УСТРОЙСТВО ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ЗАМЕТНОСТИ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В РАДИОЛОКАЦИОННОМ, ИНФРАКРАСНОМ, АКУСТИЧЕСКОМ ДИАПАЗОНАХ ДЛИН ВОЛН Российский патент 2003 года по МПК B64D45/00 H01Q17/00 

Изобретение относится к средствам уменьшения заметности летательного аппарата (ЛА), в частности его силовой установки (СУ).

Известно техническое решение для уменьшения заметности в радиолокационном (РЛ) диапазоне длин волн (патент США 4149689 от 17.04.1079), представляющее собой решетку-конус из множества близкорасположенных металлических стержней, устанавливаемую перед входом в воздухозаборник и за срезом сопла.

Недостатки известного решения:
- не обеспечивает защиту от волн длин инфракрасного и акустического диапазона, так как сквозь щели между стержнями просматриваются нагретые элементы сопла;
- не обеспечивает уменьшения заметности со всех ракурсов, в частности перпендикулярных и близких перпендикулярным образующей конуса;
- не позволяет избежать потери тяги и увеличения проходного сечения сопла из-за того, что стержни расположены на незначительном расстоянии друг от друга

где λ - длина волны излучающей РЛС
- не обеспечивает защиту от радиолокационных волн малой длины, т.к. с уменьшением длины волны уменьшаются расстояния между стержнями;
- не обеспечивает защиту летательных аппаратов звукового и сверхзвукового диапазона скоростей полета.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности уменьшения заметности силовой установки летательного аппарата в радиолокационном, инфракрасном, акустическом диапазонах длин волн, обеспечение уменьшения ее заметности во всех ракурсах экранирования силовой установки, обеспечение снижения потерь тяги силовой установки.

Указанный результат достигается тем, что устройство для уменьшения заметности силовой установки летательного аппарата в радиолокационном, инфракрасном и акустическом диапазонах длин волн содержит экранирующее приспособление, установленное в потоке газа. Это приспособление выполнено в виде противорадиолокационной и противоинфракрасной решеток, уменьшающих акустическую заметность, причем противоинфракрасная решетка расположена ближе к двигателю силовой установки, чем противорадиолокационная решетка.

Противорадиолокационная решетка располагается за противоинфракрасной решеткой в направлении против полета летательного аппарата.

Решетки могут быть выполнены с возможностью соединения между собой разъемным соединением или зацело. В последнем случае части ребер противоинфракрасной решетки располагаются между ребрами противорадиолокационной.

С целью уменьшения потерь тяги ребра противоинфракрасной решетки выполнены наклонными или профилированными. Для плавного изменения направления потока газов входное и выходное сечения каждого из каналов решетки не перекрывают друг друга в проекции на вертикальную плоскость.

Ребра противоинфракрасной решетки могут быть выполнены радиальными, а приспособление может быть расположено в дозвуковой или звуковой части сопла.

Устройство может быть снабжено механизмом уборки, по крайней мере, одной из решеток в корпус летательного аппарата для ускорения потерь тяги. При сверхзвуковом сопле решетки не выступают за критическое сечение сопла. Угол между поверхностью сверхзвуковой части сопла и внешней поверхностью решетки должен превышать 90^o, а в соответствующей части сопла выполняются прорези для уборки и выдвижения решеток.

Ребра противоинфракрасной решетки могут быть выполнены поворотными, а для сверхзвукового сопла приспособление выполнено с возможностью исключения полного перекрытия сопла.

Приспособление выполнено из двух створок с образованием между ними в сомкнутом состоянии угла, равного 100^o-110^o.

Сущность устройства поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема двигателя ЛА с дозвуковым соплом и предлагаемым универсальным устройством.

На фиг.2 приведена схема регулируемого сверхзвукового сопла с предлагаемым вариантом универсального устройства.

На фиг.3 - схема противорадиолокационной решетки.

На фиг.4 - схема вариантов противоинфракрасной решетки.

На фиг.5 приведена эффективность предлагаемого соплового устройства.

На фиг. 6 приведены индикатрисы инфракрасного излучения без приспособления для уменьшения заметности.

На фиг.7 приведены индикатрисы инфракрасного излучения с использованием приспособления для уменьшения заметности.

На фиг. 8 приведен график изменения температуры горения тепловых ложных целей по времени.

На фиг.9 - вариант универсального устройства для сверхзвукового сопла.

На фиг.10 - схемы различных решеток для дозвукового и звукового сопла и влияние их вида на потери тяги СУ.

На фиг. 11 - схема СУ с изменением вектора тяги с помощью поворотных створок.

На фиг.12 изображена схема СУ с предлагаемым вариантом устройства уменьшения заметности.

На фиг.13 изображена часть противоинфракрасной решетки.

На фиг.14 - плоское сопло с предлагаемым универсальным устройством.

На фиг.15 - решетка с радиальными ребрами.

На фиг.16 - установка решетки перед входом в СУ.

На фиг.17 - график уменьшения времени слышимости объема по времени.

Приспособление для уменьшения заметности силовой установки 1 содержит противорадиолокационную решетку 2 и противоинфракрасную решетку 6.

Устройство работает следующим образом.

1. В радиолокационном диапазоне длин волн.

При облучении ЛА с задней полусферы (ЗПС) радиолокационной станцией (РЛС) противника электромагнитные волны не попадают в СУ 1 благодаря наличию на выходе противорадиолокационной решетки 2 предлагаемого универсального устройства 3.

Непопадание электромагнитной энергии в сопло 4 СУ 1 достигается тем, что размеры ячеек 5 решетки подобраны соответствующим образом. Так, при квадратной ячейке ее размер А (фиг.3) должен быть не больше

где λ - длина облучающей РЛС, при этом глубина W ячейки определяется из соотношения
P = P_o•e^-2β•W,
где W - глубина канала,
β - коэффициент (определяется по графику на стр. 56 [2]),
Р - энергия, прошедшая через решетку,
P_о - падающая энергия.

В зависимости от требований по уменьшению заметности Р приравнивается к нулю или любому малому значению и при известном β находится W. Толщина Д выбирается по условиям прочности устройства. В этом случае энергия не попадает в СУ ЛА (Р= 0) и ее заметность в радиолокационном диапазоне (эффективная поверхность рассеяния σ) уменьшается почти на два порядка (фиг.5).

2. В инфракрасном диапазоне длин волн.

На различных частях СУ (фиг.1) отмечены цифрами с 1 по 12 точки, температура которых приведена в таблице для одного из режимов работы СУ.

Из таблицы видно, что самая низкая температура на срезе сопла (точка 6). Следовательно, если экранировать горячие точки и сделать так, что тепловая головка самонаведения (ТГС) ракеты будут "видеть" только срез сопла, то вероятность срыва ее наведения на СУ ЛА равна единице, так как ТГС реагирует на температуру 430-650^o.

Функцию экрана выполняет противоинфракрасная решетка 6 предлагаемого устройства 3. Ее каналы 7 (фиг.4) выполнены таким образом, что полностью делают невидимыми горячие точки СУ с любого угла наблюдения. Для этого они выполнены наклонными или профилированными (для постепенного поворота потока с целью уменьшению потерь тяги) таким образом, что с любого ракурса (±90^o по азимуту, и ±90^o по углу места) задний (против полета) торец ребра 8 находится выше переднего торца вышерасположенного ребра.

Этот способ позволяет на порядок снижать интенсивность излучения СУ (фиг.6, 7), вычисляемую по закону Стефана - Больцмана

где Ф - мощность теплового излучения,
ε - коэффициент излучения,
к - постоянная, равная 5,6,7•10^-12 Вт/см² град⁴,
S - величина излучающей поверхности,
ν - пространственный угол.

Так как интенсивность излучения J зависит от температуры нагретого тела и если температурные режимы СУ будут выше приведенных (например, на форсажных режимах сверхзвуковых сопел - фиг.2), то эффективность этого способа остается высокой даже при использовании ложных тепловых целей (ЛТЦ), так как потребуется значительно меньшее их количество, чем при отсутствии устройства (зависимость температуры горения ЛТЦ по времени приведена на фиг.8). Видно, что чем ниже температура, после которой надо отстреливать следующую ЛТЦ, тем больше время между отстрелами, т.е. уменьшается количество расходуемых ЛТЦ примерно в 2-3 раза.

Все вышеизложенное распространяется на дозвуковые, звуковые и сверхзвуковые сопла. При этом для сверхзвуковых сопел (фиг.2) поверхность устройства 3 должна составлять с поверхностью сверхзвуковой части 9 сопла тупой угол β для избежания уголковых отражателей. Угол должен составлять не менее 100-110^o.

Влияние устройства на потери тяги (фиг.5, 10) показывает, что устройство вызывает потери тяги ~ 3%, причем на долю противорадиолокационной решетки приходится ~ 1%, на долю противоинфракрасной ~2%. Для избежания этих потерь устройство 3 может выдвигаться из потока, когда не требуется режим малозаметного полета. Для этого в дозвуковой или в звуковой части сопла выполнены прорези 12, через которые решетки убираются внутрь корпуса 13 ЛА с помощью, например, цилиндра 14 (фиг.2). На фиг.10 приведены схемы устройства в 2-х вариантах: с отдельно выполненными противорадиолокационной и противоинфракрасной решетками (вариант 5а) и устройство, выполненное как единое целое двух решеток (вариант 5б). При этом противорадиолокационная решетка установлена между ребрами противоинфракрасной решетки, что уменьшает массу устройства.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет снизить заметность СУ с ЗПС примерно на два порядка в радиолокационном диапазоне и больше чем на порядок в инфракрасном диапазоне длин волн.

Работа устройства в акустическом диапазоне волн.

Основными элементами, создающими шум, являются струя двигателя и вентилятор. Шум от вращающегося с большой скоростью вентилятора гасится решеткой, стоящей перед СУ. Решетка за СУ снижает интенсивность шума на ~5-6 дБ, т.е. больше чем в 3 раза; при этом снижается дальность слышимости самолета на 30%. С помощью решеток может быть решена одна из важнейших проблем летательных аппаратов, осуществляющих взлет и посадку с аэродромов, расположенных вблизи населенных пунктов.

Снижение шума с помощью решеток происходит следующим образом. Шум газовой струи двигателя (основной источник шума на самолете) объясняется ее турбулентностью и характеризуется числом Струхаля

где V - скорость потока,
d - характерный размер отверстия истечения,
k - частота колебаний частиц в потоке.

При одной и той же скорости потока уменьшение проходного сечения потока вызывает повышение частоты, а более высокая частота быстрее затухает в воздухе, что уменьшает дальность, с которой слышится самолет.

Источники информации
1. Патент США 4149689 от 17.04.1979.

2. Айзенберг Г.З. Антенны УКВ. - М.: Связь, 1977. С.-50-56.

3. Техническая информация. 11. - М.: ЦАГИ. 1988.

4. Обзор ЦАГИ. 608. М.: - ЦАГИ, 1982.

Изобретение относится к средствам защиты летательного аппарата от поражения. Устройство содержит экранирующее приспособление, установленное в потоке газа и выполненное в виде противорадиолокационной и противоинфракрасной решеток, уменьшающих акустическую заметность. Противоинфракрасная решетка расположена ближе к двигателю силовой установки, чем противорадиолокационная решетка, а последняя расположена за противоинфракрасной решеткой в направлении против полета летательного аппарата. Изобретение обеспечивает повышенную защиту летательного аппарата благодаря уменьшению заметности силовой установки во всех ракурсах ее экранирования. 15 з.п.ф-лы, 17 ил.

1. Устройство для уменьшения заметности силовой установки летательного аппарата в радиолокационном, инфракрасном и акустическом диапазонах длин волн, содержащее экранирующее приспособление, установленное в потоке газа, отличающееся тем, что экранирующее приспособление выполнено в виде противорадиолокационной и противоинфракрасной решеток, уменьшающих акустическую заметность, причем противоинфракрасная решетка расположена ближе к двигателю силовой установки, чем противорадиолокационная решетка. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что противорадиолокационная решетка расположена за противоинфракрасной решеткой в направлении против полета летательного аппарата. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающиеся тем, что решетки выполнены с возможностью соединения между собой разъемным соединением. 4. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что противорадиолокационная и противоинфракрасная решетки выполнены как единое целое. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что части ребер противоинфракрасной решетки установлены между ребрами противолокационной решетки. 6. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что ребра противоинфракрасной решетки выполнены наклонными или профилированными для плавного изменения направления потока газов. 7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что входное и выходное сечение каждого из каналов решетки не перекрывают друг друга в проекции на вертикальную плоскость. 8. Устройство по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что ребра инфракрасной решетки выполнены радиальными. 9. Устройство по любому из пп. 1-8, отличающееся тем, что решетки расположены в дозвуковой или звуковой части сопла. 10. Устройство по любому из пп. 1-9, отличающееся тем, что оно снабжено механизмом уборки по крайней мере одной из решеток в корпус летательного аппарата. 11. Устройство по любому из пп. 1-10, отличающееся тем, что при сверхзвуковом сопле решетки не выступают за критическое сечение сопла. 12. Устройство по любому из пп. 1-11, отличающееся тем, что угол между поверхностью сверхзвуковой части сопла и внешней поверхностью решетки превышает 90^o. 13. Устройство по любому из пп. 1-12, отличающееся тем, что в соответствующей части сопла выполнены прорези для уборки и выдвижения решеток. 14. Устройство по любому из п. 1-13, отличающееся тем, что ребра противоинфракрасной решетки выполнены поворотными. 15. Устройство по любому из пп. 1-14, отличающееся тем, что для сверхзвукового сопла приспособление выполнено с возможностью исключения полного перекрытия сопла. 16. Устройство по любому из пп. 1-15, отличающееся тем, что приспособление выполнено из двух створок с образованием между ними в сомкнутом состоянии угла, равного 100-110^o.