"Precision Guide" Science Kaleidoscope (56) Wie man die Heckdüse eines Kampfjets "abkühlt"

Ziele der Luft-Luft-Raketen sind vor allem verschiedene Typen von Kampfflugzeugen. Die Infrarotstrahlungsquellen des Flugzeugs bestehen hauptsächlich aus drei Teilen: der Triebwerksdüse, dem Abgasstrom und der Außenhaut. Eine bedeutende Strahlungsquelle ist auch die von der Flugzeughaut in bestimmten Winkeln reflektierte Sonnenstrahlung.

Je höher die Oberflächentemperatur eines Objekts ist, desto kürzer ist die Spitzenwellenlänge der Infrarotstrahlungsenergie. Bei der Infrarotstrahlungsquelle des Flugzeugs ist die Temperatur der Triebwerksheckdüse am höchsten, die Temperatur des Abgasstroms an zweiter Stelle und die Außentemperatur am niedrigsten. Daher ist die Spitzenwellenlänge der Infrarotstrahlung aus der Heckdüse am kürzesten, während die Spitzenwellenlänge der Infrarotstrahlung aus der Haut am längsten ist.

Das Infrarot-Leitsystem von Luft-Luft-Raketen nutzt den Unterschied in der Infrarotstrahlung zwischen Ziel und Hintergrund, um das Ziel zu erkennen, zu verfolgen und Informationen zu messen.

Die Heckdüse des Triebwerks ist eine starke Quelle von Infrarotstrahlung mit einer allgemeinen Temperatur im Bereich von 400 °C bis 1000 °C. Die Strahlungsintensität des heißesten Teils der Heckdüse konzentriert sich im Allgemeinen auf den kurzwelligen Infrarot- und den mittelwelligen Infrarotbereich. Um der Herausforderung durch Infrarot-Luft-Luft-Raketen zu begegnen, haben einige Kampfflugzeuge die Infrarot-Stealth-Technologie übernommen. Dabei wird die Intensität der Infrarotstrahlung hauptsächlich durch thermische Unterdrückung reduziert, beispielsweise durch die Verwendung von Rumpfstrukturteilen, um die Heckdüse bei einem größeren Beobachtungswinkel zu blockieren: Der US-amerikanische Kampfjet F-117 verwendet eine schmale, schlitzförmige Doppelheckdüse, der US-amerikanische Bomber B-2 verwendet eine „Biberschwanz“-förmige Heckdüse und die US-amerikanischen Stealth-Kampfflugzeuge F-22 und F-35 verwenden schmetterlingsförmige Heckflossen, um die Heckdüse zu blockieren.

Eine weitere wichtige Quelle für Infrarotstrahlung ist der Abgasstrom, dessen Temperatur etwa 85 % der Temperatur der Auspuffdüse beträgt. Die Infrarotstrahlung des Abgases konzentriert sich hauptsächlich im mittleren Infrarotbereich. Um mit Infrarot-Luft-Luft-Raketen fertig zu werden, besteht die wichtigste Methode zur Hitzeunterdrückung bei Kampfflugzeugen darin, kalte Luft in den Abgasstrom einzuführen, um die Temperatur des Abgasstroms zu senken.

Die Hautstrahlung entsteht durch aerodynamische Erwärmung und lokale Wärmeleitung des Motors. Je schneller die Fluggeschwindigkeit, desto höher die Hauttemperatur. Die Hautstrahlung ist im Allgemeinen im langwelligen Bereich am stärksten. (Quelle: Ko-Konstruktionsbasis „Science Popularization China“ der National University of Defense Technology)