УСТРОЙСТВО РАДИОЛОКАЦИОННОЙ МАСКИРОВКИ ВОЗДУХОЗАБОРНИКА САМОЛЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2001 года по МПК H01Q17/00 

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано для снижения уровня обратного радиолокационного отражения от воздухозаборника самолетного двигателя.

Опыт исследования радиолокационных характеристик таких сложных объектов, как например самолет, показал, что наибольший вклад в его эффективную площадь рассеяния (ЭПР) вносят такие элементы, как каналы воздухозаборников двигателей, антенна бортовой радиолокационной станции, кабина пилота и ряд других. Экспериментально проверено, что для углов наблюдения в секторе носовых ракурсов обычного самолета из всех источников отражения двигатели являются доминирующим [1]. Поэтому в мировой практике широкое распространение получили способы и устройства радиолокационной маскировки каналов воздухозаборников двигателей [2]. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ и устройство маскировки воздухозаборника самолетного двигателя [3], заключающийся в том, что окно воздухозаборника 1 (фиг. 1) разделяют на несколько ячеек или каналов меньшего размера 2, которые препятствуют проникновению падающих электромагнитных волн 3 в канал воздухозаборника 4, отражая их в обратном направлении и, практически, не увеличивают сопротивление воздушному потоку. Устройство, реализующее данный способ, представляет собой объемную решетку с квадратной ячейкой с внешним ребром 5, равным a, образованной металлизированными пластинами 6 шириной a и толщиной h (h << a), с электрическим контактом в узлах и формой, повторяющей профиль поперечного сечения входного окна воздухозаборника. Однако такое устройство препятствует проникновению электромагнитных волн внутрь воздухозаборника (экранировка) только в том случае, если размеры ячейки меньше длины волны [4] , что накладывает существенные ограничения при использовании его на практике. Таким образом, данное устройство обладает следующими недостатками:
c уменьшением длины электромагнитной волны для экранировки воздухозаборника требуется уменьшать размеры ячейки решетки до размера, меньшего длины волны, что, в конечном итоге, значительно увеличит сопротивление такой решетки воздушному потоку;
если строить решетку с размерами ячеек от единиц длин волн и более, то ее экранирующие свойства будут полностью утрачены, к тому же такая решетка как периодическая структура будет являться хорошим всенаправленным отражателем, обладающим многолепестковой диаграммой обратного отражения с большими уровнями ЭПР.

Исходя из этих недостатков существующее устройство может эффективно использоваться только при крайне ограниченных условиях.

Целью настоящего изобретения является снижение уровня радиолокационных отражений от канала воздухозаборника самолетного двигателя при облучении его широким спектром длин радиоволн.

Поставленная цель достигается тем, что к внешнему ребру каждой ячейки решетки пристыковывают металлизированный лист в виде равнобедренного треугольника 7 толщиной h, основанием, равным ребру а, и противолежащим ему острым углом α (фиг. 2), при этом параметры решетки и треугольников выбираются исходя из соотношений
a ≥ 2λ; h < 0,1λ; α < 60^°,
где λ - длина волны радиоизлучения.

Наличие металлизированных треугольных пластин, сопряженных с внешними ребрами ячеек решетки (треугольных законцовок), обеспечивает:
разрушение периодической структуры решетки как всенаправленного радиолокационного отражателя;
плавное согласование плоского фронта падающей электромагнитной волны и поглощение в структуре решетки как при падении волны извне, так и прошедшей сквозь решетку и переотраженной в обратном направлении (обеспечение эффекта "безэховости");
возможность подавления поверхностной волны, возбуждаемой внешним ребром решетки и распространяющейся вдоль плоской грани каждой ячейки в обратном направлении.

Поясним каждое из утверждений.

Внешние ребра металлизированных пластин, образующих решетку-прототип с периодом а при условии когда , представляют собой сложный отражатель. Падение волны на периодический ряд металлизированных пластин в устройстве-прототипе будет сопровождаться дифракцией волн на ребрах пластин и образованием отраженной волны. За счет дифракции на ребрах пластин возникает довольно сложное поле. Это поле будет представлять собой волну, распространяющуюся в каком-то направлении, если поля от краев пластин в этом направлении будут складываться в фазе. Рассмотрим более подробно этот механизм рассеяния. Пусть угол θ_i (фиг. 3) указывает направление падающей волны. Эта волна будет иметь место, если линия BD, перпендикулярная направлению распространения волны, представляет собой фронт волны, или иными словами, поля в точках В и D находятся в фазе. Поля падающей волны в точках A и C или AC перпендикулярно направлению распространения падающей волны находятся в фазе. Поля в точках B и D будут в фазе, если разность равна целому числу волн

где ρ = 0,1,2,3,....
Согласно фиг. 3

поэтому
sinθ_i-sinθ_s= ρ(λ/a).
Очевидно, что с ростом а (в длинах волн) число углов, под которыми отраженные от ребер поля складываются в фазе, будет расти. В итоге отраженное поле будет иметь устойчивую многолепестковую структуру, где максимальные уровни ЭПР ρ-ых лепестков будут определяться в приближении физической оптики [5] , по аналогии с линейной решеткой из неодинаковых отражателей, исходя из соотношения

где k - число ячеек в плоскости, ортогональной ,
π = 3,1415926,
h - толщина пластин,
a - расстояние между пластинами (длина ребра ячейки),
λ - длина волны.

Наличие треугольных металлизированных пластин, периодически расположенных по ребрам ячеек, разрушает единую кромку пластин как синфазную протяженную отражающую структуру. Вследствие этого у решетки в целом осуществляется достаточно плавный переход параметров среды от металла к свободному пространству, поэтому волна, отраженная от границы раздела, уменьшается по амплитуде. Кроме того, по периметру изрезанной кромки текут токи с разными фазой и направлением, поэтому средний уровень эффективного возбуждения кромки в плоскости меньше, чем в прямолинейной кромке. Соответственно уменьшается на 5-6 дБ уровень дифракционных полей, связанных с кромкой, как для волн отраженных, так и для волн, прошедших внутрь канала воздухозаборника [6].

Плавное согласование плоского фронта падающей электромагнитной волны со структурой решетки обеспечивается металлизированными треугольными законцовками с углом при вершине менее 60^o. Выбор такой конструкции обеспечивает многократное переотражение падающих волн между наклонными ребрами треугольников. На фиг. 4 показан ход лучей в пространстве между треугольными законцовками. Если характеризовать отраженную от такой конструкции электромагнитную волну коэффициентом отражения по мощности q_m, то плотность потока мощности отраженной волны будет определяться из соотношения

где n - количество отражений волны,
R_n - длина пути волны при n-кратном отражении,
A - коэффициент, характеризующий материал треугольных законцовок.

Практический опыт показывает, что для данной конструкции q_m может достигать порядка - 20 дБ [7].

Наряду с этим, треугольные законцовки позволяют подавить уровень отражения поверхностных волн на 32 дБ в направлениях, близких к нормали решетки [8].

Предлагаемое устройство было испытано в условиях открытого измерительного полигона [9], о чем свидетельствует "Акт испытаний".

Существо предлагаемого технического решения поясняется на фиг. 5 - 8.

На фиг. 5 представлена геометрия и размеры экспериментальной модели канала воздухозаборника самолетного двигателя (полый металлический цилиндр, открытый с одной стороны).

На фиг. 6 - схема измерения ЭПР модели канала воздухозаборника самолетного двигателя с устройством радиолокационной маскировки.

На фиг. 7 приведены зависимости медианных значений ЭПР (σ_0,5 дБ) модели канала воздухозаборника в 20-градусных секторах от угла локации Q на длинах волн: 0,86 см - b, 3,2 см - c, 10,7 см - d, 17 см - e,
где:
f - модель канала воздухозаборника с предлагаемым устройством маскировки (a = 7 см; h = 0,1 см; α = 40^°);
g - модель канала воздухозаборника с устройством-прототипом (a = 7 см; h = 0,1 см);
i - модель канала воздухозаборника без устройства маскировки (канал открыт).

На фиг. 8 представлены интегральные законы распределения ЭПР (P(σ)) модели канала воздухозаборника в секторе локации ±30 градусов относительно нормали к входному окну воздухозаборника, полученные для соответствующих длин волн (b, c, d, e) и приведенной выше комплектации (f, g, i).

Анализ приведенных на фиг. 7 и 8 результатов позволяет сделать вывод о том (Акт испытаний...), что предлагаемое устройство маскировки канала воздухозаборника самолетного двигателя в сравнении с устройством-прототипом позволяет уменьшить медианные значения ЭПР в секторе локации ±30 градусов относительно нормали к входному окну воздухозаборника от 2,3 до 4 дБ в диапазоне длин волн от миллиметров до дециметров (от 0,86 см до 17 см).

Предложенное устройство также обеспечивает лучшую, чем у прототипа, радиолокационную маскировку канала воздухозаборника в направлениях локации, отличных от нормального. При этом обеспечивается снижение медианных значений ЭПР от 3 до 10 дБ.

Реализация заявляемого устройства не представляет трудностей. Очевидно, что изобретение не ограничивается вышеизложенным примером его осуществления. Исходя из его схемы могут быть предусмотрены и другие варианты его реализации, не выходящие за рамки предмета изобретения. Например, очевидно, что применение тонкослойных радиопоглощающих покрытий или материалов на поверхности устройства позволит улучшить его маскирующие свойства без существенного ухудшения эксплуатационных параметров самого устройства.

Предлагаемое устройство целесообразно использовать в организациях, занимающихся как модернизацией существующих, так и разработкой перспективных летательных аппаратов со сниженной радиолокационной заметностью.

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано для снижения уровня обратного радиолокационного отражения от воздухозаборника самолетного двигателя. Техническим результатом является снижение уровня радиолокационных отражений от канала воздухозаборника самолетного двигателя при облучении его широким спектром длин радиоволн. Устройство представляет собой объемную металлизированную решетку с квадратной ячейкой и формой, повторяющей профиль поперечного сечения входного окна воздухозаборника. Наличие пристыкованных к внешнему ребру каждой ячейки металлизированных листов в виде равнобедренных треугольников позволяет снизить на 2 - 4 дБ уровень радиолокационных отражений от воздухозаборника в широком диапазоне длин волн. 8 ил.

Устройство радиолокационной маскировки воздухозаборника самолетного двигателя, представляющее собой повторяющую профиль входного окна воздухозаборника объемную решетку с квадратной ячейкой, с внешним ребром, равным а, образованную пересекающимися металлизированными листами шириной а, толщиной h с электрическим контактом в узлах, отличающееся тем, что к внешним ребрам объемной решетки пристыкован металлизированный лист в виде равнобедренного треугольника толщиной h, с основанием, равным внешнему ребру а, и противолежащим основанию острым углом α, при этом параметры объемной решетки и равнобедренных треугольников выбираются, исходя из соотношений
a≥2λ; h<0,1λ; α<60^°,
где λ - длина волны радиоизлучения.