Stealth Uçak Tasarımlarında Empennage'ın Eleştirel Rolü

Stealth teknolojisi temel olarak uçak yaklaşımı algılamasını nasıl yeniden şekillendirir. Empennage veya kuyruk meclisi, özellikle bir meydan okuma sunar, çünkü geleneksel işlevleri - yönlü ve uzun süreli stabilite - radar kesiti ile çatışma (RCS). Her pro Attack, açı ve malzeme seçimi doğrudan alıcı mühendislerine ne kadar radar enerjisinin geri döndüğünü etkiler.

Empennage'dan RCS'nin sadece bir optimizasyon egzersizi değil; görevin kaçınılmazlığını ve havacılık mühendisliği, savunma tedariki veya operasyonel planlamaya dahil olmak üzere beşinci nesil savaşçılar için temel bir gerekliliktir.

Radar Cross-Section: The Physics of Detection

Radar kesiti, bir nesnenin radar kaynağına geri döndüğünün ölçüsüdür. Bir kareye veya bir kareye (dBsm) göre sabit olmayan yüzeylerde ifade edilen dikey ve yatay stabilizatörler genellikle büyük bir katkıdır.

Geleneksel uçaklarda, dikey fin ve yatay stabilizatör 90 derece dihedral köşesini değiştirir - kaynağın başına radar dalgalarını güçlü bir şekilde yansıtan geometri. Benzer şekilde, arka kombi ile kuyruk arasındaki bağlantı ek yansıtıcı yollar yaratır.

Radar dalgaları yüksek frekanslarda tahmin edilebilir (tipik olarak X-band veya Ku-band, modern yangın kontrol radarları tarafından kullanılan). Bu dalgalarda, küçük propostlar veya boşluklar bile önemli saçlar haline gelebilir. Bu nedenle, empennage tasarımı sadece kenarlar, boşluklar ve yüzey denizleri gibi ayrıntıları dikkate almalıdır.

Nasıl Şekiller Scattering

Bir radar dalgası düz bir yüzeye çarptığında, enerji spekülatif olarak yansıtıyor - bir aynadan ışık gibi.Eğer yüzey gelen dalgaya doğru yönlendirilirse, enerjilerin çoğu radara geri döner.Eğer yüzeyin eğimliyse, enerji yan yanardağları yükselterek, tüm köşeleri eğimli uçaklara sıkıca uygulanır.

Örneğin, F-117 Nighthawk, herhangi bir düz panelin radar enerjisini sadece kaynağa geri dönmediğini sağlamak için yüz yüzen yüzeyler kullanıyor. Daha sonra B-2 Ruh ve F-22 gibi tasarımları sürekli eğriliği (başarılı yüzeyler) daha geniş bir açı aralığında daha düşük RCS elde etmek için kullanıyor.

RCS Azaltımı için Core Empennage Design Strategies

Çeşitli ilgili teknikler kuyruk montajının radar imzasını en aza indirmek için birlikte çalışır. Aşağıdaki stratejiler karşılıklı olarak özel değildir; modern çalkantı uçakları genellikle hepsini birleştirir.

1. Shaping ve Angle Manipulation

Shaping, kasıtlı olarak stabilizatörleri içerir, böylece radar dalgaları radar kaynağından uzaklaşır. dikey stabilizatörler için, ortak bir yaklaşım, 20 ila 30 derece dışsal olarak, F-22, RCS'yi yan yönlerden azaltmaya hizmet eden keskin bir ikiz kuyruktur.

Anahtar, yüzeyin beklenen radar tehdidine karşı perpendicular olduğundan emin olmaktır. Bu, liderlik kenarlarının, izdüşün ve kontrol yüzeylerinin sabit bir hizasını gerektirir. Hatta hareketli yüzeylerdeki boşluklar bile (rudders, asansörler) kenar difraksiyonunu önlemek için dikkatli bir şekilde tasarlanmıştır.

2. İç veya gömülü Stabilizerler

Bir radikal yaklaşım, fuselage veya kanat yapısı içinde stabilizatörlerin gömmesidir. B-2 Ruhu her şeyde dikey bir finanse edilmemiştir; saha ve yaw kontrol, kenardaki kuzenler tarafından sağlanır.Bu en belirgin yansıma özelliği ortadan kaldırır.

Filtreleme stabilizatörler farklı kenar kavşaklarının sayısını azaltır ve köşe reflektörleri stabilizatör ve fuselage arasındaki ortadan kaldırırlar. Ancak, bu tasarım özellikle yönsel stabilitede, karmaşık uçuş kontrol bilgisayarlarının kontrolü için gerekli olan aerodinamik cezalar taşır.

3. Radar-Absorbing Materials (RAM)

Sadece RCS'yi son derece düşük seviyelere indiremez (budun -30 dBsm) çünkü kenarlar ve eğri geçişler hala enerjiyi yayarlar. Radar-absorbing malzemeler olayı elektromanyetik enerjiyi ısıtır, yansıma sinyalini azaltır.Bu malzemeler kaplamalar veya kompozit yapılarda gömülü yüzeylere uygulanır.

RAM'ın iki geniş kategorisi vardır: Resonant emiciler (özellikle frekansa kadar) ve genişban emiciler (bir aralıkta etkisiz). Modern çalkantılı uçaklar aynı anda radar dalgalarını absorbe edebilecek çok katmanlı RAM kompozitler kullanır. F-35, örneğin, kuyrukları ileri RAM kullanır.

4. Yüzey Kaplamaları ve Tedaviler

Yapısal RAM'ın ötesinde, özel boyalar ve kaplamalar ek RCS azaltımı sağlar. Bu kaplamalar genellikle radar dalgalarını sokule eden ferrit parçacıkları veya karbon bazlı bileşikler içerir.Tam kalınlıklarda ve desenler yansımaya da dayanmak gerekir. Kaplamalar yüksek aerodinamik yüklere, termal bisiklete ve yağmur erozyona karşı da önemlidir.

5. Boyut ve Profili azaltın

Empennage'ın fiziksel alanını, teorik olarak en az radar enerjisini yakalayan küçük bir tasarım çalışmasına kıyasla oldukça kompakttır.F-22'nin dikey finsları, önceki savaşçılarınkinden daha küçük ve yatay stabilizatörler aerodinamik izin olarak tutulur. Bazı tasarım çalışmaları tamamen vektörel ve kanat destekli cihazlar tarafından yönetilen kuyruksız konfigürasyonları araştırıyor.

Yenilikçi Empennage Yapıları

Stealth uçakları, geleneksel kuyruklardan kıran birkaç empennage düzeni ilham aldı. Her yapılandırma, çalkantı, aerodinamik verimlilik ve kontrol otoritesi arasında farklı bir ticaret sunuyor.

All-Wing (Flying Wing) Design

B-2 Ruh ve önümüzdeki B-21 Raider, perdede tamamen bir aerodinamik istikrarsızlık kullanarak elde edilir ve kontroller sürekli kontrol yüzeyleri ayarlamak için karmaşık kanat şekillendirme ve çok sayıda kontrol yüzeyleri ile elde edilir.Bu düzen, RCS'yi her şeyden tamamen ortadan kaldırır.

V-Tail Konsülasyonu

Bir V-tail, aynı zamanda bir kelebek kuyruğu olarak da bilinir, dikey ve yatay stabilizatörlerin iki canlı yüzeye ayrılmasının işlevlerini birleştirir. Bunlar hem yaw hem de diferansiyel deflection yoluyla kontrol sağlar. Tasarım, üç ila iki arasında (üç ila iki) ve köşeyi yansıtan perpendicular kavururururlar.

V-tails, yeni yansıtıcı yollar oluşturmaktan kaçınmak için dikkatlice açılmalıdır. Tipik olarak, dihedral açısı, 30 ila 50 derece arasında yatay olarak ayarlanır. Yüzeyler kendileri kompozit malzemelerden yapılır ve RAM ile kaplıdır.

Canted Twin Tail

Bu belki beşinci nesil savaşçılardaki en yaygın konfigürasyondur. dikey fins bu düzeni çalıştırıyor (veya bazı tasarımları, daha fazla) 20 ila 30 derece.Finansal istikrar sağlamak için genellikle yeterince büyük ve keskin bir lider ve izç kenarlar ile şekillendirilir. F-22 ve Rus Su-57 bu düzeni çalıştırıyor: F-35 biraz farklı bir yaklaşım kullanıyor: yatay stabilizatörler aşağı doğru ilerliyor ve dikeyler daha küçük ve dışsal.

Kanlı ikiz kuyruğu geniş RCS'yi azaltır, ancak hala fins'in fuselage'e katıldığı bir dihedral köşesi yaratır.Bunu hafifletmek için, kesişimler ve RAM dolu boşluklar ile oluşturulur.

Tersiz ve Finless Kavramlar

B-21'ye yol açan DARPA LRS-B programı gibi, aerodinamik kontrolün sabit vektörlerle elde edildiği ve güçlü uçuş kontrol bilgisayarları gerektirdiğini araştırmış kuyruklar ve kanat kontrolleri.

Ticaret-offs: Stealth vs. Aerodynamics

Her empennage tasarımı kararı bir maliyet taşır.Removing veya indir dikey kuyruklar daha düşük yönsel stabiliteyi azaltır, uçağın kesintilerini ve dönüşlerini daha hassas hale getirir.Uzgunsuz, uçak söndürücü bir istikrar gerektirir.[Dönetici:0) Sistemi karmaşıklaştırır ve başarısızlık riski azaltır. B-2'nin uçuş kontrolü bilgisayarı, istikrarı yönetmek için dört katına çıkar.

Aşırı açılarda gölgeler aerodinamik performansları bozulabilir. Örneğin, yüksek hacimli bir dikey fin, yan güç nedeniyle daha az asansör üretir, aynı yaw yetkisini korumak için daha büyük bir fin alanı gerektirir - daha sonra ağırlık ve sürükler. Yapısal yükler de artar, özellikle yüksek hacimli saldırılar sırasında.

Malzeme seçenekleri ağırlık ekler. RAM kaplamaları standart boyadan daha ağır ve periyodik inceleme ve yenidenplikasyon gerektirir. F-35, çalma kaplamalarının bakım talepleri nedeniyle operasyonel kısıtlamalarla karşı karşıya kaldı. Balancing Stealth with cost, reliable, and performance is a constant Engineering Challenge.

Gelişmiş C ⁇ Modeling ve Test

Modern empennage tasarımı, uçaktaki diskerize edilmiş bir modele sahip olduğu için hesaplamak için ağır bir şekilde dayanır.Bu simülasyonlar, Finite-Difference Time-Domain (FDTD) yöntemi ve Moments Yöntemi gibi araçlarda mühendislere izin verir.

Simülasyondan sonra ölçeklenmiş veya tam ölçekli modeller bir anekoic odasında test edilir - radar-absorbent köpük ile bu mimiks ücretsiz uzayı. Model, dönen bir pedestal üzerinde monte edilir ve radar antenleri her açıdan yansımayı doğrular.Bu ölçümler simülasyonları doğrular ve beklenmedik sıcak noktaları tanımlar.

Özel radar takipleriyle uçuş testleri genellikle bu bulguları içeriyor ve serrated kenarlar (dövücü modeller) daha büyük yüzeyleri ve diffract enerjilerini bozmak gibi ek RCS katkıda bulunabilir.

Vaka Çalışmaları: Operasyonel Stealth Uçakta Tasarım

F-22 Raptor

F-22, her dikey fin ile ikiz bir tasarıma sahiptir 28 derece dışlanır. yatay stabilatörler büyük, tüm monte edilmiş iz kenarlarla tüm yükler. Tüm kuyruk yapısı, gömülü RAM ile kompozit malzemelerden yapılır. F-22'nin RCS genellikle 0.0001 m2'nin altında olduğu gibi alıntılanır.

F-35 Lightning II

F-35 farklı bir yaklaşım kullanıyor: tek bir dikey kuyruk (kahkaha alanı) hafif bir cant ile ve aşağı yukarı doğru giden yatay stabilatörler de RAM ile kaplı olan bir kuyrukları azaltır.

B-2 Ruh

B-2'nin uçan kanat tasarımı, seslerin radar enerjisinin en yüksek ifadesidir: tümünde dikey yüzeyler yoktur. Kontrol, aileronları (bu hız frenleri ve yaw kontrolleri olarak hareket eder) ve elevons.

Radar teknolojisi ilerledikçe ve rakipler, seslenen dalga ile fazdan 180 derece yayılabilir, empennage tasarımının evrimleştirilmesi gerekir.Bir ortaya çıkan konsept, aerodinamik için saf olarak optimize edilmesine izin verir.[Dönemli iptaller).

Başka bir umut verici alan ise:0)zmaca çalar.[Dönetici: 1) Bu teknoloji hala deneyseldir, ancak şeklin ne olursa olsun radara şeffaf olan vergilere yol açabilir.

[FONT:0]Morphing structures[[Dönetici], uçuştaki değişim şeklinin bu yönde bir adım atabileceğinin bir parçası olabilir. Örneğin, bir dikey fin, normal uçuş için düz katlanabilir ve yükseltilebilir bir şekilde yükseltilebilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Empennage tasarımı, F-22, F-35 gibi operasyonel platformlardan gelen dersler ve B-2, düşük gözlemlenebilirlik sınırlarını zorlayan yeni kuyruk kavramlarına devam edebilir.

Gelecekte, elektromanyetik ve aerodinamik ticaret-offların derin bir anlayış, herhangi bir başarılı çalma uçak programı için gerçek zamanlı olarak uyum sağlamalarına izin veren aktif iptal, akıllı malzemeler ve uçuş kontrol sistemleri büyük olasılıkla daha büyük bir entegrasyonu görecek.

RCS azaltımı ilkeleri hakkında daha fazla okuma için, ESRAT'nin teknik raporunu bakınız:0)U.S. Air Force's Radar Cross Bölüm Azım Programı) . faydalı bir konuşma için kullanılabilir. [FONTA'nın Aeronautics Araştırma Müdürlüğü). B-2'nin tasarımı için, ABD Hava Kuvvetlerinin Radarı [FLT: 4 ) ABD Hava Kuvvetleri Gerçek Dokümanı).