Атлас, Города и страны, моря и океаны. Вокруг Света, Тайны ХХ века, Целый мир в твоих руках

Искусство Скрытного Полёта

Искусство Скрытного Полёта - 5.0 out of 5 based on 2 votes
Рейтинг:   / 2
ПлохоОтлично 

stelsЭВОЛЮЦИЯ САМОЛЕТА МАЛОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ЗАМЕТНОСТИ

Когда в середине 40-х годов прошлого столетия появились радиолокационные станции противовоздушной обороны, способные обнаруживать ночью, в тумане и за облаками невидимые глазом объекты, возникла острая необходимость сделать самолёты менее заметными для радиолокаторов. Для этого его корпусу и оперению придают формы, отражающие радиоимпульсы локатора в сторону от его приёмника. Мощность отражённого сигнала можно уменьшить, покрыв корпус самолёта поглощающим радиоволны покрытием или окружив его слоем плазмы, обволакивающей планёр.

Но, как показал опыт, ни одна из этих мер не позволяет полностью ни рассеять, ни поглотить радиоволны. Поэтому остаётся одно: исказить форму отражённого сигнала так, чтобы радиолокационная станция не могла выявить параметры летательного аппарата (его координаты и скорость) и навести на него средство поражения.

На сегодняшний день доля самолётов-невидимок в парке военной авиации невелика, но в США их количество быстро растёт, и практически все передовые страны ведут работы по созданию своих «невидимок», присваивая им собственные названия. Например, американские аппараты принято называть «стеле», от английского Stealth — скрытность. Но, пожалуй, более правильным для них было бы название «стегоптер», происходящее от греческих слов «stego» — покрытие, или маскирование, и «pteron» — крыло. Название указывает на характерную особенность «невидимки» — поглощающее радиоволну покрытие на обшивке.

Как, однако, выяснилось, самолёты «Стеле» имеют ряд недостатков.

Антирадарные формы корпуса и особенно схема «летающее крыло» существенно ухудшают манёвренность и стабильность аппаратов. Тем не менее дизайн несущих поверхностей стегоптеров, имеющих наибольшую площадь отражения электромагнитных волн, по-прежнему остаётся неизменным. Их покрытие рассчитано на определённые частоты радиолокационного сигнала, и даже при незначительном изменении частоты или ракурса облучения «Стеле» становится обычной мишенью. А плазменное облако вокруг корпуса самолёта может экранировать радиосвязь, создавать сбои в работе авионики и бортового радара.

Возникает вопрос: как бороться с этим букетом проблем? Основные препятствия при разработке средств радиомаскировки летательных аппаратов заключаются как в непомерно высокой стоимости научных и опытно-конструкторских работ, так и в больших сроках доводочных работ. Вероятно, есть единственный выход — выбрать ту безошибочную концепцию развития «невидимок», которая уже существует в живой природе. И действительно, имеется масса примеров тому, как природа «подсказывала» человеку удачное решение технических задач. Братья Отто и Густав Лилиенталь исследовали крылья птиц и построили первый планёр с профилем крыла, подобным птичьему, который сохранился и у современных самолётов. А сравнительно недавно инженеры исследовательского центра НАСА в Лэнгли скопировали особенности строения крыла совы, позволяющие ей бесшумно приближаться к жертве, и создали довольно тихий и малозаметный бомбардировщик.

НЕПРЕВЗОЙДЁННЫЕ МАСТЕРА СКРЫТНОГО ПОЛЕТА

В начале юрского периода (220 млн леттому назад) на крыльях древних предков бабочек появился чешуйчатый покров, улучшающий полётные характеристики. Но из-за неоднократных периодических похолоданий покров ночных бабочек стал толще и закрыл всё тело. Он состоял из множества маленьких плоских образований, плотно закреплённых на теле насекомого. Между чешуйками имелись воздушные поры, которые вместе с отростками на теле создавали пористое покрытие, хорошо сохраняющее тепло. Значительно позже, на границе мелового и третичного периодов (более 65 млн лет тому назад), в ночном небе появились насекомоядные летучие мыши.

Представители отряда рукокрылых издалека обнаруживают свою добычу посредством ультразвука. Летучая мышь издаёт короткий писк — акустический импульс, который отражается от насекомого и возвращается обратно, принося сведения о расположении жертвы в пространстве, её скорости и направлении полёта. Гладкий хитиновый покров тела насекомого, вогнутая форма надкрыльев, ноги, места сочленения крыльев с грудным отделом — идеальный отражатель звука.

Между тем ночные бабочки выработали эффективные средства, затрудняющие их обнаружение методом мышиной ультразвуковой локации. Чешуйчатый покров бабочек, который увеличивает аэродинамическую силу и сохраняет тепло, весьма эффективно поглощает энергию ультразвука, издаваемого летучими мышами. Значительная её часть теряется в узких порах на преодоление сопротивления воздуха и на изменение теплопроводности в нём. Звук поглощается не полностью, сигнал всё же отражается, но становится искажённым, слабым и не воспринимается хищником как отражённый от цели. Чтобы чешуйчатый покров работал более эффективно, он должен быть толще, плотнее и, следовательно, тяжелее (на него может приходиться до четверти веса крыла). Это приводит к перегреву тела бабочки в жарком климате и ухудшает лётные характеристики насекомого, негативно сказываясь на его популяции.

Чтобы устранить эти недостатки, бабочки в процессе эволюции усложнили строение чешуйки. Крыловой отросток стал двухслойным, верхний слой образован множеством чешуек, а на нижнем слое разместился пористый материал. Между верхним и нижним слоями образовалась воздушная полость. Локационный сигнал летучей мыши проходит сквозь отверстия в чешуйке во внутреннюю полость. Здесь звук попадает на пористый материал, который поглощает значительную часть звуковой энергии и многократно отражается от Л-образных каналов верхнего слоя и от пористого материала, что тоже приводит к потере энергии звуковой волны. А на чешуйчатый покров теперь приходится не более одной десятой веса крыла. В целом полёт ночной бабочки стал совершенно беззвучным: если она пролетит совсем рядом, вы её не услышите, а жука, комара или саранчу будет слышно на расстоянии метра.

По другому пути пошла эволюция ночных бабочек из семейства пальцекрылых (ЯТе-rophohdae). Их крылья частично утратили мембрану и состоят изузких лопастей, каждая из которых имеет тонкую жилку с длинной чешуйчатой бахромой. Ультразвук, попадая на бахрому крыла, проходит между отростками насквозь — крыло стало акустически прозрачным. Несмотря на это, бабочка прекрасно летает.

Чешуйчатый покров—образец гармоничного и совершенного творения живой природы. Широкий спектр его возможностей позволил ночной бабочке выйти победителем в дуэли с опасным ночным хищником и дал существенные преимущества бабочке перед другими насекомыми-конкурентами. На сегодняшний день бабочки остаются вторыми по численности среди всех отрядов насекомых, а некоторые их представители — рекордсмены по скорости (у бабочки Agrotisipsilo—до 113 км/ч) и дальности полёта среди прочих насекомых (бабочка монарх в миграционном полёте покрывает более 2000 км).

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ САМОЛЁТА-НЕВИДИМКИ

Учитывая все свойства чешуйчатого покрова крыла бабочки и тот вклад, который чешуйки внесли в эволюцию бабочек, следует попытаться применить аналогичные конструкции и в самолётостроении, чтобы уменьшить радиолокационную видимость летательных аппаратов.

Для более эффективной радиолокационной маскировки ^невидимок» можно использовать покрытие типа «ночная бабочка» из элементов, подобных её чешуйкам. Верхний и нижний слои покрытия собраны из листов с переменной плотностью и пористостью, поглощающих радиоволны в широком диапазоне частот. Внутренняя полость между слоями связана с окружающим воздухом посредством конических отверстий в гладком верхнем слое. При облучении самолёта локатором часть электромагнитной волны пройдёт сквозь отверстия во внутреннюю полость, там многократно отразится от наклонных стенок и в значительной мере поглотится нижним слоем. Часть радиоволн, отразившись от внешнего слоя, также потеряет значительную долю своей энергии.

Такая конструкция неизбежно будет иметь зоны с низким поглощением. Повысить эффективность её работы можно, создав в полости слой плазмы, которая весьма эффективно поглощает электромагнитное излучение и ктому же не сдувается сверхзвуковым воздушным потоком.

Воздушная полость лишь незначительно усложняет конструкцию покрытия, однако не только гасит энергию радиоволн, но и увеличивает силовое воздействие воздушного потока на крыло при развороте летательного аппарата, позволяя более энергично маневрировать.

Для уменьшения отражательной способности крыльев и хвостового оперения самолёта можно предложить принципиально новую конструкцию, которая заимствована у бабочек из семейства пальцекрылых. В её основе лежит особенность прохождения ультразвуковых волн сквозь видоизменённое крыло насекомого. Новый тип крыла самолёта содержит две части: лонжерон, который воспринимает нагрузки, и узкие зубья. Обе части имеют аэродинамический профиль, на их поверхностях есть антирадарное покрытие. Этоттип крыльев можно называть гребенчатым. Научное название «ктеноптер» (/сгелоргег), состоящее из двух греческих слов: «kxeis» (ktenos) — гребень и «рхег» — крыло.

Электромагнитная волна, попавшая в гребёнки крыла, проходит насквозь через щели. Зубья и места крепления к лонжерону имеют округлые формы, исключающие отражение радиосигнала обратно к радару, который перестаёт «видеть» ктеноптер. Гребенчатое крыло уступает традиционному в создании аэродинамических сил. Однако сочетание трёх компонентов — лонжерона, зубьев и покрытия «ночная бабочка» — создаст необходимую подъёмную силу, причём роль зубьев может оказаться доминирующей. Достаточно напомнить, что устранение чешуек с крыльев ночной бабочки приводит к полной потере её способности летать. Несущая плоскость малой ширины будет иметь невысокие значения аэродинамических сил, поэтому целесообразно применять её вхвостовом оперении, а широкая плоскость наиболее эффективна в качестве крыльев.

Таким образом, опираясь на методы противодействия ночных бабочек локационным сигналам хищников, выработанные насекомыми за сотни миллионов лет в непрерывных воздушных баталиях, можно избавить «Стеле» от его хронических проблем и придать ему качественно новые возможности радиолокационной маскировки.

За всем блеском научных достижений в области бионики лежит труд исследователей, среди которых хочу особо выделить моего учителя — кандидата биологических наук О. М. Бочарову-Месснер, научные работы которой легли в основу данных исследований.

Игорь Ковалёв, Инженер, Изобретатель, Энтомолог

НАУКА И ЖИЗНЬ 12 Декабрь 2011

новости vw-2

Карта сайта

9 tocek

Смотрим здeсь vw-1