Exemplo da Importância do Sistema Metrológico na Área de P&D

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1 CENTRO TÉCNICO AEROESPACIAL INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇO entro Técnico Aerospacial CTA Instituto de Aeronáutica e Espaço Exemplo da Importância do Sistema Metrológico na Área de P&D Mirabel Cerqueira Rezende Divisão de Materiais/IAE 06/07/2005

2 CENTRO TÉCNICO AEROESPACIAL INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇO entro Técnico Aerospacial CTA Instituto de Aeronáutica e Espaço Materiais Absorvedores de Radiação Eletromagnética PROJETO MARE-CTA

3 ROTEIRO Conceitos básicos Projeto no CTA Alguns resultados

4 DESAFIO Compreender a concepção, processamento, avaliação e utilização operacional dos MARE.

5 OBJETIVO Obter revestimentos de alta absorção de radiação eletromagnética, na faixa de microondas (2-18 GHz), visando aplicação em aeronaves.

6 MATERIAL ABSORVEDOR DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA Materiais Capazes de Atenuar a Radiação Eletromagnética Incidente em um Alvo Diminuindo o Eco Radar

7 VALORES DE RCS OBJETO RCS ( m 2 ) Jato Jumbo 100 Fortaleza voadora B Bombardeiro B Bombardeiro B-1 10 Grandes aviões de caça 5-6 Pequenos aviões de caça 2-3 Pequeno monomotor 1,0 Homem 1,0 Pássaro pequeno 0,01 Inseto 0,00001 Bombardeiro B-2 0,1 Caça F-117 0,01

8 MATERIAL ABSORVEDOR DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA Parâmetros do material absorvedor aplicado no setor aeronáutico Faixa de freqüências de operação (banda larga ou estreita). Nível exigido de absorção. Temperatura máxima de estabilidade eletromagnética. Resistência ao meio ambiente: ultravioleta, luz solar visível, infravermelho, raios-x, umidade, chuva, entre outros. Resistência a ciclos térmicos. Propriedades mecânicas: resistência ao desgaste aerodinâmico, rigidez, elasticidade. Efeito do envelhecimento nas propriedades eletromagnéticas e mecânicas e tempo de vida útil. Aplicabilidade em estruturas com geometrias simples e complexa. Adesão em substratos de uso aeronáutico: ligas de aço, alumínio e materiais compósitos. Propriedades eletromagnéticas 35 parâmetros! 20 parâmetros: absorção

9 MATERIAL ABSORVEDOR DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA SEÇÃO RETA RADAR O controle da seção reta radar: 1. Geometria 2. MARE: - Materiais Magnéticos (Ferritas) - Materiais Dielétricos (Polímeros Condutores, Negro de Fumo)

10 MATERIAL ABSORVEDOR DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA Projeto Eletromagnético F117A 100 % 0,01 % - Redução da assinatura radar: GEOMETRIA θ=30 o - Toda a superfície é recoberta com material absorvedor de radiação eletromagnética

11 B2 MATERIAL ABSORVEDOR DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

12 FUNCIONAMENTO DOS MARE Conversão da Energia Eletromagnética Incidente em Energia Calorífica Óxidos Cerâmicos (Ferritas) Polímeros Condutores Materiais Carbonosos (Grafite - Negro de Fumo)

13 MATERIAL ABSORVEDOR DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO Visível Radio / TV Microondas IV Ultravioleta Raios Gama FREQÜÊNCIA (Hz) FAIXA DE MICROONDAS 8-12 GHz Radares de Vigilância Radares de patrulhamento Fornos de microondas Comunicações Radares meteorológicos Faixa milimétrica FREQÜÊNCIA (GHz) Comprimento de onda 300 mm 60 mm 30 mm 10 mm 3 mm 1 mm

14 MATERIAL ABSORVEDOR DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA PROCESSAMENTO DE MARE Os materiais absorvedores se valem de dois processos para reduzir as reflexões da estrutura: absorção e cancelamento. Absorção: transferência de energia para o material. Cancelamento: múltiplas reflexões no material.

15 MATERIAL ABSORVEDOR DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA PRINCIPAIS FASES

16 HISTÓRICO ( ) orientação do DEPED - P&D de MARE; infra-estrutura e pessoal (apoio externo); primeiros resultados absorção de 50%; tipos mantas, tintas, colméias, espumas e híbridos; RCS em câmara anecóica; Verba ação 4404; medidas de RCS em campo aberto.

17 MATERIAL ABSORVEDOR DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA - Iniciar a capacitação no processamento de MARE no CTA - Adequar infra-estrutura laboratorial para medidas de refletividade do MARE - Estabelecer metodologia confiável para medidas de refletividade de MARE em alvos simples e complexos utilizando campo fechado

18 RESULTADOS - MARE híbridos com ferrita 1998 Massa Densidade de potência Temperatura Balança Paquímetro Analisador térmico Analisador de espectro

19 SEÇÃO RETA RADAR TINTAS (espessura ~1,0 mm) GHz 80 Seção Reta Radar (m 2 ) % Seção Reta Radar (m 2 ) % 90% 91% 75% 55% Posição (graus) Freqüência (GHz) Medida de seção reta radar (placa 30x20 cm) - referência: -180 o a 0 o - tinta: 0 o a +180 o Valores de seção reta radar (placa 30x20 cm), obtidos com incidência normal(90 o ) referência tinta

20 MATERIAL ABSORVEDOR DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 2000 Laboratório de Caracterização Eletromagnética AMR/IAE Gerador de RF Termohigrômetro Paquímetro Analisador de espectro Analisador Vetorial

21 2000 MATERIAL ABSORVEDOR DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA Câmara Anecóica - IFI/CTA Gerador de RF Analisador de espectro Fontes de tensão DC

22 MATERIAL ABSORVEDOR DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 2001 Massa Temperatura

23 MARE EM ALVO COMPLEXO 2001

24 2002 MATERIAL ABSORVEDOR DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA ENSAIO EM VÔO DO MARE APLICADO NO MÍSSIL MAA-1 Velocidade de vôo

25 MATERIAL ABSORVEDOR DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA Processamento de MARE em escala piloto - Medidas de RCS em campo aberto de alvos reais Projeto FINEP

26 EQUIPAMENTO SUPER SEACHER, ROSA DOS VENTOS 2003 Densidade de potência

27 ÁREA DE MEDIÇÃO 2004 Topografia

28 SEÇÃO RETA RADAR Para a FAB a medição de Seção Reta Radar está sendo feita em aeronave AT-26 pelo método da substituição. 2 4πÁrea σ = λ Nível da mesa Posicionamento vertical

29 MATERIAL ABSORVEDOR DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA ABRIL 2004 CONJUNTO COMPLETO DE MEDIÇÃO

30 MATERIAL ABSORVEDOR DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA ABRIL 2004

31

32

33

34 Tomadas de ar

35 Parte traseira (MIG 29)

36 Aplicação de MARE no interior da turbina (MIG 29)

37 DIAGRAMA BIESTÁTICO DA AERONAVE AT-26 XAVANTE B

38 RCS DE PLATAFORMA TERRESTRE DIAGRAMA BIESTÁTICO DA VIATURA EE-9 CASCAVEL db

39 EQUIPE Pesquisadores nas áreas de: Química Física Mecânica Aeronáutica Eletrônica

40 OBRIGADO!

41

42 APLICAÇÕES DOS MARE - Revestimentos de Câmaras Anecóicas - Redução de Seção Reta Radar (RCS) - Blindagem de Abrigos Militares (Mísseis) - Sistemas de Segurança Interna em Aeronaves - Fornos de Microondas - Compatibilidade eletromagnética (EMC) - Redução de Interferência Eletromagnética (EMI) - Antenas de Alto Desempenho - Telefones Celulares - Blindagens Eletromagnéticas Diversas

43 HISTÓRIA DO DESENVOLVIMENTO DOS MARE SR-71A Blackbird - Lockheed Martin

44 HISTÓRIA DO DESENVOLVIMENTO DOS MARE F117 - Nighthawk - Lockheed Martin - USAF

45 HISTÓRIA DO DESENVOLVIMENTO DOS MARE Navio Sea Shadow Advanced Research Projects Agency (ARPA), US Navy, Lockheed Martin

46

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