F-22 Raptor utvecklades av Lockheed Martin i samarbete med Boeing. Även om det ursprungligen utvecklades för att fungera som ett stridsflygplan för luftöverlägsenhet, vilket innebar att det skulle ta kontroll över fiendens luftrum och förstöra alla motstånd, har det utvecklats till mer ett flerfunktionsfordon. F-22 är ett överväldigande fordon med kapacitet som gör att den kan utföra luft-till-luft- och luft-till-mark-uppdrag. Detta innebar att det inte bara är ett stridsflygplan, utan det kunde också skydda och betjäna trupper på marken. Den unika blandningen av hastighet, smidighet, medvetenhet och precision är det som ger detta flygplan dess dominans, men det som verkligen skiljer det från packningen är dess smygande, även känt som låg observerbara. Det har funnits många flygplan som uppvisar smygande, men ingen gör det så bra som F-22, samtidigt som stridsflygplanet är i centrum. Denna otroliga blandning uppnås genom tre grundläggande tekniker: form, material och ytbehandling.
Introduktion
Sedan första världskriget har flygplan spelat en stor roll i krigföring. Dessa otroliga tekniska underverk har dominerat himlen i nästan 100 år och på denna relativt korta tid har de utvecklats till en punkt som omöjligt kunde ha föreställts av pionjärerna inom tidig flygplansdesign. Från linneklädda träramar som hålls samman av vajrar till nuvarande fordon med avancerade komposit- och metallstrukturer, dessa himlens bestar har blivit de centrala komponenterna i varje framgångsrik militär operation. Flygplan används i modern krigföring för transport av fordon och förnödenheter, spaning, luftstöd och luftstrider. Ingenting visar dessa egenskaper bättre än F-22 Raptor från United States Air Force.
Rob Shenk/F-22 Raptor
Figur 1: F-22 Raptor utvecklades genom ett samarbete mellan Lockheed Martin och Boeing.
F-22 Raptor utvecklades av Lockheed Martin i samarbete med The Boeing Company (se fig. 1). Detta flygplan har utvecklats som nästa generations jaktplan för det amerikanska flygvapnet och har oöverträffad manövrerbarhet och hastighet. Det ursprungliga syftet med detta fordon var att tjäna som en stridsflygplan för luftöverlägsenhet, vilket innebar att det skulle ta kontroll över fiendens luftrum och förstöra all opposition. Det har dock utvecklats till mer ett multirollsfordon. F-22 är ett fordon med kapacitet som gör att den kan utföra luft-till-luft- och luft-till-mark-uppdrag. Det betyder att det inte bara är ett flygjaktflygplan, utan även kan skydda och betjäna trupperna på marken. Den unika blandningen av snabbhet, smidighet, medvetenhet och precision är det som ger detta flygplan dess dominans, men det som verkligen skiljer det från flocken är dess smygande, även känt som låg observerbara [1]. Det har funnits många flygplan som demonstrerar smygande, men få har samma flygförmåga som detta flygplan visar.
Hur upptäcks flygplan?
Innan du går in på egenskaperna hos F-22 som gör att den kan vara smygande, är det viktigt att först se vad som bidrar till observerbara objekt i ett flygplan. Några av bidragsgivarna till ett flygplans signatur är visuella, akustiska, värme och infraröda, men den främsta orsaken till observerbara uppgifter i flygplan är radardetektering (se fig. 2). Radar är ett detektionssystem som använder högfrekventa radiovågor för att bestämma flygplanets plats, hastighet och storlek [2]. Detta uppnås genom att mäta den tid det tar för dessa vågor att studsa av flygplanet och återvända till mottagaren på radaranordningen. Denna information skickas sedan till en skärm, där ett team kan ta reda på om ett flygplan närmar sig sin plats. För att begränsa radarsikten kan ett flygplan sänka sitt observerbara tvärsnitt genom att avleda eller absorbera dessa vågor. F-22 kan begränsa sitt observerbara tvärsnitt genom tre grundläggande tekniker: form, material och ytbehandling.
Steal88/Wikimedia Commons
Figur 2: F-22 använder radardetektorer, som den i denna figur, för att upptäcka andra flygplan i sin omgivning.
Form
Formen på F-22 är den viktigaste delen av designen. Med rätt form är majoriteten av smygegenskaperna redan omhändertagna. Den första märkbara aspekten av F-22-designen är att den innehåller en justering av alla hårda kanter i en bakåtsvep vinkel. Hårda kanter på ett flygplan består av vingarna, svansen, inloppsläpparna och munstyckskanterna visar hur dessa kanter svepas bakåt och hålls parallella. De hårda kanterna är avgörande vid smygande flygplansdesign eftersom de är de delar som utgör det största hotet för att studsa tillbaka radiovågor vinkelrätt mot en yta på flygplanet och därför tillbaka till mottagaren. Denna form hjälper till att sprida radarvågorna i en vinkel bort från mottagaren. Eftersom alla kanter är vinklade med samma infallsvinkel tillåter det spikar i detektion som är koncentrerade och smala, vilket effektivt sänker det observerbara tvärsnittet [2].
Men resten av kroppen kan fortfarande reflektera radiovågor. För att begränsa dess upptäckt är hela kroppen designad med hjälp av tekniken med kontinuerliga kurvor [3]. Detta innebär att F-22 har en ständigt krökt kropp som ändrar sin krökningsradie vid flera punkter. Detta gör att radiovågor kan spridas i alla riktningar så att inga vågor leds rakt tillbaka till mottagaren.
En annan del av flygplanet som bidrar starkt till dess signatur är brotten i huden. Dessa raster inkluderar åtkomstpaneler, landningsställsdörrar, vapenutrymmen, etc. I de flesta flygplan bidrar dessa raster till en betydande del av det observerbara. För att komma runt detta använder F-22 "sågtandade kanter." Avbrotten i huden innehåller dessa taggiga utskärningar för att hjälpa till att skingra radarvågor. Ungefär som vinklarna i inriktningen av de hårda ytorna, skapar dessa sågtandade kanter en spridning av vågorna för att begränsa signaturen.
Material
Även om formen tillåter de flesta smygegenskaper, finns det vissa platser som inte helt enkelt kan formas för att avleda radar. I synnerhet uppstår dessa platser där det finns sömmar eller brott. Även om de sågtandade kanterna begränsar mängden radar som studsar av sömmarna, ger den inte tillräckligt med smyg för att passera de rigorösa tröskelvärdena för F-22. Så för att ytterligare minska flygplanets radarsignatur används specialiserat radarabsorberande material (RAM). Även om detaljerna om RAM-minne hålls klassificerade, kan effekterna lätt observeras.
För att förstå hur RAM fungerar är det viktigt att komma ihåg att radarn består av radiovågor, som i huvudsak är energivågor. Därför noterade designers av RAM att genom att överföra vågenergin till någon annan form av energi kunde vågen elimineras och ge liten radarsignatur. RAM appliceras på utsidan av flygplanet och omvandlar de inkommande radiovågorna till magnetfält och termisk energi [3]. Ett sätt att göra detta är att avleda den inkommande radarstrålen flera gånger i den radarabsorberande beläggningen med en kombination av kol- eller järnpartiklar. Varje gång vågen avböjer förlorar den en del av sin energi. Så ju fler gånger den avböjer, desto svagare blir den utgående strålen.
Dessa material är viktiga för ett smygflygplan, men det som verkligen gör F-22 till ett överlägset fordon är att designerna begränsade mängden RAM. Detta beror på att RAM, även om det är fördelaktigt för stealth, är tungt. Omfattande användning av RAM har en enorm inverkan på fordonets totala vikt, vilket sänker effektiviteten och smidigheten. F-22 använder dessa material på de specifika platser där formen inte bara kan eliminera observerbara: brotten i huden [4]. Pauserna är nödvändiga för flygplanet, så de kan inte elimineras, men genom att fodra dem med dessa material sänks radarsignaturen.
Konduktiva ytor
Än så länge har syftet med formen och materialen varit att sprida radarvågor så att fordonet inte kan upptäckas. Användningen av släta kurvor och taggiga kanter har använts för att eliminera observerbara, men de mest observerbara komponenterna på ett flygplan är de som inte kan ses: de interna komponenterna. För att hålla flygplanet smygande måste alla interna komponenter vara osynliga för radar. Det enklaste sättet att uppnå detta är genom metallfärg som reflekterar radarvågor så att de inte kan penetrera bortom huden [5].
DoD/Air Combat Command
Figur 3: Sittbrunnen på F-22 raptor har en tydlig design som sänker dess synlighet.
Märkligt nog är den mest observerbara delen av flygplanet under huden inte ens en del av flygplanet. Den centrala delen av att skapa ett stealth-flygplan är att gömma piloten. Sittbrunnen bidrar väsentligt till ett flygplans signatur och uppgiften att skapa låga observerbara objekt med en tydlig cockpit är en svår uppgift (se fig. 3). De flesta flygplan, som F-117, uppnår detta genom att begränsa pilotens synfält, med hjälp av logiken att med en mindre öppning kan mindre radar tränga in. Detta är dock inte sant för F-22. Med ett helt 360-graders synfält har F-22 en av de mest avancerade smygtaken i världen. Konstruktörerna av F-22 cockpit trodde att om piloten och cockpitens inre delar orsakade för mycket av en signatur, så kanske de bara borde reflektera radarn från ytan av kapellet så att den aldrig tränger in i första hand. En metallisk beläggning appliceras på kapellet så att radarvågor kan reflekteras bort från flygplanet, men piloten kan fortfarande se ut ur det [5]. Eftersom kapellet har en kontinuerligt krökt form är mängden radar som sänds tillbaka till mottagaren liten.
Slutsats
Stealth-teknik i flygplan har visat sig vara en avgörande del av flygöverlägsenhet. Nya upptäckter görs ständigt och företag arbetar hårt för att komma med den senaste och bästa innovationen inom stealth fighter-teknik. Lockheed Martin är redan i produktion av deras senaste generations fighter, F-35 Lightning, ett fordon med stealth fighter-egenskaper, med den extra bonusen av vertikal start och landning. Även med den här nya fighterdesignen ifrågasätter vissa om den verkligen kan övergå till sin föregångare. F-22 dominerar himlen, ger häpnadsväckande räckvidder och oöverträffad dödlighet, allt insvept i ett osynligt paket.