Радиолокатор. аэродинамика антенн радиолокатора

Этот материал был переведен глубокоуважаемым сотрудником NF и мало доработан мной. Перевод был выполнен в мае 2016 года.
Предисловие

Читатели издания «Luftfahrt International» всегда просят редакцию поведать о радиолокаторах времен Второй мировой. Перед тем как мы в более поздних выпусках разместим отдельные материалы о тех либо иных радиолокационных совокупностях, мы желали бы ознакомить читателей с докладом 1944 года, в котором описывались изучения аэродинамики антенн радиолокаторов. Мы вычисляем этот материал такими интересным, что решили поведать об этих изучениях.

Особенный интерес, как нам представляется, читатели обратят на фотографии.

Для неспециалиста в области авиации распознавание у современных самолётов – истребителей, бомбардировщиков и разведчиков – оборудования для устройств слежения и обнаружения целей является весьма непростую задачу. Внедрение в конструкцию самолетов радиолокаторов и других электронных и оптических измерительных устройств в качестве единого целого произошло только к окончанию Второй мировой методом разработки соответствующих комплексных совокупностей.

В Германии в течение долгого времени трудились над радиолокационными устройствами с дециметровым диапазоном волн. Одвременно с этим союзники уже вели изучения в сантиметровом диапазоне длин волн.

Антенные совокупности большинства антенн германских радиолокационных станций, использовавшихся во время второй мировой, были выполнены в виде т.н. «проволочных заграждений» – решеток, крепившихся в носовой части фюзеляжа самолёта либо на консолях крыла. В данной статье мы поведаем о самые известных антенных совокупностях, обширно использовавшихся в радарах самолётов разведчиков и ночных-истребителей.

А вот и сам отчет.

Аэродинамика радиолокационных антенн Введение

Эффективность применения средств ПВО сильно зависит от скорости обнаружения самолётов соперника и от правильного определения места их нахождения. Ночью и в условиях нехорошей погоды определение и обнаружение местонахождения самолётов соперника осуществляется при помощи бортовых радиолокаторов, трудящихся на громадных частотах и применявших отраженный сигнал маленьких волн.

Излучение весьма маленьких высокочастотных импульсов и приём отраженных от кораблей и самолётов сигналов, и использование других высокочастотых сигналов разрешает в заданных границах обнаруживать корабли и самолёты соперника. В качестве антенн для приёма и излучения волн отраженных от целей сигналов используются совокупности диполей, установленных на внешней стороне цельнометаллического самолета.

Данное оборудование формирует дополнительное аэродинамическое сопротивление, в следствии чего понижаются скороподъёмность и скорость полёта. Благодаря этого предпринимаются важные изучения, направленные на понижение появляющегося аэродинамического сопротивления. Кроме этого выбираются места их крепления на самолете и их эргономичное размещение.

Для определения утрат скорости при установке антенн радиолокаторов отдел Имперского министерства авиации (Reichsluftfahrtministerium – RLM) GL/C-E 4 вместе с расположенным в Вернойхене (Werneuchen) испытательным центром (начальник штабной инженер Беренс [Stabsing. Behrens]) в течении 1944 года совершили изучения, на протяжении которых производились замеры аэродинамического сопротивления производившихся в то время радиолокационных антенн. Изучения проводились в аэродинамической трубе университета аэродинамики Германского научно-исследовательского авиационного университета (Deutschen Versuchsanstalt fur Luftfahrt, E.V.), Берлин-Адлерсхоф (Berlin-Adlershof).

1 Отдельные антенны

Электрическая составляющая антенны связана с весьма правильными требованиями и не разрешает снижать эти требования в угоду аэродинамике. Но в данной части имеются кое-какие возможности, каковые возможно взять методом маленьких уступок с стороны электрической составляющей антенны.

База антенны радиолокатора является комбинацией двух диполей, передний из которых есть излучателем, а задний приёмником. Помимо этого перед излучателем возможно разместить один либо пара директоров. Расстояние от отражателя от излучателя образовывает от 1/4 до 1/5 длины волны, направляющих диполей – от 1/10 до 1/8 длины волны.

Отношение толщин диполей определяется требуемой шириной полосы частот и в данное время (1944 год) имеет значение 0,04-0,06.

Излучающая поверхность диполя имеет ширину, равную длине волны, при диполях, имеющих значение 1/2 длины волны и высоте, равной длине волны. Так, площадь равна квадрату самой длины волны.

Применение в один момент многих аналогичных диполей подбирается площадь антенны, разрешающая взять нужные дальность и территорию обзора для обнаружения самолётов соперника и четкость изображения.

Для приёма и передачи смогут быть использованы как отдельные антенны, так и антенны трудящиеся совместно.

Аэродинамическое сопротивление таких антенных совокупностей позвано следующими факторами:

1) величина площади проекции площади стержней антенн (включая и кронштейны) на плоскость перпендикулярную направлению полета;
2) лобовое сопротивление применяемых профилей;
3) обоюдное влияние расположенных приятель за втором либо рядом диполей либо кронштейнов (схемы 1 и 2).

В соответствии с 1) появляется необходимость устанавливать на самолёты как возможно меньшее количество антенн и исходя из этого по возможности для приёма и передачи сигналов должна быть использована лишь одна антенна. При применении нескольких маленьких по площади антенн возможно было располагать эти антенны друг за другом на единых крепёжных элементах.

Это предложение поступило от лётчика-инженера Беренса и было создано в исследовательском центре Luftwaffe в Вернойхене называющиеся «Zaunkonig» (Крапивник). За счет элементов и профилирования антенн их крепления аэродинамическое сопротивление удалось снизить на 25 % в сравнении с ранее употреблявшимися антеннами (схемы 2).

Потому, что требуемая толщина распределения несёт ответственность за ширину полосы пропускания и допустимое отклонение финишей антенн, то определенное значение размеров не может быть превышено. В противном случае это стало причиной бы изменение электрического сотрудничества двух расположенных рядом между собой антенных стержней.

На изгиб элементов крепления под действием набегающего потока воздуха значительное влияние оказывает кроме того незначительные трансформации толщины, потому, что момент сопротивления пропорционален третьей степени мощности, в то время как предельная максимальный вес от ветра возрастает линейно в зависимости от диаметра антенны. Технологически стержни антенн изготавливаются методом намотки, складывания либо складываются из двух половинок железных труб.

Кроме формы профиля утончение нужно и для уменьшения лобового сопротивления профилей стержней. Выравнивание давления на финишах стержней со своей стороны ведет к сокращению индуцированного сопротивления давлению, которое изменяется в зависимости от длины стержня пропорционально неспециализированному сопротивлению. В большинстве случаев стержни антенн крепятся на неспециализированной опоре, которая в полете продувается на протяжении собственной оси.

По существу неспециализированное сопротивление носителя сильно зависит от отрыва свободного потока от размеров поверхности трубы (Rohroberflache).

Неспециализированное аэродинамическое сопротивление антенны, складывающейся из нескольких последовательно расположенных антенн, складывается из суммарного аэродинамического сопротивления всей конструкции. Обоюдное влияние расположенных рядом элементов конструкции при малом расстоянии между отдельными антеннами разрешает существенно снизить появляющееся аэродинамическое сопротивление.

При величине равной до 30 диаметров стержней антенн суммарное аэродинамическое сопротивление не есть равным аэродинамическому сопротивлению одиночной антенны (схемы 1). Это понижение величины аэродинамического сопротивления связано с тем, что задний стержень находится под действием кильватерной турбулентности переднего стержня и, так, имеет коэффициент лобового сопротивления в сверхкритическом состоянии. Благодаря этого представляется удачным располагать стержни антенны на маленьком удалении друг от друга.

При применении данной конструкции для повышения ширины полосы частот будет нужен толстый профиль, воображающий собой электрический эквивалент отдельных стержней. Так, площадь поперечного сечения опоры влияет на продольную устойчивость самолёта и не увеличивает наряду с этим аэродинамическое сопротивление (схема 3).

2 Закреплённые на фюзеляже антенны

При креплении антенны на фюзеляже антенна находится в поле воздушного потока обтекающего фюзеляж либо крыло. Распределение скорости воздушного потока, обтекающего фюзеляж либо крыло, в зависимости от места может существенно различаться от скорости потока. Соответственно, на антенну оказывают действие нагрузки, вызванные воздушным потоком.

Распределение воздушного потока и его скорость у носовой части фюзеляжа представлены на схеме 4. Заметны размеры территории, где скорость воздушного потока ниже чем скорость самолёта. В близи от носовой оконечности фюзеляжа скорость воздушного потока равна лишь 0,71 скорости полёта самолёта, но, однако, и эта скорость значима для установленной в носовой части антенны радиолокатора.

Для установки антенны на фюзеляже постоянно рекомендуется расположить стержни антенны в зоне статического избыточного давления, потому, что в ней действенное динамическое давление будет меньше. Кроме трансформации значений полной скорости в нисходящем потоке так же, как и прежде происходят трансформации в направлении потока воздуха, что может привести к происхождению громадных поперечных и других нагрузок, конечно флаттера.

Без оглядки на то, что индуцированное сопротивление растёт, величина неспециализированных тангенциальных нагрузок остаётся неизменной. В этом случае имеет суть применять стержни антенны созданые в форме конуса. У таких штоков толстая часть стержней находится в зоне, где скорость воздушного потока ниже, чем у более узких частей. оптимальнее , само собой разумеется, было бы крепить стержни антенн на линии продольной оси долгих стержней, расположенных звездообразно довольно продольной оси так, как это было сделано на антенне радиолокатора типа Lichtenstein SN 2/SN 3.

Из-за обеспечения безопасности полёта было нужно изучить возможность происхождения флаттера антенны радиолокатора, закреплённой на носовой части фюзеляжа. На протяжении полётов было обнаружено, что стержни антенн, расположенные в виде круга, в полёте крепятся не хватает надёжно. У диполей антенны при исполнении полёта были отмечены колебания, вызванные периодическими трансформациями воздушного потока; обстоятельством этому были воздушные винты самолёта.

Подобный эффект возможно взят при помощи передачи вибраций от трудящихся двигателей самолёта через его планер. Создаваемые воздушными винтами импульсы не были так громадны чтобы создать силы достаточные для изгиба стержней.

Это имеет отношение лишь к профилю одиночных антенн, но должно учитываться в целом для всего того, что расположено на носовой части фюзеляжа и есть решающим в отношении частоты происхождения сил на горизонтальных трубчатых стержнях антенны. Цель пребывает в том, дабы добиться максимальной отличия в изгибе и кручении частот крутильных и изгибных колебаний.

Была достигнута определённая гарантия того, что значения нагрузок, вызванных в следствии происхождения флаттера, будут пребывать в приемлемом диапазоне и что линия нейтральных сил будет пребывать за линией эластичных нагрузок. Некий запас от критической скорости флаттера достигается, в случае если нейтральная линия расположена за упругой линии.

Нейтральной линией в этом случае есть геометрическое место точек давления, на которое оказывают результирующие нагрузки от потока воздуха. Широкая задняя кромка профиля разрешает сместить назад точку приложения сил и, без оглядки на пара увеличенное аэродинамичекое сопротивление, оно остаётся малым и более низким, чем при применении закруглённой задней кромки.

3 Понижение летных черт самолёта

Повышение аэродинамического сопротивления, появляющееся благодаря установки антенны радиолокатора, прежде всего снижает дальность и скорость полёта самолёта. Решающим есть часть аэродинамического сопротивления антенны в общем аэродинамическом сопротивлении всего летательного аппарата. В зависимости от аэродинамических качеств самолёта понижение скорости полёта возможно большим и доходить до 50 км/ч.

Улучшение элементов и конструкции антенны её крепления на фюзеляже с позиций аэродинамики может снизить дальности полёта и потери скорости до приемлемых границ (тaблицы 2 + 3).

Мы так же вычисляем нужным упомянуть то, что при применении самолёта ночью установленные на самолёте пламегасители довольно часто приводят к большому понижению скорости.

Употреблявшиеся до 1944 года антенны радиолокаторов в среднем имели коэффициент аэродинамического сопротивления Cw равный 1,3 до 1,4. Особенно хороший показатель был у антенны радиолокатора «Zaunkonig» из-за малой площади. Утраты скорости, каковые имеют место из-за установки антенны радиолокатора, зависят по большей части от аэродинамического сопротивления самого самолёта и равны приблизительно 2-3 %.

Схема 1 Радиолокаторы Hohentwiel, Zaunkonig, Lichtenstein, SN II, Neptun V

таблица 2 и Схема 1 Эти по профилям

Схема 3 Распределение давления потока воздуха перед носовой оконечностью самолёта

Схема 4 Обоюдное влияние двух стержней

Рис. 1 Радиолокатор Hohentwiel в аэродинамической трубе

Рис. 2 Радиолокатор Hohentwiel, установленный на He 111

Рис. 3 Радиолокатор Hohentwiel, установленный на He 111

Рис. 4 Радиолокатор Hohentwiel, установленный на FW 200

Рис. 5 Радиолокатор Hohentwiel, установленный на Ju 88

Рис. 6 Радиолокатор Zaunkonig I в аэродинамической трубе

Рис. 7 Радиолокатор Zaunkonig, установленный на He 111

Рис. 8 Радиолокатор Lichtenstein B.C. в аэродинамической трубе

Рис. 9 Радиолокатор Lichtenstein B.C., установленный на Ju 88

Рис. 10 Радиолокатор Lichtenstein B.C., установленный на Ju 88

Рис. 11 Радиолокатор Lichtenstein B.C., установленный на Me 110

Рис. 12 Радиолокатор Lichtenstein в аэродинамической трубе

Рис. 13 Радиолокатор Lichtenstein SN в аэродинамической трубе

Рис. 14 Радиолокатор Lichtenstein SN 2, установленный на Me 110 (большой замысел)

Рис. 15 Радиолокатор Lichtenstein SN 2, установленный на Ju 88 (большой замысел)

Рис. 16 Радиолокатор Lichtenstein SN 2, установленный на Ju 88 (большой замысел)

Рис. 17 Радиолокатор Neptun V в аэродинамической трубе

Рис. 18 Радиолокатор Neptun R (FuG 216) под крылом

Рис. 19 Радиолокатор Neptun R (FuG 214) на крыле

Рис. 20 Радиолокатор Morgenstern; вид сбоку

Рис. 21 Радиолокатор Morgenstern; вид спереди

Таблица 2
Аэродинамическое сопротивление разных поверхностей антенных совокупностей

Таблица 3
Понижение скорости полёта самолётов разных типов с установленными на них антенными совокупностями радиолокаторов

Источники:

Deutsche Versuchsanstalt fur Luftfahrt, E.V., Berlin-Adlershof, Institut fur Aerodynamik: Die Aerodynamik der Bordfunkme?antenne, Untersuchung und Mitteilung Nr. 1238 vom 30. 4. 1944.

источник: «Radar. Die Aerodynamik der Funkme?antennen» «Luftfahrt International» 04-1974

Радиолокатор. аэродинамика антенн радиолокатора

✅Мега сооружение советского времени РЛС ДУГА

Увлекательные записи:

Похожие статьи, которые вам, наверника будут интересны: