CC BY
2Труды МАИ. Выпуск № 94
http://trudymai.ru/
УДК (621.384.326.2+535-31):535.241.15:669.784
Унифицированная сверхширокополосная система индивидуальной
пассивной защиты вертолетов
Ершов Г.В.*, Мурлага А.Р.**
Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга, Новая Басманная, 20, строение 9, Москва, 107078, Россия
*e-mail: m1cro4nn@mail.ru **e-mail: myrlaga_olga@mail.ru
Аннотация
Статья посвящена совершенствованию существующей системы сверхширокополосной индивидуальной защиты вертолетов. Особенность системы состоит в применении как уже стоящих на вооружении средств снижения заметности (тепловые ложные цели), так и новых разработок. Представлена конструкция ключевого звена новой системы - помехосоздающего боеприпаса, обеспечивающего формирование облака объемно распределенных образований на основе технического углерода марки «Вуаль». Эффективность сформированного облака технического углерода подтверждена результатами лабораторных и натурных исследований его электродинамических свойств в ультрафиолетовом, видимом, инфракрасном и радиолокационном диапазонных длин волн.
Ключевые слова: боеприпас, защита вертолета, объемно-распределенное образование, пассивные помехи, снижение заметности, технический углерод, эффективная поверхность рассеяния.
Тенденции развития средств поражения вертолетной техники диктуют необходимость совершенствования средств защиты [1-4]. Однако, системы защиты, стоящие на вооружении (в России и за рубежом), узкодиапазонны, поэтому для защиты объекта в широком диапазоне длин волн необходимо использовать одновременно несколько систем, что удорожает стоимость объекта, значительно ухудшает его массогабаритные и эксплуатационные характеристики.
В ЦНИРТИ им. академика А.И. Берга сформировался свой подход к решению проблемы создания современной системы пассивной защиты вертолета в широком диапазоне длин волн. Согласно этому подходу концепция защиты объекта от обнаружения сводится к созданию объёмно-распределённого образования (ОРО) на основе технического углерода марки «Вуаль» (ТУВ) - продукт термоокислительного (или термического) разложения углеводородов в газовой фазе.
Основываясь на опыте предыдущих работ, предложена система пассивной защиты вертолета от средств поражения и наведения в сверхшироком диапазоне длин волн (ультрафиолетовом (УФ), видимом, инфракрасном (ИК) и радиолокационном (РЛ)), на основе ТУВ. В предлагаемой системе для защиты объекта используются как тепловые ложные цели (ТЛЦ), так и специальные помехосоздающие боеприпасы, формирующие ОРО на основе ТУВ.
При создании системы защиты за основу взято устройство выброса (УВ) типа УВ-5 (рисунок 1), входящее в комплектацию современных объектов авиационной техники и предназначенное для отстрела ТЛЦ (рисунок 2).
вариант корпуса №1
вариант корпуса №2
Аппаратура обнаружения
(1 шт.)
(1 шт.)
Рисунок 1 - Устройство выброса типа УВ-5
Тактико-технические характеристики УВ предполагают возможность одновременного отстрела нескольких типов боеприпасов, что позволяет нам добавить к ТЛЦ специальный боеприпас, предназначенный для формирования облака ОРО из ТУВ.
Такое облако способно противодействовать наведению средств поражения путем как снижения заметности объекта, так и искажения его излучательных характеристик.
Для выполнения требований унификации при разработке помехосоздающего боеприпаса за основу взята конструкция ТЛЦ, поэтому принцип выброса и посадочные места не менялись.
Рисунок 2 - Фотография вертолета, отстреливающего ТЛЦ Предполагаемый конструктивный облик помехосоздающего боеприпаса
-5
представлен на рисунке 3. Объем камеры с порошком равен 58,9 см . При насыпной
-5
плотности ТУВ 0,195 г/см масса порошка, содержащегося в камере, равна 11,5 г.
Камера с техническим углеродом
Рисунок 3 - Внешний вид помехосоздающего боеприпаса
Как и в случае с ТЛЦ, помехосоздающий боеприпас отстреливают из УВ. На заданном расстоянии от объекта он разрывается благодаря второму пороховому заряду, образуя облако ОРО. Размер облака и концентрацию ТУВ в нем можно варьировать за счет увеличения количества отстреливаемых помехосоздающих боеприпасов, что удовлетворяет требованиям масштабируемости в перспективных разработках.
Предложенная система индивидуальной защиты обладает следующими особенностями:
1. Защита во всём диапазоне функционирования средств обнаружения и наведения.
2. Унификация (система защиты строится на основе доработки стоящего на вооружении устройства выброса ТЛЦ типа УВ-5 с заменой части патронов помехосоздающими боеприпасами на основе ТУВ).
3. Комплексирование (наряду с выбросом тепловых ложных целей отстреливаются средства для создания завесы объёмно-распределённых образований).
4. Масштабируемость (варьируя количество патронов, можно защищать разные типы вертолетов).
При отработке системы защиты проведено предварительное компьютерное моделирование на примере 3-0 модели вертолета, позволившее оценить эффективную поверхность рассеяния (ЭПР) вертолета (рисунок 4). Как видно из рисунка 4, наибольшую «яркость» в исследовавшемся диапазоне (1-3 ГГц) имеет хвостовая часть вертолета, поэтому целесообразно создавать облако ОРО в задней полусфере ЛА.
Рисунок 4 - Компьютерная модель вертолета и результаты моделирования его
ЭПР в диапазоне частот от 1 до 3 ГГц
Проведен ряд лабораторных экспериментов в диапазоне длин волн от УФ до РЛ с целью исследования электродинамических характеристик ТУВ [5-9]:
- в диапазоне длин волн от 2,5 до 8 мкм исследования проводились на спектрофотометре ФСМ-1201. Измерялся коэффициент пропускания t образца, представлявшего собой нанесённую между стёклами СаГ2 суспензию, состоявшую из смеси иммерсионной жидкости (вазелинового масла) и порошка технического углерода марки «Вуаль». Эксперимент показал, что коэффициент пропускания ТУВ составляет менее 10% во всем исследуемом диапазоне при массовой доле от 10- до 15,625-10-5 г содержания ТУВ в образце (рисунок 5);
л, нм
Рисунок 5 - Коэффициент пропускания t различных углеродных материалов в зависимости от длины волны X при массовой доле исследуемого вещества в
"5
измеряемом образце 1,25 10- г - в диапазоне длин волн от 250 до 2500 нм исследования проводились на спектрофотометре Lambda 1050; измерялся коэффициент отражения r или пропускания t образца, представлявшего собой нанесённую между стёклами CaF2 суспензию, состоявшую из смеси иммерсионной жидкости (вазелинового масла) и порошка ТУВ. Эксперимент показал, что коэффициент пропускания ТУВ варьируется в диапазоне от 7 до 15%, а коэффициент отражения составляет менее
2 5
5% во всем указанном диапазоне при массовой доле от 10- до 15,625 10- г содержания ТУВ в исследуемом образце (рисунок 6-7);
-ЙМокон СаР2
-ЙМ Вазелинового масла
ЙМАУ 0,00125 г
-ТУ 0,00125 г
-11% КВУ-0 0,00125 г
-11% КВУ-В 0,00125 г
X, НМ
Рисунок 6 - Коэффициент отражения г различных углеродных материалов в зависимости от длины волны X при массовой доле исследуемого вещества в
"5
измеряемом образце 1,2510- г
Т% окна СаР2 Вазелиновое масло Т94АУ 0,00125 г ТИТУ 0,00125 г
КВУ-0 0,00125 г ™кву-а 0,00125 г
<Ч' ■
О |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||»
ооооооооооооооооооооооо ооооооооооооооооооооооо
тНтНтНтН^НтНтНтНтНтНГЧСЧСЧСЧГ^СЧ
"к, НМ
Рисунок 7 - Коэффициент пропускания t различных углеродных материалов в зависимости от длины волны X при массовой доле исследуемого вещества в
"5
измеряемом образце 1,25 10- г - в диапазоне длин волн от 1,6 до 5 см измерения проводились на стенде
20
оооооооооооооооооооооооооос
паОвщтпаОвш^поШш^поШо^поаю^пс
радиоволновых измерений с шагом по частоте в 1 ГГц. Для этого исследуемый
объект (металлическую пластину с нанесённым на одну из её сторон ТУВ) поворачивали на 360° с шагом 1° при помощи поворотного устройства и измеряли
уровни отражённого от объекта сигнала. Исследования показали, что слой ТУВ толщиной ~ 1 мм даёт ослабление отражённого излучения от 12 до 30 дБ (среднее значение по диапазону составляет 19,4 дБ), при этом зависимость величины ослабления от частоты излучаемого сигнала существенно нелинейна (рисунок 8).
Рисунок 8 - Результаты измерения коэффициента отражения технического углерода
марки «Вуаль» в диапазоне длин волн от 1,6 до 5 см
Результаты лабораторного измерения размеров частиц ТУВ проведенного на лазерном анализаторе размеров частиц Апа1увейе 22, показали (рисунок 9), что конечная структура порошка ТУВ, образовавшегося в результате его хранения и транспортировки, состоит из агрегатов размером от единиц до нескольких сотен мкм (рисунок 9б). Воздействие на пробу порошка ТУВ ультразвуком, реализованном в измерительном приборе, позволяет частично разбить начальную
структуру до более мелкой (рисунок 9а), состоящей из частиц размером от десятых долей мкм до единиц мкм.
Рисунок 12 - Гистограммы распределения относительного объёма фракций по размерам частиц пробы порошка ТУВ (а - при наличии воздействия ультразвуком, б -
без воздействия ультразвуком) Результаты наземных, натурных, стендовых испытаний динамики формирования ОРО в воздушной среде, и закрытия струи факела двигателя подтвердили выбранный подход к защите объектов (рисунки 10).
Рисунок 10 - Схема формирования ОРО при защите авиационной техники
Перспективные направления исследований для развития предлагаемой системы индивидуальной защиты технических объектов:
1. Проведение сравнительного анализа эффективности использования ТУВ с уже стоящими на вооружении и запасно-табельными аэрозолеобразующими составами.
2. Разработка с использованием технологии 3-0 печати материалов и конструкций элементов технических объектов на основе ТУВ.
3. Результат воздействия ультразвука на сыпучие материалы, приводящий к изменению размеров частиц, позволяет рассматривать помехосоздающий боеприпас не только как устройство выброса, сыпучих материалов, но и в качестве устройства их диспергации до ультрадисперсного наноразмерного состояния.
Работы по данному направлению отмечены в 2014 году стипендией Президента РФ «За значительный вклад в развитие оборонно-промышленного комплекса РФ», а по итогам 2015 года Федеральной службой по военно-техническому сотрудничеству (ФСВТС России) - Национальной премией «Золотая идея» за достижения в области военно-технического сотрудничества, разработки и производства образцов вооружения и военной техники. Присуждение премии «Золотая идея» - это официальное признание на Федеральном уровне экспортного потенциала разработки, поскольку основной целью премии является стимулирование экспорта российской продукции военного назначения.
Библиографический список
1. Селиванов В.В., Бабкин А.В., Велданов В.А. и др. Средства поражения и боеприпасы. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. - 982 с.
2. Мурлага А.Р. Способ ослабления энергии электромагнитного излучения модифицированным водяным паром // Молодежная конференция «Новые материалы и технологии для ракетно-космической и авиационной техники». Сборник материалов. Звёздный городок, 2012, С. 75-80.
3. Мурлага А.Р. Способ ослабления энергии электромагнитного излучения модифицированным водяным паром // Труды МАИ. 2013. № 68. URL: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=41988
4. Шутов П.В., Ефанов В.В. Методика автоматизации процесса испытаний авиационных боеприпасов // Труды МАИ. 2014. № 75. URL: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=49684
5. Дамарацкий И.А., Мурлага А.Р. Расчётно-экспериментальный стенд для решения задачи снижения радиолокационной заметности различных объектов. Излучение и рассеяние электромагнитных волн // Труды Международной научной конференции «Излучение и рассеяние ЭМВ - ИРЭМВ-2013», Таганрог, 2013. С 321323.
6. Большаков Д.А., Мурлага А.Р. Исследование электродинамических свойств технического углерода с использованием спектрофотометра Lambda 1050 // II Всероссийская Микроволновая конференция. Сборник докладов. - М.: Изд-во JRE - ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН, 2014. С. 405 - 408.
7. Казьмин А.И., Манин В.А., Федюнин П.А., Ивануткин А.Г. Стенд для исследования электрофизических параметров радиопоглощающих материалов и покрытий применяемых для снижения радиолокационной заметности авиационных комплексов // Труды МАИ. 2015. № 83. URL: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=62124
8. Большаков Д.А., Мурлага А.Р., Ершов Г. В. Сравнительное исследование электродинамических свойств углеродосодержащих материалов в среднем инфракрасном диапазоне длин волн // Международная научно-техническая конференция «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (INTERMATIC - 2015). Сборник докладов. - М.: МИРЭА, 2015. С. 158-162.
9. Большаков Д.А., Ершов Г.В., Мурлага А.Р., Порохов И.О. Снижение заметности технических объектов с использованием технического углерода марки «Вуаль» в сверхшироком диапазоне длин волн (от ультрафиолетового до радиолокационного) // Молодежная конференция «Новые материалы и технологии для ракетно-космической и авиационной техники». Сборник материалов. - Звездный городок, 2016. С. 8-15.
