Brevet FR2681983A1 — publié le 19930402

i Procédé et dispositif de brouillage radar adapté à des réacteurs L'invention concerne un procédé pour brouiller et éliminer dans une large mesure un rayonnement radar qui pénètre dans l'entrée d'air d'un réacteur ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé. On sait que l'entrée d'air des réacteurs représente la majeure partie de la section radar d'un avion de combat Pour des applications dites furtives (à faible probabilité de détection) sa visibilité radar doit être réduite d'au moins 30 d B si l'on ne veut pas que la section radar de ces composants dépasse celle du reste de l'avion. Les figures 1 à 5 montrent de manière schématique les solu- tions selon l'état de la technique tel qu'il est divulgué par exemple dans la demande de brevet DE 34 26 990 appartenant à la déposante - utilisées jusqu'ici, solutions qui sont toutes basées sur la concentration dans un réflecteur de radar du rayonnement incident Une autre solu- tion consiste à réfléchir le rayonnement incident au moyen d'une grille placée dans le plan d'entrée de l'entrée d'air (par exemple sur le F 117) Il est encore possible de placer des profilés ou des anneaux dans le conduit d'entrée d'air et d'absorber l'énergie radar incidente au niveau de la paroi de conduit et de la surface de ces éléments L'in- convénient de cette dernière solution est que les éléments placés dans le conduit sont inopérants en deçà de la fréquence de coupure de la section la plus faible. Le document "Fl gge: Handbuch fur Physik, Band XVI: Elek- trische Felder und Wellen" décrit la théorie des guides d'ondes électro- magnétiques, théorie selon laquelle l'énergie électromagnétique se propage dans le conduit d'entrée d'air sous une forme fondamentale et en une pluralité d'harmoniques Cela signifie que lorsqu'une onde ra- dar monochromatique frappe la section d'entrée de l'entrée d'air, elle excite tous les modes de même fréquence de la cavité, les harmoniques dont la structure est comparable à la structure dans l'espace de l'onde incidente étant de préférence excitées Pour une longueur d'onde radar de 3 cm, les modes excités de manière préférentielle sont situés dans la plage d'harmoniques très élevées. Selon la théorie des guides d'ondes, une courbure ou une tor- sion du guide d'ondes n'a aucune incidence sur la répartition des inten- sités de champs à l'intérieur de la section de conduit, ni sur la lon- gueur de l'onde du guide d'ondes tant que le rayon de courbure est beaucoup plus grand que la largeur du conduit et que l'on évite des changements brusques de courbure dans la direction longitudinale. Certains modes du guide d'ondes circulaire constituent cependant une exception, modes dans lesquels le vecteur H est purement radial Une faible courbure du conduit peut provoquer un changement de mode dans ce cas. La théorie des guides d'ondes enseigne encore que, lorsque la section d'un guide d'ondes varie lentement, on peut remplacer le guide d'ondes à section variable par un conduit à section constante dont la cavité est remplie d'un diélectrique dont la permittivité relative varie. A l'augmentation de section du conduit d'origine correspond une aug- mentation de la permittivité relative (diminution de la vitesse de pro- pagation) dans le modèle équivalent Des calculs de ce type montrent que, lorsqu'une onde radar composée du mode fondamental et des mo- des supérieurs se propage à l'intérieur d'un conduit convergent, les harmoniques supérieures sont d'abord réfléchies, puis au fur et à mesu- re que la section diminue les modes intermédiaires jusqu'à ce qu'il ne reste plus que le mode fondamental Cette forme de propagation est el- le aussi réfléchie lorsque la largeur du conduit est inférieure à la lar- geur critique X/2 Etant donné qu'il n'y a pas de surface de réflexion conductrice disposée transversalement par rapport à l'axe du conduit, la réflexion n'a pas lieu de manière brutale De manière analogue à la théorie des quanta, selon laquelle une particule peut se propager sur une certaine distance dans une zone d'énergie cinétique négative, l'on- de radar progresse avec un affaiblissement exponentiel jusqu'au-delà du point de coupure On a alors des densités de courant de paroi très élevées, le champ de réflexion devant se former avec la distance rela- tivement importante de la paroi de conduit L'importance des pertes ohmiques est en conséquence dans ce mode de réflexion. La présente invention a pour objectif un procédé du type in- diqué en introduction et un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé qui permette d'enfermer dans une large mesure un rayonne- ment radar dans le conduit d'entrée d'air et d'opérer un brouillage avec des résultats au moins équivalents à ceux obtenus jusqu'à présent, mais avec une perte de poussée beaucoup moins importante. Le problème est résolu selon l'invention par le fait que l'on enferme le rayonnement radar entrant dans le conduit d'entrée d'air d'un réacteur au moyen d'un conduit d'entrée d'air divergent et d'un convertisseur de mode associé placé devant le réacteur et on l'élimine par des systèmes d'absorption. Pour minimiser les ondes réfléchies, on place selon l'inven- tion une grille de réflexion en amont du compresseur du réacteur, la- quelle grille, lors de la réflexion, excite les modes piégés d'ordre su- périeur. Afin d'augmenter la section maximale du conduit sans pour autant augmenter dans de mêmes proportions la longueur du conduit d'entrée d'air, on dirige le rayonnement radar et le flux d'air dans des conduits distincts, à partir d'une certaine distance de l'entrée. Le dispositif pour l'application du procédé selon l'invention comporte une grille de réflexion disposée dans l'entrée d'air du réac- teur, en amont du compresseur, laquelle grille se présente sous la for- me d'un convertisseur de mode constitué d'un réseau de réflecteurs auxiliaires qui couvrent la section du conduit et dont la situation géo- métrique correspond sensiblement aux maxima de vibration des modes à exciter La surface de réflexion de ces réflecteurs auxiliaires est pro- portionnelle à la valeur inverse du rapport des amplitudes du champ de réflexion incident (Ae) et du champ de réflexion à exciter (Ar) à l'en- droit dudit réflecteur; le point o les deux champs sont en opposition de phase ne comporte pas de réflecteur auxiliaire. Selon un mode de réalisation de l'invention, le rayonnement radar est amené, au moyen des parois EF électriquement conductrices, fortement divergentes du conduit de radar, à travers la fenêtre transpa- rente, du tube d'entrée d'air dans le conduit de radar à forte divergen- ce, lequel conduit est fermé par le convertisseur de mode suivi du ré- flecteur radar. De manière avantageuse, la fenêtre de radar mince est sup- portée par une mousse dure dans laquelle sont noyés des produits ab- sorbant les ondes radar Le convertisseur de mode est formé de profi- lés effilés longs et courts en matériau diélectrique disposés de manière régulière, dont le bord avant porte des fils métalliques de longueur différente et, perpendiculairement à ceux-ci, de fins barreaux métalli- ques à profil aérodynamique et de longueur variable. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, des dispo- sitifs d'absorption pyramidaux sont disposés dans le conduit de radar entre les différents profilés. L'invention est décrite ci-après de manière détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté sur les dessins Ceux-ci repré- sentent: Figures 1 à 5, de manière schématique, des modes de réalisa- tion d'un dispositif de brouillage radar appartenant à l'état de la tech- nique et divulgué par le document DE 34 26 990. Figure 6, un diagramme de la plage admissible de modes pour une onde incidente et réfléchie sur le compresseur, de 3 cm de lon- gueur d'onde, dans le cas d'une section d'entrée d'air carrée dont la lar- geur passe de 60 cm à 75 cm. Figure 7, un schéma d'un exemple de réalisation d'un conduit d'entrée d'air comportant un conduit de radar et un convertisseur de mode vus en coupe longitudinale schématique. Figure 8, un schéma d'une partie de conduit d'entrée d'air de l'exemple de réalisation selon la figure 7. Figure 9, une vue du plan d'entrée dans le conduit d'air selon la figure 8. Des études et des examens poussés réalisés dans le but d'éli- miner les inconvénients de l'état de la technique ont mené à la conclu- sion que l'on peut transposer les enseignements de la théorie des gui- des d'ondes à l'entrée divergente d'un tube de Pitot et que les ondes ra- dars incidentes excitent principalement les modes supérieurs du conduit d'entréequi sont les plus proches de la structure dans l'espace de celuici Ces ondes à structure fine se propagent ici en direction du compresseur; celles-ci s'étendent de plus en plus tandis que leur lon- gueur diminue constamment, le nombre des sommets d'ondes remplis- sant la section du conduit restant néanmoins constant. Lorsqu'elles atteignent le compresseur, les ondes sont réflé- chies sous une forme modale plus élevée en raison du diamètre de conduit plus important et de la division du réflecteur Ces modes d'or- dre plus élevé ne peuvent cependant pas revenir jusqu'au plan d'entrée de l'entrée d'air car ils atteignent auparavant leur section critique Ils sont rétro-réfléchis avec un affaiblissement en direction du compres- seur. Le diagramme tracé à la figure 3 pour une longueur d'onde de 3 cm montre la plage de mode admissible de l'onde incidente et de l'onde réfléchie sur le compresseur dans le cas d'un conduit d'entrée d'air carré dont la largeur passe de 60 cm à 75 cm La longueur de l'onde de guide d'ondes 2 HL varie entre la longueur d'onde x en espace libre pour les modes d'ordre inférieur et la valeur SE = au seuil de coupure La bande comprise entre les deux courbes de coupure repré- sente la plage des modes qui sont enfermés dans le conduit d'entrée d'air divergent La largeur de cette bande augmente proportionnelle- ment à l'augmentation de largeur du conduit. Naturellement, des modes d'ordre inférieur apparaissent éga- lement lors de la réflexion sur le compresseur, lesquels modes pour- raient sortir librement de l'entrée d'air Il est donc nécessaire de main- tenir la fraction d'énergie relative de ces ondes rétro-réfléchies à un niveau aussi bas que possible Il est proposé pour cela de placer de- vant le compresseur une grille de réflexion dont la structure est telle que, lors de la réflexion, les modes piégés d'ordre supérieur sont exci- tés de préférence A cet effet, on couvre le section du conduit à l'aide d'un réseau de réflecteurs auxiliaires dont la position géométrique coïncide sensiblement avec les maxima de vibration des modes à exci- ter et dont la surface de réflexion est proportionnelle aux amplitudes Ar/Ae du champ de réflexion incident (Ae) et du champ de réflexion à exciter (Ar) à l'endroit du réflecteur auxiliaire Aucun réflecteur auxi- liaire n'est prévu au niveau des points du réseau o les deux champs sont en opposition de phase Cette grille de réflexion est appelée convertisseur de mode dans ce qui suit. Les courbes de coupure pour le plan d'entrée et le plan du compresseur représentées à la figure 6, se déplacent proportionnelle- ment à la fréquence du radar en direction de modes plus élevés Si l'on prend comme forme de vibration à exciter un mode qui se situe juste à l'intérieur de la courbe de coupure extérieure, le rayonnement réfléchi sur le convertisseur de mode 11 restera enfermé jusqu'à ce que la cour- be de coupure intérieure atteigne ce point lors d'une augmentation de la fréquence La plage de fréquence dans laquelle le rayonnement est enfermé fmax/fmin co 5 ncide approximativement avec le rapport de la largeur maximale à la largeur minimale du conduit. En présence de fréquences qui sont au-dessous de la zone d'efficacité nominale de l'installation, le convertisseur de mode fournit une forme de vibration primaire qui ne peut pas se propager dans le conduit d'entrée Toutefois, des modes d'ordre inférieur qui sont par- tiellement enfermés dans le conduit d'entrée apparaissent également avec la géométrie donnée du convertisseur Il en résulte un certain ef- fet de brouillage au-dessous de la plage de fréquence nominale Au- dessus de la bande utile o le mode de réflexion primaire du convertis- seur 11 peut se propager librement vers l'avant du conduit 10, on peut également espérer un effet de brouillage bien que plus faible étant donné que le convertisseur produira des modes d'ordre plus élevé en plus de la vibration réfléchie primaire. L'efficacité et la largeur de bande des mesures de brouillage proposées ici et décrites plus en détail dans ce qui suit sont d'au- tant plus grandes que le rapport de la surface maximale en section transversale à la surface minimale en section transversale du conduit est plus grand La figure 7 montre de manière schématique une possi- bilité pour augmenter la section maximale, aucune augmentation cor- respondante de la longueur du conduit d'entrée d'air n'étant nécessaire. Cette augmentation est obtenue en amenant à partir d'un point X donné le rayonnement radar et le flux d'air dans des conduits 10 et 13 dis- tincts. Le rayonnement radar est amené à travers une fenêtre 14 transparente au rayonnement radar du conduit d'entrée d'air 10 diver- gent dans un conduit de radar 13 fortement divergent qui se termine par le convertisseur de mode 11 mentionné précédemment et par un ré- flecteur radar 15 placé derrière celui-ci Les efforts de l'air sont sup- portés essentiellement par la paroi du conduit de radar de sorte que la fenêtre de radar 14 peut être relativement mince, surtout si celle-ci est supportée par une mousse dure qui est avantageusement traversée par des matériaux absorbant le rayonnement radar. La solution proposée avec le conduit de radar 13 distinct pré- sente l'avantage de permettre de supprimer une partie du convertisseur de mode 11 au voisinage de l'axe du conduit d'entrée 10, sans que l'ef- ficacité dudit convertisseur diminue Le mode de réalisation représenté de manière schématique à la figure 7 correspond à une plage de fré- quence utile nominale fmax/fmin = 1,6. Les figures 8 et 9 représentent de manière schématique un exemple de réalisation du convertisseur de mode 11 proposé, lequel convertisseur est décrit ci-après On place juste devant le réacteur, dans le conduit d'entrée d'air 10 circulaire, un agencement régulier de profilés 112 effilés longs et courts qui se prolongent au-delà du conduit d'entrée 10 dans le conduit de radar 13 jusqu'au bord extérieur de celui- ci Les bords avant de ces profilés sont situés sur une surface sphérique qui est perpendiculaire à la paroi symétrique de rotation du conduit de radar et perpendiculaire à l'axe 10 a du conduit d'entrée 10. Ces profilés 112 sont réalisés en un matériau diélectrique. Des fils 17 métalliques de différentes longueurs sont dispo- sés sur le bord avant des profilés 112 De fins barreaux 18 métalliques de différentes longueurs à profilage aérodynamique sont disposés sur le bord avant des profilés 112 perpendiculairement aux fils La posi- tion radiale et la taille de ces réflecteurs cruciformes sont choisies de manière telle que, lors de la réflexion de l'onde radar entrant dans l'entrée d'air, un mode déterminé de propagation du conduit de radar soit excité de manière préférentielle, mode qui reste enfermé dans le conduit de radar 13 sur une large plage de fréquence et d'angle. Le conduit de radar 13 est rempli d'une mousse dure 132 tra- versée par des produits de remplissage absorbant le rayonnement ra- dar Cette mousse dure supporte la fenêtre de radar 14 très mince qui est balayée par le flux d'air LS Le dispositif d'absorption à pyramides 17 a placé dans le conduit de radar 13, entre les différents profilés 112, assure l'absorption totale du rayonnement radar qui parvient au-delà du convertisseur de mode 11. L'extension radiale des profilés 112 est telle que, d'une part, il y ait le moins possible de modes non enfermés lors de la réflexion de l'onde radar incidente sur le convertisseur de mode 11 et que, d'au- tre part, la perte de charge totale au niveau du réacteur soit minimale. REVENDICATIONS 1 Procédé pour brouiller et éliminer dans une large mesure un rayonnement radar pénétrant dans une entrée d'air d'un réacteur, ca- ractérisé par le fait que l'on enferme le rayonnement radar qui pénètre dans le conduit d'entrée d'air ( 10, 13) d'un réacteur au moyen d'un conduit d'entrée d'air ( 10) divergent et d'un convertisseur de mode ( 11) associé placé devant le réacteur et on l'élimine par des systèmes d'absorption. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, pour minimiser les ondes réfléchies, on place une grille de ré- flexion ( 11) en amont du compresseur du réacteur, laquelle grille, lors de la réflexion, excite les modes piégés d'ordre supérieur. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que, pour augmenter la section maximale du conduit sans pour au- tant augmenter dans de mêmes proportions la longueur du conduit d'entrée d'air, on dirige le rayonnement radar et le flux d'air dans des conduits ( 10, 13) distincts, à partir d'une certaine distance de l'entrée. 4 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'une grille de réflexion est disposée dans l'entrée d'air ( 10) du réacteur, en amont du compresseur, laquelle grille se présente sous la forme d'un convertisseur de mode ( 11) qui est constitué d'un réseau de réflecteurs auxiliaires qui couvrent la section du conduit et dont la situation géo- métrique correspond sensiblement aux maxima de vibration des modes à exciter, leur surface de réflexion étant proportionnelle à la valeur in- verse du rapport des amplitudes du champ de réflexion incident (Ae) et du champ de réflexion à exciter (Ar) à l'endroit du réflecteur auxiliaire et aucun réflecteur auxiliaire n'étant prévu à l'endroit o les deux champs sont en opposition de phase. 5 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le rayonnement radar est amené, au moyen des parois EF électri- quement conductrices, fortement divergentes, du conduit de radar ( 13), à travers la fenêtre transparente ( 14), du tube d'entrée d'air ( 10) dans le conduit de radar ( 13) à forte divergence, lequel conduit est ferné par le convertisseur de mode ( 11) suivi du réflecteur radar ( 15). 6 Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que la mince fenêtre de radar ( 14) est supportée par une mousse dure dans laquelle sont noyés des produits absorbant les ondes radar. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que le convertisseur de mode ( 11) est formé de profilés ( 112) effilés longs et courts en matériau diélectrique disposés de manière régulière, dont le bord avant porte des fils ( 17) métalliques de longueur différente et, perpendiculairement à ceux-ci, de fins bar- reaux ( 18) métalliques à profil aérodynamique et de longueur variable. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé par le fait que des dispositifs d'absorption pyramidaux ( 17 a) sont disposés dans le conduit de radar ( 13) entre les différents profilés ( 112).