Радиационно-поглощающий материал - Radiation-absorbent material
Материал , поглощающий радиацию , обычно известный как RAM , представляет собой материал, который был специально разработан и имеет форму для максимально эффективного поглощения падающего радиочастотного излучения (также известного как неионизирующее излучение ) с максимально возможного количества направлений падения. Чем эффективнее ОЗУ, тем ниже результирующий уровень отраженного радиочастотного излучения. Многие измерения электромагнитной совместимости (ЭМС) и диаграмм направленности антенны требуют, чтобы паразитные сигналы, возникающие от испытательной установки, включая отражения, были незначительными, чтобы избежать риска возникновения ошибок и неоднозначности измерений .
Вступление
Один из наиболее эффективных типов RAM состоит из массивов частей пирамидальной формы, каждая из которых построена из материала с подходящими потерями . Для эффективной работы все внутренние поверхности безэховой камеры должны быть полностью покрыты RAM. Разделы ОЗУ могут быть временно удалены для установки оборудования, но их необходимо заменить перед выполнением каких-либо тестов. Чтобы обеспечить достаточное количество потерь, RAM не может быть ни хорошим проводником, ни хорошим электрическим изолятором, поскольку ни один из типов на самом деле не потребляет никакой энергии. Обычно пирамидальный RAM состоит из прорезиненного вспененного материала, пропитанного регулируемыми смесями углерода и железа . Длина от основания до вершины пирамидальной структуры выбирается на основе минимальной ожидаемой частоты и требуемого количества поглощения. Для низкочастотного демпфирования это расстояние часто составляет 24 дюйма, а для высокочастотных панелей - всего 3–4 дюйма. Панели RAM обычно устанавливаются на стенках испытательной камеры EMC кончиками внутрь камеры. 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 углом, что увеличивает 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. Альтернативный тип RAM содержит плоские пластины из ферритового материала в виде плоских плиток, прикрепленных 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 прочный, 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 увеличен, в то время как пирамида остается небольшой (10 см).
Использование в стелс-технологиях
Радиопоглощающие материалы используются в технологии стелс, чтобы скрыть транспортное средство или строение от обнаружения радаром . 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 радиолокационное сечение объекта на определенных радиолокационных частотах, но это не приводит к "невидимости" на любой частоте.
История
Самыми ранними формами стелс-покрытия были материалы, называемые Sumpf и Schornsteinfeger , покрытие, используемое немецким флотом во время Второй мировой войны для трубок (или перископов ) подводных лодок , чтобы снизить их отражательную способность в 20-сантиметровом диапазоне радаров, который использовали союзники. Материал имел слоистую структуру и был основан на частицах графита и других полупроводниковых материалах, внедренных в резиновую матрицу. Эффективность материала частично снизилась под действием морской воды.
Соответствующее использование было запланировано для самолета Horten Ho 229 . Клей, склеивающий фанерные листы с обшивкой, был пропитан частицами графита, которые должны были уменьшить его видимость для британских радаров.
Виды радиопоглощающего материала (РАМ)
Поглотитель краски Iron Ball
Один из наиболее широко известных типов RAM - это железо-шариковая краска. Он содержит крошечные сферы, покрытые карбонильным железом или ферритом . Радарные 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 пентакарбонила железа и могут содержать следы углерода , кислорода и азота . Один из методов, используемых в F-117A Nighthawk и других подобных самолетах-невидимках, заключается в использовании электрически изолированных шариков из карбонильного железа определенных размеров, подвешенных в двухкомпонентной эпоксидной краске. Каждая из этих микроскопических сфер покрыта диоксидом кремния в качестве изолятора с помощью запатентованного процесса. Затем, в процессе изготовления панели, когда краска все еще находится в жидком состоянии, прикладывается магнитное поле с определенной силой Гаусса и на определенном расстоянии для создания структур магнитного поля в шариках карбонильного железа внутри феррожидкости жидкой краски . 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 торец, 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. Соответствующий тип RAM состоит из листов неопренового полимера с зернами феррита или проводящими частицами сажи (содержащими около 0,30% кристаллического графита от отвержденного веса), внедренными в полимерную матрицу. Плитки использовались на ранних версиях F-117A Nighthawk, хотя в более поздних моделях используется окрашенная RAM. Покраска F-117 выполняется промышленными роботами, поэтому краску можно наносить равномерно с определенной толщиной и плотностью слоя. Самолет облицован плиткой, «приклеенной» к фюзеляжу, а оставшиеся зазоры заполнены железным шариком «клеем». Военно- воздушные силы США представили поглощающую радар краску, изготовленную как из феррожидкостных, так и из немагнитных веществ. Уменьшая отражение электромагнитных волн, этот материал помогает уменьшить заметность самолетов, окрашенных в RAM, на радаре. Израильская фирма Nanoflight также создала радаропоглощающую краску, в которой используются наночастицы. В Китайской Республики (Тайвань) 'ы военные успешно разработал радиопоглощающими краску , которая в настоящее время используется на тайваньский Stealth кораблей и тайваньский построен скрытом реактивный истребитель , который в настоящее время находится в разработке в ответ на развитие технологии стелс по их соперника , материковая Китайская Народная Республика, которая, как известно, показывала публике как боевые корабли-невидимки, так и самолеты.
Поглотитель пены
Пенный поглотитель используется в качестве футеровки безэховых камер для измерения электромагнитного излучения. Этот материал обычно состоит из огнестойкого пенополиуретана, наполненного 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 достигнуты, 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 имеют длину 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 изогнутые дуги, придающие пирамиде слегка «раздутый» вид. Эта дуга обеспечивает дополнительное рассеяние и предотвращает когерентное отражение от любого острого края. Панели ОЗУ устанавливаются так, чтобы вершины пирамид были направлены в сторону источника радиолокатора. Эти пирамиды также могут быть скрыты за внешней оболочкой, почти прозрачной для радаров, где требуется аэродинамика. 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 углом, что увеличивает 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. 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. Следовательно, в приложениях, где задействованы высокие радиолокационные энергии, охлаждающие вентиляторы используются для отвода выделяемого тепла.
Поглотитель Jaumann
Поглотитель Яумана или слой Яумана - это вещество, поглощающее радар. Когда впервые был представлен в 1943 году, слой Яумана состоял из двух равноотстоящих отражающих поверхностей и проводящей заземляющей поверхности. Его можно рассматривать как обобщенный, многослойный экран Солсбери , поскольку принципы аналогичны. 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 закрывают. Более сложные поглотители Jaumann используют серию диэлектрических поверхностей, разделяющих проводящие листы. Электропроводность этих листов увеличивается по мере приближения к плоскости заземления.
Разъемный резонатор-поглотитель
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 имеют прямого отражения 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, чтобы обеспечить широкополосное поглощение 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 оказались эффективными для обеспечения широкого -полосное затухание. Технология SRR действует во многом 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).
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 меньшее поперечное сечение радиолокатора . Одним из таких приложений может быть нанесение нанотрубок на плоскость. Недавно в Мичиганском университете была проделана некоторая работа, касающаяся использования углеродных нанотрубок в качестве стелс-технологии на самолетах. 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 окрашивание нынешних самолетов-невидимок в черный цвет, за исключением гораздо большей эффективности. 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.
Смотрите также
использованная литература
Примечания
Библиография
- Проект Schornsteinfeger , Отчет CIOS XXVI-24.
внешние ссылки
- Сильва, MWB; Кретли, Л.С. (октябрь 2011 г.). «Новая концепция RAM-Radiation Absorbent Material: применение гофрированных поверхностей для улучшения отражательной способности». 2011 SBMO / IEEE MTT-S Международная конференция по микроволновой и оптоэлектронике (IMOC 2011) : 556–560. DOI : 10.1109 / IMOC.2011.6169338 . ISBN 978-1-4577-1664-5. S2CID 31245210 .
- Ким, Донг-Ён; Юн, Ён Хо; Джо, Кван-Джун; Юнг, Гиль-Бонг; Ан, Чонг-Чул (2016). «Влияние толщины листа на характеристики поглощения электромагнитных волн Li0,375Ni0,375Zn0,25-ферритового композита в качестве материала, поглощающего излучение». Журнал электромагнитной инженерии и науки . 16 (3): 150–158. DOI : 10.5515 / JKIEES.2016.16.3.150 .
- Поставщики радиопоглощающих материалов