התפקיד הקריטי של ה-Apennage בעיצוב מטוסים

הטכנולוגיה הגנובת מחזירה באופן יסודי את האופן שבו כלי הקרב ניגשים לגילוי.ההה, או צואה, מהווה אתגר מסוים משום שתפקודיה המסורתיים – מתן יציבות כיווןית וארוכת טווח – לעתים קרובות סותרים את המטרה של צמצום סעיף חצי-מ"מ (RCS) כל פרוקטציה, זווית, ובחירה חומרית על הזנב משפיעה ישירות על כמה אנרגיה חוזרת למקלט.

המינימיזציה של RCS מההפצה אינה רק תרגיל אופטימיזציה; היא דרישה מרכזית לפונדקאות המשימה. צי של לוחמים הדור החמישי, כגון F-22 Raptor ו-F-35 II, מראה כי עיצוב ריצוף קפדני מאפשר מטוסים לפעול בתוך שטח אוויר מוגן מאוד תוך שמירה יעילה על חיישנים האויב.

רדאר קרוס-סודיות: הפיזיקה של גילוי

Radar cross-סעיף הוא מדד של כמה אנרגיה אלקטרומגנטית אובייקט משקף בחזרה למקור מכ"ם.הערך, המובא במ"ר או decibels יחסית למ"ר אחד (dBsm), תלוי בצורת האובייקט, תכונות חומריות וכיוון. עבור מטוס, הזינוק הוא לעתים קרובות תורם גדול כי אנכי וייצוב אופקי להציג משטחים גדולים, שיכולים לפעול כמו רפיחים כדי למזג אוויר.

במטוס מסורתי, הצומת בין fin אנכי לבין ייצוב האופקי יוצר פינה מדרגה 90 מעלות - גיאומטריה כי מאוד משקף גלי מכ"ם בחזרה אל המקור. בדומה, הצומת של הזנב עם המזג האחורי יוצר נתיבים רפלקטיביים נוספים.המטרה של עיצוב גרוטאות היא לשבור את ההשתקפות הזו על ידי שינוי זוויות, ריפוי פני השטח, או חיסול המבנים לחלוטין.

גלי רדאר מתנהגים בחיזוי בתדרים גבוהים (בדרך כלל X-band או Ku-band בשימוש על ידי מכ"מים מודרניים של בקרת אש) באורכי גל אלה, אפילו פרוטות קטנות או פערים יכולים להפוך למפוזרים משמעותיים. לכן, עיצוב התגלמות חייב לשקול לא רק את הצורה הגסה אלא גם פרטים כגון הקצוות, פערים, פני השטח.

איך לעצב את ה-Scattering

כאשר גל מכ"ם מכה על פני השטח שטוח, הוא משקף באופן ויזואלי - כמו אור מחוץ למראה.אם פני השטח מוכוונת למגרש הנכנס, רוב האנרגיה חוזרת אל המכ"ם, אם פני השטח מטומטמים, האנרגיה משקפת במקום אחר.

לדוגמה, F-117 Nighthawk משתמשת משטחים מעוקלים כדי להבטיח שכל פאנל שטוח משקף אנרגיה מכ"ם רק בדבורים צרים, צפויים שלעולם לא ישובו למקור.עיצובים מאוחרים יותר כמו רוח B-2 ו-F-22 משתמשים בריפוי רציף (משטחים מעוקלים) כדי להשיג אפילו נמוך יותר RCS בטווח רחב יותר של זוויות.

אסטרטגיות עיצוב עבור RCS Reduction

כמה טכניקות הקשורות זה לזה פועלות יחדיו כדי למזער את חתימת המכ"ם של הרכב הזנב.האסטרטגיות הבאות אינן בלעדיות הדדית; מטוסים מודרניים של גניבה משלבים בדרך כלל את כולם.

1 שינג ואנגלה מניפולציה

שפינג כרוך במשטחי ייצוב בכוונה כך שגלי מכ"ם משתקפים ממקור המכ"ם.עבור ייצוב אנכי, גישה משותפת היא לאפות את ה-fin בפנים או בחוץ עד 20 עד 30 מעלות.F-22 יש זנב תאום מעודן שמשמש גם להפחית RCS מהיבטים. ייצוב האופקי (ממריצים) סחפים גם הם ומצמצמצמצמים לפיזור אנרגיה.

המפתח הוא להבטיח כי שום משטח אינו חודר אל האיום המכ"ם הצפוי.זה דורש היערכות מדויקת של הקצוות המובילים, קצוות שבילים, ומשטחי בקרה.אפילו הפערים סביב משטחים נעים (רפסים, מעליות) חייבים להיות מתוכנן בקפידה כדי למנוע פירוק קצה.

2.פנים או Embedded Stabilizers

גישה רדיקלית אחת היא לקבור את הייצוב בתוך המבנה הפתיח או האגף.רוח B-2 אין בסיס אנכי כלל; המגרש ושליטת יהו מסופקים על ידי חללים מפוצלים וגורטים על הכנפיים.זה מבטל את התכונה הרהרטיבית הבולטת ביותר.האלמנה השחורה YF-23 השתמש ברעיון דומה עם מעט, מכושף אנכיים קטנים, אשר היו מעורבים חלקית לתוך השביל.

ייצוב מקטין את מספר הצמתים השונה ומסלק את המשקף פינה בין ייצוב ופתיחת.עם זאת, עיצוב זה נושא עונשים אווירודינמיקה, במיוחד ביציבות כיוון, הדורשים מחשבי בקרה מתוחכמות של טיסה כדי לשמור על שליטה.

חומרים רדאר-אבסרינג (RAM)

שפינג לבדו אינו יכול להפחית את RCS לרמות נמוכות מאוד (below -30 dBm) כי הקצוות וחילופי עקומה עדיין מתפזרים אנרגיה. Radar-absorbing חומרים להמיר אנרגיה אלקטרומגנטית לתוך חום, צמצום האות המשקף.

ישנם שני קטגוריות רחבות של RAM: קולטנים חוזרים (מנוסחים לתדירות מסוימת) ו קולטני פס רחב (יעילות בטווח) כלי גניבת מודרני משתמשים בתרכובות זיכרון מרובות שכבתיות שיכולות לספוג גלי מכ"ם מלהקות מרובות בו זמנית.ה-F-35, למשל, משתמש ב- RAM מתקדם על גבי סנפירים ונקודות שבילים.

4.משטח מתקפלים וטיפולים

מעבר לזיכרון מבני, צבעים מיוחדים וציפויים מספקים הפחתה נוספת של RCS. ציפויים אלה מכילים לעתים קרובות חלקיקים מפרשים או תרכובות מבוססות פחמן כי גלי מכ"ם אינטנסיביים ודפוסי פעולה כדי למזער השתקפות.

גודל ופרופיל מופחת

צמצום האזור הפיזי של הזינוק מפחית את האנרגיה המרבית התיאורטית RCS. finer fins לתפוס פחות אנרגיה מכ"ם.הפינים האנכיים של F-22 קומפקטיים יחסית בהשוואה לאלה של לוחמים קודמים, ואת הייצוב האופקיים נשמרים קטנים כמו אישור אווירודינמיקה. חלק מחקרים עיצוב חקרו תצורה ללא זנב שבו שליטה מנוהלת לחלוטין על ידי דחף ומכשירים מעוקלים.

חידושים חדשניים

מטוסים גנובים נתנו השראה לכמה פריסות של אגירת אשר פורצות מהזנבים קונבנציונליים.כל תצורה מציעה החלפה שונה בין גניבה, יעילות אווירודינמית וסמכות שליטה.

עיצוב All-Wing (Flying Wing)

רוח B-2 וה- B-21 Raider הבאים משתמשים ב-All-wing Planform ללא גרף מובהק.Stability ולשלוט מושגים באמצעות עיצוב כנף מורכבת ומשטחי בקרה מרובים על קצה הדרך. הפריסה הזו מבטלת סנפירים אנכיים לחלוטין, צמצום דרמטי של RCS מכל ההיבטים.הצד התחתון הוא חוסר יציבות אווירודינמיקה בציר המגרש, הדורש מערכות עף-bywire כדי להתאים את פני השטח מתקדמים ביותר.

V-Tail Configuration

V-tail, הידוע גם כזנב פרפר, משלב את הפונקציות של ייצוב אנכי ואופק לתוך שני משטחים מעוקלים.אלה מוכווני כך שהם מספקים גם את yaw וגם שליטה על המגרש דרך השתקפות שונה.העיצוב מקטין את מספר משטחים פינים (משלושה עד שניים) ומבטל את המחצבי צורה זו משקפת.

V-tails חייב להיות מזווית בזהירות כדי להימנע יצירת נתיבים רפלקטיביים חדשים.בדרך כלל, זווית dihedral נקבע בין 30 ל 50 מעלות מאופק.המשטחים עצמם עשויים מחומרים מורכבים ומצופה עם RAM.

« « « « TEIL

זו אולי התצורה הנפוצה ביותר על לוחמים הדור החמישי.הפינים האנכיים הם יכולים החוצה (או, בכמה עיצובים, פנימה) עד 20 עד 30 מעלות.הפינים הם בדרך כלל גדולים מספיק כדי לספק יציבות כיוון נאותה אבל מעוצבים עם הקצוות חדים ונתיבים הממזערים את החזרה המכ"ם.F-22 ו- Su-57 רוסיים משתמשים בפריסה.F-35 משתמש בגישה מעט אופקית: הייצובים יכולים להיות קטנים יותר, וצפופים, וקטנים, הם קטנים יותר, וקטנים יותר, וקטנים יותר, ועלולים להיות נמוכים יותר, וקטנים יותר, וקטנים יותר, וקטנים יותר, וקטנים יותר, והופכים לייצבים.

הזנב התאום המכוסה מקטין את RCS רחב, אך עדיין יוצר פינה דיהדרל שבה הסנינים מצטרפים למזג האוויר.כדי לצמצם את זה, הצומת נוצר עם מילויים מעוקלים ופערים מלאים ב- RAM.

מושגים חסרי ערך וחסרי סנקציות

תוכניות מחקר מתקדמות, כגון תוכנית DARPA LRS-B שהובילה ל- B-21, חקרו עיצובים ללא זנב שבו שליטה אווירודינמי מושגת באמצעות דחף וקטורנים, ספוילרי כנף, או דחף שונה.השער X-36 הראה כי לוחם זנב ללא זנב יכול להשיג גמישות גבוהה באמצעות רק קנארדים ומשטחי בקרה.

גניבת נשק לעומת Aerodynamics

כל החלטה עיצובית של תגמול נושאת עלות. הסרת או צמצום זנב אנכי מורידה יציבות כיווןית, מה שהופך את המטוס רגישים יותר להפרעות ירכיים וספין.ללא זנב, המטוס עשוי לדרוש (FLT:0activeיציבות הגדלת יציבות מוגברתFLT:1 אשר מגביר את מורכבות המערכת ואת הסיכון.

משטחים של שפינג בזווית קיצונית יכולים לזרז ביצועים אווירודינמיקה.לדוגמה, פין אנכי מאוד מוקרן פחות מעליות בשל כוח צד, הדורש שטח פין גדול יותר כדי לשמור על אותה סמכות של קמו - אשר לאחר מכן מוסיף משקל וגרור. עומסים סטרקטיים גם להגדיל, במיוחד במהלך חתומי סבך גבוה.

אפשרויות חומריות להוסיף משקל. ציפויי RAM כבדים יותר מצבע סטנדרטי ודורשות בדיקה תקופתית וקוצר רוח.F-35 נתקל במגבלות מבצעיות בשל דרישות תחזוקה של ציפויי הגניבה שלה. Balancing Stealth עם עלות, אמינות וביצועים הם אתגר הנדסי קבוע.

מודלים מתקדמים ובדיקת

עיצוב גילוח מודרני מסתמך רבות על סימולציות אלקטרומגנטיות חישוביות (CEM) כדי לחזות RCS לפני בניית אבטיפוס פיזי. כלים כמו Finite-Dif Time-Domain (FDTD) ושיטת של רגעים (Mo) לפתור משוואות מקסוול על מודל מלוטש של המטוס.סימולציות אלה מאפשרות למהנדסים להסתנן על צורה, הפצה חומרית, וציפוי במהירות.

לאחר סימולציה, מודלים בקנה מידה או מלא נבדקים בתא אנכוכי - חדר עם קצף מכ"ם-אבבורונט המחקה חלל חופשי.המודל רכוב על pedestal רוטט, ואנטנות מכ"ם מודדים את הכוח המתבטא מכל זווית. המדידות האלה מאמתות את הסימולציות וזיהוי כתמים חמים בלתי צפויים.

בדיקות טיסה עם מעקב מכ"ם ייעודי לעתים קרובות מגלה תורמים נוספים של RCS, כגון vents דלק, wicks סטטי או שליטה על פני השטח פערים, אשר לא נתפסו במודלים. עיצובי העלאה סופית משלבים את הממצאים האלה ועשויים להוסיף תכונות כמו קצוות מעוקלים (תבניות sawtooth) כדי לשבור משטחים גדולים יותר ו diffract אנרגיה בכיוונים שאינם .

מחקר: עיצוב גניבת מטוסים

F-22 Raptor

F-22 כולל עיצוב זנב תאום עם כל fin אנכי יכול 28 מעלות בחוץ.הדקנים האופקיים הם גדול, כל-הפנים עם שבילים משומרים קצה.המבנה כולו עשוי מחומרים מורכבים עם RAM. ה-F-22 של RCS הוא לעתים קרובות צוטט מתחת 0.0001 m2 (שווה ערך לשיש).

F-35 ברקיע II

ה-F-35 משתמש בגישה שונה: זנב אנכי יחיד (שטח גדול) עם קנט קטן, ודקנים אופקיים כי הם יכולים כלפי מטה.הקרן הבודד מפחית את מספר המשקפים העיקריים אבל יוצר משטח גדול שיכול להיות בעיה אם לא מטופלים. ציפויים מתקדמים ותערובת זהירה בין fin ופתיחת RCS לשמור נמוך מאוד.

B-2 Spirit

עיצוב כנף המעופפת של B-2 הוא הביטוי האולטימטיבי של גניבת הגיר: אין משטחים אנכיים בכלל.שליטה מסופק על ידי אדונים מפוצלים (הפועלים כמו בלמים מהירות ובקרות ים) ו- elevons. קצה השביל יש דפוס תצפיתי ייחודי המתפזר אנרגיה מכ"ם.

מגמות עתידיות: הבא-Generation Empennage Concepts

ככל שטכנולוגיית מכ"ם מתקדמת ויריבים מפתחים מכ"מים נמוכים שיכולים לזהות צורות שוד, עיצוב גילוח חייב להתפתח. רעיון מתפתח אחד הוא השימוש של FLT:0active ביטולים FLT:1, שבו המטוס פולט אות מכ"ם שהוא 180 מעלות מתוך שלב עם הגל המשקף, ובכך ביעילות ביטולו.

אזור מבטיח נוסף הוא (FLT:0)plasma StealthcioFLT:1, שבו שכבת גז מבוזר (plasma) סביב הגרף סופג אנרגיה מכ"ם.הטכנולוגיה הזו עדיין ניסיונית, אך יכול להוביל למגרעות שקופות לרדאר ללא קשר לצורה.

(FLT:0 Morphing StructureFLT:1) ששינוי בצורת טיסה יכול להתאים את חתימת המכ"ם של הגרף על זבוב.לדוגמה, fin אנכי יכול לקפל שטוח כאשר גניבה הוא רב ערך ולהגדיל לטיסה רגילה.תוכנית ההשתלבות של הפנטגון על פני (ACTE) היא צעד בכיוון זה.

מסקנה

עיצוב העצמה הוא מנוף של ביצועי מטוסים גרוטאות. על ידי שילוב של עיצוב, חומרים מתקדמים ותצורה חדשנית, מהנדסים יכולים להפחית באופן דרסטי את חצי-שטח הרדאר תוך שמירה - או אפילו שיפור - שליטה אווירודינמית.הלקחים למדו מפלטפורמות תפעוליות כמו F-22, F-35, ו- B-2 מודיעים מחקר מתמשך למושגים חדשים זנב שדוחפים את הגבולות של יכולת נמוכה.

העתיד צפוי לראות אפילו שילוב גדול יותר של ביטול פעיל, חומרים חכמים ומערכות בקרת טיסה המאפשרים מבני תגמול להסתגל בזמן אמת לסביבת האיום המכ"ם.עבור עכשיו, הבנה עמוקה של האלקטרומגנטי והאירודינמיקה של מטוסים נותר חיוני עבור כל תוכנית מוצלחת של מטוסים.

(ב) לקריאה נוספת על עקרונות הפחתת RCS, ראה את הדו"ח הטכני של חומרים גניבה זמין ב- FLT:0U.S. Air Force's Radar Cross Part Reduction Program (להלן: 1:1) סקירה שימושית של חומרים גרוטאות זמינה ב-FLT:2NASA's Aeronautics Research DirectorateFLT 3: For Specs on the B's Design of the B-2s, the NationalFalisches Law of Air.