RU156899U1 - Покрытие металлического корпуса летательного аппарата, поглощающее электромагнитные волны - Google Patents

Abstract

1. Покрытие металлического корпуса летательного аппарата, поглощающее электромагнитные волны, содержащее диэлектрический слой, несущий токоведущую решетку из диполей, настроенных на разные длины волн, отражающая поверхность которых защищена радиопрозрачным слоем, отличающееся тем, что диполи размещены на диэлектрическом слое квазипериодически на основе мозаики Пенроуза.2. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что диполи выполнены в виде ромбовидных спиралей.3. Покрытие по п. 2, отличающееся тем, что острый угол ромбов, образуемых диполями в виде спиралей, составляет 36° или 72°.

Description

Область техники

Полезная модель относится к радиотехнике, а более конкретно к поглотителям электромагнитных волн, выполненных в виде антиотражающего радиолокационное облучение покрытия металлического корпуса оболочки для снижения заметности летательных аппаратов.

Уровень техники

Известно покрытие для поглощения излучения радаров, которое изложено в патенте США №5661484, МПК H01Q 17/00, опубликован 2 6.08.1997. Согласно этому патенту поглощающее покрытие содержит электропроводные не магнитные прямолинейные волокна первого типа, длина, диаметр и объем которых подобраны для получения первой диэлектрической проницаемости, электропроводные немагнитные прямолинейные волокна второго типа, длина, диаметр и объем которых подобраны для получения второй диэлектрической проницаемости, и диэлектрическое связующее вещество с относительно низкими диэлектрическим потерями для связывания волокон первого и второго типа в единый материал таким образом, что волокна первого и второго типов произвольно ориентированы и равномерно распределены в объеме связующего вещества в одном слое. Недостатком покрытия являются сложность технологии его получения и высока стоимость.

Известен материал, ослабляющий отражение сигналов радара, представляющий собой размещенную между двумя слоями полимера ткань, полость между нитями ткани заполнены материалом, ослабляющим электромагнитные волны (патент США №5817583, МПК В32В 7/00, опубликован 06.10.1998.) Достоинством покрытия является то, что текстильная основа покрытия позволяет наносить его на оборудование различной формы. Недостатком такого покрытия является сложность изготовления такого покрытия из-за сложности обеспечения надежного сцепления между поглощающим слоем покрытия и слоями полимерного покрытия.

Известно покрытие металлического корпуса летательного аппарата по патенту РФ на полезную модель №37274, МПК H01Q 17/00, опубликованому 10.04.2004, который является наиболее близким аналогом к заявленному покрытию.

Покрытие содержит токоведущую решетку из диполей, размещенных параллельно основанию автономных равносторонних треугольников, формообразующих магнитно замкнутую шестиугольную решетку. Недостатком данного технического решения является, то что диполи размещены на диэлектрическом слое в виде периодической структуры. Наличие периодических структур приводит к возникновению периодических максимумов (лепестков) в отраженных электромагнитных полях. Указанное явление увеличивает величину эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) в направлении некоторых углов облучения, что является недостатком покрытия. Для устранения этого недостатка, т.е. для уменьшения ЭПР, необходимо выбирать такой вид покрытия, чтобы в его структуре отсутствовали периодические элементы.

Сущность полезной модели

Для достижения указанного технического результата согласно предлагаемой полезной модели покрытие металлического корпуса летательного аппарата, поглощающее электромагнитные волны, содержит диэлектрический слой, несущий токоведущую решетку из диполей, настроенных на разные длины волн, отражающая поверхность которых защищена радиопрозрачным слоем, причем диполи размещены на диэлектрическом слое квазипериодически на основе мозаики Пенроуза.

Дополнительно в покрытии диполи могут быть выполнены в виде ромбовидных спиралей.

Дополнительно в покрытии острый угол ромбов, образуемых диполями в виде спиралей, составляет 36° или 72°.

Мозаика Пенроуза получила свое название по имени Роджера Пенроуза, который проводил исследования нерегулярных образований (шаблонов), которые не имели никакой симметрии преобразования или периодичности.

В мозаике Пенроуза требуется только две фигуры, чтобы замостить всю плоскость без пустот и пересечения фигур: это два ромба. Внутренние углы одного ромба равны соответственно 36° и 144° (тонкий ромб), а другого - 72° и 108° (толстый ромб). В бесконечной мозаике Пенроуза отношение числа толстых ромбов к числу тонких точно равно величине α=1.618.. (критерий золотого сечения) и, поскольку это число иррационально, в такой мозаике нельзя выделить элементарную ячейку, которая содержала бы целое число ромбов каждого типа. Мозаика Пенроуза являет собой пример непериодического заполнения, так как не переходит в себя ни при каких сдвигах. Тем не менее в нем существует определенный порядок, так как любая конечная часть такого заполнения встречается на всем пространстве множество раз.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где схематично изображены:

на фиг. 1, 2 - элементы покрытия (диполи).

на фиг. 3 - квазипериодическое расположение элементов покрытия (диполей).

Осуществление полезной модели

Вместо ромбовидных фигур в предыдущих технических решениях использовались два типа двухзаходных ромбовидных спиралей. В электродинамике такие спирали интересны тем, что любой поворот на плоскости вокруг центра спирали (ромба) изменяет фазу рассеянного сигнала при ее облучении радиоволнами. Поэтому при замещении поверхности летательного аппарата ромбовидными спиралями из-за существенной непериодичности сложение сигналов от отдельных участков будет некогерентным. Вид ромбовидных спиралей приведены на фигурах 1, 2. Такие двухзаходные спирали являются широкополосными антеннами с минимальным рассеянием падающих волн. Спирали, как антенны, имеют емкостную нагрузку. Величина емкости определяется толщиной диэлектрического слоя и его диэлектрической проницаемостью. Подбирая величину емкости нагрузки можно изменять фазу переизлученного поля. Следовательно, толщину покрытия необходимо выбирать с точки зрения обеспечения минимальных отражений обратных волн.

Кроме сказанного, необходимо отметить, что на протяженных участках покрытий возникают поверхностные волны. При облучении тонкого слоя диэлектрика с металлической подложкой, а также при наличии слоев с ограниченной погонной проводимостью над металлической подложкой возникают замедленные волны, которые и являются поверхностными.

Таким образом, в качестве вида покрытия предлагается использовать ромбовидные спирали с размещением по поверхности летательного аппарата в виде квазипериодической мозаики Пенроуза. Пример размещения непериодической мозаики Пенроуза приведен на фигуре 3.

Принцип работы покрытия состоит в том, что падающие на объект радиоволны переводятся в поверхностные волны, которые не переизлучаются в обратном направлении, а трансформируются в реактивные переменные поля в ближайшей зоне объекта с последующим затуханием и рассеянием в окружающее пространство. Это можно объяснить следующим образом. Падающая волна возбуждает электрические токи в структуре покрытия и в металлической поверхности изделия. Возникающие токи, будучи направленными в разные стороны, начинают противодействовать друг другу за счет индукции. Это эквивалентно возникновению взаимных сопротивлений в проводниках покрытия и в металле поверхности изделия. Чем лучше проводимость проводников покрытия, тем больше взаимные сопротивления, т.е. тем больше затухают токи, которые возникли от падающей волны. Из сказанного становится ясным, что покрытия отличаются от обычных радиопоглощающих покрытий тем, что в последних поглощение падающих от РЛС волн определяется сопротивлением материала покрытия, а в покрытии сопротивление возникает в результате электродинамических процессов (протекания электрических токов). Чем больше интенсивность падающих волн, чем сильнее возникают токи, тем больше взаимное сопротивление и, следовательно, тем больше подавление отраженных (вторичных) волн.

Возникаемые взаимные сопротивления являются комплексными, т.е. они содержат мнимую реактивную составляющую. Реактивная составляющая зависит от толщины покрытия, формы рисунка структуры (ячейки) покрытия и направления облучения. Реактивная составляющая взаимного сопротивления определяет фазу отраженного сигнала. При этом случайные размещения элементов структуры относительно падающих волн создают случайные распределения начальных фаз отраженных сигналов. Суммирование этих сигналов на приемной антенне РЛС создает случайные распределения амплитуд сигналов в зависимости от угла наблюдения. Т.е. изменяются вероятностные (корреляционные) свойства отраженных сигналов, таким образом, сигналы искажаются, становятся флуктуирующими, что приводит к ухудшению обработки сигналов в приемнике РЛС.

Промышленная применимость

Предложенная схема радиопоглощающего покрытия представляет собой резонансный поглотитель, состоящий из гомогенного слоя диэлектрика, наложенного на защищаемый электрический корпус. Толщина слоя диэлектрика, его диэлектрическая постоянная и тангенс угла диэлектрических потерь выбраны такими, чтобы коэффициент отражения на заданной волне был равен нулю. При этом резонансная частота поглощаемого излучения не отличается от частоты падающей волны больше чем, на 5%.

Диполи возбуждаются синфазно. Взаимное влияние близко расположенных диполей активной области решетки таково, что взаимный импеданс практически равен их входному сопротивлению.

Дипольную решетку покрытия для экспериментов изготавливали из фольгированного стеклотекстолита, в качестве слоя диэлектрика использовалась стеклоткань, которую к корпусу крепили клеем.

В результате проведенных макетных испытаний предложенного поглощающего покрытия выявлено, что применение покрытия обеспечивает снижение величины эффективной поверхности рассеяния летательного аппарата (ЭПР ЛА) в диапазоне длин волн Δ λ 3…10 см с 0.06 м² до 0.012 м². Величина вероятности ложной тревоги оптимального приемника (обнаружителя) сигналов, принятая при оценках, составляет F₀=10^-10, параметр обнаружения q=20 дБ. Расчетная оценка вероятности правильного обнаружения Р_по (q₀) применительно к оптимальному приемнику (обнаружителю) сигналов показала возможность снижения Р_по (q₀) с величины Р_по (q₀)=0.8, соответствующей ЭПР ЛА σ=0.06 м², до величины Р_по (q₀)=0.1 при ЭПР ЛА σ=0.012 м². Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, показал оно обладает новизной, а с учетом возможности промышленного изготовления поглощающего электромагнитные волны покрытия, можно сделать о соответствии критерию промышленная применимость

Claims (3)

1. Покрытие металлического корпуса летательного аппарата, поглощающее электромагнитные волны, содержащее диэлектрический слой, несущий токоведущую решетку из диполей, настроенных на разные длины волн, отражающая поверхность которых защищена радиопрозрачным слоем, отличающееся тем, что диполи размещены на диэлектрическом слое квазипериодически на основе мозаики Пенроуза.

2. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что диполи выполнены в виде ромбовидных спиралей.

3. Покрытие по п. 2, отличающееся тем, что острый угол ромбов, образуемых диполями в виде спиралей, составляет 36° или 72°.

Images