметным в инфракрасном диапазоне.

В теории технология «стелс» работает следующим образом: многочисленные грани, реализованные в архитектуре самолета, рассеивают излучение радара в направлении, противоположном антенны радара. С какой стороны не пытаться уставить с самолетом радиолокационный контакт – это «кривое зеркало» отразит радиолучи в другую сторону. Кроме того, внешние поверхности F-117 наклонены под углом более 30° от вертикали, т.к. обычно облучение летательного аппарата наземными РЛС происходит под пологими углами.

Если F-117 облучать с разных ракурсов и потом взглянуть на картину отражения, то окажется, что наиболее сильную «засветку» дают острые кромоки корпуса F-117 и места нарушения непрерывности обшивки. Конструкторы добились того, что их отражения сконцентрированы в нескольких узких секторах, а не распределены сравнительно равномерно, как в случае обычных самолетов. В результате при облучении радаром F-117 отраженное излучение трудноотличимо от фонового шума, а «опасные сектора» настолько узки, что РЛС не может извлечь из них достаточной информации.
Все контуры сочленения фонаря кабины и фюзеляжа, створки ниш шасси и отсека вооружения имеют пилообразные кромки, причем стороны зубцов ориентированы в направлении желаемого сектора.

Воздухозаборники F-117 прикрыты специальными решетками с размерами ячеек, близкими к половине длины волны радаров, работающих в сантиметровом диапазоне. Удельное электрическое сопротивление решеток оптимизировано для поглощения радиоволн, причем оно увеличивается по глубине решетки, чтобы предотвратить скачок сопротивления (который увеличивает отражение) на границе с воздухом.

Все внешние поверхности и внутренние металлические элементы самолета выкрашены ферромагнитной краской. Ее черный цвет не только маскирует F-117 в ночном небе, но и способствует рассеиванию тепла. В итоге ЭПР «стелса» при облучении с фронтальных и хвостовых ракурсов снижена до 0,1-0,01 м2, что примерно в 100-200 раз меньше, чем у обычного самолета аналогичных размеров.

Если учесть, что наиболее массовые ЗРК стран Варшавского договора (С-75, С-125, С-200, “Круг”, “Куб”), имевшиеся на вооружении в то время, могли обстреливать цели с ЭПР не менее 1 м2, то шансы “Найтхока” безнаказанным проникнуть во вражеское воздушное пространство выглядели весьма внушительными. Отсюда и первые производственные планы: выпустить в дополнение к 5 предсерийным еще 100 серийных самолетов.

Конструкторы “Локхид” предприняли ряд мер и для снижения теплового излучения своего детища. Площадь воздухозаборников сделали больше, чем требуется для нормальной работы двигателей, а избыточный холодный воздух направили на смешение с горячими выхлопными газами, чтобы снизить их температуру. Очень узкие сопла формируют практически плоскую форму выхлопной струи, что способствует ее быстрому охлаждению.

Почти все это время вокруг “стелсов” не ослабевал строгий режим секретности. Хотя авабаза Тонопа была одной из наиболее охраняемых баз ВВС, там предпринимались дополнительные, поистине драконовские меры, чтобы скрыть правду о F-117A. При этом американские режимщики часто практиковали весьма остроумные решения. Так, чтобы отпугнуть праздных “любителей авиации” из числа персонала базы, на F-117A и сервисное оборудование наносили специальные трафареты типа “радиация”, «осторожно! высокое напряжение» и другие “страшилки”. На самолете с такой внешностью они вовсе не выглядели бесмысленными.

Лишь в 1988 году Пентагон решился опубликовать официальный пресс-релиз о «самолете-невидимке», предоставив общественности ретушированную фотографию F-117A. В апреле 1990 состоялась первая публичная демонстрация самолета. Конечно, вид F-117A поразил мировое авиационное сообщество. Он стал чуть ли не самым дерзким вызовом традиционным понятиям аэродинамики за всю историю полетов человека. Американцы возложили на “сто семнадцатый” ответственную роль убедительного примера технологического превосходства США над остальным миром, и для доказательства этого утверждения денег не жалели. “Найтхок” получил постоянную прописку на обложках журналов, стал крутым героем Голливуда и звездой мировых авиашоу.

Гораздо более серьезным было массовое применение «Стелсов» в войне в зоне Персидского залива зимой 1991 года. Война в заливе была крупнейшим военным столкновением со времен Второй мировой войны, в конфликт было вовлечено в различной степени 35 государств (Ирак и 34 страны антииракской коалиции – многонациональные силы, МНС). С обеих сторон в конфликте принимало участие более 1,5 млн. человек, имелось более 10,5 тыс. танков, 12,5 тыс. орудий и минометов, более 3 тыс. боевых самолетов и около 200 боевых кораблей.

Читайте также:  Двигатель мотоцикл урал волк

РЛС раннего оповещения позволяли обнаружить цели на высоте 150 метров в большинстве случаев за пределами воздушного пространства Ирака (и Кувейта), а цели на высотах более 6 км обнаруживаются далеко в глубине территории Саудовской Аравии (в среднем – 150-300 км).
Развитая сеть наблюдательных пунктов, соединённых постоянными линиями связи с центрами сбора информации, позволяла достаточно эффективно обнаруживать маловысотные цели, например такие как крылатые ракеты.

Полночь с 16 на 17 января 1991 г. стала звёздным часом F-117A, когда первая группа из 10 «Найтхоков» 415-й эскадрильи, каждый из которых нес по две 907-кг корректируемые бомбы GBU-27, взлетела, чтобы нанести первые удары в новой войне. В 3.00 по местному времени «невидимки», не обнаруженные системой ПВО, атаковали два командных пункта секторов ПВО, штаб ВВС в Багдаде, объединенный центр управления и слежения в Аль Таджи, резиденция правительства и 112-метровую Багдадскую радиовышку.
F-117А всегда работали автономно, без привлечения самолетов РЭБ, так как постановка помех могла привлечь внимание противника. Вообще операции «стелсов» планировались так, чтобы ближайший самолет союзников находился от них на удалении не менее 100 миль.

Серьезную угрозу для «стелсов» представляли зенитная артиллерия и ЗРК малой дальности с оптическими системами обнаружения и прицеливания, коих у Ирака было не мало (ПЗРК Стрела-2 (SA-7 Grail), «Стрела-3» (SA-14 Gremlin), «Игла-1» (SA-16 Gimlet), а также зенитных орудий (ЗУ-23-2, ЗСУ-23-4 «Шилка», С-60, ЗСУ-57-2). Летчикам запрещалось снижаться ниже 6300 м, чтобы избежать входа в зоны поражения этих средств.

В частности, командующий ВВС многонациональных сил в зоне Персидского залива генерал-лейтенант Ч.Горнер приводит в пример два рейда против сильно защищенных иракских ядерных установок в Аль-Тувайте, к югу от Багдада. Первый рейд был выполнен днем 18 января, в нем участвовали 32 самолета F-16C, вооруженных обычными неуправляемыми бомбами, в сопровождении 16 истребителей F-15C, четырех постановщиков помех EF-111, восьми противорадиолокационных F-4G и 15 топливозаправщиков КС-135. Этой многочисленной авиационной группе не удалось выполнить поставленную задачу. Второй рейд был совершен ночью восемью F-117A в сопровождении двух топливозаправщиков. В этот раз американцы уничтожили три из четырех иракских ядерных реакторов.
В дальгейшем F-117A эпизодически появлялись в воздушном протранстве Ирака, во время операции «Лиса пустыни» (1998 г.) и второжения в Ирак (2003 г.).

Я хорошо помню тот день, 27 марта 1999 года. Канал ОРТ, вечерняя программа «Время». Прямой репортаж из Югославии, люди танцуют на обломках американского самолета. Старушка вспоминает, что именно в этом месте когда-то разбился «Мессершмитт». Следующий кадр, что-то мямлит представитель НАТО, потом снова пошли кадры с обломками черного самолета…

Югославская ПВО совершила невозможное – в районе деревни Будановцы (пригород Белграда) был сбит «стелс». Самолет-невидимка был уничтожен ЗРК С-125 3-й батареи 250-й бригады ПВО, которой командовал венгр Золтан Дани. Также существует версия, что F-117A был сбит из пушки истребителем МиГ-29, установившим с ним прямой визуальный контакт. По американской версии, «сто семнадцатый» изменил режим полета, в этот момент перед решетками воздухозаборников образовался скачок давления, демаскировавший самолет. Неуязвимый самолет был сбит на глазах у всего мира. Командир батареи Золтан Дани, наоборот, утверждает, что наводил ракету используя французский тепловизор.

Что касается пилота «стелса», то подполковник Дэйл Зелко сумел катапультироваться и всю ночь прятался на окраине Белграда, пока его радиомаяк не засек EC-130. Через несколько часов прилетели поисково-спасательные вертолеты HH-53 Pave Low и эвакуировали летчика.
Всего в ходе агрессии НАТО против Югославии, «стелсы» совершили 850 боевых вылетов.

Обломки сбитого F-117A «Night hawk» (сер. номер 82-0806) бережно хранятся в Музее авиации в Белграде, вместе с обломками самолета F-16. Эти потери официально признали США.
Также в экспозиции присутствует двигатель от штурмовика А-10 «Thunderbolt II», который был оторван выстрелом из ПЗРК, сам самолет совершил аварийную посадку в аэропорту Скопье (инцидент официально признан командованием НАТО). Местные жители нашли странную деталь и отдали военным.
Из других интерестностей – обломки ракеты «Томагавк» и легкий беспилотник RQ-1 «Предейтор» (сербы утверждают, что сбили, американцы – что приземлился сам из-за отказа двигателя).

Собственно, все обломки что находится в музее – были официально признаны США, в том числе потеря двух боевых самолетов – «невидимки» F-117A и истребителя F-16. Другие заявленные Сербией многочисленные воздушные победы командование НАТО отрицает.
Что касается «неведимок», то сербы заявляют, что подбили как-минимум три F-117A, но два смогли дотянуть до авиабаз НАТО, где были по прилету списаны. Поэтому у них нет обломков. Утверждение вызывает некоторое сомнение – поврежденный F-117A не мог далеко улететь. Даже исправный “стосемнадцатый” летал весьма плохо – пилот не в силах управлять этим «летающим утюгом» без помощи электронных систем повышения устойчивости. На самолете даже отсутствует резервная механическая система управления – всеравно при отказе электроники человек не в силах справиться с F-117A. Поэтому любая неисправность для «стелса» фатальна, самолет не может летать на одном двигателе или с поврежденными плоскостями.

К слову, кроме сбитого F-117A, по официальным данным, за 30 лет эксплуатации было потеряно шесть «невидимок» над территорией США во время учебно-тренировочных полетов. Чаще всего «стелсы» бились из-за потери ориентации пилотов. Например, ночью 11 июня 1986 года, F-117A (хвостовой номер 792) врезался в гору, пилот погиб. Другой трагикомичный случай произошел 14 сентября 1997 года, когда во время авиашоу в Мерилэнде F-117A развалился в воздухе.

Видео с крушением F-117A на авиашоу в Мериленде

Источник

Технологии “Стелс” в авиации №1

На заре авиации

Звуковой и видимый диапазон

Можно ли сделать объект невидимым для человеческого глаза? Определенные подвижки в этом направлении есть. Связаны они с успехами в создании метаматериалов – сложных молекулярных структур, обладающих очень интересными свойствами. Некоторые из них имеют отрицательный показатель преломления света – он как бы обтекает трехмерный объект, покрытый таким материалом, и заставляет наблюдателя видеть то, что находится позади него. Плащ из подобной ткани сможет сделать человека невидимым не только оптической, но и в инфракрасной части спектра. Причем для его «работы» не нужны источники питания, зеркала, лампы или сложные электронные устройства.

Долгое время, примерно до середины Второй мировой войны, главным способом обнаружения самолетов была акустическая пеленгация. Шум работы авиадвигателя засекали с помощью специальных звуковых локаторов разной величины и конструкции. Некоторые из них имели циклопические размеры. Акустическая пеленгация канула в Лету после появления реактивных самолетов. Они не были тише предшественников – просто значительно выросла их скорость. Сверхзвуковой самолет вы быстрее увидите, чем услышите, но даже если он движется на дозвуковой скорости, времени на реакцию остается совсем мало.

Реактивная авиация

Холодно, теплее, горячо…

Авиационный двигатель не только шумит, но еще и здорово нагревается во время работы. А значит, излучает инфракрасные волны. Это было «головной болью» еще в эпоху поршневых самолетов – раскаленные патрубки и горячие выхлопы из них существенно демаскировали самолеты ночью. Реактивная силовая установка испускает еще больше инфракрасного излучения.

Тепловой след представляет серьезную проблему, ибо на него наводятся значительное количество современных ракет типа «земля-воздух» или «воздух-воздух». Существует несколько способов противодействия данной угрозе:

Отстрел ложных тепловых целей сбивает головку наведения ракеты, заставляя ее преследовать более мощный тепловой сигнал. Каждая из ловушек представляет собой пиротехническое устройство, похожее на сигнальную ракету. Они заряжаются в специальные устройства сброса, отстрел производится автоматически.

Читайте также:  Защита двигателя outback b13

Постановка активных помех производится за счет генераторов или бортовых лазерных станций. Первые представляют собой инфракрасные лампы с отражателями, а вторые комплектуются системами поиска атакующих ракет и ИК-лазером, который ослепляет их ГСН.

Еще можно добавить, что уменьшение теплового излучения актуально не только для самолетов или вертолетов. ПТРК третьего поколения типа американского «Джавелина» также имеют инфракрасную головку самонаведения, поэтому о снижении теплового следа двигателя придется хорошенько задуматься и танкостроителям.

Как защититься от радиоволн

Исторический экскурс

Еще в 30-е годы прошлого столетия британский инженер Уатт утверждал, что в дальнейшем боевые самолеты будут конструироваться с учетом уменьшения их заметности для радиолокационных станций – тогда на него не обратили внимания. Серьезно озаботились данным вопросом уже после Второй мировой войны: при создании бомбардировщика Б-52 американцы учитывали принципы малозаметности в его конструкции.

Так или иначе, но первое поколение « невидимок » появилось в США, к нему относятся:

Ко второму поколению «невидимок» относятся:

Смотреть: Стелс. Погоня за невидимкой | Телеканал «История»

Все вышеперечисленные машины абсолютно не похожи на F-117 или SR-71 – конструкторам удалось совместить малозаметность и достойные летно-технические характеристики. Некоторое ухудшение аэродинамических качеств было компенсировано увеличенной тяговооруженностью двигателя и продвинутой авионикой. Можно добавить, что Су-57 и J-31 пока находятся на этапе испытаний и не выпускаются серийно. Кроме того, созданием собственного малозаметного истребителя пятого поколения занимается Япония, Индия, Южная Корея, Турция, европейские страны.

Основные приемы малозаметности

Несмотря на годы исследований и миллиарды потраченных долларов, количество способов снижения заметности, на самом деле, невелико. Оно достигается за счет частичного поглощения сигнала радара материалами корпуса и отражения его остальной части таким образом, чтобы эхо не возвращалось к антенне радиолокационной станции.

Термин «эффективная площадь рассеивания» является важнейшим для понимания технологии малозаметности. Он показывает способность объекта поглощать электромагнитные волны, а также отражать их в сторону антенны радара. Общая площадь объекта и площадь поверхности, отражающей радиоволны, как правило, не совпадает. Меняя форму самолета и используя разные материалы в его конструкции, можно снизить его заметность аппарата, не уменьшая физические размеры. Также ЭПР определяет дальность обнаружения объекта радиолокатором.

Следует добавить, что добиться поглощения и отражения радиоволн возможно только в сантиметровом диапазоне. С дециметровыми волнами это получается гораздо хуже, а с метровыми – длина которых соизмерима с размерами летательных аппаратов – не получается вовсе. Правда, метровые волны редко используются в радиолокации. Они имеют значительную дальность действия, но низкую точность определения координат цели.

Что мешает скрытности

«Главными врагами» скрытности летательных аппаратов являются:

Типичным решением этой проблемы является использование S-образных воздуховодов. Их изогнутая форма закрывает двигатель и существенно снижает общую заметность самолета. Правда, при этом падает эффективность работы силовой установки. Сложнее уменьшить радиолокационную заметность самолетов сзади: кривое или очень длинное сопло вообще не сочетается с нормальной работой двигателя. Ситуацию спасает только тот факт, что у большинства боевых самолетов лопатки турбины прикрыты сзади форсажной камерой, которая несколько уменьшает их радиозаметность.

Выпуклые поверхности прекрасно отражают луч радара, причем, в отличие от плоскостей, делают это с любых направлений. Типичным примером такой поверхности является передняя кромка крыла. Решение данной проблемы – это использование прямых угловатых конструкций со скошенными краями и законцовками. Они уменьшают заметность самолета или вертолета, правда, при этом страдают аэродинамические качества.

Скрытность летательного аппарата в радиолокационном диапазоне нарушают кромки, стыки и швы. Поэтому их количество пытаются максимально уменьшить: для повышения скрытности создатели бомбардировщика В-2 вовсе отказались от килей и стабилизаторов. Кроме того, кромки «невидимок» делают параллельными друг другу, чтобы уменьшить количество ракурсов, с которых самолет будет максимально заметен. Например, у российского истребителя Су-57 передняя кромка крыла параллельна передней кромке стабилизатора. Аналогичные решения можно увидеть на американских самолетах F-22 и F-35.

Стыки обшивки и крышки делают пилообразными, причем размеры зубцов специально подбирают под длину волны РЛС и делают их параллельными кромкам крыла или стабилизатора.

В конструкции самолетов присутствуют элементы, способные свести на нет все усилия по снижению его заметности. К ним, например, относится кабина пилота или часть, образуемая стыком крыла и фюзеляжа. Они работают по принципу ретрорефлектора или уголкового отражателя. Попав в кабину пилота, луч радара несколько раз отражается от ее стенок и уходит в обратном направлении, значительно демаскируя аппарат. Для устранения этого эффекта фонарь кабины современных самолетов покрывают тонким слоем металла, из-за чего он имеет золотистый или зеленоватый оттенок.

Еще одной проблемой на пути к уменьшению заметности является собственный радар самолета. Он располагается в носовой части машины под головным обтекателем, прозрачным для радиоволн. Даже в выключенном состоянии БРЛС способна полностью демаскировать самолет, потому что ее антенна по понятным причинам имеет прекрасные отражающие свойства. Поэтому в неработающем состоянии тарелку поворачивают вверх, это касается и суперсовременных радаров с фазированной решеткой.

Обязательным требованием для всех «невидимок» является размещение вооружения во внутренних отсеках, а также максимально качественная подгонка, сборка и покраска всех внешних элементов крыла и планера.

Волшебная невидимая краска

Радиопоглощающие покрытия и материалы – это один из главных «секретов успеха» технологии Стелс. Сегодня известно несколько видов РПМ. Толщина подобных материалов высчитывается, исходя из особенностей радиоизлучения.

Так, например, резонансные РПМ имеют толщину в четверть длины волны. Попав в такой материал, излучение отражается от его внешней и внутренней поверхности, после чего происходит его интерференционная нейтрализация.

Нерезонансные покрытия представляют собой крошечные магнитные частицы, распределенные в пластике. Они рассеивают излучение или хаотически отражают его в разных направлениях. Подобные РПМ могут работать с радиоимпульсами разной частоты и длины волны. Существуют толстые многослойные покрытия, совмещающие в себе материалы обоих типов.

Одним из наиболее известных РПМ является iron ball paint – вещество, содержащее микроскопические сферы, покрытые магнитным составом. Оно превращает высокочастотное излучение локаторов в тепло, существенно уменьшая заметность объекта. Подобный материал использовался для покрытия знаменитого самолета-разведчика SR-71 Blackbird.

Кроме того, для снижения ЭПР летательных аппаратов используются специальные композитные пластики, способные поглощать электромагнитное излучение.

Т ехнологии малозаметности летательных аппаратов на ее нынешнем уровне развития имеет определенные недостатки. Самым главным из них является высокая стоимость «невидимок», причем это относится, как к разработке и постройке самолетов, так и к их обслуживанию.

Каждый «Хромой гоблин» обходился американскому налогоплательщику в 111 млн долларов, что для середины 80-х годов было очень приличной суммой. Общая стоимость программы F-117 составила 6,56 млрд долларов. Еще дороже оказался малозаметный «стратег» B-2 – 2,1 млрд долларов (по состоянию на 1997 год). На всю программу было потрачено 44 млрд долларов. Цена истребителя F-22 Raptor составляла 141 млн долларов, а F-35 обходится бюджету США примерно в 100 млн долларов.

Стоимость перечисленных самолетов действительно впечатляет, однако сказать, какая именно часть из перечисленных сумм пошла на стелс-технологии, довольно трудно. Истребители пятого поколения вряд ли будут стоить меньше 80-100 млн долларов, причем в основном из-за слишком сложной и дорогой электроники, а не стелс-технологий.

Самолеты-«невидимки» нередко критикуют за ухудшения их аэродинамических качеств в угоду малозаметности. Возможно, что подобные нарекания вполне обоснованы для «стелсов» первого поколения, вроде F-117, но для нынешних истребителей типа «Раптора» или Су-57 они звучат не слишком убедительно. Понятно, что ради снижения заметности конструкторам приходится идти на определенные жертвы, но они компенсируются более мощными двигателями, изменяемым вектором тяги и продвинутой электроникой.

В заключение

Источник

Ответы на популярные вопросы