Wie kann eine einzelne falsch platzierte Schraube den Radarquerschnitt eines Stealth-Flugzeugs so massiv vergrößern?

In diesem Kommentar zu einer der Antworten auf eine frühere Frage von mir weist @CarloFelicione darauf hin, wie selbst die kleinsten Unvollkommenheiten ein Stealth-Flugzeug für das Radar viel besser sichtbar machen können:

Eine Schraube, die nicht richtig auf einer Wartungsplatte sitzt, kann dazu führen, dass das Flugzeug auf einem Radar wie ein Scheunentor erscheint. Nicht die Größe, sondern die Reflektivität zählt

Wie ist es möglich, dass eine einzelne lose Schraube den Radarquerschnitt eines Stealth-Flugzeugs so dramatisch vergrößert? Warum sieht es aus wie ein Scheunentor und nicht wie eine Schraube?

Es ist nicht die Schraube, sondern die Kante des Panels, die den RCS-Anstieg verursacht.
Ich bin mir ziemlich sicher, dass die Originalquelle für dieses Trivia „Skunk Works: A Personal Memoir of My Years of Lockheed“ von Ben R. Rich ist. Eine lohnende Lektüre, wenn Sie sich für Luftfahrtgeschichte interessieren; Licht auf der technischen Seite, aber aufschlussreich für das Management hinter Have Blue. Der Schraubenkommentar bezieht sich auf einen einzelnen Test, bei dem der Prototyp einen seltsam großen RCS hatte, weil einige Schrauben nicht richtig saßen.

Antworten (1)

Bei RCS spielt die Größe keine Rolle, sobald Sie sich über die Wellenlängenskala des Radars hinausbewegen. Daher ist der RCS eines Paneels mit 10 cm Kantenlänge (theoretisch mindestens) gleich dem eines Paneels mit 1 m Kantenlänge. Die Schraube muss so schlecht platziert werden, dass sie dazu führt, dass eine größere Platte herausragt, sodass sie keinen elektrischen Kontakt hat, wobei die Kante in die richtige Richtung zeigt, dann ist diese massive Erhöhung des RCS tatsächlich möglich.

Es ist die elektrische Diskontinuität, die den Schaden anrichtet, zwei Bleche in festem Kontakt sehen aus wie eine Oberfläche, zwei Bleche mit einem Schlitz, weil sie NICHT in festem Kontakt sind, sehen aus wie eine HF-Antenne bei einer Frequenz, bei der die Schlitzlänge ein Vielfaches von a ist 1/4 Wellenlänge. Suchbegriff "Schlitzheizkörper".
Hmm, warum funktioniert das anders als bei sichtbaren Wellenlängen? Wenn ich Licht auf ein Objekt strahle und messe, wie viel ich zurückbekomme, reflektieren größere Objekte im Allgemeinen mehr Licht, eine Beziehung, die weit über die Wellenlänge meines Lichts hinausgeht. Sind Mikrowellen irgendwie anders?
@HenningMakholm Ich denke, der Punkt ist, dass es bei einem Großteil des niedrigen Radarquerschnitts darum geht, die einfallende Energie von ihrer Quelle weg zu reflektieren. Wenn ein Teil Ihres Flugzeugs als Antenne fungiert, strahlt es in alle Richtungen
@HenningMakholm Das stimmt nicht wirklich, wenn Sie anfangen, sich mit Objekten mit einem Durchmesser von 100 Nanometern oder kleiner zu befassen, bei denen sie Licht nicht wirklich "reflektieren", sondern "streuen". Die physikalischen Eigenschaften solch kleiner Partikel können einen großen Unterschied darin machen, wie sie Licht streuen.
@HenningMakholm Wenn Sie ein Licht auf einen einige hundert Nanometer breiten Schlitz richten, erhalten Sie tatsächlich eine gedämpfte Rückkehr. Stellen Sie sich vor, Sie haben eine Taschenlampe, die auf eine weiße Arbeitsplatte scheint, und Sie betrachten sie mit einer roten Brille. Der gesamte Zähler wird rot angezeigt. Haben Sie schon einmal den Regenbogen gesehen, der entsteht, wenn Licht genau richtig auf eine CD trifft? Stellen Sie sich vor, die CD liegt in der Mitte unserer rot erscheinenden Theke. Die roten Teile des Regenbogens, den die CD macht, sind hell und der Rest der CD ist sehr dunkel, sogar mehr als der Zähler. Der Unterschied liegt in der Größenordnung: Funkwellen sind viel größer.
@PhotoScientist: Die Behauptung in der Antwort lautet, dass größere Objekte bei Maßstäben, die größer als die Wellenlänge des Radars sind, nicht mehr Strahlung reflektieren. Ich habe keine Probleme zu glauben, dass kleine Objekte eine gedämpfte Rendite liefern; Ich habe Schwierigkeiten zu glauben, dass große Objekte nicht mehr reflektieren würden, je größer sie sind.
Sie gehen zu Recht davon aus, dass eine größere Oberfläche mehr Strahlung reflektiert. Aber wenn es um Sensorsysteme (Radar/Kamera/Auge) geht, ist die Dämpfung kritischer als die Massenrückgabe. Der Schlüssel zum Erkennen eines Objekts am Himmel (der Himmel gibt auch Radar zurück) oder einer CD auf einer Theke ist der Unterschied zwischen dem Objekt und dem Hintergrund. Stealth-Systeme sind sehr sorgfältig darauf ausgelegt, sich in ihre EM-Umgebungen „einzufügen“. Wenn sogar ein Tausendstel mehr abgeschwächte Photonen als Hintergrundphotonen zurückgeworfen werden, wird ein Flugzeug viel besser erkennbar sein. Der Schlüssel ist, sich daran zu erinnern, dass Radarsysteme im Gegensatz zu Ihrem Auge stark gefiltert sind.
@HenningMakholm Du hast recht. Diese Antwort verwechselt meiner Meinung nach die Strahlbreite mit der Wellenlänge. Siehe Abb. 2 und 3 hier . Der durch eine Plattenlücke verursachte Kontinuitätsverlust ist ein Nahfeldeffekt, für den es in der Optik / Quasi-Optik keine direkte Analogie gibt, sodass Sie ihn nicht mit allgemeinen RCS- oder Beugungskonzepten erklären können.
Wie kann eine einzelne falsch platzierte Schraube den Radarquerschnitt eines Stealth-Flugzeugs so massiv vergrößern?
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