6.3.2. Инфракрасное излучение самолетов

Можно назвать несколько основных источников излучения, обуславливающих суммарное излучение самолета в целом как объекта: отраженное от планера самолета излучение Солнца, Земли, Луны и других источников; собственное тепловое излучение удлинительной трубы и сопла турбореактивного двигателя или выхлопных патрубков поршневых двигателей; собственное тепловое излучение струи выхлопных газов (факела);собственное тепловое излучение обшивки самолета, возникающее за счет аэродинамического нагрева при полете с большими скоростями [7,8]. Можно назвать и дополнительные источники излучения, возникающие, например, при ведении стрельбы из пушечных установок или при запусках ракет различных классов за счет излучения факелов их двигателей [5,6].

Для расчета отраженного от самолета излучения необходимо знать характеристики излучения Солнца, конфигурацию поверхности самолета и спектральную степень ее черноты. Планеры современных самолетов

изготавливаются из алюминиевых сплавов. Для полированного алюминия степень черноты лежит в пределах 0.039 - 0.057, а для окисленного в пределах 0.11 -0.19.

Зависимость степени черноты от длины волны для алюминия приведена на рис. 26. Из рисунка видно, что степень черноты с увеличением длины волны уменьшается, то есть увеличивается зеркальный эффект отражения. Следует учитывать зависимость степени черноты металлов не только от длины волны, температуры, но и от угла визирования поверхности.

Так, для полированного никеля по нормали к поверхности степень черноты равна 0.045, а под углом 85° градусов к нормали она увеличивается в несколько раз и составляет 0.14. Поэтому элементы обшивки самолета при одной и той же температуре будут излучать в разных направлениях разную энергию, что позволяет при достаточной разрешающей способности ИК устройств разведки получать тепловое изображение самолета.

Турбореактивный двигатель самолета является интенсивным излучателем, так как в процессе сгорания авиационного топлива выделяется большое количество тепла. Поверхности деталей во внутренней полости двигателя омываются со скоростью 300 - 400 м/с газовым потоком, нагретым до температуры 1000°К. Наивысшую температуру имеют лопатки газовой турбины. Максимальная температура газов, поступающих в турбину, определяется допустимым нагревом материала лопастей турбины. Поэтому инфракрасное излучение нового авиационного двигателя испытываемого на стенде может нести значительную информацию о его характеристиках.

При длительном полете максимальное значение температуры выхлопных газов должно поддерживаться в пределах 500 - 600 градусов цельсия. При полетах с малой скоростью температура выхлопных газов может снижаться до 350 - 400 градусов цельсия. Таким образом, изменение интенсивности ИК излучения на различных длинах волн излучаемого спектра содержит информацию о режиме работы двигателя и скорости полета самолета.

Современная инфракрасная аппаратура позволяет легко обнаруживать и отслеживать самолет типа "Боинг - 707" на расстояниях свыше 30 км.

В отличии от турбореактивного двигателя турбовентиляторные двигатели засасывают значительно больше воздуха, избыток которого проходит через двигатель и выбрасывается назад, создавая дополнительную тягу.

Температура выхлопных газов турбовентиляторных двигателей ниже, чем у турбореактивных, и вследствии этого их излучение составляет примерно 3/4 излучения турбореактивных двигателей. Указанная особенность позволяет по интенсивности и спектру инфракрасного излучения двигателя определять его тип.

Струя газов реактивного двигателя является характерным источником инфракрасного излучения турбореактивного самолета. В общем балансе инфракрасного излучения турбореактивного самолета на долю факела двигателя приходится примерно 20 - 25 %. В реактивном двигателе благодаря избытку кислорода топливная смесь сгорает более полно, чем в двигателях поршневых самолетов, и факел выходящих газов не содержит раскаленных частиц углерода с большим уровнем инфракрасного излучения. В результате процесса горения образуется углекислый газ и пары воды. Следовательно, по спектру инфракрасного излучения можно определить, является двигатель реактивным или поршневым. В спектре излучения факела турбореактивного двигателя самолета наиболее интенсивные полосы инфракрасного излучения приходятся на длины волн 2.7 и 4.3 мкм. Первая из них появляется от суммарного излучения паров воды и углекислого газа, а вторая - главным образом в результате излучения нагретого углекислого газа.

В спектре инфракрасного излучения горячих выбросов поршневого самолета появляются дополнительные составляющие.

Следующим источником инфракрасного излучения самолета является поверхность обшивки, нагреваемая за счет аэродинамического

торможения при полете со сверхзвуковыми скоростями. При скоростях, превышающих М=2, инфракрасное излучение за счет аэродинамического нагрева становится настолько большим, что представляет интерес для разработчиков систем обнаружения и распознавания самолетов. Точки на поверхности самолета, где поток полностью останавливается, называются точками полного торможения потока. В таких точках кинетическая энергия движущегося воздушного потока преобразуется в потенциальную энергию, приводя к повышению температуры и давления. Эта температура называется температурой торможения Т_т и определяется формулой

где : Тоо - абсолютная температура воздуха до торможения; М - число Маха, равное отношению скорости газового потока к скорости распространения звука в тех же условиях. Эта зависимость представлена на рис. 27.

Приведенные значения температур соответствуют состоянию равновесия. Время для достижения равновесия зависит от коэффициента излучения поверхности, а также тепловых характеристик материалов, находящихся внутри тела.