Técnicas da Forma
Uma boa aeronave furtiva é como fazer uma antena má
condutora. A energia
recebida pelo receptor deve ser menor que o limiar de
detecção do radar até
estar bem próximo. Deve haver um balanceamento entre furtividade
e desempenho
aerodinâmico.
A configuração da
aeronave deve ser
modificada de acordo com os princípios da
geometria ótica para que uma reflexão seja desviada para
uma região sem
importância do espaço (e não de volta para o
radar). O projetista deve evitar
superfícies planas, cilíndricas, parabólicas ou
cônicas em direção normal a
direção do radar iluminador. Estas formas tendem a
concentrar a energia e
produzir um grande retorno de radar.
Existe uma grande
vantagem em posicionar as superfícies de forma que a onda de
radar as atinge
próximas a um ângulo tangencial e longe de ângulos
retos. Uma superfície
plana tem um RCS extremamente grande
num ângulo de 90 graus em relação ao feixe de
radar. Se ela for inclinada ou
desviada do raio em uma dimensão, seu RCS reduz
substancialmente. A
refletividade é reduzida por um fator de 1.000 (30dB) num
ângulo de 30 graus.
Mas se uma superfície é girada para outra
direção formando um eixo diagonal -
inclinada e curvada para trás - o RCS é reduzido ainda
mais e uma redução de
-30dB é conseguida com um ângulo de 8 graus.
Um feixe de
radar que
atingindo um objeto redondo criará um retorno na forma de uma
circunferência. Parte
da energia é refletiva de volta. Se atingir um plano
perpendicular, a energia é
quase toda refletida de volta. Se o plano for inclinado, a energia
é refletida
para longe do radar.
A principal fonte do RCS é a reflexão especular. A
reflexão
especular ocorre quando uma onda é refletida de volta em um
angulo
conhecido. Um plano reflete como espelho e deve ser eliminado. O
reflexo será máximo quando perpendicular ao
emissor.
As formas que melhor refletem
são os diedros
ou planos com 90 graus entre eles. Os diedros são
formados por planos em
90 graus e uma onda na direção certa tem
reflexão dupla, retornando na
mesma direção. Com três planos a reflexão
será ainda mais forte. Isto é chamado
de refletor de canto. Mastros com refletores de canto são
instalados em navios
para auxiliar na detecção de radar. Em tempo de paz, as aeronaves
furtivas usam um
dispositivo do tamanho de uma
garrafa de coca-cola com refletor de canto internamente para
aparecer nos radares de controle de trafego aéreo. Na maioria das vezes não
existe necessidade de ficar
furtivo em tempo de paz.
Efeito
típico de um diedro duplo.
O F-117
recebe refletores de canto nas laterais
da fuselagem para ser visto pelos radares de controle de tráfego
aéreo. A aeronave
também recebe luzes vermelhas de
navegação na parte superior da
fuselagem.
Uma regra é evitar
painéis planos na vertical.
O B-52 tem grandes planos laterais e uma grande cauda pois não teve
nenhuma
preocupação com furtividade durante o projeto. As
laterais inclinadas podem ser
vistas no míssil cruise AGM-86 ALCM. Curvar a fuselagem é
uma técnica usada no
SR-71 e no B-1. A inclinação pode ser côncava ou
convexa e deve evitar cantos e
descontinuidades. O B-2 nem tem fuselagem ou estabilizador.
As estruturas curvas são
boas refletoras. O
canopi curvo é um bom refletor de luz em qualquer
direção. O AH-1 Cobra do US
Army evita isso com pára-brisas planos que refletem em apenas
uma direção. Os
fuzileiros americanos preferiram o canopi curvo para emitir pouco em
todas as
direções.
Em uma aeronave furtiva, as superfícies e bordas são
inclinadas no plano
vertical e curvadas no plano horizontal. O ângulo é
escolhido para maximizar a
inclinação e curvatura relativa ao feixe de radar
iluminando na parte frontal.
As estruturas furtivas do F-117 são compostas de uma
série de planos achatados,
ou facetados, nenhum dos quais estão no mesmo plano ou tem a
mesma orientação.
Esta forma prismática significa que em um corpo iluminado por um
radar, apenas
a superfície diretamente perpendicular ao raio refletirá
para o radar. As
outras faces separam as ondas de radar e direcionam para longe de radar
emissor.
A curvatura do
B-2 e YF-23
são uma modificação do princípio do F-117. Suas formas
refletem a inclinação e
curvatura em ângulos de incidência de maior interesse. A
principal diferença é
que os computadores mais potentes permitem resolver o problema de forma
mais
refinada e as formas facetadas se tornam menores até elas se
tornarem fundidas
em curvas. O conceito da Northrop evita qualquer descontinuidade ou
rugas,
permitindo que superfícies curvas fluírem suavemente
juntas. Isto evita
qualquer reflexão da corrente de superfície.
O objetivo da Lockheed ao criar o F-117 era projetar uma aeronave que
pudesse
atravessar o mesmo local de um SR-71, mas em uma altitude e velocidade
que
permitisse o lançamento de armas. Sua única
característica foi
direcionada pela necessidade de criar uma plataforma que pudesse ser
modelada
pelos computadores disponíveis na época. Eles só podiam computar o RCS de uma forma que
tinha um número limitado de superfícies planas e
não podia computar o RCS de
grandes cavidades como as entradas de ar. Então, ele foi
projetado com formas
facetadas, chamada Diamond Hopeless, com um número mínimo
de superfícies
planas.
A tecnologia usada no B-2 e F-22A e F-35 JSF estão relacionadas
com as usadas
no F-117. A forma e o material RAM ainda são críticos na furtividade. As
principais mudanças estão relacionadas com os meios de
computação usados para
criar formas furtivas e o uso de RAM se tornou mais seletivo. Formas
compactas
e fundidas suavemente em curvaturas continuas precisam de grande
capacidade de
predição e computacional para determinar o RCS.
A Lockheed começo a criar formas curvas do seu modelo de ATF e teve que deixar de usar os software analíticos. A manobrabilidade e velocidade supersônica melhorou e passaram a testar as formas no estande de radar da companhia e o desempenho foi bom. A configuração da Lockheed passou rapidamente de facetado para suave. A configuração da fase de avaliação tinha formas curvas e apenas o nariz era facetado. Antes de 1985 eles não sabiam como fazer um radome furtivo curvo.
Difração
Quando um feixe de radar atinge
plano ele
sofre difração. Difração
é o resultado da reflexão atingir outras
partes como antenas e ponta da asa e é difratada em várias
direções. A difração
é muito difícil de ser evitada. Em cavidades elas
refletem várias vezes e podem
voltar mais forte. A fonte da difraçaõ pode ser tão pequena quanto a
cabeça de um parafuso.
O cockpit e a entrada de ar são ótimos para difratar.
Uma regra que precisa ser entendida é que as técnicas da forma não diminuem o RCS em todas as direções. As técnicas da forma tem a desvantagem de diminuir o RCS em algumas direções para aumentar em outras. Estes pontos são concentrações de RCS. Sempre haverá ângulos normais a superfície e com alta reflexão. O RCS pode ser moderadamente baixo em várias direções ou diminuído muito em algumas direções.
O controle assinatura deve
garantir que os
campos elétricos difratado e refletidos devem ser controlado e
direcionado em
poucas direções. Esta técnica é chamada
de alinhamento superfície. As
técnicas de análise operacional respondem a estes problemas com
cada
possibilidade testada contra as defesas esperadas. As regiões
alinhadas formam
pontos de alto RCS ou "spike" do eco (picos de reflexão em uma
dada
direção). O alinhamento de superfície permite
escolher a direção onde o retorno
do radar irá se concentrar, mas em pequeno número de
direções.
As bordas de ataque e fuga das
asas refletem
em apenas um pequeno angulo. O Draken sueco tinha esta
característica quando
visto exatamente de frente. A asa duplo delta refletia para fora.
As asas enflexadas são ótimas para diminuir o RCS.
As formas de uma aeronave furtiva
costumam
ser planas, apontadas para cima ou para baixo, ao invés de
horizontais. A forma
é parte do problema. A estrutura tem juntas entre as partes que
refletem como
uma forma plana. Não devem ser apontadas para setores de
ameaça como frontal e para
isso é usada técnicas de alinhamento de superfície.
O YF-23 tem asas de
enflexamento de
40 graus para frente e para trás com todas as linhas da
plataforma alinhadas
com uma das bordas para concentrar reflexões em
direções planejadas. O B-2 tem 10 bordas distintas em
ângulos
constantes em duas direções. Não tem
superfície vertical e é fácil de colocar
RAM.
Alinhamento de
superfície
no F-22 mostrando a concentração de reflexão em
algumas
direções. A forma facetada e a aparência angular com
alinhamento de painéis e bordas das portas curvadas e alinhadas
na mesma direção das bordas da aeronave tem o objetivo de
evitar mostrar ângulos retos para radares. O RCS é
otimizado
para ser muito pequeno na maioria das direções e
ótimo
em apenas algumas. Isto dará ao radar inimigo um ótimo
retorno
quando o alinhamento for ideal, mas um retorno muito fraco nas
próximas
varreduras.
Gráfico polar mostrando a distribuição do RCS de uma aeronave furtiva mostrando como a técnica de alinhamento de superfície funciona para criar picos de RCS concentrados em poucas direções. O planejamento de missão tenta garantir que estes picos não ficam apontados para os radares inimigos por muito tempo. O facetamento do F-117 concentra os reflexos em seis ângulos repetidos (spikes).
Os radares também não vêem o alvo de todas as direções como de baixo ou de cima. Uma aeronave cruzando próximo de um radar tem baixa probabilidade de ser visto por voar muito rápido. O setor de ameaça é onde é mais provável ser visto por um radar e este setor deve ter baixo RCS. O ângulo de aspecto mais importante é o frontal quando a aeronave voa em direção ao alvo em potencial. A seção traseira não é tão importante por ser mais difícil de atacar. Para o F-35 JSF foi dada mais importância que o F-22A por não poder fugir em velocidade supersônica com supercruzeiro.
Próxima parte: Projeto de Componentes
Atualizado em 10 de Outubro de 2005
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