Una buena aeronave furtiva se refiere a cómo hacer una antena que sea mala conductora. La energía recibida por el receptor debe ser menor que el umbral de detección del radar hasta estar bien próxima. Debe haber un balanceo entre furtividad y desempeño aerodinámico.
La configuración de la aeronave debe ser modificada de acuerdo con los principios de la geometría óptica para que una reflexión sea desviada para una región sin importancia del espacio (y no de vuelta para el radar). El proyectista debe evitar superficies planas, cilíndricas, parabólicas o cónicas en dirección normal la dirección del radar iluminador. Estas formas tienden a concentrar la energía y suministra un grande retorno de radar.
Existe una gran ventaja en posicionar las superficies de forma que la onda de radar las alcanza próximas a un ángulo tangencial y lejos de ángulos rectos. Una superficie plana tiene un RCS extremadamente grande en un ángulo de 90 grados en relación al haz de radar. Si ella fuera inclinada o desviada del rayo en una dimensión, su RCS se reduce substancialmente. La reflectividad es reducida por un factor de 1.000 (30 dB) en un ángulo de 30 grados. Pero si una superficie es girada para otra dirección formando un eje diagonal - inclinada y curvada para tras - el RCS es reducido aún más y una reducción de -30 dB es conseguida con un ángulo de 8 grados.
Un haz de radar que alcanza un objeto redondo tendrá retorno en la forma de una circunferencia. Parte de la energía es reflejada de vuelta. Si alcanzar un plano perpendicular, la energía es casi toda reflejada de vuelta. Si el plano fuera inclinado, la energía es reflejada lejos del radar.
La principal fuente del RCS es la reflexión especular. La reflexión especular ocurre cuando una onda es reflejada de vuelta en un ángulo conocido. Un plano refleja como espejo y debe ser eliminado. El reflejo será máximo cuando perpendicular al emisor.
Las formas que mejor reflejan son los diedros o planos con 90 grados entre ellos. Los diedros son formados por planos en 90 grados y una onda en la dirección correcta tiene reflexión doble, retornando en la misma dirección. Con tres planes la reflexión será aún más fuerte. Es decir llamado de reflector de canto. Mástiles con reflectores de canto son instalados en navíos para auxiliar en la detección de radar. El F-117 usa dispositivo del tamaño de una botella de Coca-Cola con reflector de canto internamente en tiempo de paz para aparecer en los radares de control de tráfico aéreo. No se necesita ser furtivo en tiempo de paz.
Efecto típico de un diedro doble.
El F-117 recibe reflectores de canto en las laterales del fuselaje para ser visto por los radares de control de tráfico aéreo. La aeronave también recibe luces rojas de navegación en la parte superior del fuselaje.
Una regla es evitar panel plano vertical. El B-52 tiene grandes planos laterales y un gran alerón de cola pues no tuvo ninguna preocupación con furtividad durante el proyecto. Las laterales inclinadas pueden ser vistas en el misil de crucero AGM-86 ALCM. Curvar el fuselaje es una técnica usada en el SR-71 y B-1. La inclinación puede ser cóncava o convexa y debe evitar cantos y discontinuidades. El B-2 ni tiene fuselaje ni estabilizador.
Las estructuras curvas son buenas reflectoras. El canopi curvo es un bueno reflector de luz en cualquier dirección. El AH-1 Cobra del US Army evita eso con parabrisas planos que reflejan en sólo una dirección. Los marines americanos prefirieron el canopi curvo para emitir poco en todas las direcciones.
En una aeronave furtiva, las superficies y bordes son inclinados en el plano vertical y curvados en el plano horizontal. El ángulo es escogido para maximizar la inclinación y curvatura relativa al haz de radar iluminando en la parte frontal. Las estructuras furtivas del F-117 son compuestas de una serie de planos aplastados, o facetados, ninguno de los cuáles están en el mismo plano o tiene la misma orientación. Esta forma prismática significa que en un cuerpo iluminado por un radar, sólo la superficie directamente perpendicular al rayo reflejará para el radar. Las otras faces separan las ondas de radar y direccionan para lejos de radar emisor.
La curvatura del B-2 e YF-23 son una modificación de este concepto. Sus formas reflejan la inclinación y curvatura en ángulos de incidencia de mayor interés. La principal diferencia es que los ordenadores más potentes permiten resolver el problema de forma más refinada y las formas facetadas se hacen menores hasta que ellas se fundan en curvas. El concepto de la Northrop evita cualquier discontinuidad o arrugas, permitiendo que superficies curvas que fluyan suavemente juntas. Esto evita cualquier reflexión de la corriente de superficie.
El objetivo de la Lockheed al crear la F-117 era proyectar una aeronave que pudiera atravesar el mismo local de un SR-71 pero en una altitud y velocidad que permitiera el lanzamiento preciso de armas. Su única característica fue direccionada por la necesidad de crear una plataforma que pudiera ser modelada por los ordenadores disponibles. Ellos sólo podían computar el RCS de una forma que tenía un número limitado de superficies planas y no podía computar el RCS de grandes cavidades como las entradas de aire. Entonces, éstos fueron proyectados con formas facetadas, llamada Diamond Hopeless, con un número mínimo de superficies planas.
La tecnología usada en el B-2, F-22A y F-35 JSF están relacionadas con las usadas en la F-117. La forma y material RAM aún son críticos en la furtividad. Los principales cambios están relacionadas con los medios de computación usados para crear formas furtivas y el uso de RAM se hizo más selectivo. Formas compactas y fundidas suavemente en curvaturas continúas necesitan de gran capacidad de predicción y computacional para determinar el RCS.
La Lockheed comenzó a crear formas curvas de su modelo de ATF y tuvo que dejar de usar los software analíticos. La manobrabilidad y velocidad supersónica mejorarón y pasaron a probar las formas en el stand de radar de la compañía y el desempeño fue muy bueno. La configuración de la Lockheed pasó rápidamente de facetado a más suave. La configuración de la fase de evaluación tenía formas curvas y sólo la nariz era facetada. Antes de 1985 ellos no sabían como hacer un radomo furtivo curvo.
Cuando un haz de radar alcanza plano sufre de difracción. La difracción es el resultado de la reflexión alcanzar otras partes como antenas y punta del ala y es difractada en varías direcciones. La difracción es muy difícil evitar. En cavidades ellas reflejan varías veces y pueden volver más fuerte. La fuente puede ser tan pequeña cuanto la cabeza de un tornillo. El cockpit y entrada de aire son óptimos para difractar.
Una regla que necesita ser entendida es que las técnicas de forma no disminuyen el RCS en todas las direcciones. Las técnicas de forma tiene la desventaja de disminuir el RCS en algunas direcciones para aumentar en otras. Estos puntos son concentraciones de RCS. Siempre habrá ángulos normales la superficie y con alta reflexión. El RCS puede ser moderadamente bajo en varías direcciones o disminuido mucho en áreas criticas.
El control firma debe garantizar que los campos eléctricos difractados y reflejados deben ser controlado y direccionado en pocas direcciones. Esta técnica es llamada de alineación superficie. Las técnicas de analice operacional responden a estos problemas con cada posibilidad probada contra las defensas esperadas. Las regiones alineadas forman puntos de alto RCS o "spike" del eco (picos de reflexión en una dada dirección). La alineación de superficie permite escoger la dirección donde lo retorno del radar irá concentrarse, pero en pequeño numero de direcciones.
Los bordes de ataque y de fuga de las alas reflejan en sólo un pequeño ángulo. El Draken sueco tenía esta característica cuando era visto exactamente de frente. El ala doble delta reflejaba para fuera.
Las alas aflechadas son óptimas para disminuir el RCS.
Las formas de una aeronave furtiva suelen ser planas, apuntadas para encima o para bajo, en vez de horizontales. La forma es parte del problema. La estructura tiene juntas entre las partes que reflejan como forma plana. No deben ser apuntadas hacia sectores de amenaza como frontal y para eso es usada técnicas de alineación superficiales.
El YF-23 tiene alas de aflechamiento de 40 grados para el frente y para atrás con todas las líneas de la plataforma alineadas con una de los bordes para concentrar reflexiones en direcciones planeadas. El B-2 tiene 10 bordes distinguidos en ángulos constantes en dos direcciones. No tiene superficie vertical y es fácil de colocar RAM.
Alineación de superficie en el F-22 mostrando la concentración de reflexión en algunas direcciones. La forma facetada y apariencia angular con alineación de paneles y bordes de las puertas curvadas y alineadas en la misma dirección de los bordes de la aeronave tiene el objetivo de evitar mostrar ángulos rectos para radares. El RCS es optimizado para ser muy pequeño en la mayoría de las direcciones y óptimo en sólo algunas. Esto dará al radar enemigo un óptimo retorno cuando la alineación fuera ideal, pero uno retorno muy débil en las próximas scaneos.
Gráfico polar mostrando la distribución del RCS de una aeronave furtiva mostrando como la técnica de alineación de superficie funciona para crear picos de RCS concentrados en pocas direcciones. La planificación de misión intenta garantizar que estos picos no se quedan apuntados hacia los radares enemigos por mucho tiempo. El facetamento de la F-117 concentra los reflejos en seis ángulos repetidos (spikes).
Los radares tampoco ven el blanco de todas las direcciones como abajo o por encima. Una aeronave cruzando próximo a un radar tiene baja probabilidad de ser visto por volar muy rápido. El sector de amenaza es donde es más probable ser visto por un radar y este sector debe tener bajo RCS. El ángulo de aspecto más importante es el frontal cuando la aeronave vuela en dirección al blanco en potencia. La sección trasera no es tan importante por ser más difícil de atacar. Para el F-35 JSF fue dada más importancia que al F-22A por no poder huir en velocidad supersónica con supercrucero.
Vea las dos entradas anteriores al tema:
Sistema de Armas
