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 próxima. 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 fornece 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 terá 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.

stealth reflexao
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. O F-117 usa dispositivo do tamanho de uma garrafa de coca-cola com refletor de canto internamente em tempo de paz para aparecer nos radares de controle de trafego aéreo. Não precisa mesmo ser furtivo em tempo de paz.

stealth diedro
Efeito típico de um diedro duplo.

F-117
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 painel plano vertical. O B-52 tem grandes planos laterais e 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 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 deste conceito. 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 acurado de armas. Sua única característica foi direcionada pela necessidade de criar uma plataforma que pudesse ser modelada pelos computadores disponíveis. 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 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.

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 varias direções. A difração é muito difícil de ser evitada. Em cavidades elas refletem varias vezes e podem voltar mais forte. A fonte pode ser tão pequena quanto a cabeça de um parafuso. O cockpit e 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 varias direções ou diminuído muito em áreas criticas.

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 analise 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 numero 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.

stealth enflexamento
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 forma plana. Não devem ser apontadas para setores de ameaça como frontal e para isso é usada técnicas de alinhamento superficeis.

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. 

stealth alinhamento
Alinhamento de superfície no F-22 mostrando a concentração de reflexão em algumas direções. A forma facetada e 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.

stealth lobe
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 angulo 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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