Антирадарный материал
Владельцы патента RU 2470425:
Закрытое акционерное общество "Авиационные технологии. Инжиниринг и консалтинг" (RU)
Изобретение относится к классу эластичных антирадарных материалов, состав и структура которых обеспечивают эффективное поглощение электромагнитной энергии в диапазоне радиоволн, которые могут найти применение для снижения радиолокационной контрастности летательных аппаратов, а также морских и наземных объектов. Снижение уровня и/или мощности отраженной от объекта электромагнитной волны до 10-30 дБ является техническим результатом изобретения, который достигается за счет того, что предложенный материал содержит полимерное связующее и порошкообразный наполнитель, изготовленный из смеси карбида кремния, оксида кремния и ультрадисперсного углерода, при следующем соотношении компонентов, мас.%: полимерное связующее 40-50, карбид кремния 40-45, оксид кремния 3-15, ультрадисперсный углерод 2-5, при этом карбид кремния, оксид кремния и ультрадисперсный углерод представляют собой частицы сферической формы с диаметрами: карбид кремния от 10 до 30 мкм, оксид кремния от 5 до 10 мкм, а ультрадисперсный углерод от 50 до 200 нм. Предложенный антирадарный материал может наноситься непосредственно на поверхность защищаемого объекта и/или на гибкую электропроводящую основу, выполненную из тканого и/или нетканого материала, из которого изготавливается гибкий чехол, покрытый антирадарным материалом. 2 табл., 1 ил.
Изобретение относится к материалам, уменьшающим величину и/или мощность отраженного сигнала от электромагнитной волны радиолокатора в широком диапазоне частот, и может быть использовано в качестве защитного приспособления для уменьшения радиолокационной заметности объектов различных типоразмеров и конфигурации в радиолокационном диапазоне «видимости» электромагнитных волн (ЭМВ).
Известен поглотитель электромагнитного излучения (патент US 5561428, кл. H01Q 17/00), в котором наполнитель выполнен в виде ориентированных произвольным образом нитей, образующих трехмерную пористую структуру, при этом на часть нитей нанесен проводящий слой.
К его недостаткам можно отнести сложность изготовления при нанесении проводящего слоя на нити и формировании из нитей равномерной трехмерной нитевой структуры в наполнителе.
Известен синтетический диэлектрический материал широкополосного поглощения и отражения (патент US 5298903, кл. H01Q 17/00), содержащий синтетический материал с распределенными в нем эллипсовидными релеевскими отражателями с максимальным линейным размером, меньшим наименьшей длины волны в заданном частотном диапазоне. Релеевские частицы представляют собой изолятор, покрытый тонкой металлической оболочкой. Толщина материала выбрана больше максимальной длины волны рабочей полосы в синтетическом материале.
К недостаткам данного материала можно отнести сложность его изготовления и нанесения на защищаемый объект.
Известен радиопоглощающий материал, описанный в патенте (RU 2107705 С1, кл. C09D 5/32; С08К 3/10, опубл. 27.03.98). В нем в качестве полимерного связующего использован синтетический клей «Элатон», а в качестве наполнителя - порошкообразные феррит или карбонильное железо в соотношении, мас.%: «Элатон» - 80-20; магнитный наполнитель - 20-80.
К недостаткам данного материала можно отнести сложность выполнения задачи по равномерному распределению наполнителя внутри матрицы и недостаточно высокая прочность данного материала.
Наиболее близким по технической сути и назначению к заявляемому изобретению является антирадарный материал, описанный в патенте (RU 2300832 С2, кл. H01Q 17/00 опубл. 10.06.2007.) В нем материал содержит полимерное связующее и порошкообразный наполнитель, изготовленный из смеси карбонильного железа, феррита и фуллерена в определенном соотношении компонентов.
Недостатком данного материала является использование магнитодиэлектрических материалов в качестве наполнителя, что снижает радиолокационную заметность, но одновременно повышает заметность в инфракрасном спектре, за счет повышения температуры при переходе электромагнитной энергии в тепловую, что присуще данному виду материалов.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание радиопоглощающего материала, который значительно снизит вероятность обнаружения и/или классификации объектов при использовании стационарных и мобильных радиолокаторов, работающих в диапазоне частот от 2 гГц до 20 гГц. При этом антирадарный материал может наноситься непосредственно на поверхность защищаемого объекта и/или на гибкую электропроводящую основу, выполненную из тканого и/или нетканого материала, из которого изготавливается чехол, покрытый антирадарным радиопоглощающим материалом.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в снижении уровня и/или мощности отраженной электромагнитной волны от объекта в направлении облучающего радиолокатора на 10-30 дБ (в зависимости от требуемой величины снижения) по отношению к уровню и/или мощности лоцирующей электромагнитной волны радиолокатора при его размещении на любом расстоянии от защищаемого объекта.
Указанный технический результат достигается тем, что в антирадарном материале, содержащем полимерное связующее и порошкообразный наполнитель, в качестве наполнителя использована смесь карбида кремния, оксида кремния и ультрадисперсного углерода при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| полимерное связующее | 40-50 |
| карбид кремния | 40-45 |
| оксид кремния | 15-3 |
| ультрадисперсный углерод | 5-2 |
Карбид кремния, оксид кремния и ультрадисперсный углерод использованы в виде частиц сферической формы с диаметрами: карбид кремния от 10 до 30 мкм, оксид кремния от 5 до 10 мкм, а ультрадисперсный углерод от 50 до 200 нм.
Применение в материале указанных химических соединений и элементов указанного гранулометрического состава с различными электрофизическими свойствами способствует снижению коэффициента отражения в результате многократного эффекта дифракции и поглощения энергии при каждом отражении, что и является признаком антирадарного материала, имеющего многослойную структуру со ступенчатым изменением по толщине комплексной диэлектрической (или магнитной) проницаемости. Сочетание непроводящих (оксид кремния), полупроводниковых (карбид кремния) и электропроводных (ультрадисперсный углерод) материалов приводит к возникновению в материале специфических атомно-молекулярных структур, в которых под воздействием падающей электромагнитной волны возникают флуктуации электронной плотности, значительно снижающие уровень и/или мощность отражаемой в окружающее пространство электромагнитной волны.
Наличие случайно ориентированных и равномерно расположенных в объеме полимерного связующего частиц наполнителя различных размеров и различной электрофизической природы, приводит к образованию релеевских рассеивающих структур различных размеров, что ведет к расширению рабочего частотного диапазона предлагаемого антирадарного материала.
Изобретение иллюстрируется рисунком, где показан график зависимости ослабления уровня и/или мощности отражаемой волны радиолокатора от частоты облучения в диапазоне 2-20 гГц при использовании антирадарного материала с различной рецептурой.
Приведенные на графике характеристики получены для материала толщиной примерно 1,5 мм, нанесенного на металлическую основу. Наполнитель полимерного связующего выполнен в виде смеси карбида кремния, оксида кремния и ультрадисперсного углерода в соответствии с рецептурами, составы которых приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | |
| Рецептура №1 | полимерное связующее - 40 |
| карбид кремния - 40 | |
| оксид кремния - 15 | |
| ультрадисперсный углерод - 5 | |
| Рецептура №2 | полимерное связующее - 50 |
| карбид кремния - 45 | |
| оксид кремния - 3 | |
| ультрадисперсный углерод - 2 |
В качестве полимерного связующего могут быть использованы, например, синтетический клей «Элатон», латексы марок СКС-50 ГПС (ГОСТ 14053-78), БС-50 «А» (ГОСТ 15080-77), БСК-70/2 (ТУ 38.103541-88), DL-950.
Материал можно наносить также на гибкую электропроводящую основу. При этом получаются гибкие покрытия, которые можно использовать для создания чехлов с радиопоглощающими функциями. В качестве гибкой электропроводящей основы можно использовать нетканые материалы, представленные в таблице 2.
Антирадарный материал изготавливается путем механического смешивания компонентов непосредственно перед нанесением его на покрываемую поверхность. В зависимости от необходимого значения снижения уровня и/или мощности отражаемой электромагнитной волны, составляют соответствующее соотношения компонентов наполнителя.
После измерений, проведенных на объекте, выявлено три локальных участка с различными уровнями и/или мощностями отражаемой электромагнитной волны. Первый - в виде уголкового отражателя на поверхности объекта, второй представлял собой кромку, образованную пересечением двух плоскостей, третий - в виде плоской пластины, расположенной по нормали к оси облучения.
Для ослабления отражения от первого участка потребовалось нанести на него антирадарный материал с рецептурой №1 толщиной 1,5 мм. Это привело к снижению отражения на 20 дБ. На второй участок напылили градиентный радиопоглощающий материал толщиной 1,5 мм с рецептурой №2, что привело к снижению отражения на 30 дБ.
| Таблица 2 | ||||
| Тип ткани | РИКМА П-3Н-1000 | РИКМА П-10Н-1200 | УТТ-2С | TIM арт.56041 «М» |
| Технические условия | 8388-001-17310584-02 | 8378-491-365455028-00 | ||
| конструкция ткани | Полиэфирная ткань, покрытая никелем толщиной 3 мкм | Полиэфирная ткань, покрытая никелем толщиной 10 мкм | Углеродная техническая ткань со специальной пропиткой | Техническая металлизированная ткань с повышенными воздухо-, влаго- и паропроницаемостью |
| Масса 1 м2. г | 135±15 | 210±20 | 400±10 | 170±10 |
| Диапазон рабочих температур, °С | -40…±65 | -40…±65 | -40…±65 | -40…±65 |
Для ослабления отражения от третьего участка на пластину был нанесен слой материала толщиной 1 мм с рецептурой №1, что привело к снижению отражения на 15 дБ. Состав рецептур представлен выше в таблице 1.
Работает антирадарный материал следующим образом. Часть падающей на материал из пространства СВЧ-энергии электромагнитной волны в результате многократного отражения от материала с различной микро- и макроструктурой и с различной электрофизической природой, поглощается путем преобразования в другие виды энергии (например, в тепловую). В процессе интерференции и дифракции происходит процесс переотражения от частиц наполнителя, равномерно распределенных в полимерной основе, которые являются элементарными точечными излучателями с широкими диаграммами направленности. Переотражение электромагнитной волны является не зеркальным, а диффузным (по аналогии из оптики можно привести эффект «пыльного зеркала»).
Использование изобретения обеспечивает снижение заметности защищаемого объекта в радиолокационном диапазоне электромагнитных волн (ЭМВ). Производство заявляемого материала является экологически чистым и не накладывает жестких требований к безопасности персонала и технологическому оборудованию, т.к. все используемые материалы нетоксичны.
Антирадарный материал, содержащий полимерное связующее и порошкообразный наполнитель, отличающийся тем, что в качестве наполнителя включает смесь карбида кремния, оксида кремния и ультрадисперсного углерода при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| полимерное связующее | 40-50 |
| карбид кремния | 40-45 |
| оксид кремния | 3-15 |
| ультрадисперсный углерод | 2-5, |
при этом карбид кремния, оксид кремния и ультрадисперсный углерод представляют собой частицы сферической формы с диаметрами: карбид кремния от 10 до 30 мкм, оксид кремния от 5 до 10 мкм, а ультрадисперсный углерод от 50 до 200 нм.
