Comment une peau plus dure pourrait changer la forme d’un avion furtif

Comment une peau plus dure pourrait changer la forme d'un avion furtif

Un chasseur d’attaque interarmées F-35A Lightning II de l’US Air Force. Crédit: photo de l’US Air Force par le sergent-chef. John R. Nimmo, Sr./Relâché

Les chasseurs et bombardiers furtifs sont parmi les avions les plus chers au monde et ils s’appuient sur une peau de polymère absorbant les radars pour éviter d’être détectés. Mais ce polymère est si fragile que ces avions haut de gamme doivent être conçus de manière à protéger la peau, même si cela signifie nuire à leurs performances dans les airs.

Un nouveau matériau est sur le point de changer cela. En créant une peau plus dure qui présente également des caractéristiques de furtivité plus souhaitables, les chercheurs pensent que le nouveau matériau permettra aux concepteurs de repenser le jet furtif.

« Cela se résume à ceci: si nous obtenons le soutien dont nous avons besoin pour intensifier cela, les avionneurs seront en mesure de repenser fondamentalement les avions furtifs », déclare Chengying « Cheryl » Xu, dont l’équipe de recherche de NC State a développé le radar le plus résistant. matériau absorbant. « Le matériau que nous avons conçu est non seulement plus absorbant pour les radars, mais il permettra également à la prochaine génération d’avions furtifs d’être plus rapides, plus maniables et capables de voyager plus loin. »

Les défis

Les avions furtifs existants sont revêtus de polymères absorbant les radars. Ces matériaux sont capables d’absorber 70 à 80% de l’énergie du radar. Couplé à d’autres caractéristiques de conception, cela peut rendre le signal radar de l’avion très faible. Bien que cela ne rende pas les avions vraiment « invisibles » au radar, cela les rend extrêmement difficiles à voir. Et cela donne à l’avion un énorme avantage dans les situations militaires. (C’est pourquoi les dépenses en avions furtifs devraient augmenter.)

Cependant, ces matériaux absorbant les radars présentent des limitations importantes.

D’une part, les polymères absorbant les radars ne sont pas très solides. L’exposition au sel, à l’humidité et aux matériaux abrasifs peut dégrader ces matériaux très rapidement, voire les décoller.

Un autre problème est que les polymères absorbant les radars se décomposent à des températures supérieures à 250 degrés Celsius, ce qui entraîne deux défis de conception importants.

Il y a deux endroits sur un jet qui peuvent devenir particulièrement chauds. Pour les avions supersoniques, l’un de ces endroits est le bord d’attaque des ailes. Lorsque le bord d’une aile frappe l’air venant en sens inverse à des vitesses élevées, il génère une énorme quantité de friction. Cela peut créer des points chauds sur le bord de l’aile à plus de 250 C. Cela affecte la conception de l’aile elle-même pour réduire la friction et les points chauds qui l’accompagnent. Cependant, ces considérations de conception affectent les performances de l’aéronef.

La deuxième zone à haute température se trouve à l’arrière de l’avion, car même les températures d’échappement les plus froides des jets sont bien supérieures à 250 C.Cela a obligé les concepteurs d’avions furtifs à fabriquer des buses d’échappement exceptionnellement longues et épaisses, pour garantir que la peau extérieure du les buses d’échappement ne deviennent pas trop chaudes pour la peau absorbant le radar. Malheureusement, la forme et le poids de ces buses rendent l’avion moins économe en carburant, plus lent et moins maniable.

Comment une peau plus dure pourrait changer la forme d'un avion furtif

Un B-2 Spirit fait le plein dans les airs. Crédit: US Air Force photo par Senior Airman Keith James / libérés

Une solution prometteuse

Pour relever cet éventail de défis impressionnants, Xu et ses collaborateurs ont créé un matériau céramique qui possède un éventail tout aussi impressionnant d’attributs.

D’une part, les tests en laboratoire révèlent que la céramique est plus absorbante pour le radar que les polymères existants, étant capable d’absorber 90% ou plus de l’énergie du radar. Il est, en effet, beaucoup plus difficile pour le radar de «voir».

De plus, le matériau est résistant à l’eau et plus dur que le sable. En d’autres termes, il peut mieux résister à des conditions difficiles.

De plus, le matériau céramique conserve ses caractéristiques d’absorption des radars à des températures aussi élevées que 1 800 C (et aussi froides que -100 C).

La céramique peut être appliquée à la surface de l’avion entier, et sa combinaison de ténacité et de résistance à la température permettrait aux ingénieurs aérospatiaux de concevoir des avions qui ne sont pas limités par la fragilité des polymères utilisés par les générations précédentes de véhicules furtifs.

En fait, l’application de la «peau» en céramique est assez simple. Un précurseur de céramique liquide est pulvérisé sur la surface de l’avion. Et comme le précurseur liquide est exposé à l’air ambiant, il subit une série de réactions chimiques et est converti en matériau céramique solide.

«Ce processus prend un à deux jours», dit Xu.

Et après?

Les caractéristiques du matériau ont été établies par des tests en laboratoire. Cependant, en raison des limites de coût, les chercheurs n’ont fabriqué et testé que des échantillons suffisamment petits pour tenir dans votre main.

«Nous avons récemment obtenu un financement du Bureau de la recherche scientifique de l’armée de l’air qui nous permettra de produire et de tester des échantillons beaucoup plus volumineux, c’est donc ce sur quoi nous travaillons actuellement», déclare Xu. « En fin de compte, nous espérons travailler avec des partenaires de l’industrie pour développer cela et commencer à travailler sur la prochaine génération d’avions furtifs. »

Le travail à ce stade est décrit dans un trio d’articles publiés dans la revue Matériaux appliqués et interfaces ACS: « Composites céramiques absorbant les micro-ondes accordables à large bande en céramique SiOC dérivée de polymère et céramiques ultra-hautes températures partiellement oxydées en surface in situ » Blindage contre les interférences »et« Système composite céramique multifonctionnel pour la protection thermique simultanée et le blindage contre les interférences électromagnétiques pour les composites polymères renforcés de fibre de carbone ».


Les scientifiques ont développé un matériau à haute résistance pour l’industrie aéronautique


Plus d’information:
Yujun Jia et coll. Composites céramiques absorbant les micro-ondes accordables à large bande en céramique SiOC dérivée de polymère et céramiques à ultra-hautes températures partiellement oxydées en surface in situ, Matériaux appliqués et interfaces ACS (2019). DOI: 10.1021 / acsami.9b16475

Yujun Jia et coll. Composites céramiques SiOC dérivés de céramique à très hautes températures, dérivés de polymères, pour un blindage contre les interférences électromagnétiques haute performance, Matériaux appliqués et interfaces ACS (2020). DOI: 10.1021/acsami.0c08479

Yujun Jia et coll. Système composite céramique multifonctionnel pour la protection thermique simultanée et le blindage contre les interférences électromagnétiques pour les composites polymères renforcés de fibre de carbone, Matériaux appliqués et interfaces ACS (2020). DOI: 10.1021 / acsami.0c17361

Fourni par North Carolina State University

Citation: Comment une peau plus dure pourrait changer la forme d’un avion furtif (2021, 18 mai) récupéré le 18 mai 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-05-tougher-skin-stealth-aircraft.html

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