Н. Ф. Николенко. Основы теории РЭБ. М., Воениздат, 1987 (1083410), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Современные реактивные самолеты и вертолеты являются весьма мощными источниками излучения электромагнитной энергии в диапазоне 0,75 — !4 мкм, Значительная часть энергии, выделяющейся при сгорании большого количества топлива в авиационных двигателях непосредственно или за счет нагрева турбины, сопла и обшивки самолета, преобразуется в электромагнитное излучение в ИК-диапазоне. 5(Л Вфи1нг !Оз !О !О' '2 9 б О 10 Л нам Рнс. 15.1. Графическое представлснне законов теплового нзлучення Планка (сплошные лнннн) н Голнпнна — Вина (штрн- хоная линия) Для уяснения принципов построения ИК-систем и создания помех их работе необходимо хотя бы кратко остановиться на основных физических законах теплового излучения тел, температуры которых отличаются от абсолютного нуля.
Законы теплового излучения получены примспительио к абсолютно черному телу (АЧТ). Мощность излучения по длинам волн неравномерна и зависит от температуры. Зависимость спектральной плотности излучения от длины волны и абсолютной температуры устанавливается законом Г1ланка. Указанные зависимости (для некоторых значений температуры) представлены на рис.
15.1. Из этих зависимостей видно, что с повышением температуры спектральная плотность излучения существенно увеличивается. Из рис. 15.1 также следует, что спектральная плотность излучения, характеризующаяся отдельными изотермами, проходит через максимум. Максимум спектральной плотности (при Та=сопя!) 286 соответствует длине волны излучения, определяемой законом смешения Голиципа — Вина Х,„=са/Т„, (! 5.1) где постоянная смешения ск=0,289782 10 а мкм.К. Согласно этому закону величина спектральной плотности и излучения АЧТ с повышением температуры смешается в сторону более коротких волн. Графически эта зависимость отображена на рис. 15.1 штриховой линией.
11апример, приняв для сопла реактивного двигателя Т,=600'С (Т„=273+600=873К), получим, что максимум спек~ральной плотности излучения соответствует Х=)н,ш„=3,4 мкм. Вторым важным законом излучения АЧТ является закон Стефана — Больцмана. Он характеризует связь удельного потока мощности излучения тела с его температурой Тк и температурой окружаюшей среды Тк,,р. Р = а(Т1< — Тк.
р)~, (15.2) где о=5,67 10 — ' Вт/мЯК' — постоянная Стефана-Больцмана, Закон Стефана — Больцмапа не характеризует спектральное распределение излучаемой электромагнитной энергии. В то же время приемники лучистой энергии обладают селективпостью по частотам спектра принимаемого излучения. Поэтому закон Стефана — Больцмана не позволяет рассчитывать дальность действия ИК-приборов. Но так как кривые Планка (рис. 15.!) не пересекаются, то в нервом приближении можно считать, что с ростом температуры излучающего тела пропорционально сй возрастает спектральная плотность потока лучистой энергии в пределах полосы спс1стральиой чувствительности приемника, Это позволяет оценить влияние температуры тела на дальность его обнаружения, Допустим, что сопло двигателя разогрето равномерно и имеет температуру Тн=873К, а тсмпература окружающего воздуха Т...=ЗОО К.
Удельная мощность излучения Рт=5,67 1О-в (873 — 300)а=6,4 кВт/м'. Если двигатель этого же самолета перевести на форсажный режим работы, то сопло быстро прогреется до Тн= !000 К и удельная мошиость излучения повысится до рте=24 кВт/мв, т. е. возрастет примерно в 4 раза. Так как плотность потока лучистой энергии па входе оптической системы приемника излучения обратно пропорциональна квадрату расстояния до его источника, то при прочих равных условиях дальность обнаружения самолета, летяШего в режиме форсажа двигателя, возрастет примерно в 287 2 раза по сравнению с дальностью обнаружения самолета, летя!цего на экономичном кр(йсерском режиме.
Источником излучения электромагнитных волн ИК-диапазона является н обшивка самолета. Но даже па сверхзвуковой скорости полста излучение самолета в основном определяется излучением турбины, сопла и факела двигателя. Тем не менее разогретая обшивка может служить источником излучения, мощность которого достаточна для обнаружения самолета в передней полусфере, когда излучение разогретых частей двигателя экраннруется фюзеляжем. Источником излучения в Р!К-диапазоне является также поток истекающих нз сопла разогретых до высокой температуры газов.
Однако температура истекающих газон быстро падает из-за порем(.'шивапия с воздухом и для ИК.Н!!Нб(7(7((п гупи(тн('ппым явля. ется излучение только той части факела, которая отстоит от среза сопла не больше чем на 2 — 3 м. В форсажных режимах рабо~ы двигателя длина факела резко возрастает и может составить основную часть излучения самолета в ИК-диапазоне. Спектральная плотность излучения факела является дискретно-сплошной, т. е. на некоторых частотах наблюдаются ярко выраженпыс линии, положение которых на шкале частот определяется химическим составом топлива, а интенсивность — температурой. В приборах, используемых в системах управления оружием ПВО, цз-ча ограниченности полос пропускания применяемых в них приемников электромагнитного излучения целей используется малан доля (несколько процентов) энергии этого излучения.
1-1о и ее оказывается достаточно для обнаружения самолетов и вертолетов на дальностях, составляющих десятки километров. Таким образом„ тепловое излучение самолета неравномерно по спектру и подчиняется весьма сложным физическим законам. Прн проектировании ИК-приборов преимущественно пользуются эксперимснтальнымн данными. Диаграмма направленности излучения в ИК-диапазоне из-за неравномерности разогрева различных частей самолета и факела двигателя является неравномерной и отражает нс только его топологию, но н конструктивные особенности самолета; число двигателей, их расположение относительно других конструктивных элементов самолета и относительно друг друга и т.
д. На рис. 15.2 приведены индикатрисы (кривые равных плотностей потока мощности ИК-электромагнитной энергии) самолетов с одним и двумя реактивными двигателями в горизопталыюй плоскости. В вертикальной плоскости нз-за экранирующего действня хвостового оперения максимум индикатрисы, как правило, оказывается направленным вниз под углом 10 — 20' относительно продольной осн самолета. Такой характер нндикатрнсы излучения самолета обусловил преимущественное использование оружйя ПВО с ИК-нзмерителямн для автосопровождення целей и ракет в задней полусфере. 760' 760' 200 7ч0 с(О 720 260 260 300 60 320' ьО га" о Вэа' о - ВВухмоп(орный сомоле(п Е- оВнпмогппрный сопплеп( Рнс.
1В.2. Инлнкатрисы ИК-налучсннн саннлстпн рассмотрение самолета как источника лучистой энергии позволяет сделать вывод о том, что приемники излучения в ИК-диапазоне выгодно создавать как можно более широкополосными. П н этом максимум спектральной чувствительности желательно иметь совпадающим илн близким к точке максимума спектр рн э а излучения, определяемой законом смещения Голицина — Вина по формуле (15.1).
Широкое применение систем оружия, использую!цих ИК-координаторы, поставило перед копструкторамн самолетов н двигателей задачу изыскания способов н устройств, обеспечивающих существенное снижение температуры нагрева основных частей двигателя и газов, истекающих нз сопла (пасснвные способы снижения эффективности применения ИК-систем).
В определенной степени это условие удовлетворяется в двух- контурных двигателях. Так, например, двигатели, используемые в американских крылатых ракетах А1.СМ и 81.СМ, имеют температуру истекающих газов, нс превышающую 300'С, что прн малой 19 Зак. 562! 289 плошади сопла и размеров факела делает ел<»к|«>Й задачу оопаружспия этих обьсктов ИК-приборами. На пути распрострапс|пш злск|ромзппп«ой зисргпп от ясли к прпсмпику опа пастер«сваг> поглопшппе и рассея««с, т.
с. атмосфера пс является абсол|о>|ю «>озра по ..у | К- ,, ч й в испо.|ьзусмом |1К- приборами диапазопс воля. В,% 02 а,<< а,ь ! В, '/ !Оа 5 !а га( „„ а га л, Р. г„, яс. !Гь!. Херах |ср«стоки автумшня зле«тром»гоны|ой ане- ргии в атмосфере для раалвчныл высот |з.з. хАРАктериетикА пРиемникОВ ик-излучения В качестве приемников ИК-излучения в приборах восш«>го пазначевия используют фоторсзисторы (ФР) — полупроводниковые фотоэлементы с впутрсппим фотоэффсктом.
Г!адеиие па ФР кван- 290 На рис. 15.3, а и б приведепы кривые ослабления лучистой энергии в атмосфере для двух высот — г<'=0 и Н=! ! км соответствепцо. Резонансный характер поглощения обусловлен паличнем в воздухе водяных паров и молекул различпых газов, концентрация которых меняется с высотой. Как видно из этих графиков, наиболее прозрачным в ИК-диапазоне является «окно» в окрестностях 3 — 4 мкм.
Поэтому этот поддиапазоп наиболее широко используется в приборах военного назначения. Кривыс, приведенные па рис. !5.3, относятся к нормальному состояппю атмосферы, т. е. характеризуют прозрачность атмосферы в отсутствии т мана с Д и дождя. Дымка, тума«, дождь спижа|от прОзра пюсть атмоу а- сферы. Для дли«ы волны ) .»14 мкм атмосфера практически непрозрачна вплоть до миллиметрового диапазона. тов электромагнит«ой эпсргш: опрсдслсппой пслпчппы приводит к появлс|т|о «а его повсрхпосги свобод«ых электронов, увеличивая тем самым его пров<>димосзь. Модуляция потока лучистой энергии приводит к модус|яцип тока ФР илп папряжсппя, снимаемого с его нагрузки. Важие«шими характеристиками ФР являются: — сопротивление в функции температуры «',; — спектральиая чувствительность Ах., — постоянная времени т,; — мощность собственных шумов Ро, фоторезистора как фактор, ограиичива|ощий чувствительность приемника ИК-прибора.
Все перечислспцые параметры опрсдсл|потся химическим составом ФР и явля|отея функцией тгмш'ратуры, Известны и применяются ФР, в которых в качестве источпи. ков фотоэлсктроцов используют: — сернистый свинец (РЬ5) — теллуристый свинец (РЬТе); — сслсцистый свинец (РЬ5е); — сурьмяпистый индий (1п5!>) и т. д. Важнейшей характеристикой любого приемника лучистой энергии является его спектральная чувствительность, под которой по«имя|от зависимость мощности сигнала иа .его выходе от длины волны входного сигнала при постоянной его мощности. Спектральная чувствительность фотоприемника тем вылив, чем ниже его температура. Для некоторых типов фотоприемников чувствительность достигает приемлемых для практики значений только в условиях глубокого охлаждс«ия. Поэтому рассматривать их характеристики при нормальных («комп|зтпых») температурах лпшспо смысла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
