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 Cazas de 5º GEN: una cuestión de piel

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Spirit666



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MensajeTema: Cazas de 5º GEN: una cuestión de piel   Mar 27 Nov 2012 - 15:15


Cuando promediaba la Segunda Guerra Mundial la marina alemana comenzó a sufrir una importante pérdida de su flota de submarinos en manos de los Aliados. La aparición del radar permitía detectar los llamados “U-Boot” aún cuando estaban semisumergidos. La solución adoptada fue recubrir los periscopios con un material de base de caucho, compuesto por varias capas impregnadas con partículas de grafito u otros materiales semiconductores que reducían al máximo las posibilidades de detección por parte de los radares de búsqueda aliados. Esta idea también fue adoptada por la aviación alemana. El bombardero liviano Horten Ho 229 fue construído íntegramente en madera impregnada en carbono y aunque ésta aeronave no alcanzó a entrar en servicio, 64 años después durante el 2008 la empresa norteamericana Northrop-Grumman realizó una prueba con un ejemplar sobreviviente determinando que la firma radar del Ho 229 era muy baja, casi al tamaño de un ultraliviano.
Como vemos la furtividad en realidad no es un concepto nuevo pero que a raíz del avance de los medios electrónicos de detección, en particular los radares, a resurgido de un modo determinante al extremo tal que hoy por hoy la furtividad o sigilo es una característica esencial y vital de la nueva generación de aeronaves de combate.


Una cuestión de piel

Los materiales RAM comenzaron a evolucionar a partir de los años 60’s, en especial luego del 1º de Mayo de 1962 cuando el U-2 tripulado por Gary Powers fue derribado sobre la Unión Soviética con un misil antiaéreo guiado por radar. Este hecho llevó a que los diseñadores comenzaran nuevamente a evaluar los posibles usos de material RAM para tratar de evitar o reducir la detección radar. Pero pronto descubrieron que según la composición del material, éste podía absorber algunas frecuencias pero no todas, con lo cual obligó a desarrollar nuevos materiales y estudios que desembocaron en pinturas impregnadas de minúsculas esferas de ferrito las cuales provocaban oscilaciones moleculares en las ondas de radar dificultando la detección del blanco. De éste modo la energía de la onda radar se disipaba convirtiéndose en calor el cual terminaba transfiriéndose a la aeronave. Se sabe que el U-2 como posteriormente el SR-71 Blackbird contaron con éstas pinturas. Posteriores evoluciones del material RAM llevó a incluir en las esferas partículas de hierro, trazas de carbono, oxígeno e incluso nitrógeno tal como actualmente se utiliza en los F-16CD/DM de la USAF asignados a misiones de supresión de defensas.
Los F-16 de la USAF desplegados en Europa han recibido la pintura RAM FMS-3049 a través del programa Peace Mud que se aplicó sobre el 60% del avión en capas de 10 a 20 micrones y que aumentaron el peso vacío del F-16 en unos 100 Kg.


La llegada de los materiales compuestos permitió un mayor desarrollo de los materiales RAM. Así las distintas láminas de polímero de cloropreno (neoprene) eran embebidas con granos de ferrita, carbono o grafito cristalino. Ello permitió generar placas RAM cuya principal aplicación fue en el F-117 Nighthawk. Estas placas estaban adheridas al fuselaje y dieron excelentes resultados, sin embargo las uniones entre las placas requería de una pintura especial la cual se debía realizar con una gran precisión recurriéndose para ello al empleo de robots computarizados. La combinación de éstas placas con las superficies facetadas del F-117 resultaron un gran avance en material de sigilo ya que aquellas señales que no eran reflejadas por los múltiples ángulos del fuselaje eran absorbidas por las placas RAM.

Un par de escalones por encima de los materiales RAM se encuentra una tecnología que se dice fue descubierta por error. Según se menciona, los ingenieros en telecomunicaciones comprobaron que la desalineación de las antenas de materiales compuestos de los satélites de comunicaciones como la composición de los materiales en que éstas estaban construidas provocaba que las señales rebotaran hacia ángulos no previstos o que incluso absorbieran parte de la energía de las mismas. Este problema para las telecomunicaciones satelitales se convirtió en la llave para los diseños furtivos de las últimas aeronaves de combate, permitiendo el paso de la etapa de baja observabilidad (LO: Low Observable) de los materiales RAM a la actual etapa de muy baja observabilidad (VLO: Very Low Observable).

Los llamados “materiales compuestos” precisamente se componen de fibras de carbono y un material base que generalmente e suna resina epoxi. Las fibras de carbono son en realidad cientos de filamentos microscópicos de carbono, que a veces se entrelazan o entretejen, pero en base al problema descubierto con los satélites de comunicaciones, si las fibras se alínean en ángulos y formas determinadas según la longitud de onda de una señal específica, ésta puede ser reflejada, desviada e incluso absorbida. Así es entonces como nace un material que será imprescindible para los cazas de quinta generación conocido como FSML (Frequency Selective Multilayer Laminate) o laminado multicapa de frecuencia selectiva, que consta de una serie de tres láminas de fibras de carbono superpuestas junto con un material dieléctrico cuya alineación responde a distintos tipos de longitud de frecuencia y que cubre determinados sectores de la aeronave. De éstos laminados hay dos clases, uno genérico diseñado específicamente para absorber señales de distintos tipos de frecuencia y otro específico para una o dos frecuencias determinadas. Estos se conocen como superficies selectivas de frecuencia (FSS: Frequency Selective Surface) y geenralmente están diseñados para reflejar emisiones de banda Ku, S y X (radares AESA, radares AEW y radares de vigilancia aérea militar).

Se estima que su primera aplicación se realizó sobre el bombardero B-2 Spirit cuyo “revestimiento magnético” (magnetic coating) en una primera etapa resultó difícil de mantener ya que se degradaba con la humedad y la temperatura obligando a disponer de hangares ambientalmente controlados. No hay información oficial pero éstos inconvenientes iniciales ya han sido superados estimándose que los B-2 han recibido un nueva piel de desarrollo más avanzado que no se deteriora con la humedad o la alta temperatura. Prueba de ello han sido los despliegues del bombardero a las bases situadas en las islas de Guam y Hawaii, zonas que se caracterizan por condiciones de abundante humedad y temperatura.

El material no es visible como tal ya que se encuentra aplicado sobre la superficie externa de la aeronave, formando parte de ella; pero ésta tecnología sí es apreciable en los rádomos de los radares donde se utiliza la técnica conocida como “bandpass design” o sea que deja pasar determinadas bandas y rechaza otras.

Una piel a medida

El laminado multicapa de frecuencia selectiva admite distintos entramados que responden a bandas específicas de la potencial amenaza que pueden afrontar, es por ello que en el caso del F-22 como el T-50 y F-35 su recubrimiento exterior es literalmente “ a medida” pudiendo ello confirmarse en el hecho que las variantes de exportación del F-35 como el T-50 que recibirá India cuentan con capacidades VLO con ciertos niveles de degradación. Será entonces la USAF como la Fuerza Aérea Rusa las únicas que contarán con versiones muy específicas que irán desde el rango de los 150 MHZ (sistemas de defensa aérea chinos) hasta los 28.0 GHz de la banda K que utilizan los radares de los misiles aire-aire BVR, además de la gama de bandas L, X, C, S y Ku que utilizan los radares terrestres de vigilancia aérea, radares aerotransportados de los cazas y aeronaves AEW, baterías SAM’s, etc.

Como ya se mencionó el F-22 Raptor fue el primer caza de quinta generación en cuyo diseño se encuentran presentes distintas técnicas y tecnologías VLO, varias de las cuales recién ahora se están conociendo. Tal como lo han mencionado los ingenieros de Lockheed-Martin, un caza furtivo hoy se diseña de un modo muy diferente siguiendo más las leyes electrónicas que las aerodinámicas. Las superficies facetadas responden más a reducir el impacto de una onda radar que a consideraciones propias del vuelo. Los ángulos elegidos han sido determinados por las pruebas en cámaras anecoicas sobre reflexión y rebote de señales radar de distintas bandas y frecuencias. Ello es apreciable en las líneas y ángulos de las proas del F-22, del F-35 e incluso del Sukhoi T-50 o de los nuevos desarrollos chinos J-20 y J-31.

Es precisamente en las proas donde la técnica de reflexión y la aplicación de revestimientos o laminados de materiales compuestos especiales permiten una sustancial reducción de la sección radar (RCS) de la aeronave, aunque también se observa la misma tecnología en las extensiones de las raíces alares (LERX) y las tomas de admisión de aire de los motores. Luego sí se aprecian las llamadas “zonas de transición” donde sólo se aplican superficies facetadas o laminados multicapa de frecuencia selectiva. En tanto para todos aquellos elementos que por su función deben sobresalir de la superficie de la aeronave, tal como antenas, carenados, compuertas de los trenes de aterrizajes, de bodegas de armas, etc. se utiliza la técnica de los bordes aserrados cuya función es provocar que la señal radar rebote entre cada ”diente” de esa sierra hasta confluir en su vértice generando un debilitamiento de la señal que si bien podrá regresar, su energía será tan débil que difícilmente pueda ser captada por el receptor del radar.
Si bien quizás ésta no será la proa definitiva del T-50, su diseño convencional sin grandes superficies facetadas o ángulos permiten inferir la existencia de materiales compuestos de frecuencia selectiva. En tanto los distintos ángulos de los LERX como de la forma de las tomas de aire sí demuestran una exhaustiva aplicación de superficies reflectivas en el sector del fuselaje medio.

Pero si la piel de los nuevos cazas es más que importante para asegurar su sigilo, no menos importante es su diseño interior. En el caso del F-22 como del F-35 se sabe que sus estructuras internas responden al concepto RAS (Radar Absorbent Structure) cuya función es precisamente absorber o desviar aquellas señales que no hayan sido absorbidas o reflejadas por la cobertura externa de la aeronave, en particular en la zona de las tomas de aire, soplantes, estructuras metálicas de importancia tal como tren de aterrizaje y estructura primaria de la aeronave.

Conclusión
La ingeniería ha cumplido su parte. Ahora queda conocer la efectividad en combate real y por el momento el único caza en servicio de quinta generación (F-22) aún no ha afrontado ése desafío. Los ejercicios y simulacros si bien son de suma utilidad no sirven para la validación completa de la aeronave. No todo pasa por las técnicas LO y VLO aplicadas a la aeronave, también entran en juego la táctica empleada, la discrecionalidad de la electrónica, la capacidad de detección pasiva y el entorno electrónico circundante.
Técnicos e ingenieros de Lockheed-Martin aseguran que el F-35 será mucho más difícil de detectar que el F-22 Raptor. Los rusos hablan del T-50 como muy superior a ambos modelos norteamericanos y desde China se habla que el J-20 incorpora materiales denominados PEA (Perfect Electrical Absorbers) que son en realidad una variante del laminado multicapa de frecuencia selectiva.

El tiempo y específicamente el combate real determinará cuál de todos los diseños y técnicas son los más eficientes a la hora de hablar de sigilo, ya que en definitiva todo se reduce a quién ve primero y dispara primero.


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MensajeTema: Re: Cazas de 5º GEN: una cuestión de piel   Mar 27 Nov 2012 - 15:30

Gracias.
Saludos
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MensajeTema: Re: Cazas de 5º GEN: una cuestión de piel   Mar 27 Nov 2012 - 16:34

En este video se ve como la gente de Northrop fabrica una maqueta del Horten HO229 y la testea.
http://www.youtube.com/watch?v=ULA6-or9AWs

Lo avanzados que estaban los alemanes en esa epoca...
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MensajeTema: Re: Cazas de 5º GEN: una cuestión de piel   Mar 27 Nov 2012 - 18:23

Excelente tema, Claudio! Hoy justo estaba leyendo un artículo sobre la piel del F-22A Raptor que publicaron en la página de la USAF, realmente interesante.

Dejo el enlace a quienes interese: http://www.af.mil/news/story.asp?id=123327466

Muchas gracias por tan buen aporte.

Saludos.
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