Alternatives a tècniques d'invisibilitatper a tecnología furtiva

Abstract

Aquest treball presenta una anàlisi de la tecnologia furtiva en aeronaus, és a dir el conjunt de tècniques utilitzades per reduir la seva detectabilitat, per acabar presentant els metamaterials com una alternativa a les tècniques convencionals. El punt de partida són el funcionament dels radars, l’efecte Doppler la importància de la Secció de Radar Equivalent (RCS) en la detecció. De fet, les principals estratègies de tecnologia furtiva es basen en la reducció de la RCS. Una possibilitat és la utilització de diferents tipus de materials absorbents de radiació o Radar Absorbent Materials (RAM), des de recobriments tradicionals amb ferrita o carboni fins a materials realitzats amb tecnologies capdavanteres com metamaterials. Es presenta aquest mecanisme en forma d’apropament històric en l'ús dels diferents materials des de la Segona Guerra Mundial. D’altra banda, el RCS també es pot reduir modificant la geometria per afectar la dispersió les ones. Finalment, s’introdueixen els metamaterials i deferents propostes per utilitzar-los en tecnologia furtiva. En particular, s’estudia una proposta recent basada en un metamaterial amb simetria PT i el concepte d’invisibilitat a demanda proposat recentment basat en una transformada de Hilibert generalitzada. S’han dut a terme diverses experimentacions i simulacions amb disposicions de parelles ressonadors de Helmholtz excitats amb ones sonores, amb l’objectiu d’estudiar les propietats necessàries per al desenvolupament de materials basats en la simetria PT. Amb més investigació, els metamaterials permetrien obtenir nivells d’invisibilitat molt elevats.

Este trabajo presenta un análisis de la tecnología furtiva en aeronaves, es decir, el conjunto de técnicas utilizadas para reducir su detectabilidad, y concluye introduciendo los metamateriales como una alternativa a las técnicas convencionales. El punto de partida es el funcionamiento de los radares, el efecto Doppler y la importancia de la Sección Radar Equivalente (RCS) en la detección. De hecho, las principales estrategias de la tecnología furtiva se basan en la reducción del RCS. Una posibilidad es el uso de distintos tipos de materiales absorbentes de radiación, o Radar Absorbent Materials (RAM), que van desde recubrimientos tradicionales con ferrita o carbono hasta materiales desarrollados con tecnologías de vanguardia como los metamateriales. Este mecanismo se presenta a través de un recorrido histórico del uso de diferentes materiales desde la Segunda Guerra Mundial. Por otro lado, el RCS también puede reducirse modificando la geometría de la aeronave para afectar la dispersión de las ondas. Finalmente, se introducen los metamateriales y diversas propuestas para aplicarlos en tecnología furtiva. En particular, se estudia una propuesta reciente basada en un metamaterial con simetría PT y el concepto de "invisibilidad a demanda", propuesto recientemente a partir de una transformada de Hilbert generalizada. Se han llevado a cabo experimentos y simulaciones con parejas de resonadores de Helmholtz excitados con ondas sonoras, con el objetivo de estudiar las propiedades necesarias para el desarrollo de materiales basados en simetría PT. Con más investigación, los metamateriales podrían permitir alcanzar niveles muy altos de invisibilidad.

This work presents an analysis of stealth technology in aircraft. That is the set of techniques used to reduce detectability. Metamaterials are introduced as an alternative to conventional methods. The starting point is the operation of radars, the Doppler effect, and the importance of the Radar Cross Section (RCS) in detection. The main stealth strategies are based on reducing the RCS. One approach is the use of various types of radiation-absorbing materials, or Radar Absorbent Materials (RAM), ranging from traditional coatings with ferrite or carbon to materials developed using cutting-edge technologies such as metamaterials. This mechanism is presented through a historical overview of material use since World War II. On the other hand, RCS can also be reduced by modifying the geometry of the aircraft to affect wave scattering. Finally, metamaterials and several proposals for applying them in stealth technology are introduced. A recent approach is studied that involves a PT-symmetric metamaterial and the concept of “invisibility on demand,” recently proposed using a generalized Hilbert transform. Experiments and simulations have been carried out using pairs of Helmholtz resonators excited with sound waves, with the aim of studying the necessary properties for the development of PT-symmetric materials. With further research, metamaterials could enable very high levels of invisibility.