Керамическая технология, разработанная в штате Северная Каролина, позволяет значительно улучшить невидимость самолета радаром.
Способность B-2 доставлять разрушительное оружие глубоко в наиболее хорошо защищенное воздушное пространство противника делает его высокоспециализированной боевой машиной без аналогов, по крайней мере, до тех пор, пока Китай не разработает достойный стелс-бомбардировщик H-20. Если и пока Китай не разработает свой бомбардировщик-невидимку H-20, американский B-2 Spirit сохранит способность доставлять разрушительное оружие глубоко в наиболее хорошо защищенное воздушное пространство, что делает его специализированной боевой машиной премиум-класса, не имеющей аналогов.
Ключевым элементом низкой наблюдаемости B-2 являются поглощающие излучение радара материалы (RAM). По данным The National Interest, обшивка B-2 уже состоит в основном из непроводящего углерод-графитового композита, смешанного с титаном. На наиболее светоотражающие области, такие как воздухозаборники, закрылки и передние кромки крыльев, нанесено дополнительное покрытие RAM, которое неоднократно менялось по составу на протяжении многих лет. Кроме того, сверху самолет покрыт эластомером (эластичным, похожим на резину полимером), предназначенным для «сглаживания» швов, винтов или стыков между различными материалами, которые могут создать трещину в незаметной геометрии.
В целом, эта технология и необычная форма B2 значительно уменьшают радиолокационное сечение самолета. B-2 разработан таким образом, чтобы оставаться малозаметным со всех сторон, поскольку он предназначен для глубокого проникновения в воздушное пространство противника.
Однако у все более совершенных самолетов, использующих эти методы, есть недостатки. Пытаясь улучшить существующие материалы RAM, команда из Университета штата Северная Каролина разработала новое покрытие на керамической основе, которое не только значительно улучшает невидимость, но и, вероятно, приведет к целому ряду улучшений общих характеристик самолета, сообщил сайт TheDeBrief.org .
Стреловидные крылья B-2 Spirit имеют пятьдесят два метра в поперечнике, что составляет половину длины футбольного поля, а его кабина выпирает над поверхностью, как у научно-фантастического космического корабля 1950-х годов, резко контрастируя с зазубренными почти под сорок пять градусов углами его задних кромок. «Если мы получим поддержку, необходимую для увеличения масштабов этого проекта, производители самолетов смогут коренным образом изменить конструкцию самолетов-невидимок», – сказал Ченгин Шерил Сюй, чья исследовательская группа в штате Северная Каролина разработала новый тип обшивки самолета-невидимки. В пресс-релизе, в котором объявляется их полученные результаты, говорится, что «материал, который был разработан, не только лучше поглощает излучение от радаров, но и позволяет самолету-невидимке следующего поколения быть быстрее, маневреннее и даже дольше летать».
В настоящее время малозаметные самолеты, такие как F117-A Stealth Fighter или B2, уже покрыты оболочкой из радиопоглощающих полимеров, которые, согласно исследованиям команды штата Северная Каролина, обычно поглощают от 70% до 80% энергии от радара слежения. Тем не менее, у этих материалов есть некоторые недостатки, два из которых находятся в верхней части списка. Во-первых, они относительно хрупкие и могут быть легко повреждены под воздействием соли, влаги или любых абразивных материалов. В некоторых случаях это означает, что материал-невидимка становится менее эффективным, а в других такое повреждение может привести к тому, что этот материал полностью отслоится.
Во-вторых, самые современные, скрытые полимеры разлагаются при температурах выше 250 по Цельсию, что не является редкостью для авиационных двигателей и высокопроизводительных поверхностей управления. «На самолете есть два места, где может быть особенно жарко», – говорится в сообщении для печати, – «Для сверхзвуковых самолетов одно из этих мест – передняя кромка крыльев. Когда кромка крыла ударяется о встречный воздух на высокой скорости, оно создает огромное трение. Это может привести к возникновению горячих точек на краю крыла выше 250°C».
Согласно исследованию, эта сильная жара вынудила конструкторов адаптировать форму крыла, что часто приводило к снижению незаметности, маневренности и даже дальности полета. Как отмечалось ранее, тепловое повреждение также проявляется в задней части самолета, где выхлоп от двигателей постоянно достигает температуры выше 250°C. До сих пор конструкторам приходилось компенсировать это, добавляя удлиненные выхлопные сопла, чтобы отводить тепло от корабля. К сожалению, как и модификации крыльев, эти изменения отрицательно влияют на летно-технические характеристики самолета.
Принимая во внимание все эти ограничения и при поддержке Управления военно-морских исследований и Национального научного фонда, Сюй и ее команда из штата Северная Каролина изучили категорию материалов, уже хорошо известных своей способностью справиться с сильной жарой – керамика. К удивлению, они обнаружили, что эти материалы также идеально подходят для поглощения энергии радаров. «Во-первых, лабораторные испытания показывают, что керамика более поглощает энергию радаров, чем существующие полимеры, и может поглощать 90% или более энергии радара», – отмечается в пресс-релизе, – «По сути, радару гораздо труднее видеть самолет».
Эти результаты подробно описаны в трио из исследований, опубликованных NC Государственной команды в журнале ACS Applied Materials & Interfaces. Исследователи отмечают, что керамика также гораздо более устойчива к вредному воздействию из воздуха, воды, тепла, и даже такие вещи, как песок, которые могут нанести значительный ущерб существующим материалам на основе полимеров. Они также отмечают, что керамический материал, который они использовали, «сохраняет свои радиопоглощающие характеристики при температурах до 1800 ° C (и при низких температурах до -100 ° C)».
Подчеркивая скорость подачи заявок на их материалы, заявив, что «этот процесс занимает от одного до двух дней», Сюй также подчеркнул простоту применения новых покрытий. Керамику можно наносить на поверхность всего самолета, и ее сочетание прочности и температурной устойчивости позволило бы аэрокосмическим инженерам проектировать летательные аппараты, которые не ограничены хрупкостью полимеров, используемых в более ранних поколениях малозаметных транспортных средств.
На самом деле, нанести керамическую «кожу» довольно просто. Жидкий керамический прекурсор распыляется на поверхности самолета. И поскольку жидкий прекурсор подвергается воздействию окружающего воздуха, он претерпевает ряд химических реакций и превращается в твердый керамический материал. До сих пор процесс, изобретенный командой штата Северная Каролина, применялся только в лабораторных условиях, и из-за ограниченного бюджета им еще предстоит опробовать его на полномасштабном самолете. Но, по словам Сюй, это может скоро измениться. «Недавно мы получили финансирование от Управления научных исследований ВВС США, которое позволит нам производить и тестировать образцы гораздо большего размера, так что это то, над чем мы сейчас работаем», – сказала она, – «В конечном итоге, мы надеемся работать с отраслевыми партнерами, чтобы увеличить масштаб и начать работу над новым поколением самолетов-невидимок».
Тем не менее, учитывая новое финансирование и неотложную потребность вооруженных сил 21-го века, появление самолетов с керамическим покрытием может быть лишь вопросом относительно небольшого времени.
DAVE MAKICHUK
Источники: TheDeBrief.org, National Interest , WRAL Tech Wire , Государственный университет Северной Каролины