¿Cómo reducen los aviones furtivos la firma de calor?

En resumen, es realmente difícil ocultar la firma de calor de un dispositivo que funciona quemando grandes cantidades de queroseno y expulsando esos gases detrás de él. Por lo tanto, el sigilo IR es una preocupación secundaria (o menor) para los diseñadores de cazas furtivos, principalmente porque la firma IR solo importa a distancias mucho más cercanas donde la tecnología furtiva en sí misma tiene un valor reducido (puede esconderse del radar y camuflarse hasta cierto punto, pero no puede desaparecer completamente del rango visual).

Sin embargo, hay algunas cosas que se pueden hacer para que un avión no sea tan obvio para los sensores IR. Aquí hay algunos:

• Derivación alta. No todo el aire que ingresa a la admisión de un motor turboventilador ingresa a la cámara de combustión real. El aire de derivación ayuda a enfriar el aire quemado caliente antes de que salga, lo que reduce la firma IR.

  El A-10, que no es un avión "sigiloso" en lo más mínimo, sin embargo, opera en situaciones en las que los MANPADS (SAM disparados desde el hombro) son una gran amenaza, por lo que para reducir su firma IR utiliza algunos de los turboventiladores de derivación más altos jamás instalados. un monoplaza militar, con una relación de derivación de 6: 1. Sin embargo, estos motores de alta derivación reducen el rendimiento a grandes altitudes y altas velocidades; ninguna desventaja es un problema para el perfil de misión bajo y lento del A-10, pero para un caza de superioridad aérea de más alto rendimiento esto es un gran problema.

  Los motores a reacción de alto rendimiento en los aviones de combate tienden a tener un bypass relativamente bajo en comparación con los motores de los aviones por este motivo. El F-15 y el F-16 estaban propulsados ​​por un turboventilador P&W con una relación de derivación de solo 0,36:1; sin embargo, esto solo aumenta la firma IR al requerir tasas de flujo de combustible más altas para el mismo empuje a velocidades más bajas (una derivación más baja también reduce el efecto de los postquemadores porque hay menos aire de derivación sin quemar para alimentar la combustión adicional).

  El F-22 mitiga las pérdidas de eficiencia de un turboventilador con un sistema de admisión de derivación variable, lo que le permite funcionar como un turboventilador con derivación similar a la de otros cazas (alrededor de 0,3:1) a bajas velocidades y altitudes, pero convirtiéndose en un casi turborreactor. configuración (derivación casi nula) a grandes altitudes y velocidades supersónicas, que es más eficiente en combustible que un dispositivo de poscombustión (y por lo tanto permite que el F-22 supercruise).

• Deflectores de escape. Lo que los diseñadores normalmente quieren evitar a toda costa es exponer el punto real de ignición y la combustión primaria en un motor a reacción al suelo; esto hace que la parte más caliente de la firma IR visible de un avión esté dentro del avión mismo en lugar de la corriente de aire caliente detrás de él, lo que permite que los IR SAM puedan apuntar fácilmente. Imagínese ser un lanzador SAM móvil SA-13 "Gopher" y tener estas bolas de fuego gemelas de un F-15E como objetivo:

  

  Para ocultar esta enorme fuente de calor, los aviones furtivos están diseñados con salidas de escape que enmascaran el punto de salida del escape del motor de la observación desde tierra. Realmente no hay mucho que pueda hacer en cuanto al diseño para enmascarar la firma IR directamente detrás de la aeronave; es trabajo del piloto asegurarse de que nadie termine en ese ángulo dentro del alcance del misil.

  Northrop es fanático de dirigir los gases de escape por encima de los diseños de sus fuselajes. Aquí está el B-2; puede ver las columnas de calor del rastro de escape, pero la fuente de combustión real está bien dentro de la carcasa del motor, y con el avión a cualquier altitud, la salida de escape en sí quedaría totalmente oscurecida:

  

  Aquí están los canales de escape del YF-23, que incorporaron lecciones aprendidas del B-2; observe las similitudes en la estrategia para dirigir el escape sobre la parte superior del borde de salida de la aeronave:

  

  El F-22 Raptor usa una teoría similar de colocar los motores muy atrás de los conductos de escape, pero estos conductos pueden moverse al vector de empuje o abrirse para permitir los posquemadores, por lo que para lograr el mayor efecto, los conductos se colocan en la parte trasera en lugar de sobre la parte superior del mismo. el fuselaje ya que los diseños de Northrop tienden a:

  

• Materiales absorbentes de EMR.Una parte básica del diseño furtivo es el uso de materiales que absorben el radar y el diseño de las superficies de la aeronave con ángulos que minimizan el número de superficies proporcionando un retorno directo en cualquier ángulo, sin dejar de ser aerodinámico. Otros materiales pueden absorber otras frecuencias en el espectro EMR, incluido IR; Las superficies delanteras e inferiores del transbordador espacial estaban cubiertas con baldosas cerámicas especiales que podían absorber enormes cantidades de energía térmica mientras se sentían frías al tacto. Un material similar, no tan efectivo pero también menos delicado, se usa para proteger los conductos de escape de los cazas furtivos, y esto tiene el efecto secundario de reducir la firma de calor radiante de los motores porque las boquillas de escape se mantienen más frías. El material absorbente de radar utilizado en otros lugares tiene cierta capacidad para absorber calor en los bordes de ataque,

En resumen, los diseñadores intentan minimizar la firma IR, pero tácticamente, si un enemigo puede lanzarte un misil IR, ya has fallado en ser sigiloso. El lanzamiento de un misil infrarrojo requiere que el lanzador le diga al misil dónde mirar, y eso significa que al menos deben poder mirarte a ti mismo (usando misiles AA con casco), si no apuntar el misil o el radar de seguimiento hacia ti. . La idea del sigilo es minimizar la cantidad de tiempo que el enemigo sabe que existes siendo invisible en el radar, por lo que no pueden verte venir hasta que te vean visualmente, momento en el que ya están muertos o solo tienen unos segundos. reaccionar. Luego, para una carrera en tierra, es "una pasada y halar el culo" para evitar represalias de los sistemas antiaéreos,

Si bien intentan reducirlo lo mejor que pueden, a menudo está al final de la lista,

Según este artículo

El SR-71 fue diseñado para minimizar su sección transversal de radar, un primer intento de diseño sigiloso.[21] Los aviones terminados se pintaron de azul oscuro, casi negro, para aumentar la emisión de calor interno.

Uno de los problemas a los que se enfrenta es que los fuselajes se calientan a altas velocidades. En el caso del mirlo, era lo suficientemente rápido (y podía volar lo suficientemente alto) para dejar atrás a cualquier cosa de todos modos, por lo que la firma de calor era menos preocupante.

Según este artículo

En el B-2, todo el escape pasa a través de rejillas de ventilación antes de salir por los puertos traseros.

Entonces parece que enfrían el escape. No estoy seguro de qué efectos tiene esto en el empuje general que genera el avión, pero estoy seguro de que tiene un efecto de alguna manera.

El artículo también continúa hablando sobre la ubicación del escape y cómo el escape montado en la parte superior puede ayudar con la detección basada en tierra que mira hacia arriba en la parte inferior de la nave.

Poner los puertos de escape en la parte superior del avión reduce aún más la firma infrarroja, ya que lo más probable es que los sensores enemigos escaneen debajo del avión.

La reducción de la firma de calor tiene 2 funciones principales. Para evitar que el avión aparezca en los sistemas de detección de calor basados ​​en tierra y para evitar que las armas guiadas por calor se bloqueen. Por lo que vale, el SR-71 fue capaz de superar a la mayoría de los misiles de la época, unos 4000 según todos los informes.

Por lo que vale :

el diseño del SR-71 no tuvo en cuenta el escape del motor extremadamente caliente y las partículas en el escape caliente reflejan el radar extremadamente bien. Irónicamente, el SR-71 fue uno de los objetivos más grandes en los radares de largo alcance de la FAA (Administración Federal de Aviación), que pudieron rastrear el avión a varios cientos de millas.

Podría decirse que el mejor avión espía de todos los tiempos ni siquiera era tan sigiloso...

En lo que respecta al F-117

los gases de escape se canalizaban a través de conductos largos y estrechos revestidos con material absorbente de calor para que estuviera más frío cuando salía del avión y, por lo tanto, no se mostraba tan bien en los detectores de calor

Parece similar al sistema empleado en el B2

Las aeronaves de baja observabilidad están diseñadas para emitir radiación IR a frecuencias que son menos útiles para los sensores y/o mejor absorbidas por la atmósfera. Esto se hace con recubrimientos. Algunas aeronaves, como el F-35, también usan intercambiadores de calor que colocan parte del calor generado en el suministro de combustible. Las fuentes de calor, como el radar, pueden enfriarse con combustible en lugar de permitir que el calor escape a la atmósfera.