Экран-гаситель локационных лучей электромагнитной номинации

 

Изобретение относится к маскировочным покрытиям военной техники - танков, кораблей самолетов, ракет, специальных спутников Земли. Цель изобретения - обеспечение маскировки объектов от локационных лучей с различными углами падения: лазера, ГВЧ, КВЧ и СВЧ, от согласованных частот формой и линейными малозаметных объектов, от нелинейной радиолокации и многочастотных сигналов многопозиционных РЛС, снижение эффективности работы РЛС по селекции отраженных сигналов как от движущихся, так и неподвижных целей; создание системы автономной самоотслеживающейся и саморегулируемой тепловой защиты от аэродинамического нагрева. Экран-гаситель выполнен в виде сотовой структуры соединенных между собой ячеек - шестигранных правильных усеченных пирамид, заканчивающихся пустотелым параболоидом вращения, при этом толщина его стенки в 2 - 4 раза тоньше клинообразной стенки пирамиды. Угол наклона стенок и их толщина связаны соотношением: α , где l₁ - толщина стенки у меньшего основания; l₂ - толщина стенки у большого основания; h - высота усеченной пирамиды; α - угол клина. С внешней стороны ячейки герметично закрыты из радиопрозрачного материала. Эффект гашения лучей обеспечивается соотношением размеров основания пирамиды с общей глубиной ячеек. Последняя выполнена в 2 - 4 раза больше основания пирамиды, при этом 3/4 приходится на пирамиду и 1/4 - на параболоид. Тепловая защита обеспечивается автономной самоотслеживающейся и саморегулируемой системой вакуума в ячейках, для чего ячейки соединены между собой отверстиями размером 5 х 6 мм в стенках у вершины пирамиды и посекционно - через пневмомагистрали и общий коллектор - с вакуумным насосом при этом общий коллектор снабжен обратным клапаном и регистратором вакуума. Работа насоса управляется датчиками регистратора вакуума и скорости полета воздушно -космического объекта. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области маскировочных покрытий военной техники и может быть использовано на наземных, надводных и воздушно-космических объектах, а конкретно на бронетанковой технике, кораблях различного назначения, баллистических и крылатых ракетах, самолетах, специальных спутниках земли. На воздушно-космических объектах выполняет дополнительную функцию тепловую защиту от аэродинамического нагрева.

Наиболее близким по технической сущности является антиотражающая обшивка летательного аппарата (описанная в патенте РФ N 2006999, 1994). Она содержит сотовую структуру из примыкающих друг к другу ячеек, каждая из которых представляет правильную прямую шестигранную призму, оканчивающуюся углублением в форме пустотелого параболоида вращения, при этом высота призмы составляет 3/4 общей глубины. Изнутри ячейки отполированы, а сверху герметично закрыты единой гладкой оболочкой из радиопрозрачного материала стеклоткани со связующим компонентом на основе полиамидных смол. Сопряжение параболоида с призмой осуществляется смыканием торцов их стенок, причем его стенка в 3 4 раза тоньше, чем у призмы.

По тепловой защите от аэродинамического нагрева известны устройства (пат. Англии N 839647, кл. 4 В 1, 1957, международная заявка РСТ/МО N 88/02694, кл. В 3/20, 1988), где применена система постоянного пониженного давления воздуха.

В вышеупомянутой обшивке летательного аппарата каждая ячейка имеет форму правильной прямой шестигранной призмы, противоположные грани которой строго параллельны, т. е. угол их наклона к основанию α 90^o. Локационные лучи при определенных углах падения v будут достигать параболоида и концентрироваться в фокусе. Но при существующем уровне технологии и допусках на обработку соблюсти необходимую точность при изготовлении прямой шестигранной призмы практически не представляется возможным. Следовательно, у призмы высотой, например, 100 мм при достаточно высокой точности и допуске на обработку 0,5 мм угол наклона граней пирамиды составит 90^o ± Da В случае заужения призмы у параболоида она приобретет форму усеченной перевернутой пирамиды, с углом отражения лучей g = ϕ - α По мере перемещения луча в такой призме угол g уменьшается. При v > α углы отражения луча от противоположных граней будут уменьшаться до тех пор, пока выполнимо условие v - α > 0 Однако при малых значениях угла ϕ через определенное количество отражений угол падения получит отрицательное значение, т.е. v - α < 0 Тогда луч, не достигнув параболоида, пойдет в обратном направлении и выйдет из ячейки, повысив тем самым эффективную площадь рассеивания на данном участке поверхности, в какой-то степени демаскируя объект. Таким образом, при заужении призмы у параболоида последняя как бы "выталкивает" луч обратно.

Если учесть, что поверхность любого объекта не является идеальной плоскостью, а всегда имеет участки с выступами и впадинами или, как ракеты, округлой формы, то при малых углах падения луча отдельные неровности из-за хотя бы небольшого заужения призмы к основанию могут засвечиваться и частично ослаблять маскировку.

Известные устройства по тепловой защите от аэродинамического нагрева имеют существенные недостатки: это технологическая сложность сохранения постоянного вакуума на значительных площадях и отсутствие возможности его самоотслеживания и саморегулирования в эксплуатационных условиях. Потеря же вакуума на отдельных участках повлечет за собой тепловые деформации, т.е. нарушения технических характеристик оболочки.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков: обеспечение маскировки объекта при различных углах падения локационных лучей электромагнитной номинации в диапазонах лазера, ГВЧ, КВЧ и СВЧ; обеспечение маскировки от согласованных частот с формой и линейными размерами малозаметных летающих объектов, от нелинейной радиолокации и многочастотных сигналов многопозиционных радиолокационных станций; снижение эффективности работы РЛС по селекции отраженных сигналов как от движущихся, так и от неподвижных целей; создание автономной самоотслеживающейся и саморегулируемой системы тепловой защиты воздушно -космических объектов от аэродинамического нагрева непосредственно в эксплуатационных условиях.

Указанная цель достигается тем, что экран-гаситель локационных лучей содержит сотовую структуру из соединенных между собой ячеек, каждая из которых представляет собой правильную усеченную шестигранную пирамиду, оканчивающуюся углублением в форме пустотелого параболоида вращения, крепиться к наружной поверхности защищаемого объекта. С внешней стороны ячейки герметично закрыты единой гладкой оболочкой (крышкой) из радиопрозрачного материала стеклоткани со связующим компонентом на основе полиамидных смол выполнено тридцатислойным при чередовании слоев с малым и большим показателями преломления, а толщина каждого слоя равна четверти длины волны света. Высота пирамиды составляет 3/4 глубины ячейки.

Стенки пирамиды имеют клинообразную форму с одной наклонной плоскостью, что обеспечивает прохождение лучей при любом угле падения на поверхность объекта только в одном направлении, к параболоиду. Наклон стенок к основанию (угол клина) выполнен с учетом возможных допусков на точность изготовления ячейки. Для концентрации локационных лучей в фокусе или фокальной поверхности параболоида необходимо выполнения условия: ϕ > α > 0. Для упрощения технологии изготовления экрана-гасителя и минимизации площади торцевых сечений у меньшего основания (в месте контакта с крышкой) стенки пирамиды по толщине выполнены в виде клина с одной наклонной плоскостью, причем угол клина, толщина стенок у меньшего и большего оснований связаны соотношением: l₁ = l₂ + h·ctg(90°- α), где l₁ толщина стенки у меньшего основания; l₂ толщина стенки у большего основания; h высота пирамиды; α угол клина.

Для повышения надежности и эффективности повышения тепловой защиты воздушно-космического объекта ячейки объединены автономной самоотслеживающей и саморегулируемой вакуумной системной непосредственно в эксплутационных условиях. Для чего ячейки, примыкающие друг к другу, соединены отверстиями размером 5·6 мм, выполненными у меньшего основания пирамиды, а посекционно через общий коллектор с вакуумным насосом. При этом общий коллектор снабжен обратным автоматическим клапаном регистратором вакуума. Самоотслеживание и саморегуляция вакуума осуществляется работой насоса через датчики и скорости полета объекта.

На фиг. 1 изображен общий вид элемента экрана-гасителя с одной наклонной стенкой клина в разрезе; на фиг. 2 разрез АА по фиг.1.

Экран-гаситель с наружной стороны сотовой структуры содержит общее радиопрозрачное покрытие 1, выполненное из стеклоткани, пропитанной связующим материалом на основе полиамидных смол, выполнено тридцатислойным при чередовании слоев с малым и большим показателями преломления; толщина каждого слоя равна четверти длины волны света. Каждая ячейка 2 сотовой структуры имеет вид правильной усеченной пирамиды с клинообразной стенкой при угле клина a оканчивающейся пустотелым параболоидом вращения 3.

Эффект гашения падающих на экран под различными углами локационных лучей обеспечивается соотношением размеров основания пирамиды с общей глубиной ячеек. Общая глубина ячейки выполнена в 2 3 раза больше размера основания пирамиды. При размере основания 5 см глубина ячейки равна 10 15 см, при этом 3/4 приходится на высоту пирамиды и 1/4 на параболоид. При указанных размерах на одном квадратном метре экрана разместится до 400 ячеек. Толщина стенок l₁ и l₂ должна быть минимальной (для уменьшения отражающей поверхности торца меньшего основания пирамиды). Поскольку аналитический расчет столь сложного по форме элемента не представляется возможным, толщина стенок определяется экспериментально с учетом прочности материала, механических напряжений и деформации. Тем более что условия использования маскировки объектов (самолеты, ракеты, спутники и т.д.) различны. При учете спектра этих условий определяется карта распределения деформации (методом лаковых покрытий, оптическим и др.) на поверхности и рассчитывается напряжение в стенках пирамиды.

Принцип функционирования экрана -гасителя осуществляется следующим образом. Локационные лучи от РЛС или самонаводящейся ракеты, идущие параллельно оптической оси пустотелого параболоида (прошедшие через радиопрозрачное покрытие), падают на его направленную зеркальную поверхность и после отражения концентрируются в фокусе. Однако в подавляющем большинстве объекты не имеют ровной поверхности, кроме того, РЛС ориентированны под различными боковыми ракурсами, поэтому лучи падают не перпендикулярно к поверхности объекта. После падения на стенки усеченной пирамиды они отражаются и падают на параболоид и после отражения концентрируются в фокальной плоскости. Для углов падения a >45^o отражение может быть единичным. По мере уменьшения угла падения количество отражений увеличивается и может повторяться десятки раз, пока лучи не достигнут параболоида и фокальной поверхности. Максимальная эффективность функционирования экрана-гасителя достигается при условии, когда размер пирамиды по срезу приблизительно больше половины длины волны РЛС. Таким образом, предложенная конструкция обеспечивает гашение электромагнитных волн всех диапазонов от лазера до 100 мм.

Экран-гаситель позволяет значительно снизить ЭПР, являющуюся определяющей характеристикой, обеспечивающей маскировку от локационного обнаружения при помощи РЛС. ЭПР находится в несомненной зависимости от активной площади поверхности объекта. Для экрана- гасителя она равна сумме площади поверхности объекта. Для экрана- гасителя она равна сумме площади торцов пирамиды со стороны меньшего основания N шестигранных усеченных пирамид. Пустотная часть пирамид направляет лучи к параболоиду, где они концентрируются в фокусе или фокальной поверхности. Суммарная неактивная площадь поверхности торцов составляет S.

Общая площадь внутренних шестиугольников меньшего основания пирамиды составляет где r радиус внешней окружности (в нашем случае r=2,5 см); n6 количество сторон;
β360 6 -центральный угол.

Общая площадь внешних шестиугольников (меньшего основания):
S₂ = π(r+l₁)²·N·tg β/2
Площадь всей поверхности торцов: S=S₂-S₁
Отношение:

K коэффициент уменьшения "активной" части отражательной поверхности объекта.

Для r=2,5 см, α 20', h=10 см, l₁=0,1 см К=10.

Для a10' K=13.

Тепловая защита воздушно -космического объекта обеспечивается самоотслеживающейся и саморегулируемой системой вакуума в ячейках. Для чего они, ячейки, соединены между собой отверстиями размером 5·6 мм стенках, у меньшего основания пирамиды, и посекционно через пневмомагистрали и общий коллектор с вакуумным насосом, при этом общий коллектор снабжен обратным автоматическим клапаном и регистратором вакуума. Работа насоса управляется датчиками регистратора вакуума и скорости полета воздушно -космического объекта.

Элемент, или блок элементов, изготавливают штамповкой или литьем в кокиль с последующей механической доработкой. Затем по шаблону профиля маскируемого участка поверхности объекта собирают посекционно и крепят на наружной поверхности объекта при помощи высокопрочного клея или сваркой, после чего монтируется гладкое радиопрозрачное покрытие.

На воздушно-космическом объекте для обеспечения автономной самоотслеживающей и саморегулируемой системы вакуума в блоках ячеек дополнительно монтируется воздухопроводы. При монтаже воздухопроводы секции соединяют с магистральным коллектором и затем через него с вакуумным насосом. На главном коллекторе устанавливают регистратор вакуума с датчиком и обратным автоматическим клапаном.

В качестве материала для пирамиды и пустотелого параболоида использовать тройной сплав из алюминия, магния и бериллия, обладающий высокой удельной прочностью, модулем упругости и хорошей коррозионной стойкостью или сплав из алюминия, цинка, меди и магния прочностью до 75 кгс/мм². Вместо сплавов могут быть использованы композиционные материалы.

Экран-гаситель локационных лучей обеспечивает маскировку наземных, надводных и воздушно-космических объектов, любой формы и размеров, от различных частот сигналов радиолокационных станций, от многочастотных сигналов однопозиционных или двухпозиционных РЛС, снижает эффективность работы аппаратуры по селекции отраженных сигналов как от движущихся, так и неподвижных целей. Кроме того, данная конструкция может быть использована для маскировки военных объектов не только от обычных современных РЛС с постоянной частотой сигналов, но и от перспективных, например с использованием метода наращивания времени когерентного накопления отраженного сигнала, в РЛС с несинусоидальными сигналами.

Экран-гаситель обеспечивает многократное снижение эффективной площади рассеяния, что дает возможность уменьшить мощность средств радиоэлектронных помех ЛА, а следовательно, и вес их. Это позволяет устанавливать на ЛА другие РЭВ (например, лазерные) и тем самым повысить живучесть при нахождении в зоне ПВО противника.

Формула изобретения

1. Экран-гаситель локационных лучей электромагнитной номинации, содержащий сотовую структуру из полированных внутри ячеек, каждая из которых имеет форму правильного прямоугольного многогранника, заканчивающегося со стороны защищаемого объекта пустотелым параболоидом вращения со стенкой в 3 - 4 раза тоньшей, чем стенки многогранника, высота которого составляет 3/4 глубины ячейки, с общим радиопрозрачным покрытием из стеклоткани, пропитанной связующим материалом на основе полиамидных смол, отличающийся тем, что правильный прямоугольный многогранник является усеченной шестигранной пирамидой, стенки которой имеют форму клина с одной наклонной плоскостью, причем угол клина граней и толщина стенок связаны соотношением
l₁ = l₂ + hctg(90°- α),
где l₁ толщина стенки у меньшего основания;
l₂ толщина стенки у большего основания;
h высота усеченной шестигранной пирамиды;
α - угол клина.

2. Экран-гаситель по п.1, отличающийся тем, что общее радиопрозрачное покрытие из стеклоткани, пропитанной связующим материалом на основе полиамидных смол, выполнено тридцатислойным, при чередовании слоев с малым и большим показателями преломления, а толщина каждого слоя равна четверти длины волны света.

3. Экран-гаситель по п. 1, отличающийся тем, что в смежных ячейках у вершины выполнены отверстия размером 5 х 6 мм, через которые ячейки соединены одна с другой, а посекционно через пневмомагистраль и общий коллектор с вакуумным насосом.

4. Экран-гаситель по п.3, отличающийся тем, что общий коллектор снабжен регистратором вакуума и обратным автоматическим клапаном.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2