Projeto de Componentes
No fim da década de 1950, foi
observado que uma
redução bem grande no RCS, necessária para
garantir benefícios operacionais,
não pode ser conseguida simplesmente cobrindo uma aeronave com
material
absorvente de ondas de radar (RAM). Muitas características
pequenas e
aparentemente insignificantes de uma aeronave podem gerar retornos de
radar que
ainda são detectáveis.
Quando a assinatura radar de uma aeronave é
reduzida para um nível bem baixo, os detalhes de projeto se
tornam muito
importantes. O RCS é causado principalmente pelas as bordas de
ataque das asas,
cauda e carnards, entrada de ar, radar e cockpit. Depois de tratados, as bordas das portas
e
painéis de acesso passam a ter o potencial de serem o maior
contribuinte para o RCS a não ser que sejam tomadas medidas para suprimi-las.
Baseado na discussão
do plano liso simples, as frestas de
porta em ângulos retos em relação a direção de vôo não
é interessante. Isto
resultaria em um retorno radar facilmente notável no
aspecto frontal. Então, portas e painéis de acesso
retangulares são
inaceitáveis. A solução é mover as bordas
dos painéis e ou alinhar as bordas com outras
bordas maiores da aeronave.
Entre os detalhes, a entrada de
ar é a
mais importante seguidos das superfícies de controles. Cavidades
refletem ondas de radar como a luz no olho de gato a noite. O número de
reflexões pode ser
aumentadas significativamente sem sacrificar o desempenho
aerodinâmico. Por
exemplo, uma cavidade pode ser projetada com um RCS de alto
aspecto para
maximizar o comprimento/altura. Se for possível atenuar o sinal
em cada
reflexão, então haverá uma vantagem para um
projeto multi-refletivo.
As entradas
de ar é um
grande problema pois as
bordas são
boas refletores e o túnel de ar se comporta como guias da energia
refletida do motor
que é um modulador da assinatura da aeronave. A energia
refletida volta com
ganho de sinal. O primeiro estágio do motor funciona como um objeto
sólido evitando que
o feixe de radar entre. A primeira reação é cobrir
as pás do primeiro estágio
com RAM e o material tem que aguentar o estresse de rotação. As
cavidades
devem ser
protegidas com RAM e a freqüência a ser coberta vai variar
muito.
O ideal é colocar a entrada
de ar acima
da fuselagem ou asa para esconder a entrada dos radares no solo quando voa
alto, mas
não é bom aerodinamicamente durante as curvas. As
aeronaves furtivas voam alto
para atacar e aumentar o alcance. Quem voa baixo deveria esconder
embaixo da
asa ou fuselagem.
Os ductos em "S" são
outra
técnica. Uma
entrada de ar curva faz
os feixes de radar refletir várias vezes. Com cobertura RAM o eco
diminui
várias vezes a cada reflexão. Se o RAM absorve 90% da energia em
cada reflexão,
bastaria duas reflexões para fazer o eco diminuir 1000 vezes e atingir um
nível furtivo. O
ar que passa pelo ducto não gosta de entrada de ar em formato de "S" e causa
turbulências
diminuindo a eficiência do motor. A Lockheed estudou o uso de
sensores para ver
o estado do fluxo e injetar ar em pontos estratégicos para
manter o fluxo. As
entradas de ar retas como a do Su-35 e MiG-29 não força a
reflexão e a aeronave
tem que evitar ficar diretamente de frente para a ameaça.
Uma entrada de ar curvada aumenta o número de
vezes que uma energia de radar ira refletir na parede do
ducto antes de
retornar.
Isto não faz diferença se o ducto não for coberto
com RAM. Se for usado RAM, a
absorção da energia é proporcional ao
número de reflexos e efetividade do RAM.
A entrada de ar
do F-22A é
curvada em S para esconder a face do motor que fica bem escondido. Uma
pequena porção pode ser visível, mas fica alinhado
com as bordas das
asas de alto RCS.
O X-32 tem um grande motor com a face
a mostra. É regra
básica esconder
estas partes móveis que produzem reflexos amplificados e que permite
identificar a aeronave. O X-32 usa portas para mascarar o primeiro
estágio.
Se for necessária as portas se fecham para diminuir o
reflexo.
O X-35 usava serpentina para proteger
o ducto. O X-32 usava pás
especiais com
RAM e formas especiais para os reflexos entrarem e não voltar.
No caso do X-32,
a técnica é parte do motor com a entrada de ar curvada
com bloqueador. O
F-35 tem motor no meio da fuselagem e não é ideal
para receber um ducto
curvado por ser pouco comprido. Por outro lado, um ducto longo é
mais pesado e
gasta muito volume e é pior aerodinamicamente.
As
entradas de ar redondas da série
Mirage são ótimas para controlar o fluxo de
ar e é bem leve, além de bloquear os feixes de radar. O
SR-71
usava entrada
de ar redonda com cone pontiaguda para controlar as reflexões.
O
projeto do ducto deve pesar furtividade, custo e
aerodinâmica. Em uma
aeronave menor, a serpentina em duto é melhor que aeronave
grande. Em aeronave
grande é melhor usar um bloqueador.
O
F-117 usa uma grade como bloqueador. O
protótipo do XST da proposta da
Northrop usava uma tela na entrada de ar que limitada a velocidade a
Mach 0,65.
Foi abandonada devido à velocidade alta necessária.
A entrada de ar do B-2
é
colocada acima das asas e é curvada dando boa
proteção contra radares
quando voa alto. As bordas são alinhadas com as asas. A turbina GE F-118
produz pouco barulho por ficar bem dentro da fuselagem. A F-118
é derivada do turbofan
F-101 usada no B-1. O bypass ratio passou para 0,87 contra 2,0 da F-101
gastando
menos ar para ter entrada de ar menor, mas gasta mais
combustível.
A
grelha na entrada de ar do F-117A funciona como um
objeto sólido para ondas elétricas. Funciona bem em
velocidades
subsônicas,
mas diminui o desempenho. Foi estudado a instalação de
uma entrada de ar parecida com a do B-2 além do uso de
serpentina interna, mas foi cancelado devido a idade da aeronave.
A
entrada de ar do B-1A era otimizada para vôo
supersônico. O B-1B recebeu placas tipo serpentina mascarando a
face
do motor que obrigou a otimização para vôo
subsônico. A entrada de ar se tornou
fixa e foi inclinada para fora e para baixo.
Outra medida para diminuir o
RCS do B-1B foi o uso de placas para mascarar as faces do motor.
A entrada de ar do projeto A-12 usava uma serpentina para proteger a face do motor. O F/A-18E/F também usa um bloqueador na frente do motor.
Um bloqueador no exaustor também é necessário. Um método é colocar um bloqueador cilíndrico ou criar “dog leg” para evitar custos de desenvolver um bloqueador caro. O F-117, B-2 , F-22A e o DarkStar usavam combinação de supressão de radar e IR no exaustor. Os bloqueadores de radar devem ser resfriados, ou não devem ser visíveis de fora quando aquecidos.
O F-117 tem
dogleg
no exaustor para evitar linha de visada direto com as partes quentes do
motor e
evitar reflexo de radar. É ideal, rústico e barato.
Também está coberto com RAM
de fácil manutenção e com proteção
IR. O exaustor tem 1,5m de comprimento
por 15,2cm e está dividido em 12 aberturas.
Esta
foto mostra com mais detalhes como o exaustor foi escondido
para evitar ser visto na horizontal, com uma aeronave interceptadora na mesma
altitude. Foi uma das partes
mais difíceis de ser projetada no F-117.
Não só as cavidades são problemas a
resolver pois existe também
cavidades do sistema de refrigeração e
transparências como canopi, radar e
sensores.
A cabeça do piloto, com o
capacete, é uma
fonte principal de retorno de radar. Ela é aumentada pela trilha
de retorno
associada com as estruturas internas e membros superiores. O capacete,
máscaras, assento e mostradores aumentam o RCS. A solução é projetar
o cockpit de forma que
suas formas externas se conformam as leis do RCS, e cobrir o vidro com
um filme
similar as usadas nas vidraças de prédios para controle de temperatura.
Metalizar a
transparência a torna condutiva para o radar. Sem cobertura metalizada no canopi, o radar
detectaria piloto ao invés da
aeronave.
O material
usado para metalizar as janelas de sensores eletro-óticos
e o canopi
é o Óxido de irídio que reflete qualquer
energia de radar e deixa passar 85%
do espectro visível. O óxido de irídio não
é caro e é resistente a erosão pela
chuva. Porém, também bloqueia os raios IR e não
pode ser usado em janelas de
sensores térmicos. Nas janelas de sensores FLIR são
usados uma estrutura em
"raquete de tênis" com fios de titânio reforçados.
O EA-6B Prowler foi a primeira
aeronave a
usar esta técnica para proteger os tripulantes das
emissões do interferidores nas asas. O
canopy do F-22A é feito de duas lâminas de
colméia de policarbonato de
9,5mm cada entre duas lâminas de vidro. Os materiais são
fundidos a 750 graus
centígrados. Uma cobertura de Óxido de Irídio
é adicionada para refletir ondas
de radar e resultou em uma cor dourada.
O sensor IR do F-117 usa uma grelha de metal para dar
proteção contra reflexos de radar.
O F-35 tem sensor IR no
nariz e na frente das portas do trem de pouso dianteiro com
janelas facetas como o F-117. A Lockheed Martin testou quatro
configurações e
três opções de instalação. Uma janela
fixa tem campo de visão limitado forçaria
a aeronave a voar sobre o alvo como o F-117. Foi examinado um modelo
esférico e
dois tipos de torres retráteis. A janela fixa em forma
de flecha ser
melhor para assinatura e aerodinâmica e manteve um campo de
visão de 140 graus
para cada lado. Isto permite que a aeronave dispare e dê quase
meia volta ainda mantendo o designador no alvo no solo.
As antenas internas e
sistemas de
radar da aeronave e mísseis são uma fonte potencial de
retorno do radar por
duas razões: são difíceis de esconder e, como tem
que ser um bom refletor, são
projetadas para transmitir em um freqüência muito alta, de
forma que seu RCS é
propenso a ser significativo.
Para diminuir o RCS o radar
deve ser
apontado em outra direção quando não está sendo usado. O B-1 usa uma
antena apontada para baixo por ser fixa. O F-35 e F-22A têm
antena fixa
apontadas para cima. A baia do radar deve ser tratada com RAM. O
F-117 nem
usa radar e tem antenas de comunicações retráteis.
A forma cônica do nariz
é ótima para
refletir os ecos para longe do emissor, mas são transparentes ao
radar. A
cobertura deve ser tratada para deixar passar apenas as
freqüências do radar da
aeronave. Este material, chamado de Frequency Selective Surface
(FSS), é
formado de um arranjo de elementos metálicos na estrutura
condutiva. Na
forma correta diminuem a transmissão em algumas bandas de
freqüência. Devem ser
transparentes as freqüências e polarização do
próprio radar.
O APG-77 tem banda pequena
e opera
com um sistema FSS. O F-35 tem que ter banda mais larga
para
realizar interferência e transmitir comunicações,
emitir ondas curtas em modos
SAR e ondas longas para busca ar-ar. O radome deve ser "limpo". O
resultado é uma antena furtiva e já se sabe que aponta
para cima.
Superfícies
de controle
podem ser feitas de material tipo
colméia que refletem a energia de radar internamente ao
invés de volta para o
radar.
Flare Spots
Depois
de trabalhado os contribuintes principais que aumentam o RCS, passa-se para os chamados
"flare spot" como pequenas características na fuselagem. O
RCS
total é a soma do RCS da forma e o RCS dos flare spots.
Estes flare spots tem RCS de
até 0,5m2 e podem ressonar
em alguns
comprimentos de onda bem pequenos. A assinatura radar é bem
baixa em relação
aos componentes principais da fuselagem, mas são muitos flare spots e o
efeito é aditivo.
Exemplo são entradas de ar pequenas na fuselagem, antenas de RWR,
navegação e
ataque, estações semiconformais, painéis
não alinhados, grelhas de ventilação,
falhas na superfície de controle, sensores óticos com
MAWS, FLIR e IRST.
Deve-se eliminar até soldas, rebites, buracos de drenagens e
falhas nos
painéis. Dois rebites espaçados em 3 cm e iluminados por um radar
de comprimento
de onda de 3 cm irão refletir como uma antena. A maioria dos
radares tem
comprimento de onda de 3-10 cm. O protótipo do
Have Blue teve as cabeças dos parafusos
reprojetadas pois 3 parafusos mal apertados aumentaram em muito o RCS.
O número de juntas e bordas
também devem ser
diminuídas para diminuir os spikes. Com a aeronave se move os spikes refletem por pouco
tempo na forma
ótima de reflexão. Outras bordas devem ser alinhadas com
os spikes principais
como bordas de asas, entrada de ar, canopi e estabilizadores com a
técnica de
alinhamento de superfície. Estas juntas tem formas em "W" para
absorver e redirecionar os reflexos, dando forma cerrada a superfície.
O uso de
bordas cerradas no lugar de borda plana é uma técnica
que funciona como
absorvente de energia. Uma borda pontuda como faca é boa para
refletir de volta
para o emissor e deve ser evitado.
O F-22A foi
projetado para
ter poucos painéis de acesso para diminuir a
manutenção relacionada com o RCS,
mas foi reprojetada no fim para aumentar o número de painéis
de acesso para
facilitar manutenção dos sistemas. O F-35 também
teve o número de painéis de
acesso aumentado para facilitar a manutenção.
A superfície da aeronave deve ser bem lisa o que também
ajuda na aerodinâmica.
Um P-47M da
Segunda Guerra Mundial bem polido tinha velocidade máxima
aumentada em 50km/h.
Detalhes da superfície da fuselagem do F-22A. Os rebites
devem receber algum tipo de cobertura absorvente de radar por
não estarem alinhados.
As bordas cerradas
que cobrem as falhas na superfície do F-117 são alinhadas
com os planos
principais da fuselagem. Está técnica reduz a energia de
radar numa passagem frontal. As portas de trem de pouso, aberturas e
compartimento de armas também são cerrados. As superfícies de
controle das asas podem
criar falhas e devem ter cobertura RAM. Sensores de
dados de ar, pequenas antenas, sensores e sistema de reabastecimento em
vôo
devem ser protegidos.
Cada tubo
de pitot do
F-117 tem quatro faces e cada face tem um orifício para coletar
dados de ar. Os
quatro tubos de pitot
tem leituras diferentes para dar a direção
do fluxo de ar.
As
faces laterais coletam dados para usar a diferença
de pressão para
determinar a posição da aeronave e se está
"derrapando". As faces de
cima e de baixo fornecem dados para medir o ângulo de ataque. Em
uma
aeronave instável controlada por fly-by-wire, é muito
importante ter fontes
de dados aerodinâmicos redundantes. Estes devem ser muito
precisos em
respeito a direção do fluxo e devem operar livres de gelo
o tempo todo. Sondas
estáticas e de pressão devem ser usadas, mas representam
compromissos com
requerimentos furtivos.
Os jatos do motor de alta
temperatura tem RCS
próprio devido a
presença de partículas ionizadas como o carbono.
Íons de densidade alta
dependem da temperatura máxima e é significativa com o
pós-combustor ligado. O
uso de motores tipo turbofan e evitar ligar o pós-combustor
irá diminuir o RCS
e automaticamente a assinatura IR e sonora.
Um contribuinte pequeno do RCS são as "traveling waves". Uma aeronave como um todo pode funcionar como uma antena. A energia é transmitida pela superfície da aeronave e uma única falha em todo corpo da aeronave, como um pequeno desvio na porta do trem de pouso ou rebites, podem atrapalhar o RCS. As "traveling waves" podem ser refletidas de volta para o emissor.
O F-22A tem
uma forma de pirâmide invertida
quando visto de frente ao contrário do F-117. Sua forma assegura
uma pequena
assinatura de frente e de baixo. O alinhamento de superfície
é visível com os
planos laterais da fuselagem, canopi e cauda alinhados.
As
aeronaves de 4a
geração como o Rafale não receberam tratamento furtivo durante o
projeto. Isto pode ser visível com a falta de alinhamento na superfície, falta
de painéis cerrados, falhas e bordas da entrada de ar todos em posição ortogonal
o aspecto frontal, antenas e sondas de dados de ar sem proteção. Os franceses
citam que o Rafale usaria
técnicas de
cancelamento ativo, mas foi cancelado em 2005.
O Rafale entrou
operação em 2002. Deve ser fabricado até 2023
com a entrega de 294 aeronaves.
Próxima parte:
material RAM
Atualizado em 10 de Outubro de 2005
2000-2005
©Sistemas de Armas
| Opinião |
Fórum - Dê a sua
opinião sobre os assuntos mostrados no Sistemas de Armas
Assine a lista para receber informações sobre
atualizações e participar das discussões enviando
um email
em branco para sistemasarmas-subscribe@yahoogrupos.com.br