Wie reduzieren Stealth-Flugzeuge die Wärmesignatur?

Kurz gesagt, es ist wirklich schwierig, die Wärmesignatur eines Geräts zu verbergen, das durch das Verbrennen großer Mengen Kerosin angetrieben wird und diese Gase dahinter hinausschiebt. IR-Stealth ist daher für Designer von Stealth-Jägern ein zweitrangiges (oder geringeres) Anliegen, vor allem, weil die IR-Signatur nur in viel kürzeren Entfernungen von Bedeutung ist, in denen die Stealth-Technologie selbst einen geringeren Wert hat (Sie können sich vor Radar verstecken und sich bis zu einem gewissen Grad tarnen, aber Sie kann nicht vollständig aus der Sichtweite verschwinden).

Es gibt jedoch einige Dinge, die getan werden können, um ein Flugzeug für IR-Sensoren weniger als blendend sichtbar zu machen. Hier sind ein paar:

• Hoher Bypass. Nicht die gesamte Luft, die in den Einlass eines Turbofan-Triebwerks eintritt, gelangt in die eigentliche Brennkammer. Bypass-Luft hilft, die heiße Verbrennungsluft vor dem Austritt zu kühlen, wodurch die IR-Signatur reduziert wird.

  Die A-10, nicht im Geringsten ein "Stealth"-Flugzeug, operiert dennoch in Situationen, in denen MANPADS (schultergefeuerte SAMs) eine große Bedrohung darstellen. Um ihre IR-Signatur zu reduzieren, verwendet sie einige der stärksten Bypass-Turbofans, die jemals eingesetzt wurden ein militärischer Einsitzer mit einem Bypass-Verhältnis von 6: 1. Diese High-Bypass-Triebwerke reduzieren jedoch die Leistung in großen Höhen und bei hohen Fluggeschwindigkeiten; Keiner der Nachteile ist ein Problem für das Missionsprofil der niedrigen, langsamen A-10, aber für einen leistungsfähigeren Luftüberlegenheitsjäger ist dies eine große Sache.

  Hochleistungsstrahltriebwerke in Kampfflugzeugen neigen aus diesem Grund dazu, im Vergleich zu Flugzeugtriebwerken einen relativ geringen Bypass zu haben. Die F-15 und F-16 wurden von einem P & W-Turbofan mit einem Bypass-Verhältnis von nur 0,36: 1 angetrieben. Dies erhöht jedoch nur die IR-Signatur, indem höhere Kraftstoffdurchflussraten für denselben Schub bei niedrigeren Geschwindigkeiten erforderlich sind (ein niedrigerer Bypass verringert auch die Wirkung von Nachbrennern weil weniger unverbrannte Bypassluft für die Zusatzverbrennung anfällt).

  Der F-22 mildert die Effizienzverluste eines Turbofans mit einem variablen Bypass-Einlasssystem, sodass er bei niedrigen Geschwindigkeiten und Höhen als Turbofan mit ähnlichem Bypass wie andere Jäger (etwa 0,3: 1) fungieren kann, sich jedoch in einen Beinahe-Turbojet umwandelt Konfiguration (fast kein Bypass) in großen Höhen und Überschallgeschwindigkeiten, die sparsamer als ein Nachbrenner ist (und so der F-22 den Supercruise ermöglicht).

• Abgasleitbleche. Was Designer normalerweise um jeden Preis vermeiden möchten, ist, den tatsächlichen Zündpunkt und die primäre Verbrennung in einem Strahltriebwerk dem Boden auszusetzen. Dadurch wird der heißeste Teil der sichtbaren IR-Signatur eines Flugzeugs innerhalb des Flugzeugs selbst und nicht im Strom heißer Luft dahinter, was ein einfaches Zielen mit IR-SAMs ermöglicht. Stellen Sie sich vor, Sie wären ein SA-13 "Gopher" mobiler SAM-Werfer und hätten diese Zwillingsfeuerbälle einer F-15E als Ziel:

  

  Um diese massive Wärmequelle zu verbergen, sind Stealth-Flugzeuge mit Abgasöffnungen ausgestattet, die den Austrittspunkt der Triebwerksabgase vor der Beobachtung durch den Boden verbergen. Es gibt wirklich nicht viel, was Sie designtechnisch tun können, um die IR-Signatur direkt hinter dem Flugzeug zu maskieren. Es ist die Aufgabe des Piloten sicherzustellen, dass niemand in diesem Winkel in Reichweite der Rakete landet.

  Northrop ist ein Fan davon, Abgase über die Oberseite ihrer Rumpfkonstruktionen zu leiten. Hier ist die B-2; Sie können die Hitzefahnen der Abgasspur sehen, aber die Quelle der eigentlichen Verbrennung befindet sich gut innerhalb des Triebwerksgehäuses, und mit dem Flugzeug in jeder Höhe wäre die Abgasöffnung selbst vollständig verdeckt:

  

  Hier sind die Abgaskanäle des YF-23, die die vom B-2 gelernten Lehren einbeziehen; Beachten Sie die Ähnlichkeiten in der Strategie, den Auspuff über die Hinterkante des Flugzeugs zu leiten:

  

  Der F-22 Raptor verwendet eine ähnliche Theorie, bei der die Motoren weit hinter den Abgaskanälen verstaut werden, aber diese Kanäle können sich auf Vektorschub bewegen oder öffnen, um Nachbrenner zu ermöglichen, sodass die Kanäle für den größten Effekt nach hinten und nicht über die Oberseite platziert werden der Rumpf, wie Northrops Entwürfe dazu neigen:

  

• EMR-absorbierende Materialien.Ein grundlegender Bestandteil des Stealth-Designs ist die Verwendung von Materialien, die Radar absorbieren, und die Gestaltung der Flugzeugoberflächen mit Winkeln, die die Anzahl der Oberflächen minimieren, die eine direkte Rückkehr in jedem Winkel ermöglichen und gleichzeitig aerodynamisch bleiben. Andere Materialien können andere Frequenzen im EMR-Spektrum einschließlich IR absorbieren; Die unteren und vorderen Oberflächen des Space Shuttles waren mit speziellen Keramikfliesen bedeckt, die enorme Mengen an Wärmeenergie absorbieren konnten, während sie sich kühl anfühlten. Ein ähnliches Material, das nicht ganz so effektiv, aber auch weniger empfindlich ist, wird zum Schutz der Auspuffkanäle von Stealth-Jägern verwendet, und dies hat einen sekundären Effekt, indem es die Strahlungswärmesignatur der Motoren senkt, da die Auspuffdüsen kühler bleiben. Das andernorts verwendete radarabsorbierende Material hat eine gewisse Fähigkeit, Wärme an Vorderkanten zu absorbieren,

Zusammenfassend versuchen Designer, die IR-Signatur zu minimieren, aber taktisch gesehen, wenn ein Feind eine IR-Rakete auf Sie abfeuern kann, haben Sie bereits versagt, sich zu verstecken. Bei einem Infrarotraketenstart muss der Werfer der Rakete sagen, wohin sie schauen soll, und das bedeutet, dass sie Sie zumindest selbst ansehen können müssen (mit helmgesteuerten Flugabwehrraketen), wenn nicht sogar die Rakete selbst oder das Verfolgungsradar auf Sie richten . Die Idee von Stealth besteht darin, die Zeit zu minimieren, in der der Feind weiß, dass Sie existieren, indem er auf dem Radar unsichtbar ist, sodass er Sie nicht kommen sehen kann, bis er Sie visuell entdeckt. Zu diesem Zeitpunkt sind sie entweder bereits tot oder haben nur noch Sekunden Zeit reagieren. Dann heißt es für einen Bodenlauf „one pass and haul ass“, um Repressalien durch Flugabwehrsysteme zu vermeiden,

Während sie versuchen, es so gut wie möglich zu reduzieren, steht es oft ganz unten auf der Liste,

Laut diesem Artikel

Der SR-71 wurde entwickelt, um seinen Radarquerschnitt zu minimieren, ein früher Versuch des Stealth-Designs. Fertige Flugzeuge wurden dunkelblau, fast schwarz, lackiert, um die Emission von interner Wärme zu erhöhen

Eines der Probleme, auf die Sie stoßen, ist, dass sich Flugzeugzellen bei hohen Geschwindigkeiten aufheizen. Im Fall der Amsel war sie schnell genug (und konnte hoch genug fliegen), um alles zu überholen, sodass die Wärmesignatur weniger besorgniserregend war.

Laut diesem Artikel

Beim B-2 strömt der gesamte Auspuff durch Kühlöffnungen, bevor er aus den hinteren Öffnungen strömt

Also scheinen sie den Auspuff zu kühlen. Ich bin mir nicht sicher, welche Auswirkungen dies auf den Gesamtschub hat, den das Flugzeug erzeugt, aber ich bin mir sicher, dass es in irgendeiner Weise Auswirkungen hat.

Der Artikel spricht auch über die Platzierung des Auspuffs und wie der oben montierte Auspuff bei der bodengestützten Erkennung helfen kann, die auf den Boden des Fahrzeugs blickt

Das Anbringen der Auslassöffnungen an der Oberseite des Flugzeugs reduziert die Infrarotsignatur weiter, da feindliche Sensoren höchstwahrscheinlich unterhalb des Flugzeugs scannen würden.

Die Reduzierung der Wärmesignatur hat 2 Hauptfunktionen. Um zu verhindern, dass das Flugzeug auf bodengestützten Wärmeerfassungssystemen auftaucht, und um zu verhindern, dass sich thermisch geführte Waffen aufschalten. Für das, was der SR-71 wert war, war er in der Lage, die meisten Raketen der Zeit zu überholen, ungefähr 4000 nach allen Berichten.

Für was es wert ist :

Das SR-71-Design berücksichtigte nicht das extrem heiße Motorabgas und die Partikel im heißen Abgas reflektieren das Radar extrem gut. Ironischerweise war die SR-71 eines der größten Ziele auf den Langstreckenradaren der FAA (Federal Aviation Administration), die das Flugzeug auf mehrere hundert Meilen verfolgen konnten

Das wohl größte Spionageflugzeug aller Zeiten war also nicht einmal so getarnt ...

In Bezug auf die F-117

Die Abgase wurden durch lange, schmale Kanäle geleitet, die mit wärmeabsorbierendem Material ausgekleidet waren, sodass sie beim Verlassen des Flugzeugs kühler waren und daher nicht so gut auf Wärmemeldern auftauchten

Scheint dem auf dem B2 verwendeten System ähnlich zu sein

Niedrig beobachtbare Flugzeuge sind so konstruiert, dass sie IR-Strahlung mit Frequenzen aussenden, die für Sensoren weniger nützlich sind und/oder besser von der Atmosphäre absorbiert werden. Dies geschieht mit Beschichtungen. Einige Flugzeuge wie die F-35 verwenden auch Wärmetauscher, die einen Teil der erzeugten Wärme in die Kraftstoffversorgung einspeisen. Wärmequellen wie das Radar können durch Kraftstoff gekühlt werden, anstatt die Wärme aus der Atmosphäre entweichen zu lassen.