Устройство для снижения радиолокационной заметности объектов

Изобретение относится к области радиотехники, касается вопроса применения полимерных композитов в составе устройства для снижения радиолокационной заметности и решает задачу оптимизации конструкции по радиопоглощающим свойствам. Предлагаемое устройство состоит из трех слоев: два наружных слоя конструкции и ребра жесткости выполнены из полимерных композитов, а средний слой - из легковесного наполнителя, содержащего ребра жесткости. В ребра жесткости и во внешние несущие слои введены электропроводящие материалы с поверхностным электрическим сопротивлением 90÷1200 Ом, обеспечивающие поглощение падающих электромагнитных волн и приводящие к снижению отражения радиоволн в диапазонах СВЧ S, С, X, K_u, К_а от поверхности устройства из полимерных композитов в 3÷5 раз, а относительно металлической поверхности - в 5÷50 раз. Технический результат заключается в повышении эффективности устройства для снижения радиолокационной заметности за счет расширения частотного диапазона радиопоглощения падающего электромагнитного излучения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники и касается вопроса снижения радиолокационной заметности объектов с помощью применения полимерных композитов в составе устройства.

Наиболее близким к изобретению является трехслойная конструкция, состоящая из двух несущих слоев, один из которых выполнен из стеклопластика и гофрированного заполнителя, размещенного между несущими слоями, а второй несущий слой и гофрированный заполнитель выполнены из одного и того же металла, оклеенного стеклопластиком. Металл в гофрированном заполнителе изготовлен перфорированным.

Трехслойная конструкция в составе объекта располагается таким образом, что несущий слой из стеклопластика - наружный, контактирует с окружающей средой, а металлический несущий слой, обклеенный пластиком, - внутренний. Ребра жесткости в виде трапеций изготовлены из металла (патент RU №2321516 С1, 2006 г. - прототип).

Данное изобретение направлено на повышение прочности, жесткости и надежности трехслойных конструкций из композитных материалов, позволяющих существенно снизить массу конструкции.

Недостатком прототипа является то, что данная трехслойная конструкция не обеспечивает широкодиапазонного радиопоглощения, включающего диапазоны сверхвысоких частот S, С, X, K_u, К_а, а дает узкополосное радиопоглощение при падении радиоволн за счет их интерференции при отражении на внешних и внутренних слоях. При этом ширина полос поглощения составляет 5÷30% от ширины диапазонов сверхвысоких частот S, С, X, K_u, К_а.

Кроме того, такого вида трехслойная конструкция рассеивает падающие электромагнитные волны во все стороны, что приводит к повышению радиозаметности при локации объекта с любого угла места, азимута и ухудшает электромагнитную обстановку на объекте.

Основной задачей предлагаемого изобретения является расширение частотного диапазона радиопоглощения падающего электромагнитного излучения за счет изменения структуры трехслойной конструкции, которое приведет к снижению радиолокационной заметности объектов и воздействия высокочастотного радиоизлучения на людей.

Предлагаемое устройство состоит из трех слоев (фиг.1): два наружных несущих слоя конструкции и ребра жесткости выполнены из полимерных композитов, а средний слой - из легковесного наполнителя, содержащего ребра жесткости в виде трапеций. Отличительной особенностью данного устройства является введение в ребра жесткости и во внешние несущие слои устройства электропроводящих материалов с поверхностным электрическим сопротивлением в диапазоне 90÷1200 Ом, обеспечивающих поглощение падающих электромагнитных волн и приводящих к снижению отражения радиоволн в диапазонах сверхвысоких частот S, С, X, K_u, К_а от поверхности устройства в 3÷5 раз, а относительно металлической поверхности в 5÷50 раз.

Входной наружный слой содержит материал с улучшенными теплоизолирующими характеристиками и имеет пониженную диэлектрическую проницаемость ε меньше 3. Относительно низкая диэлектрическая проницаемость обеспечивает в 2÷10 раз уменьшение отражения радиоволн от входной поверхности конструкции из композитных материалов.

Входной для излучения наружный слой толщиной 1÷10 мм является многослойным и состоит из стеклопластика, обеспечивающего жесткость и прочность слоя, и одного или нескольких слоев стекловолокнистого материала, содержащего микросферы, типа «Lantor Soric» или «Sphere Core» толщиной 1÷6 мм со сниженной диэлектрической проницаемостью ε меньше 3 для обеспечения проникновения излучения внутрь конструкции.

Тыльный наружный слой со стороны помещений толщиной 1÷8 мм, почти полностью отражающий электромагнитное излучение, также состоит из стеклопластика, комбинированного с углепластиком или целиком из углепластика, с поверхностным электрическим сопротивлением менее 10 Ом.

Средний слой толщиной 2÷16 см выполнен из легковесного наполнителя, содержащего ребра жесткости, толщиной 0,2÷5 мм, выполненных в виде формы трапеций, соприкасающихся основаниями с наружными слоями конструкции. С точки зрения радиопоглощающих свойств, длина малого основания трапеции, касающегося входного верхнего слоя, должна быть как можно меньше, не ухудшая прочностные характеристики конструкции, а размер большого основания трапеции, касающегося тыльного слоя, может быть увеличен.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1 и 2. На фиг.1 представлена схема трехслойной конструкции в составе устройства для снижения радиолокационной заметности объектов.

Между входным наружным слоем 1, контактирующим с окружающей средой, и выходным наружным слоем 2 имеется средний слой 3, содержащий ребра жесткости 4, выполненные в виде трапеций, соприкасающихся основаниями с наружными слоями конструкции. Длина малого основания трапецевидного блока - l₁, а длина большого основания - l₂. Угол наклона ребра жесткости (гофры) α определяется исходя из условий оптимизации по механическим характеристикам. Монослои 5, 6, 7 (штрихпунктирная линия) - электропроводящие материалы с поверхностным сопротивлением 90÷1200 Ом, обеспечивающие существенное поглощение электромагнитных волн. Эти монослои могут быть выполнены из синтетической ткани, содержащей нити с осажденным на них углеродом, являющиеся электропроводящими. Количество этих нитей определяет электропроводимость монослоя в диапазоне 90÷1200 Ом и позволяет создать оптимальную радиопоглощающую конструкцию. Монослой 8 (пунктирная линия) - углеродный электропроводящий материал с поверхностным электрическим сопротивлением менее 10 Ом.

На фиг.2 представлена спектральная зависимость коэффициента отражения электромагнитной волны от поверхности устройства в частотном диапазоне для двух ортогональных поляризаций.

На фиг.2: 9 - теоретический коэффициент отражения; 10 - экспериментальный коэффициент отражения при нормальном падении радиоволн для поляризации электромагнитной волны, перпендикулярной направлению гофров; 11 - экспериментальный коэффициент отражения при нормальном падении радиоволн для поляризации электромагнитной волны, параллельной направлению гофров. Зависимость коэффициента отражения электромагнитной волны, проходящая непрерывно по всему спектральному диапазону, соответствует теоретическим расчетам в приближении плоскослоистой модели, в которой средний слой с ребрами жесткости заменен на однородный слой с эквивалентными потерями. На фиг.2 коэффициент отражения от устройства представлен в логарифмической шкале - в децибелах (Г², дБ) (левая ордината), а правая ордината отображает значение коэффициента отражения (Г²) от устройства в процентах относительно металлического образца. По оси абсцисс отложена частота падающей электромагнитной волны, выраженная в гигагерцах (ГГц).

Коэффициент отражения электромагнитной волны от металла составляет 0 дБ для всего частотного диапазона, а для разработанного устройства в среднем лежит ниже уровня минус 10 дБ (10%), причем в диапазоне Х в среднем достигает минус 15 дБ (3%), а в отдельных точках этого диапазона - минус 20 дБ (1%). Таким образом, эффективность снижения коэффициента отражения составляет 5÷50 раз в зависимости от рассматриваемого спектрального диапазона поглощения и его ширины.

Предлагаемое устройство в виде трехслойной конструкции обеспечивает широкодиапазонное поглощение электромагнитных волн и приводит к снижению коэффициента отражения радиоволн от поверхности устройства, состоящее из композитных материалов в диапазонах сверхвысоких частот S, С, X, K_u, К_а в 3÷5 раз.

Предлагаемое устройство позволит радикально решить задачу снижения радиолокационной заметности объектов и использовать такую конструкцию в кораблестроении при создании судов, кораблей, платформ и других плавучих средств, а также сухопутных объектов.

1. Устройство для снижения радиолокационной заметности объектов представляет собой многослойную конструкцию, состоящую из трех слоев: два наружных слоя конструкции и ребра жесткости выполнены из полимерных композитов, причем внешний к окружающей среде слой свободно пропускает через себя электромагнитные волны без отражения в широком диапазоне частот, а тыльный слой со стороны помещений полностью отражает электромагнитное излучение обратно, не пропуская его внутрь защищаемого объекта, кроме того, средний слой конструкции выполнен из легковесного наполнителя с ребрами жесткости, отличающееся тем, что в ребра жесткости и во внешние несущие слои устройства введены электропроводящие материалы с поверхностным электрическим сопротивлением 90÷1200 Ом, обеспечивающие поглощение падающих электромагнитных волн и приводящие к снижению отражения радиоволн в диапазонах сверхвысоких частот S, С, X, K_u, K_a от поверхности устройства из полимерных композитов в 3÷5 раз, а относительно металлической поверхности в 5÷50 раз.

2. Устройство для снижения радиолокационной заметности объектов по п.1, отличающееся тем, что входной наружный слой содержит материал с пониженной относительной диэлектрической проницаемостью ε<3, обеспечивающий снижение отражения радиоволн от входной поверхности конструкции, состоящей из композитных материалов, в 2÷10 раз, а также обладающий улучшенными теплоизолирующими свойствами.