Четверг, 23.11.2017, 18:09
Приветствую Вас Гость | RSS
Пятнадцатая олимпиада
QR-код сайта
Форма входа
...
Главное меню
ОБЩАЕМСЯ
Архив
...
Грант Президента
Поиск
Система Orphus
Главная » Статьи » Архив работ » Одиннадцатая олимпиада (2013/14 уч.год)

Возможно ли создать полностью невидимый самолет?
 
Историко-исследовательская работа: "возможно ли создать полностью невидимый самолет?"
Автор: Пиляй Андрей Константинович.
МКОУ Гимназия №1 АГО
Научный руководитель: Пиляй Ирина Владимировна.
 
План: 
  1. Введение
  2. Невидимость
  3. Для чего это надо?
  4. Технология снижения заметности. Материалы и способы.
  5. Первый в мире стелс-самолет
  6. Американский Lockheed F-117 Nighthawk.
  7. Project X
  8. Интервью
  9. Заключение
  10. Список литературы

1) Введение
Моя историко-исследовательская работа посвящена теме «Самолет – невидимка».
На данный момент стелс-технология – актуальная тема в военной промышленности, и в то же время о ней мало что известно. Обладать такой техникой – значит иметь большое преимущество перед противником. Именно эта секретность и перспективы самолета-стелс меня привлекла. Разумеется, ответить на этот вопрос не возможно опираясь только на исторические данные, поэтому в работе рассматриваются, как исторические, так и технические данные.

Цель историко- исследовательской работы: выяснить, возможно ли создать полностью невидимый самолет.

Задачи: 
1.Изучить материалы по истории создания самолета – невидимки на примерах зарубежной техники;
2.Найти и взять интервью у специалистов, связанных с ВВС;
3.Изучить технические характеристики уже существующих моделей самолетов и попытаться создать свой вариант.

Гипотеза:
Создать невидимый самолет можно, создать полностью невидимый-невозможно. 

Методы исследования: Изучение технических и исторических данных о самолетах-стелс. Опрос среди специалистов-авиаторов. 


2) Невидимость — невозможность по каким-либо причинам полностью или частично регистрировать объект, в произвольном диапазоне электромагнитных волн. Для того, чтобы объект был невидимым, он должен удовлетворять следующим трём условиям:
• объект должен быть прозрачен.
• объект должен быть бесцветен (то есть его прозрачность в избранном диапазоне волн должна быть постоянна).
• оптическая плотность объекта в избранном диапазоне волн не должна отличаться от оптической плотности окружающей его среды.
В бытовом смысле обычно подразумевают оптический диапазон (видимость человеческим зрением), однако, например, самолёты «Стелс» практически невидимы в радиодиапазоне, в то время как оптически самолёт, разумеется, виден.
В последнее время появились предпосылки. Для создания приспособлений (точнее материалов), скрывающих (то есть делающих невидимым) объект, правда пока в узком диапазоне оптических волн. При этом теоретических ограничений для создания полной «шапки-невидимки» нет, более того — существование таких материалов сведено к математической проблеме.

3) Для чего это надо?

Летящий в небе самолет освещает радар, луч посланный радаром, достигая поверхности самолета, отражается строго обратно в радар, так система определяет координаты самолета.

Рис.1 Принцип работы радара

В военных целях, когда нужно проникнуть на вражескую воздушную территорию незамеченным для системы ПВО противника, нужен такой самолет, который способен либо поглотить радиолокационный луч посланный радаром, либо отразить его в сторону от радара. Классические, привычные нам, самолеты не способны этого сделать в силу того, что сделаны из металла, который по определению не может поглотить радиолокационный сигнал, и обладают идеальной, с точки зрения аэродинамики формой, которая не способна отразить луч локатора в сторону от него. Для преодоления системы РЛС и ПВО нужен летательный аппарат иного типа. Так и зародилась «стелс» технология. 

4) Технологии снижения заметности — комплекс методов снижения заметности боевых машин в радиолокационном, инфракрасном и других областях спектра обнаружения посредством специально разработанных геометрических форм и радиопоглощающих материалов и покрытий, что резко уменьшает радиус обнаружения и тем самым повышает выживаемость боевой машины. Следует отметить, что значительного поглощения радиоволн можно добиться только в сантиметровом диапазоне, и гораздо хуже в дециметровом. В силу физики распространения радиоволн сделать объект малозаметным в метровом диапазоне, когда длина волны сравнима с собственными размерами объекта, изменением его формы в принципе невозможно. Также невозможно добиться полного поглощения любого радиоизлучения падающего на объект под произвольным углом, поэтому главной целью при выборе формы является отражение волн в сторону от излучателя — таким образом часть сигнала поглощается специальными покрытиями, а остальная часть отражается в сторону, не позволяя радиоэху вернуться к наблюдающей РЛС (что особенно эффективно против совмещённых приёмопередающих станций).
Технологии снижения заметности являются самостоятельным разделом военно-научной дисциплины электронных средств противодействия, охватывают диапазон техники и технологий изготовления военной техники (самолётов, вертолётов, кораблей, ракет и т. д.).
По большинству машин, созданных с применением технологий снижения заметности, отсутствуют независимые данные по величине эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) в различных диапазонах, так как экспертная оценка этой информации может повысить их уязвимость. Часть данных о заметности подобных машин основана на теоретических оценках, также существуют случаи намеренной дезинформации, завышающие, либо, наоборот, занижающие реальное значение ЭПР. Поэтому ко всем оценкам величин заметности малозаметных машин следует относиться с высокой степенью осторожности.

Радиопоглощающие материалы или РПМ и Радиопоглощающие покрытия или РПП представляют класс материалов, применяемых в технологии снижения заметности («стелс-технология») для маскировки средств вооружения и военной техники от обнаружения радиолокационными средствами противника. Являются составной частью общего направления, связанного с разработкой средств и методов уменьшения демаскирующих признаков оружия и военной техники в основных физических полях. При взаимодействии электромагнитного излучения с РПМ происходят одновременные процессы поглощения, рассеяния (вследствие структурной и геометрической неоднородности материала) и интерференции радиоволн.
Различие между собственно материалами (РПМ) и покрытиями (РПП) до некоторой степени условно и предполагает, что первые входят в состав конструкции объекта, а вторые — как правило, наносятся на его поверхности. Условность разделения связана и с тем обстоятельством, что любой радиопоглощающий материал является не только материалом, но микроволновым устройством-поглотителем. Способность материала поглощать высокочастотное излучение зависит от его состава и структуры. РПМ и РПП не обеспечивают поглощения излучения любой частоты, напротив, материал определенного состава характеризуется лучшей поглощающей способностью при определенных частотах. Не существует универсального поглощающего материала, приспособленного для поглощения излучения радиолокационной станции (РЛС) во всем частотном диапазоне.
Существует распространенное заблуждение относительно того, что в результате применения РПМ объект становится невидимым для локаторов. В действительности, применение радиопоглощающих материалов способно лишь существенно снизить эффективную поверхность рассеяния объекта в конкретном диапазоне частот РЛС, что, однако не обеспечивает полную «невидимость» объекта при иных частотах излучения. РПМ являются лишь слагаемым обеспечения низкой заметности объекта, среди которых: конфигурация летательного аппарата (ЛА); конструктивно-компоновочные решения; широкое применение композиционных материалов, отсутствие собственных излучений и т. п.

Существует множество способов сделать самолет «невидимым»:

радиопоглощающие покрытия с уменьшенной способностью отражения электромагнитных волн. Покрытия способные снизить эффективную поверхность рассеяния объекта в конкретном диапазоне частот радиолокационной системы.
полимерные композиционные материалы специального назначения. «Суперпластики»— группа полимерных композиционных материалов (ПКМ), превосходящих по удельной прочности высокопрочные стали и титановые сплавы, и способные поглощать электромагнитное излучение. При использовании в конструкции фюзеляжа самолета, являются «прозрачными» для излучения РЛС, в отличие от металлов, обладающих свойством отражения падающего излучения в сторону излучателя, при нормальном расположении поверхности самолета относительно падающего излучения.
особая форма конструкции. Является одним из эффективных способов уменьшения радиолокационной заметности летательного аппарата(ЛА), при котором его отражающие поверхности способны отражать электромагнитную энергию в сторону от источника излучения. Целью в данном случае является создание «конуса радиомолчания» относительно направления движения ЛА.

5) Первый в мире стелс-самолет

Во всем мире считается, что Американцы первые создали самолет невидимку. Но так ли это на самом деле? Во время второй мировой войны, в Третьем Рейхе был создан уникальный самолет, внешне очень схожий с американским стелс-бомбардировщиком B-2. Речь идет о Horten Ho229.

Рис.2 Hortten Ho229

Создателями немецкого прототипа были братья Horten, которые 1 марта 1945 года представили руководству Германии описание конструкции двухместного варианта самолета Horten Н IX. Это первый турбореактивный самолет, построенный по аэродинамической схеме "Летающее Крыло" ("Unsichtbar"). Он представлял собой итог более чем десятилетней конструкторской деятельности братьев Реймара и Вальтера Хортенов, главной целью которых было создание самолета с минимальным сопротивлением. В результате Horten Ho 229 не имел фюзеляжа как такового. Толщина центроплана была достаточной для размещения в нем пилота и двигателя. Вертикальное оперение отсутствовало. Управление по курсу осуществлялось спойлерами, установленными на крыле.  

Анализ конструктивных особенностей самолета показывает, что Хортены разработали первый в мире самолeт-«невидимку», предназначенный для скрытного проникновения к цели. Они впервые целенаправленно применили концепцию «Unsichtbar», сутью которой являлось снижение радиолокационной и инфракрасной заметности самолета. Снижение РЛ заметности самолета осуществлялось путем выбора схемы «летающее крыло», расположения двигателей в центроплане, утопленных воздухозаборников и обшивки из радиопоглощающих материалов. В отличии от других самолетов того времени, прототип был сделан из стальных труб и фанеры. Инженеры считали, что дерево слабо отражает радиоволны, тем самым малозаметен для локаторов. Самолет так же отличался высокой скоростью, скороподъемностью и высокой продолжительностью полета. Эти характеристики делали его по истине уникальным. Самолет не успел пойти в серию по причине разгрома немецкой армии, и ее капитуляции. После войны самолет попал в руки к американцам и в последствии послужил основой для создания уже американских стелс-самолетов такие как Northrop B-2 Spirit.

Рис.3 Northrop B-2 Spirit

6) Американский Lockheed F-117 Nighthawk.

 

 Рис.4 F117 

Какие только клички и обозначения не приписывали (иногда умышленно) этому до недавних пор сверхсекретному самолету: «Хромающий гоблин», «Призрак», «Привидение», «Реактивная летучая мышь», «Голубая Мария», «Аврора», F-19, RF-19, A-19, AR-19, F-25. Сейчас его знают как F-117А "Night hawk" (Ночной Ястреб)

Считается, что этот самолет придумали и построили американцы, но это не Американское, а Русское открытие. В 1954 году молодой советский ученый Петр Уфимцев начал работу по определению формы самолета с минимальным радиолокационным отражением.

Петр Уфимцев

Рис.5,6 

Спустя 6 лет работы выходит книга «основы физической теории дифракции», где представлены математические формулы, по которым можно определить концепцию самолета невидимки. Но оказалось, что теория предложенная Уфимцевым противоречила стандартам самолетостроения. Дело в том, что Уфимцев предложил разбить фюзеляж самолета на множество треугольных поверхностей, каждый под наклоном более 30 градусов, такая форма будет отражать радиолокационный луч в разные стороны. Тем не менее, военные ученые пришли к выводу, что самолет с такой формой летать не сможет. Проект был закрыт и помещен в архив.

За океаном так же велись работы по созданию самолета-стелс. Но все попытки американских ученых создать самолет «невидимку» заканчивались неудачей. Американцы уже потеряли надежду, как в друг им в руки попала книга из СССР, где была представлена теория создания данного типа самолетов. В апреле 1975-го Денис Оверхользер, тридцатишестилетний математик и специалист Отделения в области радиолокации, доложил Б.Ричу о своеобразном открытии, которое он сделал на основе тщательного изучения научной статьи советского физика Петра Уфимцева, разработавшего простой и надежный метод расчета ЭПР геометрических фигур. Его статья "Метод краевых волн в физической теории дифракции", действительно, была опубликована автором в 1962-м, а в 1971-м переведена на английский язык в управлении по изучению иностранных технических достижений в составе командования разработки систем оружия ВВС США. По этому поводу Оверхользер сказал буквально следующее: "Этот парень показал нам, как точно рассчитать ЭПР поверхности крыла и его кромок и как точно объединить эти вычисления. Уфимцев показал нам, как создать математическое обеспечение ЭВМ для заданной конфигурации двухмерных поверхностей, суммировать их собственные радиолокационные составляющие и получить общее значение общей ЭПР". Незамедлительно Американцы преступили к работе, и в декабре 1978году было запущено полномасштабное производство самолетов «невидимок». В 1981 году на испытания вышел первый F117. Машина была очень тяжелой в управлении в силу своей нестандартной формы фюзеляжа, но надежды американских ученых оправдались, самолет стал невидим для существующих радаров. Таким образом 23 августа 1983 года ВВС США получают свой первый стелс. 

За время своего существования самолеты F-117А скрытно побывали в различных уголках мира (Великобритании, Панаме, Саудовской Аравии, Нидерландах, Южной Корее и в других странах), куда они перебрасывались с целью освоения возможных театров военных действий, а также для участия в боевых действиях (Панама, 1989 г.; Персидский залив, 1990— 1991 годы). В разной степени подготовки находились и планы применения самолетов F-117А против Ливана, Никарагуа, Гренады (1983 г.), Ливии (1986 г.) и Боснии (1995 г.).

В январе 1991 года группа F117 вылетела на первое боевое задание в Ирак. Они успешно обошли систему обороны Ирака не замеченными. Спустя несколько дней войны стало ясно, что боевая мощь F117 слишком велика. Но эра господства F117 в воздухе продлилась не долго. В 1992 году в Ницце на научной конференции Петр Уфимцев, отец американского F117, рассказал публике, как можно обнаружить этот самолет. Он предложил иной тип радаров. До этого были моностатические радары, то есть передатчик, и приемник излучения находились в одном месте, обратный сигнал отражался мимо приемника и так самолет был не замечен радаром. Был предложен бистатический радар, то есть приемник и передатчик находились в разных местах, так отраженный радиолокационный сигнал попадал в приемник, тем самым отметился на радаре, то есть стал видимым.

Рис.7 Принцип работы бистатического радара

Таким образом, 27 марта 1999 года в небе над Югославией был обнаружен и сбит вражеский F117. На этом эра господства F117 завершилась. 

7) Из знаний, полученных в ходе подготовки проектной работы, я попытался спроектировать стелс - самолет собственной конструкции.

Рис.8 Project X

Многоцелевой самолет СВВП, который я хочу вам представить, спроектирован по схеме «летающее крыло». Силовая установка – комбинированная, состоит из трех двигателей - одного подъемно-маршевого ТРДД и двух подъемных. Планер сделан из радиопоглощающего материала работающего по принципу магнитных потерь, в виде листов неопренового каучука, наполнителем которого являются зерна феррита или частицы графита (содержащими около 30 % кристаллического углерода), распределенные в полимерной матрице. Антеты, воздухозаборники и другие выступающие предметы максимально утоплены в центроплан.
Самолет способен взлетать вертикально с неподготовленной площадки и переходить в режим горизонтального полета. 
Уникальная форма самолета и материалы изготовления делают его менее заметным для радиолокационных систем.


8) Я взял интервью у специалистов в данной отрасли авиации:

Михаил Михайлович Шишлянников, майор ВВС РФ, действующий летчик 1класса:

- Безусловно, такая техника нужна. Это авиация, которая необходима в случае, где нужна воздушная помощь, но она не санкционирована, а также во многих других операциях, в основном по разведке. Что касается полной невидимости объекта, то тут все зависит от технической мысли инженеров ЛА и РЛС. 

Шабуров Евгений Гаврилович, пилот-инструктор сверхлегкой авиации, десантник в отставке:

- Конечно же такая «невидимая» авиация нам нужна. У нас в стране есть материалы и разработки таких самолетов, но для их реализации необходимы опыты и исследования. Иметь такую технику – значит быть на шаг впереди противника. Скорее всего создать полносью невидимый самолет не удастся, потому что нет ничего идеального, а инженерная мысль не имеет границ. 

9) Заключение:

В мире нет ничего идеального, поэтому создать полностью невидимый самолет не возможно, все равно будут какие то погрешности. Создать невидимый самолет можно, но нужно понимать, что наука и развитие техники не стоит на месте. Сегодня создали невидимый самолет по отношению к существующим на сегодня радарам и системам ПВО, но завтра будет создан новый, более совершенный тип радиолокаторов и новейший «невидимка» уже будет виден на радаре как любой другой летательный аппарат, и тогда люди уже будут думать, как «обмануть» радар на этот раз. Это бесконечное движение прогресса. 

10) Для написания своей работы я использовал следующие источники:

- интернет-ресурсы Wikipedia ;

- http://topwar.ru/788-horten-ho-229.html

- http://avia-museum.narod.ru/germany/horten_ho-9.html

- Дэвид Дональд. Warplanes of the Luftwaffe. Combat aircraft of Hitler's Luftwaffe 1939-1945.

- журнал "Моделист-конструктор" 1997 №1

- журнал "Крылья Родины" 2001 №11;
- документальный фильм «Русский Стелс»;
- интервью

 

 

Категория: Одиннадцатая олимпиада (2013/14 уч.год) | Добавил: Service (16.12.2013) | Автор: Пиляй Андрей Константинович W
Просмотров: 2725 | Комментарии: 1 | Теги: стелс, невидимка | Рейтинг: 5.0/2
Всего комментариев: 1
1  
Интересно

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Переводчик
...
ВНИМАНИЕ!
ПРИЁМ ЗАЯВОК ОТКРЫТ!
ТЕСТИРОВАНИЕ ОТКРЫТО!
ПРИЁМ РАБОТ ОТКРЫТ!

Google+
Их многие читают
Ахметшин Тимур Рамилевич (35060)
Зарипова Рузиля Ильфатовна (20178)
Щур Илья Андреевич (18919)
Нурсултан Данияр Ербулатович (17710)
Нурсултанов Данияр Ербулатович (17112)
Перемота Алексей Юрьевич (14238)
Миргазетдинова Розалия (13162)
Комлев Фёдор Михайлович (13006)
Щур Илья Андреевич (12863)
Киселёв Андрей Валерьевич (12830)
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2017