قسمت اول
در این مقاله تلاش می شود به نکات طراحی و اصول ساخت جنگنده پنهانکار اف-22 رپتور پرداخته شود و نقش هر قسمت در کمک به بهتر شدن قابلیت این جنگنده در عمل مورد بررسی قرار می گیرد. از پرداختن به مواردی که همه دوستان در مورد جنگنده اف-22 می دانند تا حد ممکن خودداری شده است. بیشتر روی طراحی ، مقایسه ، الکترونیک ، فن آوری آینده و ارتقاء بحث ادامه پیدا می کند.
جهش تکنولوژی باعث تولد نوع جدیدی از هواپیما با قدرت اختفای بالا شده است.
هواپیمای فوق در حال حاضر می تواند مخفیانه در حریم هوایی دشمن با سرعت بالا پرواز کند و هر نوع سلاح کشنده ای را حمل کند بدون اینکه شناسایی شود.
بار دیگر جنگنده ای افسانه ای متولد شد.استاندارد جدیدی تعریف کرد.با اف-22 آمریکا وارد نسل چهارم پنهانکارها شد.
جنگنده پنهانکار اف-117 در زمان طراحی یک پروژه ابتکاری بود که ممکن بود به سادگی کنار گذاشته شود، چرا که در اسکانک لاکهید بیشتر یک طرح آزمایشی بود. وقتی شما یک پروژه جانبی دارید که موتورهایش را از خط تولید اف-18 برداشته باشند و قابلیت پس سوز را قربانی پنهانکاری کنند. پس یک طرح دارید که ارتش چندان به قابلیت آن اطمینان ندارد و استفاده از تکنولوژی امتحان نشده باعث شد یک هواپیما تولید شود که بیشتر یک آزمون برای شرکت لاکهید باشد. اما وقتی توانایی خود را ثابت کرد ارتش جذب طرح شد.
اف-117 ترکیبی بود از سیستم ناوبری و بمباران بی-52 ، موتورهای اف-18 که دستکاری شد تا پس سوز نداشته باشد ، سیستم کنترل پرواز اف-16 چون چیز دیگری در آن زمان نبود که بتواند اف-117 را متعادل و به پرواز درآورد. فقط از لیزر برای هدفگیری استفاده می کند و پشتیبان آن یک سیستم دید در شب است. هنوز راداری پنهانکار ساخته نشده بود که در داخلش قرار دهند. قابلیت هوا به هوا نیز ندارد، هر چند بعدها این مورد حل شد حال باید دید آیا سطح مقطع راداری آن می تواند ارتش را جذب طرح کند؟ ممکن بود جت اف-117 هرگز ساخته نشود و ما شانس دیدنش را از دست می دادیم مثل خیلی از پروژه ها که کنار گذاشته شدند.
اما همین هواپیما با وجود اینکه یک پروژه آزمایشی بود پایه ای شد برای یک رشته تغییر کلی در نگرش جنگی ایالات متحده و نتیجه تولد بمب افکن بی-2 و پنهانکار شدن بی-1 و بعد از آن انواع پرنده بدون خلبان پنهانکار و موشک های کروز و تاج این تکنولوژی تولد شکاری اف-22 و جت اف-35 بود. حال برای پنهان بودن نیازی به فدا کردن قابلیت سرعت و مانور پذیری نیست.
وقت گذاشتن روی این نوع تسلیحات و این تکنولوژی مدیون درخشش اف-117 در جنگ عراق بود.
هر چند اف-117 در پرونده نقطه تیره هم دارد. به گفته سرپرست تیم طراحی اف-117 در شرکت لاکهید " اشتباه نیروی هوایی در استفاده از یک مسیر برای چند بار در جنگ کوزوو باعث رهگیری اف-117 شد.
سرپرست تیم طراحی بی-2 بیان می کند که ما با دست خودمان موجب آگاهی دیگران از این تکنولوژی شدیم. اف-117 ساقط شده راز چگونگی ساختش را فاش نمی کند ، اما به دیگران ترکیب مواد تشکیل دهنده را نشان می دهد.
حال آمریکا اولین تجربه را پشت سر گذاشته و می داند باید بعضی خصوصیات در جنگنده جدید تغییر کند، تا نقطه ضعف نسل قبل را پوشش دهد.
برای رسیدن به این توانایی مهم باید موارد زیر را در ساختش مورد توجه قرار می دادند.
1- باید بسیار دشوار بر روی رادار قابل شناسایی باشد.
2- توسط رادارهای غیرفعال قابل کشف نباشد.
3- قدرت دفاع از خود در صورت کشف شدن را داشته باشد.
4- حرارت تولیدی موتور و دیگر نقاط بدنه آن باید بسیار کم باشد.
5- باید بی صدا پرواز کند.
6- موتور آن نباید در هوای سرد از خود اثر باقی بگذارد.
7- نباید توسط چشم قابل شناسایی باشد.
8- مهمتر از همه سرعت بالایی داشته باشد.
9- هزینه ساخت و نگه داری آن بالا نباشد( این تنها موردی از طرح بود که محقق نشد و هزینه بالاتر از چیزی که تصور می شد در آمد. شاید در بدترین شرایط ساخته شد درست در زمان کاهش بودجه و توجه به تسلیحات با هزینه کمتر)
در زیر شما با اصول اختفا آشنا می شوید و پی خواهید برد که چگونه شکاری اف-22 رپتور توانسته خود را تقریبا برای رادار دشمن نامرئی کند. و چطور می تواند از آن چیزی که تصور می شود پیچیده تر باشد ، چگونه سیستم های کامپیوتری با کمک نرم افزار پیشرفته تبدیل به یک جنگنده زیبا ولی قاتل می شود.
همچنین با تکنولوژی جدیدی آشنا خواهید شد که بر روی ساخت نسخه کاربردی آن تلاش می شود و راز اختفای بصری اف-22 در سالهای آینده و نسل بعدی جت های پنهانکار خواهد بود.
مخفی شدن از دید رادارها:
در حال حاضر بهترین راه تشخیص یک هواپیما استفاده از رادار می باشد. این سیستم که در طول جنگ جهانی دوم توسط انگلیس استفاده شد ، به سادگی با ارسال امواج رادیویی و دریافت بازتابش آن اشیاء را تشخیص می دهد.البته همیشه وجود انعکاس امواج نشان دهنده وجود هواپیما در آسمان نیست بلکه نتیجه انعکاس امواج ممکن است از ابرها یا پرنده ها باشد.
بسته به بافت و جنس ماده مورد نظر انعکاس قویتر و ضعیف تر خواهد بود. هنگامی که امواج به هواپیما یا موشک یا هر چیزی که نتواند تمام انرژی رادار را جذب کند ، برخورد کند بسته به جنس مواد بکار رفته و شکل هندسی آن قدرت انعکاس متفاوت خواهد بود. با اندازه گیری انرژی منعکس شده و تابع موقعیت و زمان ، می توان توسط کامپیوترها جهت و سرعت حرکت را محاسبه کرد.
برای بدست آوردن یک دید کلی و مناسب از اطراف آنتن فرستنده باید بصورت 360 درجه بچرخد. از طرفی برای جلوگیری از آسیب به آنتن رادار معمولا آن را در درون گنبد شفافی قرار می دهند.
کاهش سطح مقطع راداری:
برای اینکه یک هواپیمای نامرئی در مقابل رادار داشته باشیم باید امواج رادار را در برخورد با بدنه هواپیما مدیریت کرده و کنترل کاملی روی بازتابش آن داشته باشیم.
باید طرحی برای بدنه پیاده شود که امواج رادار را بصورت غیر متمرکز انعکاس دهد و از بازگشت امواج جلو گیری شود.
علاوه بر روش بالا باید از موادی با خاصیت جذب امواج استفاده کرد که اثر بازگشتی امواج را کاهش دهد.
یک هواپیمای معمولی دارای سطح مقطع 6 متر مربع می باشد . در مقابل بمب افکن پنهانکار بی-2 با استفاده از آخرین فن آوری اختفا دارای سطح مقطع 0.75 متر مربع است. در مقام مقایسه یک پرنده در حال پرواز دارای سطح مقطع 0.01 متر مربع می باشد جنگنده اف-22 از یک پرنده بازتاب راداری کوچکتر دارد خیلی کوچک.
طراحان هواپیما معمولا از کامپوزیت ها برای نامرئی کردن استفاده می کنند هر چند این شیوه هواپیما را غیر قابل مشاهده می کند اما بخش فلزی هواپیما موجب می شود با نزدیک شدن به رادار بازتاب امواج به میزان کشف برسد. ( بخش محرمانه لاکهید نمونه ترابری از یک هواپیما ساخته که تمام کامپوزیت می باشد البته هنوز در حال تست می باشد)
شیوه پراکنده کردن امواج رادار در اف-22:
طراحی سطوح منحنی :
در طراحی اف-22 با استفاده از پیشرفته ترین نرم افزارها و ابرکامپیوترها ، نوعی طرح بوجود آمده که از سطوح منحنی مانند اف-15 بهره ببرد اما هیچ سیگنالی را به گیرنده رادار دشمن بازتاب ندهد. این باعث می شود بدنه منحنی طراحی شود اما در هیچ جای بدنه ، زاویه قابل تشخیص بوجود نیاید.
بدنه اف-22 بجای انحراف سیگنال رادار به یک جهت مانند روشی که در طرح اف-117 پیاده شده بود. با سطح منحنی باعث پراکنده شدن انرژی رادار بصورت غیر متمرکز شده عملا سیگنال رادار بجای اینکه موازی هم شکست پیدا کنند و به یک جهت دیگر منحرف شوند مانند یک عدسی واگرا موجها تقسیم شده و بازگشت با تراکم موج کمی شکل می گیرد و موج قدرت خود را از دست می دهد.
برای رسیدن به یک بدنه با طرحی به این پیچیدگی نیاز به محاسبات بسیار سنگین و استفاده از نرم افزار محاسبه سطح مقطع می باشد.
شاهکار مخفی اف-22 در وجود الگوریتم های طراحی بدنه آن می باشد.این برنامه باعث کاهش سطح مقطع راداری اف-22 شده است. با توجه به این اصل که هنوز پای مواد جاذب امواج رادار به میان نیامده است.
این طراحی تضمین می کند پرتو رادار از هر زاویه که به بدنه اف-22 برخورد کند هرگز در یک جهت خاص متمرکز بازتاب نخواهد داشت.
این شانس شناسایی شدن توسط رادارهایی با چند سنسور گیرنده در مناطق مختلف که جهت کشف پنهانکارها استفاده می شوند را به صفر می رساند.
اولین هواپیما که تا حدودی از این شیوه در طراحی بدنه استفاده کرده است بمب افکن بی-2 بود که اولین هواپیما با این نوع طراحی خاص بود.
از آنجا که از طراحی بی-2 سالها گذشته در طی این مدت قدرت کامپیوترها و نرم افزارها به شکل باور نکردنی افزایش یافته و اکنون نرم افزار می تواند با دقت بالایی پیش بینی کند که سطوح انعکاس دهنده پرتو رادار در کدام نواحی وجود دارد و نمونه اصلاح شده طرح باید چگونه باشد.
طراحی سطوح زاویه دار:
در این روش طراحی قسمت های دم با زاویه خاصی نسبت به دیگر سطوح قرار می گیرند و دارای زاویه رفت و برگشت ناهمگونی هستند.این باعث می شود بعد از پوشاندن جنگنده با مواد جاذب امواج رادار انعکاس پرتو رادار بجای اینکه یک بار به بدنه خورده دور شود مجدد به روی بدنه منعکس شده و چند بار توسط مواد جاذب امواج تضعیف شود. در صورت انعکاس این موج بازگشتی بسیار ضعیف بوده و در عمل بازتابی بوجود نمی آید.
وجود لبه های زاویه دار:
در طرح اف-22 می توان سطوح دندانه دار را به وضوح مشاهده کرد. اف-22 از جلو بسیار کم ارتفاع طراحی شده تا پایین ترین مقطع رادار را از روبرو داشته باشد. اگر دقت شود نوعی طراحی شبیه یک W از نمای روبرو قابل مشاهده می باشد. این طرح توانایی انحراف و پراکنده کردن امواج رادار را دارد.
علاوه بر این در طراحی لبه های درب محفظه جنگ افزار و درب محفظه چرخ ها نیز از این شیوه استفاده شده که باعث می شود در حال استفاده از سلاح نیز بازتابش راداری آن فقط اندکی افزایش یابد.
دماغه اف-22 و ورودی هوای موتورها در هیچ جا زاویه با لبه تیز و مشخص ندارد.
در طرح سوخو T-50 سطح زیر بدنه که تا حدودی شبیه اف-18 می باشد.نسبت به اف-22 ناهواری بیشتری دارد که مسیر عبور کانال هوا وموتورها می باشد. این مگر با مواد جاذب رادار بهتر نسبت به اف-22 جبران شود. کارشناسان غربی عیوبی در ورودی هوا و ریشه بالها یافته اند که نسبت به طرح اف-22 جنگنده روسی را در مقابل رادارها با مشکل مواجه می کند.
سطح زیرین هواپیمای چینی سطح یکدستی نسبت به طرح روسها دارد.
جنگنده J-20 چین طرحی شبیه اف-35 داشته بعلاوه کپی دم از طرح اف-117 و مواد جاذب رادار اف-117 کمک بزرگی به چین کرده و در حقیقت برای گریز از رادار به تکنولوژی اف-117 متوصل شده اند. یعنی نسل دوم پنهانکارهای آمریکایی.
جنگنده روسی T-50 و J-20 چین هر دو نسبت به اف-22 رپتور از نظر حجمی بزرگتر هستند و طرح خروجی موتور آنها نسبت به اف-22 سطح مقطع بیشتری ایجاد می کند و این برای رادارها یعنی سطح مقطع بزرگتر نسبت به اف-22 .در کل طراحان آمریکایی اف-22 حساسیت بیشتری در زمینه اختفا داشته اند. چون تجربه بیشتری در این زمینه داشته اند.
مواد جاذب امواج رادار:
امواج رادار در یک محدوده وسیع می تواند طول موج داشته باشد از طول موج کوتاه میلی متری تا امواجی با طول یک متر. نوعی از مواد خاصیت جذب امواج با فرکانس پایین را دارند مانند الیاف شیشه و نوع دیگر خاصیت جذب امواج با فرکانس بالا را دارند.
معمولا برای پوشش هر دو خاصیت بر روی بدنه از یک لایه ماده با خاصیت جذب فرکانس بالا و سپس بر روی آن موادی مانند الیاف شیشه جهت جذب امواج فرکانس پایین بکار می رود اما نقطه ضعف این شیوه مصرف مقدار زیادی ماده گرانقیمت می باشد که باعث افزایش هزینه ساخت پوشش بدنه می شود. همچنین پوشش بدنه با این مواد نیاز به رعایت مواردی دارد تا کارایی پوشش فوق حفظ شود. این خود با هزینه بالا ممکن می شود و دلیل گرانقیمت بودن این نوع هواپیماها پوشش محرمانه بکار رفته در آنها می باشد.
اجزای فلزی موتور بازتاب راداری قابل توجه دارند. می توان با بکار بردن فلز ساندویچ شده در نوعی پلاستیک با فرمول محرمانه بازتاب امواج رادار را نزدیک صفر رساند. این ماده در مقابل حرارت و تنش وارده بسیار مقاوم می باشد.
معمولا این مواد شامل مواد کربنی مانند فیبر کربن یا مبتنی بر مواد مغناطیسی از جنس فریت می شود.
نتیجه این می شود که بمب افکنی به بزرگی بی-2 دارای سطح مقطع یک سه چرخه کوچک می شود.
این مواد امواج را جذب و تبدیل به گرما می کند پوشش فوق امواج را در درون خود منعکس کرده و درصورت بازتاب امواج بسیار تضعیف شده است.
شکاری اف-22 از پیچیده ترین ترکیب محرمانه برای پوشاندن خود استفاده کرده طوری که این شکاری عملا در مقابل هر نوع راداری بازتاب ضعیفی تولید می کند که کار رهگیری را غیرممکن می کند.
کابین خلبان:
در طراحی کابین خلبان طوری از قاعده طراحی W بهره برده شده که بخوبی سطح مقطع کابین پایین آمده یک همگامی بی نقص با بدنه اف-22 بوجود آید. علاوه بر این برای پوشش شیشه کابین از نوعی فیلم شبیه پوشش ساختمانهای بلند جهت کنترل حرارت داخلی بهره برده شده که تا 85 درصد از انرژی گرمایی را در خود جذب می کند بدون اینکه در دید خلبان ایجاد مشکل کند و در شب نیز از خروج نور از کابین جلو گیری می کند.
پرواز در ارتفاع پایین:
یکی از روشهایی که هواپیماها برای جلوگیری از شناسایی شدن توسط رادار بکار می برند پرواز در ارتفاع پایین می باشد که هنوز یک شیوه عالی برای فرار از رادارها می باشد.چرا که رادار جهت تشخیص هدف دچار مشکل می شود. وقتی رادار همزمان از ساختمانها و کوها و هواپیمای مهاجم انعکاس دریافت کند تشخیص هدف اصلی تقریبا غیر ممکن می شود و عملا رهگیری با شکست مواجه می شود.
جدیدترین سیستم های دفاعی می توانند بین ناهمواری زمین و هواپیمای مهاجم تفاوت قائل شوند و برای فرار از دست این سیستمها باید قدرت مانور و سرعت بالایی داشت البته باید مجهز به رادار و سیستم کنترل ارتفاع هوشمند بود.
نمونه عملی این سیستم بخشی از سیستم کنترل جنگنده تایفون بنام هدایت بی دردسر با امکان پرواز در ارتفاع بسیار پایین تحت کنترل کامپیوتر می باشد که بصورت شبیه سازی مسیر پرواز در فضای سه بعدی از برخورد با موانع اطراف در سرعت های بالا جلوگیری می کند،
نظیر همین سامانه در شکاری اف-22 جهت پرواز در سطح پایین وجود دارد.
تشخیص حرارت هواپیما:
راه دیگر شناسایی یک هواپیمای در حال پرواز تابش حرارتی آن است که معمولا توسط موتور و به میزان کمتر توسط بدنه هواپیما و کابین خلبان بوجود می آید. با استفاده از یک سنسور حرارت یاب می توان گرمای یک هواپیمای در حال پرواز را تشخیص داد.
زمانی که حرارت داغ موتور قابل تشخیص باشد می توان موشک را بر روی این موج گرمایی قفل کرد در واقع برای موشک حرارت یاب یک هدف تعریف می کنیم دنبال کردن حرارت فوق و از آنجا که سرعت هواپیما از موشک کمتر است در نتیجه موشک برنده خواهد بود و به هدفش می رسد. موشک سایدوندر مثال خوبی از این مورد است.
بهترین حالت برای هواپیما یکسان کردن حرارت بدنه و موتور با حرارت هوای اطراف می باشد که شانس تشخیص حرارت هواپیما را به میزان زیادی کاهش می دهد.
کاهش اثر دود خروجی :
برای کاهش اثر دود خروجی موتور جت می توان با طراحی خاص اتاق احتراق از این امر جلوگیری کرد اما این مشکل بزرگی می باشد برای خلاص شدن از این دود آزمایشاتی آنجام شده و مواد بسیار عجیب شیمیایی بکار می رود که علاوه بر اینکه باعث تغییر رفتار امواج مادون قرمز خروجی موتور می شود ملکولهای آب موجود در خروجی موتور را به ذرات بسیار کوچک شکسته و در نتیجه از بین می برد.
این مواد اسیدی بوده و بر پایه اسیدها ساخته شده اند مثل اسید سولفوریک.
چندین اسید دیگر نیز مورد آزمایش قرار گرفته که نتیجه قابل توجه داشته اما این اسیدها خورنده قوی قطعات می باشند و نیاز به ایجاد پوشش مقاوم خاص روی قطعات می باشد.
کاهش حرارت بدنه:
حرارت ایجاد شده در طی پرواز هواپیما باعث کشف شدن می شود. شدت تولید حرارت به سرعت و ارتفاع هواپیما بستگی دارد و استفاده از پس سوز باعث تسریع این عمل می شود. در شکاری اف-22 با طرح خاص بدنه حرارت ناچیزی در سرعت بالا تولید می شود.
استحکام بدنه اف-22
بدنه اف-22 استحکام ویژه ای دارد وزن بزرگترین قطعه یک پارچه بدنه فقط 187 کیلوگرم می باشد و تا 75 درصد نقاط جوش کمتری نسبت به تکنولوژی مرسوم ساخت بدنه هواپیما دارد اما استحکام چندین برابر شده است.
این بدنه باید از پس مانور سنگین در سرعت مافوق صوت برآید . فشار وارده به بدنه اف-22 در مانور سنگین با سرعت 1.7 ماخ در یک زمان طولانی به راحتی بدنه دیگر جنگنده ها را با مشکل مواجه می کند.
اما اف-22 طراحی متفاوتی دارد و طوری ساخته شده تا بتواند ساعتها فشار سرعت مافوق صوت را تحمل کند.
تشخیص اغتشاش:
شکل یک هواپیما نیز در تکمیل چرخه نامرئی شدن آن نقش مهمی دارد و این به علم حرکت اجسام و مقاومت آنها در برابر هوا مربوط می شود. اگر هوا نتواند به سادگی از کناره یک جسم عبور کند ایجاد یک رشته اغتشاش در هنگام عبور می کند که این می تواند توسط یک سری از سنسورهای پیچیده لیزری اندازه گیری شده و منجر به شناسایی هواپیما شود البته وجود این سنسورها در حد شنیده های غیر مستند مطرح می شود.اف-22 توانسته این امواج مزاحم را به کمترین میزان ممکن کاهش دهد.
تشخیص صدا:
یک منبع بسیار مهم شناسایی یک هواپیما صدای تولیدی موتور آن می باشد البته استفاده از این امکان جهت تشخیص هواپیما شانس کمی دارد و معمولا وقتی صدای هواپیما شنیده می شود که دیگر خیلی دیر شده است.
کشوری مانند آمریکا که سالها هزینه می کند تا از SR-71 به اف-22 دست یابد از کشوری که لاشه اف-117 و دزدی از پروژه اف-35 برای او مدرسه ساخت پنهانکار می شود همیشه برتر می باشد. ایالات متحده همیشه برترین رهگیر و بمب افکن را ساخته که در عمل در بزرگترین جنگ های قرن کارایی خود را به رخ رقیبان کشیده اند.تجربه جنگی عنصر مهمی در طراحی یک سلاح می باشد که آمریکا با توجه به فعال بودن در این زمینه مشکلی ندارد.
به احتمال زیاد جنگنده روسی و چینی شانس کمی برای شرکت در یک نبرد جنگی واقعی خواهند داشت اما اف-22 شانس شرکت در جنگ را بارها بدست می آورد.ما وقتی اف-15 و اف-14 را با عمر خدمتی چند دهه می بینیم که هنوز قدرت مبارزه در مقابل خیلی از جنگنده ها را دارند و این را در میدان عمل بارها ثابت کرده اند. و می بینیم هنوز کشورها تلاش می کنند جنگندهایی هم رده این جنگنده ها بسازند، پس باید تصور کنیم اف-22 چقدر برتر ساخته شده که در رقابت با این جنگنده های پیر اما پرقدرت پیروز باشد.اف-15 سالها یک جنگنده هوا به هوای چالاک بوده و در عملیات زمینی نیز یک بمب افکن توانمند به حساب می آید.
اما با آمدن اف-22 دیگر اف-15 در جنگ هوا به هوا و هوا به زمین با رکورد 100 پیروزی هوایی بدون شکست باید کنار برود و جای خود را به اف-22 بدهد.
می شود اف-22 را ترکیبی از قدرت رهگیری اف-14 ، چالاکی اف-16 ، استحکام و سرعت اف-15 ، الکترونیک پیشرفته بمب افکن بی-2 و عنصری که نمی شود مثالی برای آن بیان کرد. در واقع اف-22 مانند اف-22 پنهان می باشد.
برداشت فقط با ذکر نام منبع و نویسنده مجاز است!
منابع:
http://www.f-22raptor.com/index.php
http://www.f22fighter.com/stealth.htm
http://www.parvus.com/product/overview.aspx?prod=f-22cnibattery
www.lockheedmartin.com/
www.f22-raptor.com/about/history.html
www.globalsecurity.org/military/systems/aircraft/f-22-manu.htm
http://www.es.northropgrumman.com/solutions/f22aesaradar/index.html
شماره دهم [COLOR=#000000]- تیرماه (بر روی تصویر کلیک نمائید)
