СПОСОБ КОРРЕКТИРОВКИ ОБЛИКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ПО ВЕЛИЧИНЕ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ЗАМЕТНОСТИ
AIRCRAFT IMAGE CORRECTION METHOD USING RADAR SIGNATURE VALUE

Изобретение относится к области авиации, а именно к способам снижения радиолокационной заметности летательных аппаратов (ЛА), и может быть использовано для проведения мероприятий по скрытию ЛА военного назначения от средств радиолокационной разведки.
Известны способы снижения радиолокационной заметности ЛА, основанные на использовании поглощающих материалов и покрытий, рассеивающих энергию облучения в направлении, отличающемся от направления облучения радара (см., например, RU 2362110 C1, F41H 3/00, опубл. 20.07.2009 г., US №6441771 B1, H01Q 17/00, опубл. 27.08.2002 г., RU 2363714 С2, C09D 5/32, опубл. 10.08.2009 г.).
Основными недостатками таких технических решений является сложность их изготовления и нанесения на защищаемый объект.
Другими известными способами снижения радиолокационной заметности ЛА является установка специальных радиопоглощающих экранов вокруг конструктивных частей ЛА (воздухозаборников, сопел, кабин, антенных отсеков и т.д.), вносящих основной вклад в ЭПР отражения (см., например, RU 2413161 C1, F41H 3/00, опубл. 27.02.2011 г., RU 2369530 С1, B64D 33/02, опубл. 10.10.2009 г.).
Недостатками данных известных технических решений является увеличение веса летательных аппаратов и низкая эффективность снижения радиолокационной заметности ЛА.
Все приведенные выше способы снижения радиолокационной заметности ЛА основаны на проведении мероприятий, не предусматривающих изменение изменений в конструктивный облик самого ЛА.
В отличие от известных аналогов, заявленное изобретение направлено на создание облика ЛА, обладающего минимальным показателем радиолокационной заметности и формируемого на начальных стадиях конструирования ЛА.
Техническим результатом заявленного способа является снижение радиолокационной заметности летательного аппарата при минимальном влиянии на массу и летно-технические характеристики летательного аппарата.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе корректировки облика летательного аппарата по величине радиолокационной заметности формируют виртуальную 3D-модель летательного аппарата, задают для виртуальной 3D-модели летательного аппарата допустимые значения средней и максимальной эффективной поверхности рассеяния, а также коэффициенты, определяющие радиотехнические характеристики материалов конструктивных элементов летательного аппарата, методом трассировки лучей осуществляют математическое моделирование электромагнитного облучения виртуальной 3D-модели летательного аппарата при разных углах падения электромагнитного излучения, по результатам которого получают лучевую картину, рассчитывают количество лучей и относительный показатель мощности лучей, отраженных виртуальной 3D-моделью летательного аппарата, далее проводят коррекцию ошибок, возникших при моделировании электромагнитного облучения виртуальной 3D-модели летательного аппарата, после чего методом трассировки лучей осуществляют математическое моделирование электромагнитного облучения эталонного объекта, определяют количество лучей, отраженных эталонным объектом, и рассчитывают эффективную поверхность рассеяния эталонного объекта, после этого вычисляют эффективную поверхность рассеяния виртуальной 3D-модели летательного аппарата в каждой точке по формуле:
,
эт
где σ - эффективная поверхность рассеяния эталонного объекта,
эт
N - количество лучей, отраженных эталонным объектом,
i
P - относительный показатель мощности луча, отраженного виртуальной 3D-моделью летательного аппарата,
далее строят диаграмму обратного отражения на основании полученных значений эффективной поверхности рассеяния виртуальной 3D-модели летательного аппарата в точках, вычисляют среднее и максимальное значения эффективной поверхности рассеяния 3D-модели летательного аппарата и сравнивают их с заданными допустимыми значениями, и по результатам сравнения судят о радиолокационной заметности летательного аппарата и осуществляют корректировку облика летательного аппарата.
При этом виртуальную 3D-модель летательного аппарата формируют с учетом геометрии уязвимых для электромагнитного облучения конструктивных элементов летательного аппарата.
В качестве коэффициентов, определяющих радиотехнические характеристики материалов, используют коэффициент отражения, коэффициент преломления и коэффициент поглощения электромагнитной энергии. Причем задают угловую зависимость коэффициентов поглощения материалов конструктивных элементов ЛА от угла падения электромагнитного излучения.
Расчет количества лучей, отраженных виртуальной 3D-моделью летательного аппарата и количества лучей, отраженных эталонным объектом, осуществляют с помощью метода трассировки лучей.
В качестве эталонного объекта используют сферу.
Расчет эффективной поверхности рассеяния 3D-модели летательного аппарата в каждой точке и эффективной поверхности рассеяния эталонного объекта осуществляют с использованием табличного редактора.
На чертеже приведен схематичный алгоритм осуществления операций способа.
Способ корректировки облика летательного аппарата по величине радиолокационной заметности осуществляется следующим образом.
Посредством программы 3D-моделирования формируют виртуальную 3D-модель летательного аппарата.
При формировании виртуальной 3D-модели ЛА учитываются все элементы ЛА, облучаемые электромагнитным излучением радиолокационной станции. Особое внимание при этом уделяют геометрии уязвимых для электромагнитного облучения конструктивных элементов летательного аппарата, таких как канал воздухозаборника (или сопла), первых двух ступеней вентилятора (или турбины) двигателя и т.д.
cp
max
Для сформированной виртуальной 3D-модели ЛА задают допустимые значения средней (σ) и максимальной (σ) эффективной поверхности рассеяния, а также коэффициенты, определяющие радиотехнические характеристики материалов конструктивных элементов летательного аппарата: коэффициент отражения, коэффициент преломления и коэффициент поглощения электромагнитной энергии.
cp
max
Допустимые значения средней σ и максимальной σ эффективной поверхности рассеяния задают исходя из общих технических требований военно-воздушных сил к изделиям авиатехники или используя результаты научных изысканий по вопросам тактики и характеристик средств поражения вероятного противника.
После этого с помощью известного метода трассировки лучей осуществляют математическое моделирование электромагнитного облучения виртуальной 3D-модели ЛА, устанавливая различные углы падения электромагнитного излучения (электромагнитных лучей).
В случае использования радиопоглощающих материалов при изготовлении конструктивных элементов ЛА, учитывают угловую зависимость коэффициентов поглощения материалов конструктивных элементов ЛА от угла падения электромагнитного излучения (вносят данные значения в программу расчета).
По результатам математического моделирования электромагнитного облучения получают лучевую картину (графическое изображение электромагнитных лучей), рассчитывают количество электромагнитных лучей, отраженных виртуальной 3D-моделью ЛА и относительный показатель мощности Pi электромагнитных лучей, отраженных виртуальной 3D-моделью ЛА.
Проводят коррекцию ошибок, возникших при моделировании электромагнитного облучения виртуальной 3D-модели ЛА. Полученная лучевая картина позволяет наглядно увидеть ход лучей электромагнитного излучения (электромагнитной волны) и провести возможную коррекцию. В случае если произошла ошибка в расчетах (некорректное поведение лучей из-за ошибок построения виртуальной 3D-модели ЛА), с помощью лучевой картины можно исключить неправильно рассчитанные лучи. Если же лучи рассчитаны правильно, но обнаружены нежелательные эффекты переотражений (объемные уголковые отражатели), то данные ошибки также учитывают при доработке виртуальной 3Д-модели ЛА.
эт
эт
Аналогично методом трассировки лучей осуществляют математическое моделирование электромагнитного облучения эталонного объекта, в качестве которого используют сферу, обладающую известным показателем эффективной поверхности рассеяния (ЭПР). Определяют количество N лучей, отраженных эталонным объектом, и рассчитывают эффективную поверхность рассеяния σ эталонного объекта (шара) по известной формуле:
.
Далее вычисляют эффективную поверхность рассеяния виртуальной 3D-модели ЛА в каждой точке по формуле:
,
эт
где σ - эффективная поверхность рассеяния эталонного объекта,
эт
N - количество лучей, отраженных эталонным объектом,
i
P - относительный показатель мощности луча, отраженного виртуальной 3D-моделью летательного аппарата,
Количество n точек i зависит от углового сектора, в который попадает получаемый график. Оптимальным для расчета является шаг в 1° (i=1). Такой шаг позволяет не пропустить узкие пиковые значения ЭПР. Так, если график попадает в сектор ±45°, соответственно берут 90 точек.
эт
Расчет количества лучей, отраженных виртуальной 3D-моделью ЛА и количество N лучей, отраженных эталонным объектом, осуществляют с помощью метода трассировки лучей.
эт
Расчет эффективной поверхности рассеяния σ 3D-модели летательного аппарата в точках и эффективной поверхности рассеяния σ эталонного объекта (сферы) осуществляют с использованием любого табличного редактора, например, Microsoft Office Excel.
cp
max
cp
max
На основании полученных значений эффективной поверхности рассеяния σ виртуальной 3D-модели ЛА в точках строят диаграмму обратного отражения. Вычисляют среднее и максимальное значения эффективной поверхности рассеяния 3D-модели ЛА и сравнивают их с заданными допустимыми значениями σ и σ. По результатам сравнения судят о радиолокационной заметности летательного аппарата и осуществляют корректировку (доработку) облика летательного аппарата. Если полученные среднее и максимальное значения эффективной поверхности рассеяния 3D-модели ЛА превышают заданные σ и σ, то виртуальная 3D-модель облика самолета отправляется на доработку и цикл приведенных выше операций повторяется до тех пор, пока не получат облик летательного аппарата с оптимальной величиной радиолокационной заметности. Оптимальная величина радиолокационной заметности определяется типом летательного аппарата, тактикой применения, характеристиками оружия вероятного противника и/или общими техническими требованиями военно-воздушных сил к изделиям авиатехники.
Таким образом, заявленное изобретение позволяет получить летательный аппарат с требуемым уровнем радиолокационной заметности без значительного влияния на его массу и летно-технические характеристики.