Стелс - это просто!

Ну, конечно, скрытный самолёт – это далеко не просто. Но можно попробовать изложить основы, и основы эти на удивление просты (в отличие от реализации).

Скрывать самолёту есть что. Его можно увидеть просто глазами, можно засечь тепло двигателя, звук полёта, наконец – засечь радаром.

В общем, как только самолёт стал опасен – появились попытки его обнаружить, а у самолётов - попытки скрыться.

Начнём со звука

Его использовали, и вполне всерьёз. Чтобы лучше улавливать звук и особенно направление на него, использовали специальные устройства-концентраторы. От небольших и мобильных

Начнём со звука Скрытность, авиация

Такие устройства были практически во всех армиях, а потом – исчезли. Самолёты стали намного шумнее и… намного скрытнее. Причина - скорость полёта. Сверхзвуковой самолёт вообще не слышно, пока он мимо не пролетит и, если он летит высоко и быстро, то услышим мы самолёт, когда он будет уже далеко.

Добавить тут нечего, посмотрим на фотку огромного стационарного концентратора звука, и перейдём к электромагнитному излучению разных диапазонов, то есть видимому и невидимым: инфракрасному и радио. Рентген и гамма-излучение не рассматриваем, они слишком быстро поглощаются воздухом и дальность слишком мала (ясно и ежу, но вдруг кто спросит).

Загадочные и непонятные: стелсы Скрытность, авиация

Видимый свет

Скрытность оптическая, в видимом диапазоне, применяется с давних пор. Подобно рыбам, самолёты обзавелись светлым брюшком и тёмной спинкой.

То, что низ делали именно голубым, а верх именно зелёным – на самом деле не так важно. Для машин, летающих низко (штурмовики, вертолёты) такой подход сохранился и развился до деформирующих изображение пятен. Но для тех, кто летает повыше, это уже не имеет значения, так что большинство боевых самолётов просто серые.

Что-либо более серьёзное сделать на современном техническом уровне нереально, так что двинемся дальше

Видимый свет Скрытность, авиация

Тепловое (инфракрасное) излучение

Хотя засекать самолёты радарами начали раньше, но сначала напишу об ИК, инфракрасном обнаружении и скрытности. Просто потому, что это короче.

Двигатель самолёта неизбежно – горячая штучка. Даже поршневой (выхлопные патрубки раскалялись до яркого красного свечения). На это тепло можно наводиться с помощью пассивной головки самонаведения. То есть ракета с ИК-головкой не нуждается в излучателе или помогающего облучения с земли.

Тепловое (инфракрасное) излучение Скрытность, авиация

Соответственно, для скрытности желательно прятать самую горячую часть от обзора. Либо делать её не такой горячей. Для вертолётов, например, выхлоп смешивают с наружным воздухом, охлаждая его.

Загадочные и непонятные: стелсы Скрытность, авиация

Для самолётов такое решение не очень пригодно, хотя то, что называют двухконтурным двигателем, применяемым на большинстве реактивных самолётов – и есть смешение горячей струи и внешнего воздуха. Но сильнее охлаждать струю нельзя – упадёт эффективность двигателя. При работе двигателя на форсаже говорить об охлаждении струи и вовсе смысла нет.

Остаётся два варианта – сделать струю не такой «толстой» и потому быстрее остывающей в воздухе и/или загородить чем-нибудь самые горячие части. Лучше всего для этого подходит плоское сопло, как, например, на F-22.

Но решение это сложное и весьма невыгодное с точки зрения тяги двигателя, так что, кроме F-22, применения пока не нашло. Хотя кто знает, может, со временем это станет распространённым решением.

Загадочные и непонятные: стелсы Скрытность, авиация

Переходим к главному: радиоволны

Сейчас в скрытности главное – незаметность с точки зрения радиолокатора. Почему главное? Потому, что по дальности обнаружения, независимости от погодных условий и прочим параметрам радиолокатор вне конкуренции. Значит, и прятаться нужно прежде всего от него.

Сразу скажу: есть локаторы, против которых уловки не срабатывают. Это локаторы с метровыми длинами волн, которые засекают самолёт как целое, и, какие там подробности у его формы – неважно. Даже за горизонтом засекут, что «где-то там что-то летит». К сожалению для зенитчиков и к счастью для самолётчиков, эти локаторы только для обнаружения и годятся, прицеливание с их помощью производить не получится, точность не та. Для пояснения – аналогия из автозвука. Пищалки, динамики высоких частот, нужно направлять точно в сторону слушающего, иначе толку не будет. Среднечастотные динамики уже можно разместить просто в салоне. А вот низкочастотный сабвуфер хоть в багажник клади – всё равно человек «бум-бум» услышит, а направление определить не сможет.

Бороться с такими локаторами всё же можно, выставляя «щит» из нарезанной фольги. За войну только американцы сбросили над германией больше сорока тысяч (!) тонн фольги. Длина таких полосок доходила до 120м, соответственно длине волны, используемой локатором. Были и специальные самолёты постановщики радиопомех. В общем, можно заметить, что это были масштабные действия.

Для точного прицеливания подходят локаторы с длиной волны поменьше. И начинает играть роль размер, форма и свойства поверхностей самолёта.

Итак, считай, вступление окончилось.

Предшественники

Несколько десятилетий перед конструкторами реактивных самолётов стояли задачи и поважнее радиоскрытности: скорость, высота, маневренность… Потому, хотя достаточно малозаметные самолёты существовали, и это с удовольствием отмечалось – продолжения эти модели не получали.

Наиболее ярко незаметность была заметна :-) у самолётов со схемой «летающее крыло», например, Авро Вулкан, можно посмотреть, как он выглядит в сравнении с В-52.

Предшественники Скрытность, авиация

Для радиолокаторов Вулкан был не более заметен, чем небольшой истребитель. Один истребитель, любой

Загадочные и непонятные: стелсы Скрытность, авиация

Но вот другое «летающее крыло», XB-35, таким чудным свойством не обладало, хотя было гораздо более прилизанным на вид

Загадочные и непонятные: стелсы Скрытность, авиация

Почему? Разберём чуть дальше. А пока ещё один предшественник, который уже обладал многими чертами настоящих невидимок, хотя и многое получилось заодно, при достижении иных целей. Любуйтесь, самый быстрый из бывших в серии самолётов, SR-73.

Несмотря на то, что это был разведчик, и ему незаметность была нужна, и несмотря на футуристичный внешний вид, он ещё не был настоящим стелсом.

Загадочные и непонятные: стелсы Скрытность, авиация

Настоящие стелсы

Чтобы уменьшить радиолокационную заметность, нужна сначала разобраться, почему именно он заметен, простого «луч отражается» - недостаточно. Короче говоря, нужен серьёзный научный вклад. Первое серьёзное исследование, определившее всё последующее развитие, сделал наш учёный, Петр Уфимцев. В 1962 году, вполне открыто, в издательстве «Советское радио» вышла его книга. Она, как и другие работы на эту тему, полны математики, но можно попытаться свести всё к нескольким грубым упрощениям.

Самое простое – отражение луча от поверхности. Если луч попадает на поверхность под углом, то подавляющая часть луча, отразившись, уходит дальше, а не возвращается в место, испустившее луч. И – всё прекрасно, заметить такую плоскость очень сложно (посветите в темное фонарём на зеркало – под углом. Зеркало останется практически невидимым). Но бывают случаи, когда луч отражается назад и приходит туда, откуда его послали.

Вот они – главные нарушители скрытности:

  • Уголковый отражатель
  • Яркая точка
  • Отражение от поверхности, стоящей поперёк луча.
  • Отражение от границы

Уголковый отражатель

Он нам всем хорошо знаком – его используют на автомобилях, велосипедах, светоотражающей краске и так далее.

Уголковый отражатель  Скрытность, авиация

Суть проста, луч отражается несколько раз и уходит назад, туда, откуда его испустили. С какой стороны ни свети.

Уголковый отражатель – идеален для того, чтобы увеличить заметность. Его роль может сыграть любая яма, например, кабина пилота (ведь фонарь самолёта для радиолучей практически прозрачен, а кабина – ящик, уголковый отражатель).

Загадочные и непонятные: стелсы Скрытность, авиация

Ящик закрывают, покрывая фонарь тонким слоем металла, не мешающим лётчику смотреть, но прячущим кабину от локатора. Лучше всего для этого подходит… золото, потому фонари современных боевых самолётов часто отливают желтизной, вот пример F-16.

Загадочные и непонятные: стелсы Скрытность, авиация

Другой вид уголкового отражателя получается в «подмышках», образуемых фюзеляжем и крылом.

С этим борются, размещая крыло внизу. Это увеличивает заметность сверху, но это не так важно, как заметность снизу. Поэтому все стелсы – низкопланы. Ещё лучше интегральная схема, когда крыло плавно переходит в фюзеляж, как у Ту-160. Хотя двигатели здесь - образуют отражатели, так что Ту-160 всё же не стелс.

Загадочные и непонятные: стелсы Скрытность, авиация

А вот Миг-1.42 (1.44) и вовсе не может быть причислен к «пятому поколению», поколению стелсов. Множество плоскостей, множество углов-отражателей, "зуб" на стабилизаторе, воздухозаборники...

Загадочные и непонятные: стелсы Скрытность, авиация

Яркая точка

Снова в темноту, снова берём фонарик – и светим на глобус. С какой бы стороны мы не зашли – увидим в центре светлое пятно. Как ни крути – на шаре всегда будет место, перпендикулярное нашему лучу и отражающее его к нам назад. Это и есть «яркая точка». И не обязательно брать глобус, яркую точку может обеспечить любая выпуклая поверхность. Этим выпуклости хуже плоскостей. Плоскость тоже может отразить точно назад, но только если направление луча перпендикулярно плоскости. Для пролетающего самолёта это означает, что он только на секундочку блеснёт ярко, а потом станет почти невидим. А выпуклость будет блестеть совсем не так ярко, зато – всегда, с любого направления.

Самый простой пример выпуклости – крыло. Оно ведь не плоское в профиль.

Яркая точка Скрытность, авиация

Борьба вроде бы проста – взять профиль, плоский снизу, такие бывают. Вот, к примеру, широко известный Clark-Y

Загадочные и непонятные: стелсы Скрытность, авиация

А можно и верхнюю, выпуклую часть сделать не гладкой, а ломаной

Но далеко не всегда плоский/ломаный профиль хорош для именно этого самолёта, именно его скоростей и потребностей. Так что у F-117, наиболее явно реализующего этот принцип, были проблемы с лётными способностями (хотя в целом он летал на удивление неплохо за счёт приличного запаса тяги).

Загадочные и непонятные: стелсы Скрытность, авиация

Отражение от поверхности

Уже было упомянуто, что плоскость, стоящая поперёк луча, отразит его назад, и отразит неплохо. И было сказано, что это будет длиться очень недолго, пока плоскость-самолёт не пролетит дальше, угол падения луча изменится – и тю-тю.

Но есть, есть такие плоскости, которые вечно поворачиваются плашмя. Имя им – лопасти. Лопасть – крутится, угол, под которым она к нам повёрнута, всё время меняется – и за оборот угол обязательно окажется и прямым. Получается аналог эффекта яркой точки. Но ведь лопастей много – это винты (вертолёты, винтовые самолёты), лопатки компрессоров и турбин реактивных двигателей, беда, в общем.

С вертолётами и винтовыми самолётами уже ничего не поделать, незаметность для них невозможна. Понятно, почему XB-35 ни разу в незаметные не годился?

А вот с реактивными движками можно что-нибудь придумать, они же маленькие (относительно винта вертолёта :-) ).

К примеру, можно сделать S-образный воздуховод к двигателю. Из-за изогнутости двигатель (точнее, лопатки компрессора) будет «не виден», луч будет переотражаться от стенки к стенке и затухать.

Отражение от поверхности Скрытность, авиация

Можно и просто о-о-очень длинный воздуховод сделать, тогда лопатки будет видно только при взгляде строго спереди. Можно применять устройства под названием радар-блокатор. Беда при этом одна – такой воздуховод хуже работает, снижается эффективность движка.

Сзади, для прикрытия лопаток турбины, вообще мало что применишь, потери из-за слишком длинного или кривого сопла будут уж очень велики. Несколько выручает то, что в военных самолётах часто стоят двигатели с форсажной камерой, а её внутреннее устройство само по себе здорово загораживает лопатки

Загадочные и непонятные: стелсы Скрытность, авиация

Отражение от границы

Настало времени поговорить о радиоволнах, как собственно о волнах. То, что более-менее длинные волны отражаются от самолёта, как от целого – уже написано, но и с короткими, сантиметровыми, не так просто. Если отбросить сложности – граница может работать как переизлучающая антенна и давать отражение, будто она не тоненькая линия, а целая плоскость. Полностью устранить эту неприятность нельзя, что же делать? Прежде всего, хорошо бы иметь поменьше кромок вообще. Например, отказавшись от стабилизатора (F117), да и от килей тоже (B-2)

Отражение от границы Скрытность, авиация

Во-вторых, нужно избежать отражения во все стороны. Очевидно, что наилучшее отражение идёт по нормали, то есть перпендикуляру к плоскости или кромке. Значит, чтобы самолёт засекался строго с одного направления (и ярко высвечивался локатору на секунду, а то и долю секунды), нужно, чтобы все кромки шли в одном направлении, были параллельны друг другу. Ну, все параллельны – не получится, значит, разобьём кромки на группы так, чтобы было малое количество направлений, с которых видно, зато со всех остальных – не видно. Это отлично видно и на В-2, и на Т-50. Видите, передние кромки крыла параллельны передним кромкам стабилизатора, и задние друг другу параллельны.

Загадочные и непонятные: стелсы Скрытность, авиация

Источник: technicamolodezhi.ru

Но не только кромки работают отражателями. Швы, стыки панелей обшивки – тоже. Здесь борются, разрывая шов на части, подбирая длину этих частей «неудобной» для ожидаемой длины волны. Ну и составные части шва, опять же, лучше делать параллельными кромкам крыла, стабилизатора. Получаются стыки «зубчиками». Вот, к примеру, F-22. Видите, как края бомбоотсека выполнены? А крышка шасси, там тоже видна?

Загадочные и непонятные: стелсы Скрытность, авиация

Есть ещё одна хитрость – сделать крыло с обратной стреловидностью (Су-37 Беркут).

Суть в том, что при облучении спереди перпендикуляр к кромке проходит через фюзеляж, то есть кромку просто не получится облучить так, чтобы получить отражение от неё. Сзади такое крыло видно получше, но это будет означать, что самолёт уже улетает, сделав своё дело. Да и шанс попасть при пуске вдогон гораздо ниже, чем стрелять с передней полусферы.

У обратной стреловидности ожидались и аэродинамические преимущества, чего обычно от противолокационных мер не получишь. Но, увы. Оказалось, что вихрь, образующийся у корневой части крыла, слишком всё портит, летают такие машины плохо. Большие проблемы с устойчивостью и управляемостью возникают. Американцы тоже пробовали – и с тем же результатом.

Загадочные и непонятные: стелсы Скрытность, авиация

Источник: vimpel-v.com

Знаменитая чёрная краска

Покрытие это многослойное довольно толстое, весьма дорогое и, как выяснилось недавно – не всегда стойкое. Это не просто так краска, это целый хитрый комплекс. В самом грубом описании – в слое краски располагается хаотично множество мелких металлических иголочек. Они отражают, ровно как и кромка или стык. Но отражают мелкими порциями в самых разных направлениях, друг на друга… в результате радиоизлучение рассеивается, поглощается. В общем, отражение существенно уменьшается.

А чёрная она, да так, по традиции. Хотя ночью на малой высоте будет видно меньше :-)

Знаменитая чёрная краска Скрытность, авиация

О том же – более серьёзно

Я – всё-таки дилетант, несколько серьёзнее, при том читабельно и с иллюстрациями настоящих стелсов, которых от меня любой читающий ждал, наверно :-), здесь:

Источник