летательный аппарат с уменьшением заметности силовой установки в радиолокационном, инфракрасном, акустическом диапазонах длин волн и изменением вектора тяги

Формула изобретения

1. Летательный аппарат с устройством для уменьшения заметности силовой установки в радиолокационном, инфракрасном и акустическом диапазонах длин волн, содержащие экранирующее приспособление, установленное в потоке газа, отличающийся тем, что экранирующее приспособление выполнено в виде противорадиолокационной и противоинфракрасной решеток, уменьшающих акустическую заметность, причем противоинфракрасная решетка расположена ближе к двигателю силовой установки, чем противорадиолокационная решетка.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что противорадиолокационная решетка расположена за противоинфракрасной решеткой в направлении против полета летательного аппарата.

3. Аппарат по п. 1 или 2, отличающийся тем, что решетки выполнены с возможностью соединения между собой разъемным соединением.

4. Аппарат по п. 1 или 2, отличающийся тем, что противорадиолокационная и противоинфракрасная решетки выполнены как единое целое.

5. Аппарат по п. 4, отличающийся тем, что части ребер противоинфракрасной решетки установлены между ребрами противолокационной решетки.

6. Аппарат по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что ребра противоинфракрасной решетки выполнены наклонными или профилированными для плавного изменения направления потока газов.

7. Аппарат по п. 6, отличающийся тем, что входное и выходное сечения каналов решетки не перекрывают друг друга в проекции на вертикальную плоскость.

8. Аппарат по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что ребра инфракрасной решетки выполнены радиальными и покрыты радиопоглощающим материалом.

9. Аппарат по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что решетки расположены в дозвуковой или звуковой части сопла.

10. Аппарат по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что он снабжен механизмом убирания, по крайней мере, одной из решеток.

11. Аппарат по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что для изменения вектора тяги силовой установки экранирующее приспособление выполнено поворотным.

12. Аппарат по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что для изменения вектора тяги силовой установки ребра противоинфракрасной решетки выполнены поворотными.

13. Аппарат по любому из пп. 9-12, отличающийся тем, что при сверхзвуковом сопле экранирующее приспособление не выступает за критическое сечение сопла.

14. Аппарат по любому из пп. 9-13, отличающийся тем, что угол между поверхностью сверхзвуковой части сопла и внешней поверхностью экранирующего приспособления превышает 90^o.

15. Аппарат по любому из пп. 1-13, отличающийся тем, что поверхность сопла между решеткой и критическим сечением сопла покрыта радиопоглощающим материалом.

16. Аппарат по любому из пп. 9-15, отличающийся тем, что в дозвуковой или звуковой части сопла выполнены прорези для движения в них экранирующего приспособления при его убирании и/или при регулировке характеристик сопла.

17. Аппарат по любому из пп. 9-16, отличающийся тем, что для сверхзвукового сопла экранирующее приспособление выполнено с возможностью исключения полного перекрытия сопла.

18. Аппарат по любому из пп. 1-17, отличающийся тем, что экранирующее приспособление выполнено из двух створок с образованием между ними в сомкнутом состоянии угла, равного 100-110^o.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам уменьшения заметности летательного аппарата (ЛА), в частности его силовой установки (СУ).

Известно техническое решение для уменьшения заметности в радиолокационном (РЛ) диапазоне длин волн (патент США 4149689 от 17.04.1079) (Айзенберг Г.З. Антенны УКВ. - М.: Связь, 1977, с. 50-56.), представляющее собой решетку-конус из множества близкорасположенных металлических стержней, устанавливаемую перед входом в воздухозаборник и за срезом сопла.

Недостатки известного решения:

- не обеспечивает защиту от волн длин инфракрасного и акустического диапазона, так как сквозь щели между стержнями просматриваются нагретые элементы сопла;

- не обеспечивает уменьшения заметности со всех ракурсов, в частности, перпендикулярных и близких перпендикулярным образующей конуса;

- не позволяет избежать потери тяги и увеличения проходного сечения сопла из-за того, что стержни расположены на незначительном расстоянии друг от друга L ~ /4, где - длина волны облучающей РЛС.

- не обеспечивает защиту от радиолокационных волн малой длины, т.к. с уменьшением длины волны уменьшаются расстояния между стержнями;

- не обеспечивает защиту летательных аппаратов звукового и сверхзвукового диапазона скоростей полета;

- не обеспечивает возможности регулировать вектор тяги.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в обеспечении возможности уменьшения заметности силовой установки летательного аппарата в радиолокационном, инфракрасном, акустическом диапазонах длин волн, обеспечении уменьшения ее заметности во всех ракурсах экранирования силовой установки, обеспечении снижения потерь тяги и управления вектором тяги силовой установки.

Указанный результат достигается тем, что в летательном аппарате с устройством для уменьшения заметности силовой установки в радиолокационном, инфракрасном и акустическом диапазонах длин волн, содержащем экранирующее приспособление, установленное в потоке газа. Указанное экранирующее приспособление выполнено в виде противорадиолокационной и противоинфракрасной решеток, уменьшающих акустическую заметность, причем противоинфракрасная решетка расположена ближе к двигателю силовой установки, чем противорадиолокационная решетка. Противорадиолокационная решетка располагается за противоинфракрасной решеткой в направлении против полета летательного аппарата.

Решетки могут быть выполнены с возможностью соединения между собой разъемным соединением или как единое целое. В последнем случае части ребер противоинфракрасной решетки установлены между ребрами противорадиолокационной решетки.

Ребра противоинфракрасной решетки могут быть выполнены наклонными или профилированными для плавного изменения направления потока газов. Входное и выходное сечения каждого канала не перекрывают друг друга в проекции на вертикальную плоскость.

Ребра противоинфракрасной решетки могут быть выполнены радиальными и покрыты радиопоглощающим материалом.

Решетки могут быть расположены в дозвуковой или звуковой части сопла.

Летательный аппарат снабжается механизмом уборки, по крайней мере, одной из решеток в корпус летательного аппарата для устранения потерь тяги и когда не требуется малая заметность.

Для изменения вектора тяги силовой установки приспособление выполнено поворотным или ребра противоинфракрасной решетки выполнены поворотными. При сверхзвуковом сопле приспособление не выступает за критическое сечение сопла, а угол между поверхностью сверхзвуковой части сопла и внешней поверхностью приспособления превышает 90^o.

Поверхность сопла между решеткой и критическим сечением сопла может быть покрыта радиопоглощающим материалом. В дозвуковой или звуковой части сопла выполняются прорези для движения в них приспособления при его уборке и/или при регулировке характеристик сопла.

Для сверхзвукового сопла приспособление выполнено с возможностью исключения полного перекрытия сопла, например, при полете на крейсерском режиме.

Приспособление может быть также выполнено из двух створок с образованием между ними в сомкнутом состоянии угла 100-110^o.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема двигателя ЛА с дозвуковым соплом;

на фиг.2 - схема регулируемого сверхзвукового сопла;

на фиг.3 - схема противорадиолокационной решетки;

на фиг.4 - схема вариантов противоинфракрасной решетки;

на фиг.5 - эффективность предлагаемого соплового устройства;

на фиг. 6 - индикатрисы инфракрасного излучения без приспособления для уменьшения заметности;

на фиг. 7 - индикатрисы инфракрасного излучения с использованием устройства для уменьшения заметности;

на фиг.8 - график изменения температуры горения тепловых ложных целей по времени;

на фиг.9 - вариант универсального устройства для сверхзвукового сопла;

на фиг.10 - схемы различных решеток для дозвукового и звукового сопла и влияние их вида на потери тяги СУ;

на фиг. 11 - схема варианта устройства уменьшения заметности с функцией поворота вектора тяги;

на фиг. 12 - схема СУ с устройством уменьшения заметности, имеющее функцию поворота вектора тяги;

на фиг.13 - часть противоинфракрасной решетки;

на фиг. 14 - схематично плоское сопло с устройством для уменьшения заметности;

на фиг.15 - решетка с радиальными ребрами;

на фиг.16 - установка решетки перед входом в СУ;

на фиг.17 - график уменьшения времени слышимости объема по времени.

Приспособление для уменьшения заметности силовой установки 1 содержит противорадиолокационную решетку 2 и противоинфракрасную решетку 6.

Устройство работает следующим образом.

1. В радиолокационном диапазоне длин волн.

При облучении ЛА с задней полусферы (ЗПС) радиолокационной станцией (РЛС) противника электромагнитные волны не попадают в СУ 1 благодаря наличию на выходе противорадиолокационной решетки 2 предлагаемого универсального устройства (экранирующего приспособления) 3.

Непопадание электромагнитной энергии в сопло 4 СУ 1 достигается тем, что размеры ячеек 5 решетки подобраны соответствующим образом. Так, при квадратной ячейке ее размер А (фиг.3) должен быть не больше /2, где - длина облучающей РЛС, при этом глубина W ячейки определяется из соотношения:

P = P_o1^-2W,

где W - глубина канала,

- коэффициент (определяется по графику на с. 56 [2]),

Р - энергия, прошедшая через решетку,

Р₀ - падающая энергия.

В зависимости от требований по уменьшению заметности Р приравнивается нулю или любому малому значению и при известном находится W. Толщина Д выбирается по условиям прочности устройства. В этом случае энергия не попадает в СУ ЛА (Р= 0) и ее заметность в радиолокационном диапазоне (эффективная поверхность рассеяния ) уменьшается почти на два порядка (фиг.5).

2. В инфракрасном диапазоне длин волн.

На различных частях СУ (фиг.1) отмечены цифрами с 1 по 12 точки, температура которых приведена в таблице 1 для одного из режимов работы СУ.

Из таблицы видно, что самая низкая температура на срезе сопла (точка 6). Следовательно, если экранировать горячие точки и сделать так, что тепловая головка самонаведения (ТГС) ракеты будут "видеть" только срез сопла, то вероятность срыва ее наведения на СУ ЛА равна единице, так как ТГС реагирует на температуру 430-650^o.

Функцию экрана выполняет противоинфракрасная решетка 6 предлагаемого устройства 3. Ее каналы 7 (фиг.4) выполнены таким образом, что полностью делают невидимыми горячие точки СУ с любого угла наблюдения. Для этого они выполнены наклонными или профилированными (для постепенного поворота потока с целью уменьшения потерь тяги) таким образом, что с любого ракурса (90^o по азимуту, и 90^o по углу места) задний (против полета) торец ребра 8 находится выше переднего торца вышерасположенного ребра.

Этот способ позволяет на порядок снижать интенсивность излучения СУ (фиг.6, 7), вычисляемой по закону Стефана - Больцмана:



где - мощность теплового излучения,

- коэффициент излучения,

к - постоянная, равная 5,6,710^-12 Вт/(см² град⁴),

S - величина излучающей поверхности,

- пространственный угол.

Так как интенсивность излучения J зависит от температуры нагретого тела и если температурные режимы СУ будут выше приведенных (например, на форсажных режимах сверхзвуковых сопел - фиг.2), то эффективность этого способа остается высокой даже при использовании ложных тепловых целей (ЛТЦ), так как потребуется значительно меньшее их количество, чем при отсутствии устройства (зависимость температуры горения ЛТЦ по времени приведена на фиг.8). Видно, что чем ниже температура, после которой надо отстреливать следующую ЛТЦ, тем больше время между отстрелами, т.е. уменьшается количество расходуемых ЛТЦ примерно в 2-3 раза.

Все вышеизложенное распространяется на дозвуковые, звуковые и сверхзвуковые сопла. При этом для сверхзвуковых сопел (фиг.2) поверхность устройства 3 должна составлять с поверхностью сверхзвуковой части 9 сопла тупой угол для избежания уголковых отражателей. Угол должен составлять не менее 100-110^o. Если этого обеспечить не удается, то поверхность дозвуковой части 10 (фиг.9) сопла между устройством 3 и критическим сечением сопла 10 должна быть покрыта радиопоглощающим материалом 11.

Влияние устройства на потери тяги (фиг.5, 10) показывает, что устройство вызывает потери тяги ~ 3%, причем на долю противорадиолокационной решетки приходится ~ 1%, на долю противоинфракрасной ~2%. Для избежания этих потерь устройство 3 может выдвигаться из потока, когда не требуется режим малозаметного полета. Для этого в дозвуковой или в звуковой части сопла выполнены прорези 12, через которые решетки убираются внутрь корпуса 13 ЛА с помощью, например, цилиндра 14 (фиг.2). Эти прорези 12 могут служить для перемещения подвижных створок 15 и 16 сопла при регулировании его тяги (фиг.2). На фиг. 10 приведены в том числе схемы универсального устройства в 2-х вариантах: с отдельно выполненными противорадиолокационной и противоинфракрасной решеток (вариант 5а), и универсального устройства, выполненного как единое целое двух решеток (вариант 5б). При этом противорадиолокационная решетка установлена между ребрами противоинфракрасной решетки, что уменьшает массу устройства.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет снизить заметность СУ с ЗПС примерно на два порядка в радиолокационном диапазоне и больше чем на порядок в инфракрасном диапазоне длин волн.

Управление вектором тяги происходит следующим образом.

Известно техническое решение для поворота вектора тяги или с помощью поворотных створок (фиг.12) для плоского сопла [4], или с помощью поворотного сопла (фиг. 11) для круглых сопел [5]. Недостатком этих устройств является то, что устройство для уменьшения заметности должно быть установлено дополнительно, что приведет к увеличению массы самолета и усложняет конструкцию. Их общим недостатком является громоздкость, сложность конструкции, большая масса.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для уменьшения заметности СУ ЛА с ЗПС, за счет мероприятий, позволяющих ему выполнять функции сопла с поворотом вектора тяги.

Указанная цель достигается тем, что силовая установка снабжена экранирующим устройством, состоящем из противорадиолокационной и противоинфракрасной решеток и установленном в потоке газа. При этом устройство выполнено поворотным для изменения вектора в любом заданном направлении, при сохранении свойств средства уменьшения заметности в РЛ, ИК диапазонах, в акустическом диапазоне. Устройство может быть расположено в дозвуковой или звуковой части сопла.

Устройство работает следующим образом.

1. С точки зрения уменьшения заметности СУ.

В радиолокационном диапазоне не отличается от вышеизложенного.

В инфракрасном диапазоне отличие заключается в том, что ребра 8 противоинфракрасной решетки 6 имеют при той же длине больший изгиб, или длину большую, чем в предыдущем варианте с целью, чтобы при повороте универсального устройства 3 на угол не просматривались горячие точки сопла (фиг.15).

2. С точки зрения изменения вектора тяги.

Устройство содержит (фиг.14) универсальную решетку 3, закрепленную шарнирно на корпусе 17 силовой установки 1 с помощью, например, трех цилиндров 18, обеспечивающих вращение решетки 3 в любом направлении до заданного максимального угла отклонения (фиг.15).

Установка универсальной решетки в плоском сопле позволяет расширить функциональные возможности сопла (фиг.5): если без универсального устройства изменение вектора тяги происходит только по тангажу, то вращение универсального устройства в любом направлении, которое обеспечивается с помощью, например, 3-х цилиндров 18, позволяет менять вектор тяги в любом направлении (фиг. 16). Изменение вектора тяги можно получить и вращением ребер решетки 6 с помощью, например, цилиндра 19. Ребра при этом закреплены на осях 20 и объединены тягой 21 (фиг.13).

Каналы 7 решетки 6 устройства 3 могут быть произвольной формы, в том числе могут быть образованы радиальными изогнутыми перегородками (фиг.17). При этом перегородки изогнуты по длине таким образом, что через каналы, образованные ими не просматриваются элементы силовой установки с любого ракурса. Такая решетка может быть установлена перед СУ (фиг.18) для уменьшения заметности как в РЛ диапазоне волн (особенно при покрытии перегородок специальным материалом), так и в акустическом.

Устройство уменьшает заметность СУ с ЗПС и обеспечивает изменение вектора тяги в любом направлении. При этом упрощается конструкция, расширяются функции СУ, а увеличение массы незначительно.

Работа универсального устройства в акустическом диапазоне волн.

Основными элементами, создающими шум, являются струя двигателя и вентилятор. Шум от вращающегося с большой скоростью вентилятора гасится решеткой, стоящей перед СУ. Решетка за СУ снижает интенсивность шума на ~5-6 дБ, т.е. больше чем в 3 раза; при этом снижается дальность слышимости самолета на 30% (фиг.19). С помощью решеток может быть решена одна из важнейших проблем летательных аппаратов, осуществляющих взлет и посадку с аэродромов, расположенных вблизи населенных пунктов.

Снижение шума с помощью решеток происходит следующим образом. Шум газовой струи двигателя (основной источник шума на самолете) объясняется ее турбулентностью и характеризуется числом Струхаля:



где V - скорость потока,

d - характерный размер отверстия истечения,

k - частота колебаний частиц в потоке.

При одной и той же скорости потока, уменьшение проходного сечения потока вызывает повышение частоты, а более высокая частота быстрее затухает в воздухе - см. рис. 19, что уменьшает дальность, с которой слышится самолет.

Источники информации

1. Патент США 4149689 от 17.04.1979.

2. Айзенберг Г.З. Антенны УКВ. - М.: Связь, 1977, с. 50-56.

4. Техническая информация, 11. - М.: ЦАГИ, 1988.

5. Обзор ЦАГИ, 608. - М.: ЦАГИ, 1982.