Как самолеты-невидимки уменьшают тепловую сигнатуру?

Суть в том, что очень трудно скрыть тепловую сигнатуру устройства, которое питается от сжигания большого количества керосина и выброса этих газов за собой. Таким образом, ИК-невидимка является второстепенной задачей (или ниже) для разработчиков истребителей-невидимок, в первую очередь потому, что ИК-сигнатура имеет значение только на гораздо более близких дистанциях, где сама технология малозаметности имеет меньшее значение (вы можете спрятаться от радара и до некоторой степени замаскироваться, но вы не может полностью исчезнуть из поля зрения).

Тем не менее, есть некоторые вещи, которые можно сделать, чтобы сделать самолет менее заметным для ИК-датчиков. Вот некоторые из них:

• Высокий байпас. Не весь воздух, поступающий во впускной патрубок турбовентиляторного двигателя, попадает в реальную камеру сгорания. Байпасный воздух помогает охлаждать горячий воздух сгорания перед его выходом, уменьшая ИК-сигнатуру.

  А-10, ни в малейшей степени не являющийся самолетом-невидимкой, тем не менее работает в ситуациях, когда ПЗРК (зенитные ракетные комплексы с плечевым пуском) представляют большую угрозу, поэтому для уменьшения своей ИК-заметности он использует одни из самых мощных ТРДД, которые когда-либо устанавливались. военный одноместный с коэффициентом двухконтурности 6: 1. Однако эти двигатели с большим байпасом снижают производительность на больших высотах и ​​высоких скоростях полета; ни один из этих недостатков не является проблемой для низкого и медленного А-10, но для более высокопроизводительного истребителя завоевания господства в воздухе это имеет большое значение.

  По этой причине высокопроизводительные реактивные двигатели истребителей, как правило, имеют относительно низкий двухконтур по сравнению с двигателями авиалайнеров. F-15 и F-16 были оснащены ТРДД P&W со степенью двухконтурности всего 0,36: 1, однако это только увеличивает ИК-сигнатуру, требуя более высоких расходов топлива для той же тяги на более низких скоростях (меньший двухконтур также снижает эффект форсажных камер). потому что меньше несгоревшего байпасного воздуха для питания дополнительного горения).

  F-22 снижает потери эффективности ТРДД с системой впуска с переменным байпасом, позволяя ему работать как ТРДД с таким же байпасом, как у других истребителей (около 0,3: 1) на малых скоростях и высотах, но превращаясь в почти турбореактивный. конфигурации (практически нулевой двухконтур) на больших высотах и ​​сверхзвуковых скоростях, что более экономично, чем на форсаже (и так позволяет F-22 совершать сверхкрейсерский полет).

• Выхлопные дефлекторы. Чего конструкторы обычно стараются избежать любой ценой, так это раскрытия фактической точки воспламенения и первичного сгорания в реактивном двигателе на землю; это делает самую горячую часть видимой ИК-сигнатуры самолета внутри самого самолета, а не в потоке горячего воздуха за ним, что позволяет легко наводиться на цель с помощью ИК-ЗРК. Представьте, что вы являетесь мобильной пусковой установкой ЗРК SA-13 "Gopher", и у вас есть эти два огненных шара от F-15E в качестве цели:

  

  Чтобы скрыть этот массивный источник тепла, самолеты-невидимки проектируются с выхлопными отверстиями, которые маскируют место выхода выхлопных газов двигателя от наблюдения с земли. На самом деле вы мало что можете сделать с точки зрения дизайна, чтобы замаскировать ИК-сигнатуру непосредственно позади самолета; это работа пилота, чтобы убедиться, что никто не окажется под этим углом в пределах досягаемости ракеты.

  Компания Northrop предпочитает направлять выхлопные газы через верхнюю часть фюзеляжа. Вот Б-2; вы можете видеть тепловые шлейфы выхлопного тракта, но источник фактического сгорания находится внутри корпуса двигателя, и на любой высоте само выхлопное отверстие будет полностью скрыто:

  

  Вот выхлопные каналы YF-23, в которых использованы уроки, извлеченные из B-2; обратите внимание на сходство в стратегии направления выхлопных газов через верхнюю часть задней кромки самолета:

  

  F-22 Raptor использует аналогичную теорию размещения двигателей позади выхлопных каналов, но эти каналы могут перемещаться в направлении вектора тяги или открываться для обеспечения форсажной камеры, поэтому для наибольшего эффекта каналы расположены сзади, а не над верхней частью. фюзеляж, поскольку конструкции Northrop имеют тенденцию:

  

• ЭМИ-поглощающие материалы.Основной частью стелс-дизайна является использование материалов, поглощающих радар, и проектирование поверхностей самолета с углами, которые сводят к минимуму количество поверхностей, обеспечивающих прямой возврат под любым углом, сохраняя при этом аэродинамические свойства. Другие материалы могут поглощать другие частоты в спектре ЭМИ, включая ИК; нижняя и передняя поверхности космического корабля "Шаттл" были покрыты специальной керамической плиткой, которая могла поглощать огромное количество тепловой энергии, оставаясь при этом прохладной на ощупь. Подобный материал, не столь эффективный, но и менее деликатный, используется для защиты выхлопных каналов истребителей-невидимок, и это имеет побочный эффект снижения лучистой тепловой сигнатуры двигателей, поскольку выхлопные сопла остаются более холодными. Радиопоглощающий материал, используемый в других местах, имеет некоторую способность поглощать тепло на передних кромках.

Подводя итог, дизайнеры стараются свести к минимуму ИК-сигнатуру, но с тактической точки зрения, если противник может запустить в вас ИК-ракету, вы уже потерпели неудачу в скрытности. Запуск инфракрасной ракеты требует, чтобы пусковая установка сообщала ракете, куда смотреть, а это означает, что они должны, по крайней мере, иметь возможность смотреть на вас сами (используя нашлемные зенитные ракеты), если не наводить на вас саму ракету или радар слежения. . Идея скрытности состоит в том, чтобы свести к минимуму количество времени, в течение которого противник знает о вашем существовании, будучи невидимым на радаре, поэтому они не могут видеть, как вы приближаетесь, пока не заметят вас визуально, после чего они либо уже мертвы, либо у них есть считанные секунды. реагировать. Тогда для наземного пробега это "один заход и задницу тащить", чтобы избежать расправы со стороны зенитных комплексов,

В то время как они пытаются уменьшить его как можно лучше, он часто находится в конце списка,

Согласно этой статье

SR-71 был спроектирован так, чтобы свести к минимуму его радиолокационное поперечное сечение, что является ранней попыткой стелс-дизайна. Готовые самолеты были окрашены в темно-синий, почти черный цвет, для увеличения внутреннего тепловыделения.

Одна из проблем, с которой вы сталкиваетесь, заключается в том, что планеры нагреваются на высоких скоростях. В случае с черным дроздом он был достаточно быстрым (и мог летать достаточно высоко), чтобы в любом случае обогнать что-либо, поэтому тепловая сигнатура не вызывала беспокойства.

Согласно этой статье

В B-2 весь выхлоп проходит через вентиляционные отверстия перед тем, как выйти из задних портов.

Так вроде охлаждают выхлоп. Я не уверен, как это влияет на общую тягу, создаваемую самолетом, но я уверен, что это каким-то образом влияет.

В статье также рассказывается о размещении выхлопной трубы и о том, как установленная сверху выхлопная труба может помочь с наземным зондированием, которое направлено вверх в нижней части корабля.

Размещение выхлопных отверстий в верхней части самолета еще больше снижает инфракрасную сигнатуру, поскольку датчики противника, скорее всего, будут сканировать под самолетом.

Уменьшение тепловой сигнатуры имеет 2 основные функции. Чтобы самолет не засветился в наземных системах теплового обнаружения и чтобы тепловое наведение не зафиксировалось. Как бы то ни было, SR-71 смог обогнать большинство ракет того времени, около 4000 по всем оценкам.

Для чего это стоит :

В конструкции SR-71 не учитывались чрезвычайно горячие выхлопы двигателя, а частицы в горячих выхлопах очень хорошо отражают радар. По иронии судьбы, SR-71 был одной из самых крупных целей на радарах дальнего действия FAA (Федеральное авиационное управление), которые могли отслеживать самолет на расстоянии нескольких сотен миль.

Так что, возможно, величайший самолет-шпион всех времен был даже не таким уж малозаметным...

Что касается F-117.

выхлоп направлялся через длинные узкие каналы, облицованные теплопоглощающим материалом, так что к моменту выхода из самолета он был более прохладным и поэтому не показывался на тепловых детекторах.

Похоже на систему, используемую на B2

Малозаметные летательные аппараты предназначены для излучения ИК-излучения на частотах, которые менее полезны для датчиков и/или лучше поглощаются атмосферой. Делается это с помощью покрытий. Некоторые самолеты, такие как F-35, также используют теплообменники, направляющие часть вырабатываемого тепла в систему подачи топлива. Источники тепла, такие как радар, можно охлаждать за счет топлива, а не отводить тепло в атмосферу.