Радиационно-поглощающий материал - Radiation-absorbent material

Безэховая радиочастотная камера, используемая для испытаний на ЭМС.

Радиационно-поглощающий материал, обычно известный как баран, это материал, специально разработанный и имеющий форму впитывать падающее радиочастотное излучение (также известное как неионизирующее излучение ) максимально эффективно с максимально возможного количества направлений инцидента. Чем эффективнее ОЗУ, тем ниже результирующий уровень отраженный Радиочастотное излучение. Многие измерения в электромагнитная совместимость (ЭМС) и диаграммы направленности антенны требуют, чтобы паразитные сигналы, возникающие от испытательной установки, включая отражения, были незначительными, чтобы избежать риска возникновения погрешности измерения и двусмысленность.

Вступление

Большая врезная камера для безэховых испытаний RF. Обратите внимание на оранжевые предупреждающие конусы для справки по размеру.
Пирамида RAM. Серая краска помогает защитить хрупкий поглощающий излучение материал.

Один из наиболее эффективных типов оперативной памяти состоит из массивов пирамида фигурные детали, каждая из которых изготовлена ​​из подходящего материал с потерями. Для эффективной работы все внутренние поверхности безэховой камеры должны быть полностью покрыты RAM. Секции ОЗУ могут быть временно удалены для установки оборудования, но их необходимо заменить перед выполнением любых тестов. Чтобы быть достаточно потерянным, ОЗУ не может быть хорошим электрический проводник ни хорошо электрический изолятор поскольку ни один из типов на самом деле не потребляет никакой энергии. Обычно пирамидальное ОЗУ содержит прорезиненный мыло материал, пропитанный контролируемыми смесями углерод и утюг. Длина от основания до вершины пирамидальной структуры выбирается на основе минимальной ожидаемой частоты и требуемого количества поглощения. Для низкочастотного демпфирования это расстояние обычно составляет 24 дюйма, а для высокочастотных панелей - всего 3–4 дюйма. Панели оперативной памяти обычно устанавливаются на стенах Испытательная камера EMC кончиками внутрь, в камеру. Пирамидальное ОЗУ ослабляет сигнал за счет двух эффектов: рассеяния и поглощения. Рассеяние может происходить как когерентно, когда отраженные волны синфазны, но направлены от приемника, так и некогерентно, когда волны улавливаются приемником, но находятся в противофазе и, следовательно, имеют более низкий уровень сигнала. Это некогерентное рассеяние также происходит внутри структуры пены, при этом взвешенные частицы углерода способствуют разрушающей интерференции. Внутреннее рассеяние может привести к ослаблению до 10 дБ. Между тем, пирамидальные формы срезаются под углами, которые увеличивают количество отскоков, которые волна совершает внутри конструкции. При каждом отскоке волна теряет энергию для вспененного материала и, таким образом, выходит с более низким уровнем сигнала.[1] Альтернативный тип RAM состоит из плоских пластин феррит материал, в виде плоского плитка крепится ко всем внутренним поверхностям камеры. Этот тип имеет меньший эффективный частотный диапазон, чем пирамидальный RAM, и предназначен для крепления к хорошо проводящим поверхностям. Как правило, его легче установить и он более прочен, чем RAM пирамидального типа, но менее эффективен на более высоких частотах. Однако его характеристики могут быть вполне адекватными, если тесты ограничиваются более низкими частотами (ферритовые пластины имеют кривую демпфирования, которая делает их наиболее эффективными в диапазоне 30–1000 МГц). Есть еще гибридный тип, феррит пирамидальной формы. Обладая преимуществами обеих технологий, частотный диапазон может быть максимизирован, в то время как пирамида остается небольшой (10 см).[2]

Использование в стелс-технологиях

Радиопоглощающие материалы используются в стелс-технология замаскировать автомобиль или строение от радар обнаружение. Поглощающая способность материала на данной частоте радиолокационной волны зависит от его состава. RAM не может полностью поглощать радар на любой частоте, но любой состав действительно имеет большую поглощающую способность на одних частотах, чем на других; ни одна RAM не подходит для поглощения всех радиолокационных частот. Распространенное заблуждение состоит в том, что RAM делает объект невидимым для радаров. Радиопоглощающий материал может значительно уменьшить поперечное сечение радара на определенных частотах радара, но это не приводит к "невидимости" на любой частоте. Плохая погода может способствовать снижению способности скрытности.

История

Самыми ранними формами стелс-покрытия были материалы, называемые Сампф и Schornsteinfeger, покрытие, используемое немецким флотом во время Вторая Мировая Война для трубка (или же перископы ) из подводные лодки, чтобы снизить их отражательную способность в диапазоне 20 см, который использовали союзники. Материал имел слоистую структуру и был основан на графит частицы и другие полупроводниковый материалы, встроенные в резинка матрица. Эффективность материала частично снизилась под действием морской воды.[3][4]

Соответствующее использование было запланировано для Хортен Хо 229 самолет. Клей, который склеивал фанерные листы с обшивкой, был пропитан частицами графита, которые должны были уменьшить его видимость для британских радаров.[5][6]

Виды радиопоглощающего материала (ОЗУ)

Поглотитель краски Iron Ball

Локхид F-117 Nighthawk использует краску для железных шариков

Один из наиболее широко известных типов RAM - это краска для железных шариков. Он содержит крошечные сферы, покрытые карбонильное железо или же феррит. Радар Волны вызывают молекулярные колебания из переменного магнитного поля в этой краске, что приводит к преобразованию энергии радара в тепло. Затем тепло передается летательному аппарату и рассеивается. Частицы железа в краске образуются при разложении пентакарбонил железа и может содержать следы углерод, кислород, и азот.[нужна цитата ] Один метод, используемый в F-117A Nighthawk и другой такой самолет-невидимка должен использовать электрически изолированные шары из карбонильного железа определенных размеров, подвешенные в двухкомпонентной эпоксидной краске. Каждая из этих микроскопических сфер покрыта диоксид кремния как изолятор через запатентованный процесс. Затем, в процессе изготовления панели, пока краска еще жидкая, прикладывается магнитное поле с определенной силой Гаусса и на определенном расстоянии для создания рисунков магнитного поля в шариках карбонильного железа внутри жидкой краски. феррожидкость. Затем краска затвердевает [затвердевает], в то время как магнитное поле удерживает частицы во взвешенном состоянии, фиксируя шарики в их магнитном узоре. Были проведены некоторые эксперименты с применением противоположных магнитных полей север-юг к противоположным сторонам окрашенных панелей, заставляющих частицы карбонильного железа выравниваться (вставая на торце, чтобы они были трехмерно параллельны магнитному полю). Краска для шариков из карбонильного железа наиболее эффективна, когда шарики равномерно распределены, электрически изолированы и представляют градиент все большей плотности для приходящих радиолокационных волн.[нужна цитата ] Связанный тип RAM состоит из неопрен полимерные листы с зернами феррита или токопроводящие черный карбон частицы (содержащие около 0,30% кристаллических графит отвержденного веса), внедренного в полимерную матрицу. Плитки использовались на ранних версиях F-117A Nighthawk, хотя в более поздних моделях используется окрашенная RAM. Окраска F-117 выполняется промышленными роботами, поэтому краску можно наносить равномерно с определенной толщиной и плотностью слоя. Самолет покрыт плиткой, «приклеенной» к фюзеляжу, а оставшиеся зазоры заполнены железным шариком «клеем».[нужна цитата ] В ВВС США представила радаропоглощающую краску из обоих феррожидкостный и немагнитные вещества. Уменьшая отражение электромагнитных волн, этот материал помогает уменьшить заметность самолетов, окрашенных в RAM, на радаре. Израильская фирма Нанофлайт также разработала краску, поглощающую радар, с использованием наночастиц.[7] В Китайская Республика (Тайвань) военный также успешно разработала радиопоглощающую краску, которая в настоящее время используется на тайваньских боевых кораблях-невидимках, и на тайваньских истребителях-невидимках, которые в настоящее время разрабатываются в ответ на разработку технологий малозаметности их конкурентом, материком. Китайская Народная Республика который, как известно, демонстрировал публике как боевые корабли-невидимки, так и самолеты.[8][9]

Поглотитель пены

Поглотитель пены используется в качестве футеровки безэховые камеры для измерения электромагнитного излучения.[нужна цитата ] Этот материал обычно состоит из огнестойкой уретановой пены, наполненной проводящей сажей [сферические частицы карбонильного железа и / или частицы кристаллического графита] в смесях от 0,05% до 0,1% (по весу в готовом продукте) и разрезанный на квадратные пирамиды с размерами установите соответствующие длины волн. Дальнейшие улучшения могут быть сделаны, когда проводящие частицы уложены слоями с градиентом плотности, так что вершина пирамиды имеет самый низкий процент частиц, а основание содержит самую высокую плотность частиц. Это представляет собой «мягкое» изменение импеданса для входящих радиолокационных волн и дополнительно снижает отражение (эхо). Длина от основания до вершины и ширина основания пирамидальной структуры выбираются на основе самой низкой ожидаемой частоты, когда ищется широкополосный поглотитель. Для низкочастотного демпфирования в военных приложениях это расстояние часто составляет 24 дюйма, в то время как высокочастотные панели - всего 3–4 дюйма. Примером высокочастотного применения может быть полицейский радар (радар измерения скорости K и Диапазон Ka), пирамиды будут иметь размер около 4 дюймов в длину и основание 2 x 2 дюйма. Эта пирамида будет установлена ​​на кубическом основании размером 2 x 2 дюйма и высотой 1 дюйм (общая высота пирамиды и основания около 5 дюймов). Четыре края пирамиды представляют собой плавно переходящие дуги, придающие пирамиде слегка «раздутый» вид. Эта дуга обеспечивает дополнительное рассеяние и предотвращает когерентное отражение любого острого края.[нужна цитата ] Панели ОЗУ устанавливаются так, чтобы вершины пирамид были направлены в сторону радиолокационного источника. Эти пирамиды также могут быть скрыты за внешней оболочкой, почти прозрачной для радаров, где требуется аэродинамика.[нужна цитата ] Пирамидальное ОЗУ ослабляет сигнал за счет рассеяния и поглощения. Рассеяние может происходить как когерентно, когда отраженные волны синфазны, но направлены от приемника, так и некогерентно, когда волны могут отражаться обратно в приемник, но не в фазе и, следовательно, иметь более низкий уровень сигнала. Хорошим примером когерентного отражения является граненый самолет-невидимка F-117A, который представляет углы к источнику радиолокатора, так что когерентные волны отражаются от исходной точки (обычно от источника обнаружения). Некогерентное рассеяние также происходит внутри структуры пены, при этом взвешенные проводящие частицы способствуют разрушающей интерференции. Внутреннее рассеяние может привести к ослаблению до 10 дБ. Между тем, пирамидальные формы срезаются под углами, которые увеличивают количество отскоков, которые волна совершает внутри конструкции. При каждом отскоке волна теряет энергию для вспененного материала и, таким образом, выходит с более низким уровнем сигнала.[10] Другие поглотители пены доступны в виде плоских листов с увеличивающимся градиентом содержания углерода в различных слоях. Поглощение внутри пеноматериала происходит, когда энергия радара преобразуется в тепло в проводящей частице. Поэтому в приложениях, где задействованы высокие радиолокационные энергии, охлаждающие вентиляторы используются для отвода выделяемого тепла.[нужна цитата ]

Поглотитель Jaumann

Поглотитель Яумана или слой Яумана - это вещество, поглощающее радар.[нужна цитата ] Когда впервые был представлен в 1943 году, слой Яумана состоял из двух равноотстоящих отражающих поверхностей и проводящей заземляющей поверхности. Его можно рассматривать как обобщенную, многослойную Экран Солсбери, так как принципы схожи. Являясь резонансным поглотителем (т. Е. Он использует волновые помехи для подавления отраженной волны), слой Яумана зависит от расстояния λ / 4 между первой отражающей поверхностью и плоскостью заземления и между двумя отражающими поверхностями (всего λ / 4 + λ / 4). Поскольку волна может резонировать на двух частотах, слой Яумана дает два максимума поглощения в полосе длин волн (при использовании двухслойной конфигурации). Эти поглотители должны иметь все слои, параллельные друг другу и плоскости заземления, которую они скрывают. Более сложные поглотители Jaumann используют серию диэлектрик поверхности, разделяющие токопроводящие листы. Электропроводность этих листов увеличивается по мере приближения к плоскости заземления.

Резонатор-поглотитель с разъемным кольцом

Основная статья: Резонатор с разъемным кольцом

Резонаторы с разъемным кольцом (SRR) в различных испытательных конфигурациях оказались чрезвычайно эффективными в качестве поглотителей радаров. Технология SRR может использоваться в сочетании с вышеперечисленными технологиями для обеспечения кумулятивного эффекта поглощения. Технология SRR особенно эффективна при использовании на граненых формах с идеально плоскими поверхностями, которые не отражаются от источника радара (например, F-117A). В этой технологии используется фотографический процесс для создания слоя резиста на тонкой (около 0,007 дюйма) медной фольге на диэлектрической основе (материал тонкой печатной платы), вытравленной в настроенных массивах резонаторов, причем каждый отдельный резонатор имеет форму буквы «C» (или другую форму). - например, квадрат). Каждый SRR электрически изолирован, и все размеры тщательно определены для оптимизации поглощения на определенной длине волны радара. Не являясь замкнутым контуром «O», отверстие в «C» представляет собой зазор определенного размера, который действует как конденсатор. На частоте 35 ГГц диаметр «С» составляет около 5 мм. Резонатор может быть настроен на определенные длины волн, и несколько SRR могут быть уложены друг с другом с изоляционными слоями определенной толщины между ними для обеспечения широкополосного поглощения энергии радара. При наложении друг на друга более мелкие SRR (высокочастотные) в диапазоне сначала обращены к источнику радара (например, стопка пончиков, которые постепенно увеличиваются по мере удаления от источника радара), стопки из трех показали свою эффективность в обеспечении широкого -полосное затухание. Технология SRR действует примерно так же, как антиотражающие покрытия работают в оптических длинах волн. Технология SRR обеспечивает наиболее эффективное радиолокационное затухание из всех известных ранее технологий и на один шаг ближе к достижению полной невидимости (полная невидимость, «маскировка»). Также ведутся работы в области видимых длин волн, а также инфракрасных волн (материалы, поглощающие лидары).[нужна цитата ]

Углеродная нанотрубка

Основная статья: Углеродная нанотрубка

Радары работают в микроволновом диапазоне частот, который может поглощаться многостенными нанотрубками (MWNT). Применение MWNT к самолету приведет к поглощению радиолокатора и, следовательно, будет иметь меньший размер. поперечное сечение радара. Одним из таких приложений может быть нанесение нанотрубок на плоскость. Недавно были проделаны некоторые работы на университет Мичигана относительно полезности углеродных нанотрубок как стелс-технология на самолете. Было обнаружено, что в дополнение к свойствам поглощения радара, нанотрубки не отражают и не рассеивают видимый свет, что делает его практически невидимым в ночное время, так же, как при рисовании током. самолет-невидимка черный, кроме гораздо более эффективного. Текущие ограничения в производстве, однако, означают, что текущее производство самолетов с нанотрубками невозможно. Одна из теорий преодоления этих нынешних ограничений заключается в том, чтобы покрыть мелкие частицы нанотрубками и подвесить покрытые нанотрубками частицы в среде, такой как краска, которая затем может быть нанесена на поверхность, как самолет-невидимка.[11]

Смотрите также

Рекомендации

Примечания

  1. ^ Э. Нотт, Дж. Шеффер, М. Талли, Радиолокационный разрез. pp 528–531. ISBN  0-89006-618-3
  2. ^ Полностью компактная безэховая камера с пирамидальным ферритовым поглотителем для испытаний на невосприимчивость
  3. ^ Хепке, Герхард. «Радарная война 1930-1945 гг.» (PDF). Радарный мир. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  4. ^ «История радара». BBC. 2003-07-14.
  5. ^ Шепелев, Андрей и Оттенс, Huib. Ho 229 Дух Тюрингии: реактивный истребитель Horten All-wing. Лондон: Классические публикации, 2007. ISBN  1-903223-66-0.
  6. ^ Это незаметно? Смитсоновский национальный музей авиации и космонавтики (последнее посещение - февраль 2016 г.)
  7. ^ http://www.popsci.com/technology/article/2010-07/stealth-paint-turns-any-aircraft-radar-evading-stealth-plane
  8. ^ http://www.taipeitimes.com/News/front/archives/2011/07/05/2003507440
  9. ^ http://www.spacewar.com/reports/Taiwan_to_build_stealth_warship_fleet_999.html
  10. ^ Э. Нотт, Дж. Шеффер, М. Талли, Радиолокационный разрез. pp 528-531. ISBN  0-89006-618-3
  11. ^ Бурзак, Кэтрин. «Нано-краска может сделать самолеты невидимыми для радаров». Обзор технологий. MIT, 5 декабря 2011 г.

Библиография

внешняя ссылка