La furtivité et la peinture

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La furtivité et la peinture

Messagepar Valkyrie » Ven 15 Oct 2010 20:07

La fiche sur le B2 et sa peinture m’ont fait me poser quelques questions. Du coup, réflexions et recherches ont alimentées mes soirées… Pourquoi mettre en place une telle peinture et surtout, pour quels résultats escomptés ?!
En préambule, je tiens juste à signaler que je serais bien incapable de faire quelconque layus technique à base de formules mathématiques complexes. J'axerais plus mon propos sur les concepts, qui comme toujours, souffriront d'approximation. Le but est ici de comprendre le principe, non pas de fabriquer un B2 dans son garage.
Je vais pour cela transposer mes connaissances dans le domaine marin au domaine aéronautique. Un sonar vaut bien un radar comme dirait l’autre.

Pour tenter de comprendre comment √©chapper √† une d√©tection radar, il faut d√©j√† comprendre grossi√®rement le ph√©nom√®ne du radar. "Le radar est un syst√®me qui utilise les ondes radio pour d√©tecter et d√©terminer la distance et/ou la vitesse d'objets tels que les avions, bateaux, ou encore la pluie. Un √©metteur envoie des ondes radio, qui sont r√©fl√©chies par la cible et d√©tect√©es par un r√©cepteur, souvent situ√© au m√™me endroit que l'√©metteur. La position est estim√©e gr√Ęce au temps de retour du signal et la vitesse est mesur√©e √† partir du changement de fr√©quence du signal par effet Doppler." (source : http://fr.wikipedia.org/wiki/Radar).

La détection radar repose donc sur le fait qu'une onde envoyée par un émetteur rebondit sur un objet pour être ensuite analysée par un récepteur (pouvant être le radar lui même ou placé à un tout autre endroit). Les principales caractéristiques du radar sont la puissance et la longueur d'onde utilisées, paramètres qui détermineront :
- Une portée (distance limite au delà de laquelle le système est incapable de fournir des mesures fiables, le rapport signal sur bruit devenant trop important.)
- Une résolution (elle s'articule sur la capacité du système à distinguer d'une part un objet et d'autre part de distinguer deux objets proches. Elle dépend principalement de la largeur des faisceaux et de la taille de la "pastille insonifiée". Plus les faisceaux sont fins, meilleure est la résolution).
- Une précision (la précision du radar traduit la qualité d’estimation de la distance (précision verticale) et de la position des objets (précision horizontale) déterminées par le système. Elle dépend de la précision des mesures d’angles et de distances et de la précision des capteurs ou mesures auxiliaires : système de positionnement, centrale d’attitude, etc.)

Ensuite, tout sera fonction de la réflectivité de la cible (pouvant être exprimée en décibel). La réflectivité (ou reflectance) est la capacité que possède une surface à renvoyer une partie de l'énergie reçue. Lorsque le train d'onde frappe la surface, il y a une partie qui est réfléchie (dans toutes les directions de l'espace, donc échappant à l'acquisition radar), réfractée (je sauterais l'explication...), transmise (en gros l'onde travers l'objet comme dans le cas d'une vitre), retrodiffusée (c'est la portion du signal radar que la cible redirige directement vers le récepteur, c'est cette partie qui permet de "voir" l'objet sur le scop radar), et absorbée (généralement transformée en chaleur).
Cette répartition sera fonction des principaux paramètres suivant : la nature de la surface de la cible (caractérisée par son impédance acoustique : produit de la vitesse du milieu par lequel passe l'onde et de sa densité), de son épaisseur, de sa rugosité, de l'angle d'incidence du train d'onde sur la surface, du taux d'humidité et des propriétés électriques et magnétiques de la cible.

L'essentiel pour l'avion qui veut être invisible est donc de minimiser la partie retrodiffusée de l'onde reçue. A cela plusieurs orientations différentes (mais généralement combiner en vue d'optimiser la furtivité au sein du même appareil) :
Cas 1a : passer sous la résolution du radar. Vu les longueurs d'ondes utilisées par les radars, cela demanderait de faire de très petits avions... ce qui n’est pas le cas du B2…
Cas 1b : optimiser lors de la création de l'avion la signature radar, de part ses dimensions, ses formes, etc... Un peu comme pour l'aérodynamisme.
Cas 1c : transformer totalement le signal reçu et en émettre un autre. C'est la contre mesure. En gros, il s'agit de brouiller complément le récepteur en le saturant ou en anhilant les (ré)émissions radars en renvoyant la même, mais en inversant la phase. Il s'agit alors d'acquérir le train d'onde, d'inverser la phase et de le renvoyer suivant la direction de l'onde reçue... Merci l'électronique. Mais ça se fait très bien.

Cas 2 : Tout faire pour mettre la retrodiffusion √† 0, quitte √† mettre la r√©flexion √† 100%. On va pour cela utiliser des surfaces parfaitement lisses (une surface sera consid√©r√©e "radariquement lisse" si les variations verticales de sa surface sont beaucoup plus petites que la longueur d'onde du radar. Dans le cas contraire, la surface est dite "rugueuse" et elle diffusera dans toutes les directions de l'espace, donc avec une composante "retrodiffus√©e", c'est √† dire q'une partie repartira vers le radar). Dans le cas du radar cherchant un avion, on peut considerer que l'angle d'incidence moyen des ondes sera g√©n√©ralement oblique. Pourvu de telles surfaces et compte tenu des diff√©rences d'imp√©dances, les ondes ricocheront sur l'avion, qui ne renverra aucune d'onde vers le radar : il sera parfaitement invisible. Par contre, ce sera de pi√®tre efficacit√© pour des stations maill√©es, o√Ļ les r√©cepteurs et √©metteurs coop√®rent sur des grandes √©chelles...
Cependant, pour des stations autonomes, il existe cependant un cas qui fera que l'avion pourvu de telles surfaces renverra tout de m√™me un √©cho, c'est dans le cas o√Ļ l'onde sera perpendiculaire √† une de ces surfaces lisses. L'onde sera alors dite "sp√©culaire".
Pour comprendre ce phénomène, le plus simple est de prendre un exemple. Une lampe en main, rendez vous dans votre salle de bain et éclairez le miroir. Lorsque la lampe éclaire le miroir, une partie infime de l'onde revient vers vous : cela vous permet de voir le faisceau de la lampe dans le miroir (car le miroir que vous possédez n'est pas "lumineusement lisse" : il existe des rugosités de taille supérieur a la longueur d'onde de la lumière. Sinon : vous ne verriez pas le faisceau lumineux !). Mais lorsque vous allez vous retrouver en face du miroir, et que le rayon sera perpendiculaire à sa surface, vous vous retrouverez ébloui : vous serez en mode "spéculaire".
Voici un exemple sur une image sonar : le spéculaire, c’est la bande noire du milieu (http://oceanexplorer.noaa.gov/explorati ... ar_600.jpg)
Cette m√©thode de mettre la retrodiffusion √† 0, quitte √† mettre la r√©flexion √† 100%, est la m√©thode de protection radar qui fut choisi pour le F-117 o√Ļ les surfaces ont √©t√© optimis√©e de fa√ßon √† ce que les ondes radars ricochent dessus et ne renvoie rien vers le radar (cas emeteur et recepteur confondu). Et si par malheur pour l'avion, il y a interception radar, c'est dans le cas sp√©culaire, qui conduit √† une saturation sous forme "dirac" (signal d'amplitude infinie sur un dur√©e "infiniment br√®ve"). Pour sch√©matiser, le F-117 est soit invisible, soit il sature la cha√ģne d'acquisition radar de fa√ßon instantan√©, rendant impossible tout calcul de position, de vitesse, etc... Le radar est √©bloui. Par contre, c'est assez contraignant car l'avion n'est pas vraiment invisible et √† partir de deux acquisitions ponctuelles - deux √©clats -, il est possible d'en d√©duire sa vitesse et sa direction de d√©placement. Cela force alors l'avion d'avoir des trajectoires non lin√©aires. Et si l'ennemi poss√®de un bon maillage radar qui d√©solidarise les recepteurs/emeteurs... il est cuit le F-117... Mais pour les stations radars autonomes (cas de la majorit√© des pays tout de meme), l'operateur ne verra sur le scope qu'un point apparaissant de fa√ßon al√©atoire... Un peu stressant pour la d√©fense anti aerienne... Je n‚Äôose √©videment pas parler de F117 qui prendrait la m√™me route chaque jour, cela le conduirait au suicide. Un sp√©culaire, un calcul de route, et pan, au tapis. Mais l√†, c‚Äôest de la science fiction.

Cas 3 : On va essayer de diminuer les ondes réfléchies et retrodiffusée, en favorisant la transmission. C'est la parade parfaite. Un exemple : une vitre qui va se laisser traverser par la lumière. Aujourd'hui très difficile a mettre en place, mais pas impossible à mon sens dans le futur. Il s'agirait de mettre au point un matériau qui réagirait avec les ondes radars comme le verre avec la lumière... être transparent...

Cas 4 : On va essayer de diminuer les ondes réfléchies et retrodiffusée, en favorisant l'absorption. Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. Il faut "transformer" ces ondes reçues, de façon à ce qu'elles ne repartent pas vers un récepteur. La "transformation" peut être sous forme de chaleur, tel le mur qui chauffe en plein soleil, absorbant une partie du rayonnement, de champs magnétiques et/ou électriques induits (dont les propriétés seront fonction des caractéristiques électriques et magnétiques du support).
Le SR-71 basait sa furtivité là dessus, en étant recouvert d'une peinture à base de microbille d'acier et de titane, qui "absorbait" le rayonnement radar de deux façons. D'une part en forçant les ondes radars à rebondir de façon multiple entre les grains (donc en provocant la dissipation du rayonnement radar par le chemin parcouru) et d'autre part, ce type d'enduit permet de convertir une partie des ondes radars en chaleur (par oscillations moléculaires), chaleur ensuite transférée à l'appareil et dissipée au milieu ambiant. C'est par le même principe que l'eau chauffe dans les fours à micro-ondes (les fréquences radars sont, pour certaines, dans le domaines des micro-ondes).
Ce type de revêtement a été évidemment amélioré depuis et utilisé notamment sur les F-117 et B2. Mais il existe différents types de revêtements, de différentes compositions (proportions variables de titane, fer et carbone et sans doute d'autres alliages "secrets"), de différentes densités et de différentes épaisseurs. Ces différents paramètres varient et sont fonction des longueurs d'ondes que l'on cherche à absorber. Le revêtement sera physiquement centré sur une longueur d'onde bien particulière qui sera clairement définie et qui ne pourra que difficilement changée (comme une antenne radio). Apres, plus on s'écartera de cette fréquence, moins l'absorption sera parfaite. Là, la stratégie intervient. Il convient de définir le pic de la gamme que l'on veut absorber. Si mes souvenirs sont bons, les revêtements F-117 et SR-71 étaient optimisés pour des gammes de l'ordre de 300MHz... On doit rester dans les mêmes gammes pour le B2 à mon avis.
Mais il y a un hic √† ces m√©thodes... car il faut que la peinture et la structure de surface soient coh√©rentes avec le support. Cela peut appara√ģtre trivial, mais, et c'est au combien important : il faut que le rev√™tement choisi tienne, que le poids soit mod√©r√©, que cela ne perturbe pas l'avion dans ses communication (√©viter la cage de faraday), que cela soit stable avec les √©l√©vations de temp√©rature due √† la vitesse, que cela supporte l'humidit√©, les rayons du soleil, qu'il n'y ai pas d'effet electromagnetique ou d'electricit√© statique du au frottement de l'air... Et l√†, c'est pas facile. Merci la R&D et ensuite merci la maintenance de ces rev√™tements qui co√Ľte √† elle seule une fortune !!

Cas 5 : Autre paramètre, notamment retenu dans le cadre du B2 : la mise en place d'un écran dit de "Salisbury" sous la peinture. Cette structure permet de renvoyer une onde de même amplitude et fréquence, mais en opposition de phase avec la première. C'est un système passif donc inchangeable en cours de mission et qui, comme dans le cas de la peinture, n'est valable que pour une longueur d'onde...
Les avions furtifs possèdent généralement des découpes assez curieuses en dents de scie sur les bords des structures. Les formes de ces découpes ne sont pas faites au hasard : elles sont directement fonction des longueurs d'ondes des radars à éviter. Là encore, c'est le principe de "Salisbury" qui permet de diminuer les échos radars des différentes extrémités de l'avion par inversion des phases.

Les cas 4 et 5 sont les plus élaborés car ils permettent non seulement d'éviter les radars autonomes mais contrecarrent également les systèmes maillés.

Les avions furtifs combinent les diff√©rentes techniques √©voqu√©es (qui ne font pas forcement bon m√©nage avec l'a√©rodynamisme et les efforts des cellules, d'o√Ļ des formes "futuristes", type F-117 ou B2). Mais bonnant malant, la SER de ces avions dit "furtifs" est officiellement ramen√©e √† une balle de tennis. Mais quelle est la part de la peinture, pour avoir une telle signature, entre la forme, les materiaux, les brouillages actifs ou passifs ? C'est tr√®s difficile a d√©terminer dans la furtivit√© globale.

Mais il faut à mon avis raisonner de façon globale (on s'ecarte de la science pour laisser place à mon regard personnel) : si j'etais concepteur de B2, je choisirais des caractéristiques de forme/structure, d'écran de "Salisbury", de brouillages actifs et de peinture spécifiquement définies chacunes pour différentes longueurs d'ondes : 90% pour telle longueur d'onde (par exemple radar de tir d'avion ennemis, particulièrement de dos), 70% pour telles autres (par exemple radars autodirecteurs des missiles) et 15% pour telles autres (surveillance de trafic aérien)... La protection radar contre la surveillance de trafic aérien serait quant à elle plus axée sur la forme d'ensemble et matériaux de base... Ces chiffres sont évidement sans fondement et sont donnés à titre d'illustration du problème.

Le corollaire à cette peinture explique également pourquoi les revêtements sont aussi sensibles. D'une part bien sur pour éviter de les copier, mais également pour éviter de dire à quel domaine de fréquence on souhaite que le revêtement de surface soit furtif...
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Re: La furtivité et la peinture

Messagepar vigi » Ven 15 Oct 2010 20:45

Superbe explication, vulgarisée comme il convient pour être à la portée (radar) du béotien que je suis dans ce domaine. 8-)
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Re: La furtivité et la peinture

Messagepar Valkyrie » Ven 15 Oct 2010 21:04

A posteriori, je trouve que cela permet de comprendre le pourquoi du prix et du conditionnement du B2. :)
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Re: La furtivité et la peinture

Messagepar vigi » Ven 15 Oct 2010 21:23

Effectivement, par contre si l'on regarde le F-22 et le B-2 qui sont l'exemple même de la furtivité, on constate que la peinture (voir peut-être d'autres systèmes furtifs) nécessite une mise en condition opérationnelle lourde (maintien de température et hydrométrie).
On est en droit de douter en cas de besoin de déploiement rapide loin des bases.
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Re: La furtivité et la peinture

Messagepar Stef » Lun 29 Ao√Ľ 2011 11:05

vigi a écrit:Effectivement, par contre si l'on regarde le F-22 et le B-2 qui sont l'exemple même de la furtivité, on constate que la peinture (voir peut-être d'autres systèmes furtifs) nécessite une mise en condition opérationnelle lourde (maintien de température et hydrométrie).
On est en droit de douter en cas de besoin de déploiement rapide loin des bases.


Je pense que le confinement est plus nécessaire à l'électronique. Par contre, je doute que ces avions soient "ardroxés" (c'est un produit gras genre WD40 qui est étallé sur les cellules de nos avions et qui donnent un effet miroir à la cellule!)
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Re: La furtivité et la peinture

Messagepar vigi » Dim 16 D√©c 2012 13:00

Je reviens sur ce sujet, avec un petit article qui pourrait bien filer des ulcères aux trésoriers du Congrès et du Sénat US.

Le furtivité vit-elle ses dernières heures ?

Et bien si on en croit les résultats des recherches de Mehul Malik, Omar S. Maga na-Loaiza et Robert W. Boyd... Oui !

Ces braves garçons ont mis au point un système de détection "radar" basé sur l’émission d'un signal de photons.
Ce concept permet de détecter à coup sur un appareil furtif type B-2, F-22 ou F-35 ( :mrgreen: vous le sentez là, le chatouillement du fondement du Congrès ?).

Alors, vous allez me dire:
Ouais, ouais !!
C'est bien mignon ton affaire, mais il suffit de brouiller le signal et s'en est fini de tes photons !!
Et toc !

Ben techniquement oui...
Mais c'est là que c'est GE-NIAL !!

Je m'emporte... Je m'emporte
Désolé...

Donc oui, on peut brouiller, sauf que dans ce cas, les photons, ils rentrent à la maison quand même.
Et là, il te dise:
Papa, on a été tout brouillé et l'image que tu vois est fausse.

C'est pas beau ça ?

Donc pour récapituler.
Tu brouilles pas.
On sait qui tu es,o√Ļ tu vas et ta position pr√©cise.

Tu brouilles.
On sait pas qui tu es, mais on sait que tu nous brouilles.
On sait o√Ļ tu vas et on connait ta position exacte.

Sources

Pour les mordus, un pdf plus détaillé...Sans doute avec plus d'infos, mais mes compétences limitées ne me permette pas de faire une synthèse de ce dossier
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Re: La furtivité et la peinture

Messagepar Valkyrie » Dim 16 D√©c 2012 13:12

Heu... C'est toujours le même procédé sur le fond.
Les B2 étaient déjà détecté par l'absence de bruit à leur passage...

Je vais tout de même lire l'article. :D

J'ai lu.
Attendons les essais grandeur nature, avec mis en place dans des conditions opérationnelles "vraies". Quelle portée d'ailleurs ? Dans quelles conditions (humidité notamment) ?
Après, le revêtement n'est pas adapté pour ces longueurs d'ondes. Quid d'une remise à jour ?
Qui pourra se payer de tels moyens de détection ?
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Re: La furtivité et la peinture

Messagepar pingouin » Dim 16 D√©c 2012 13:14

La aussi , c'est très fort pour un dimanche, le chef doit toujours donner l'exemple ... mais comme dit quelque fois Nanard, là c'est du brainstorming ...

A propos de furtivité, j'ai vainement cherché trace du premier d'entre tous sur le forum, c'est à dire celui de Göering, l'aile volante Horten Ho-2 29, dont les Américains se sont inspirés,premiére utilisation du charbon écrasé avec du carton pour réaliser une peau la plus furtive possible.
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Re: La furtivité et la peinture

Messagepar Valkyrie » Dim 16 D√©c 2012 13:26

On avait commencé à en parler dans le cadre d'une maquette faite au 1/1...
ICI

Que dirais tu d'y développer le sujet ?! ;)
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Re: La furtivité et la peinture

Messagepar pingouin » Dim 16 D√©c 2012 17:29

Ben, ça serait pas de refus, mais en ce moment j'ai encore un truc au four sur l'histoire de l'Aéro au Maroc, alors ... pas de précipitation, d'autant que j'avais mal lu, puisque tu as effectivement ouvert le sujet sur la maquette du Horten.
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