Melanjutkan tulisan terdahulu: Pengungkapan Teknologi J-35 Berbasis Kapal Induk oleh Pemerhati Alutsista (1)
Desain Mengurangi RCS
Kita tahu, bentuk siluman berkontribusi 90% untuk mengurangi RCS, simulasi RCS pesawat siluman harus dilakukan selama tahap desain dengan menetapkan model elektromagnetik dari target dan sumber ancaman, menggunakan algoritma yang tepat untuk menghitung dan menyelesaikan solusi persamaan Maxwells.
Raksasa komputasi elektromagnetik telah membuat kemajuan besar. Metode analisis cocok untuk model dengan bentuk struktur sederhana, sebaran bidang spasial dapat dihitung secara lengkap berdasarkan kondisi batas-batas tertentu.
Oleh karena itu, dapat dijadikan standar untuk memverifikasi kebenaran berbagai metode perhitungan. Ini juga sering digunakan untuk mengkalibrasi pengukuran RCS yang sebenarnya.
1908 Fisikawan Jerman Gustav Mie memberikan solusi tepat pertama terhadap hamburan gelombang bidang pada bola seragam. Namun kondisi batas kompleks ditimbulkan oleh bentuk yang kompleks. Hal ini akan mengakibatkan persamaan Maxwell tidak dapat diselesaikan secara analitis.
Algoritma optik geometris dan algoritma optik fisik merupakan algoritma aproksimasi yang paling banyak digunakan.
Fisikawan matematika Soviet Pyotr Ufimochev menerbitkan makalah "Perilaku gelombang tepi dalam teori difraksi fisik (Edge wave behavior in the theory of physical diffraction)" pada tahun 1964. Merintis teori fisika difraksi dan untuk pertama kalinya mengusulkan intensitas pantulan gelombang elektromagnetik radar oleh suatu benda tidak ada hubungannya dengan ukuran objeknya.
Tapi memiliki hubungan proporsional dengan tata letak tepi dan menjelaskan cara menghitung reflektor dari permukaan dan tepi-tepi pesawat.
Desain siluman dari pesawat tempur siluman pertama yang terkenal di dunia F-117 didasarkan pada teori ini.
Lockheed menulis perangkat lunak komputasi elektromagnetik pertama dalam sejarah yang disebut Echo, dirancang dengan bentuk aerodinamis segitiga menakjubkan yang dapat menyaring 99% gelombang radar.
Sejak Roger Harington menggunakan metode momen untuk analisis hamburan elektromagnetik pada tahun 1960an, komputasi elektromagnetik telah berkembang pesat. Metode tersebut beberapa saat kemudian menjadi salah satu metode pilihan untuk penelitian antena, sirkuit terpadu, dan gelombang panduan (waveguides).
Namun jumlah perhitungan metode momen masih sangat besar. Menggabungkan metode optik geometris dan optik fisik dapat digunakan untuk menghitung hamburan elektromagnetik dari target yang besar dan kompleks.
Namun jumlah perhitungan metode momen masih sangat besar. Menggabungkan metode geometri optik dan optik fisik dapat digunakan untuk menghitung hamburan elektromagnetik dari target yang besar dan kompleks. Efisiensi komputasinya bisa dikatakan cukup tinggi.
Sebagai salah satu dari 10 algoritma teratas abad ke-20, sub-algoritma multi-level cepat diusulkan oleh ahli matematika Soviet Vladimir Rokhlin Jr. pada tahun 1985.
Prof Zhou Yongzu, mantan Dekan Fakultas Teknik di Universitas Hong Kong, memperkenalkannya pada elektromagnetik komputasi. Sangat mengurangi kompleksitas komputasi dan konsumsi memori.
Belakangan, tim yang dipimpin oleh Prof. Nie Zaiping dari Universitas Sains dan Teknologi Elektronik Tiongkok Secara Independen memimpin terobosan di bidang ini.
Juli 2018, asosiasi profesional elektromagnetik komputasi terbesar dan paling berpengaruh di dunia menganugerahkan "Technical Excellence Award (Penghargaan Keunggulan Teknis)" yang pertama kepada Nie Zaiping. Sebagai pengakuan atas kontribusi dan pengaruh luar biasa ini dalam bidang elektromagnetik komputasi terapan dan bidang terkait.
Metode multi-kutub multi-layer berdasarkan metode momen sangat efektif dalam menyelesaikan masalah RCS target listrik yang besar. Ini adalah metode yang paling banyak digunakan dalam simulasi RCS pesawat siluman.
Meningkatkan Teknik Siluman
Akurasi yang lebih tinggi dalam pengembangan teknik siluman. RCS perlu dilakukan di seluruh pesawat, saluran masuk udara, nosel ekor, antena radome, dan struktur lainnya.
Semakin detail suatu model maka semakin kompleks pula model tersebut. Jumlah jaringan listrik (grid) akan melonjak tajam.
Misalnya, ketika rongga pesawat B2 tidak terbuka, jumlah grid di P-band berada di kisaran ratusan ribu. Jumlah grid pada X-band mencapai ratusan juta. Dan ada masalah multi-skala, komputer berperforma tinggi secara umum tidak dapat menyelesaikan masalah,
Selain itu, struktur dengan berbagai anisotropi (anisotropy) dan fitur detail seperti struktur dan material penyerap juga tidak dapat disimulasikan sepenuhnya pada keseluruhan mesin. Oleh karena itu, diagnosis pencitraan juga akan digunakan. Artinya, berdasarkan prinsip pencitraan radar aperture sintetik terbalik.
Melalui analisis komprehensif terhadap sejumlah besar data RCS dalam bandwidth tertentu dan rentang sudut aperture tertentu, pusat hamburan target diperoleh dalam bentuk gambar.
Desain optimasi rencana panduan untuk refleksi specular* yang signifikan. Bentuk pesawat ideal yang bisa memantulkan gelombang radar ke arah yang tidak penting, RCS berkurang 4 kali lipat ke arah hidung.
(*Refleksi specular terjadi ketika gelombang suara bertemu dengan permukaan halus yang besar seperti tulang, sehingga gelombang suara dipantulkan kembali dalam arah yang relatif seragam. Sel-sel pada sebagian besar jaringan lunak menciptakan pola refleksi yang lebih menyebar ke transduser).
Setelah menggunakan bahan penyerap berkurang 5-6 kali lipat. Artinya, batas dayanya adalah antara 0,0001 dan 0,001 meter persegi.
Selain itu, pesawat tempur siluman masih memiliki banyak detail siluman yang harus ditangani. Akan selalu ada struktur yang ukurannya serupa dengan gelombang radar yang datang di tepi sayap, sehingga menyebabkan difraksi tepi (edge diffraction).
Berdasarkan gelombang radar X-band yang menyinari berbagai arah, RCS semua pesawat akibat difraksi tepi akan berkisar antara 0,01 dan 1 meter persegi. Setelah menggunakan bahan penyerap radar, nilainya menjadi antara 0,0001 dan 0,001 meter persegi. Jika Iradiasinya adalah radar L-band maka nilainya meningkat satu urutan besarnya.
Ekor Vertikal J-35Â
Ekor vertikal J-35 juga mengadopsi pemrosesan e bevel. Dapat menghilangkan difraksi puncak menara. Bukaan saluran masuk udara J-35 berbentuk heksagonal, mendistorsi ruang dengan merancang bagian berbentuk khusus. Setelah membiarkan gelombang radar masuk ke saluran intake. Selama proses refleksi internal, terus menerus diserap dan dilemahkan oleh bahan penyerap.
Untuk bilah stator mesin, pelindung panas dan potongan penyesuaian eksternal nosel dan potongan elastis, dll. Juga perlu melakukan pemrosesan siluman.
Ujung nosel yang bergerigi dapat membelokkan gelombang radar yang datang dari belakang ke arah tidak kritis di kedua sisi, sehingga mengurangi tanda radar di tepi belakang mesin. Antena udara untuk efek deteksi yang baik, Umumnya diatur pada ukuran resonansi gelombang radar dan membuka beberapa jendela pada pesawat tempur.
Hal ini juga akan memudahkan radar musuh untuk mendeteksinya. Ukuran jendela ini berkisar antara 1-10 cm. Besaran RCS adalah antara 0,00003 dan 0,003 meter persegi.
Jendela deteksi fotolistrik yang melengkapi pesawat tempur modern adalah sumber RCS yang sangat besar. Transisi antara jendela dan badan juga menyebabkan difraksi tepi. Dimensi geometris peralatan ini umumnya 0,01 hingga 0,1 meter. Setelah mengambil bahan penyerap terbaik, RCS akan berkurang dua kali lipat.
Celah pada permukaan pesawat umumnya berada pada kisaran milimeter. Menghasilkan RCS yang tidak terlihat pada pita (band) L dan X.
Namun, dengan pemasangan radar pita gelombang  milimeter (milimeter-wave band) pada pesawat tempur baru dan rudal udara-ke-udara, kemungkinan jatuhnya zona resonansi menghasilkan RCS yang lebih besar.
Kontribusi celah pada pesawat tempur terhadap RCS bahkan bisa melebihi 1 meter persegi. Hanya dengan mengadopsi material siluman berspektrum brod (brod-spectrum) Â baru kita dapat menguranginya.
Radome hidung J-35 dirancang agar bisa berefek siluman dengan berbentuk berlian yang dapat membelokkan gelombang elektromagnetik yang datang dari depan ke arah yang tidak mengancam, mencegah gelombang elektromagnetik dari kabin radar dan menyebabkan hamburan rongga.
Namun, masih ada beberapa sinyal pantulan yang mungkin tertangkap radar musuh. Oleh karena itu, perlu menggunakan radome yang terbuat dari bahan meta (meta-material*) terintegrasi yang menyerap-transparan, yang menunjukkan transparansi selektif frekuensi ketika dihidupkan, ketika dimatikan, dapat menunjukkan efek penyerapan gelombang elektromagnetik lengkap dalam pita frekuensi tertentu.
(*Metamaterial dapat didefinisikan sebagai bahan berstruktur artifisial yang digunakan untuk mengontrol dan membentuk aliran gelombang elektromagnetik atau jenis gelombang fisik lainnya.)
Kontrol ledakan (burst control) dengan radar tempur siluman, siluman frekuensi radio dapat dicapai dengan sangat efektif.
Kokpit merupakan sumber hamburan elektromagnetik utama pesawat tempur. Maka untuk mencapai kokpit siluman adalah salah satu teknologi kunci bagi pesawat tempur siluman. Hamburan rongga kokpit saat ini sebagian besar dikendalikan melalui lapisan logam dan desain bentuk RCS rendah.
Struktur tepi kabin dan struktur susunan baut merupakan sumber hamburan lokal yang khas. Desain kokpit berbentuk belah ketupat secara keseluruhan dan desain struktural gigi gergaji parsial, irisan tajam, dan sudut kemiringan dapat secara signifikan mengurangi penyebaran radar dan menekan difraksi tepi.
Seperti kita ketahui, baut yang tersusun dalam jumlah banyak akan menghasilkan gelombang bergemuruh dan gelombang merayap. Gema juga akan dihasilkan di area media yang terputus-putus seperti lubang baut dan batang baut.
Gema (echoes) yang dihasilkan oleh lusinan baut saling mengganggu, lobus kisi yang kuat akan terbentuk di area peningkatan yang ditumpangkan. Lokasi pemasangan baut adalah struktur penahan beban dan celah pemasangan sempit, penekanan hamburan dengan lapisan penyerap tidak dimungkinkan. Oleh karena itu pada J-35 hanya dapat menggunakan bagian struktural penyerap untuk menggantikan bagian struktur asli, agar mencapai efek menekan hamburan gema dari baut.
Secara umum, batas depan minimum ideal pesawat tempur siluman RCS adalah 0,001 meter persegi. Di arah lain, luasnya sekitar 0,01 hingga 0,1 meter persegi. Untuk pesawat tempur dengan alat pendeteksi fotolistrik, batas bawah RCS depan adalah 0,01 meter persegi. Arah lainnya berukuran antara 0,1 dan 1 meter persegi.
Agar bisa tidak terlihat, penggunaan material yang bersifat siluman juga sangat penting untuk mencapai efek siluman.
Di masa lalu, pesawat tempur menggunakan lapisan penyerap radar tradisional. Cakupan pitanya (band) sangat terbatas dan biaya pemeliharaannya sangat tinggi.
Badan pesawat F-35 menggunakan lapisan siluman HAVE GLASS V. Dan itu melampaui lapisan siluman F-22 dalam hal ketahanan aus dan kekokohan. Namun ternyata masih menghadapi masalah kegagalan dan harus dilakukan perbaikan.
Baru-baru ini, AS mempensiunkan 30 unit F-22 gelombang produksi pertama. Pejabat senior militer AS berkomentar bahwa "F-22 ini sangat terbelakang sehingga tidak memiliki nilai tempur yang sebenarnya (diinginkan)."
Permukaan F-22 terutama menggunakan lapisan konduktif dari serpihan berlapis perak yang dicampur dengan bahan poliuretan dan lapisan yang mengandung bahan berbasis logam.
Teknologi pelapisannya agar backward invisible membuat biaya penerbangan komprehensif mencapai $35.294 per jam.
Terlihat adanya sedikit pengelupasan atau kerusakan pada lapisan. Semua dapat menyebabkan titik panas RCS atau lonjakan pada permukaan badan pesawat karena konduktivitas yang tidak merata. Mempengaruhi kinerja siluman pesawat secara keseluruhan.
Selain itu, kelemahan F-22 adalah kurangnya penggunaan material meta. Menyebabkan ketertinggalan dalam pengurangan berat badan dan kekuatan struktural.
Meta-material diharapkan dapat membawa teknologi pesawat tempur siluman ke era baru, bahkan bisa dikatakan sebagai "material generasi pertama".
"Peralatan generasi pertama". Pada tahun 1967, ilmuwan Soviet Viktor Vesselago membuat prediksi teoretis tentang material meta. Jika terdapat bahan yang mempunyai konstanta dielektrik negatif dan permeabilitas magnet negatif, maka hubungan antara vektor medan listrik, vektor medan magnet, dan vektor gelombang tidak lagi mengikuti "aturan tangan kanan/right hand rule" klasik (teori ilmu fisika).*
(*Kita dapat mengingat diagram ini dengan menggunakan aturan tangan kanan. Jika jari telunjuk kita arahkan ke arah gerak muatan positif, lalu jari tengah kita ke arah medan magnet, maka ibu jari kita menunjuk ke arah gaya magnet yang mendorong muatan yang bergerak tersebut.)
Hingga tahun 1996, fisikawan solid-state Inggris John Pendry mencapai orbit cahaya. Menemukan jubah praktis pertama yang tak kasat mata. Dengan demikian secara resmi merintis penerapan materi secara praktis. Yang disebut bahan meta.
Mengacu pada material komposit atau susunan struktural yang menggunakan struktur mikro buatan untuk mengontrol medan fisik secara tepat dalam skala sub-panjang gelombang. Bahan meta elektromagnetik menggunakan desain dan kontrol struktur mikro yang tepat.
Sehingga desain bebas parameter elektromagnetik, pahse refleksi, fase transmisi, para meter kiral, dll, dapat dicapai.
Bahan meta memungkinkan pembiasan secara radikal dibandingkan bahan konvensional. Oleh karena itu, penelitian masyarakat tentang efek siluman juga meluas dari penyerapan gelombang sederhana hingga pengendalian difraksi gelombang elektromagnetik.
Meta-material dapat membungkus target menjadi tidak terlihat. Tidak ada pembangkitan gelombang yang tersebar. Juga tidak ada "bayangan gelombang elektromagnetik akibat penyerapan. Sehingga mencapai tembus pandang yang sempurna. Dan dapat mencakup pita frekuensi radar militer yang umum digunakan pada pita frekuensi 1-18 Hz.
https://www.youtube.com/watch?v=pZMyWEWHCTM
Pada saat yang sama, bahan meta siluman yang diproduksi menggunakan teknologi manufaktur aditif memiliki kebebasan geometris dan akurasi dimensi yang tinggi. Hal ini dapat menyediakan komponen struktural siluman yang kompleks untuk pesawat tempur.
J-35 menggunakan bahan meta secara ekstensif untuk mencapai cakupan rentang frekuensi penuh dari frekuensi rendah hingga inframerah yang tidak dapat dipecahkan oleh lapisan tradisional.
Oleh karena itu kinerja siluman meningkat satu hingga dua kali lipat dibandingkan dengan cat. Pada dasarnya memecahkan masalah tembus pandang untuk mempertahankan lapisan tradisional. Secara mendasar memecahkan masalah integrasi "siluman", "antena pendeteksi" dan "bantalan struktural"
Mengurangi bobot struktur siluman sebesar 50%. Seluruh biaya siklus hidup berkurang sebesar 40%.
Baik Tiongkok dan Amerika telah memilih siluman broadband sebagai indikator utama mereka untuk pesawat tempur generasi berikutnya.
https://www.youtube.com/watch?v=TJvGOI263po
Teknologi meta-material siapa yang lebih maju?
Aplikasi teknik tingkat tinggi. Kemampuan siluman pesawat tempur akan semakin kuat. Tiongkok dan AS pada pokoknya berada pada level yang sama dalam penelitian dan pengembangan material meta.
Namun, terdapat perbedaan besar antara kedua pihak dalam hal penerapan teknik. Tiongkok telah memasuki kerajaan kebebasan dalam hal ini. produk siluman material meta generasi keempat saat ini dengan struktur honeycomb tiga dimensi, transisi dari ukuran terbatas ke ukuran hampir tak terbatas telah tercapai. Memiliki karakteristik penyerap gelombang bandwidth ultra-besar yang lebih besar.
Struktur yang dibuat dengan kerajinan tangan dapat membuat pesawat lebih ringan, tidak hanya diterapkan pada bagian-bagian penting badan pesawat. Bahkan bisa menutupi seluruh tubuh.
Deteksi teknologi tinggi di medan perang saat ini Deteksi radar menyumbang 60%, dan deteksi inframerah menyumbang 30%.
Perbedaan suhu antara nosel belakang mesin dan lingkungan sekitarnya mencapai 1400 derajat Celsius. Di depan peralatan pendeteksi inframerah, ini akan seperti "bintang paling terang di langit malam"
Sebagai contoh, sistem penargetan fotolistrik F-35 dapat menangkap F-16 yang terbang di belakangnya pada jarak 90 km.
Menurut laporan media dan pemerhati alutsista, F-22 pernah mendeteksi sinyal inframerah B2 dan F-22 Amerika pada jarak 150 km dan 110 km.
Untuk mencapai siluman inframerah. Pertama, biasanya harus memeriksa komponen yang sangat panas seperti bilah turbin mesin, kerucut afterburner, dan pengatur ekor nosel.
Diisolasi dengan lapisan penghalang termal khusus. Selain itu, mesin harus dihina secara keseluruhan. Untuk emncegah panas berpindah ke badan pesawat perlu disemprotakn bahan dengan emisivitas rendah ke dalam nosel.
Pada saat yang sama, bahan tambahan ditambahkan ke bahan bakar untuk mengubah pita frekuensi radiasi infra merah dari ekor nyala api.
Terlihat desain nosel mesin J-35 yang bergerigi memungkinkan gas yang mengalir melalui nosel menyebar dalam bentuk zigzag. Gas bersuhu tinggi yang keluar dari celah gigi gergaji akan terkena udara dingin terlebih dahulu.
Gas bersuhu tinggi di ujung gigi gergaji kemudian bersentuhan dengan udara dingin. Hal ini akan menciptakan arus eddy (eddy current) yang mempercepat pencampuran antara pancaran panas dan udara luar yang dingin. Sehingga secara signifikan mengurangi suhu ekor hembusan.
Tentu saja, terlihat J-35 juga dapat mengadopsi solusi pendingin udara aktif. yaitu melalui saluran masuk udara tambahan udara dingin khusus atau memasukkan udara pendingin dari saluran eksternal mesin atau langsung melalui injeksi pada nosel. Masukkan udara dingin di antara dua lapisan sisik ikan untuk mengurangi suhu nosel.
Pesawat berbasis kapal induk merupakan inti kemampuan tempur kapal induk. Di era masa depan tiga kapal induk Tiongkok, J-35 dan J-15 akan bersama-sama menjadi pedang superioritas udara kelompok penyerang kapal induk.
Keuntungan terbesar J-35 adalah posisinya yang strategis dan jelas. Tubuh pesawat tempur medium bermesin ganda. Namun memiliki performa seperti pesawat tempur superioritas udara tugas berat, potensinya akan terus ditingkatkan seperti Su-27 milik Sukoi, terus mencetak legenda baru. Hanya saja J-16, J-15, dan J-11 milik PLA sama-sama merupakan framen dari cerita ini.
Namun J-35 adalah tokoh utama dalam cerita generasi muda Tiongkok yang penuh energi. Melalui "Latihan kerja" yang didanai sendiri (berdikari). "Diasah" secara paksa oleh situasi untuk membela negara, dan bangkit dari tekanan AS-Barat, Â dan ini semua menjadi artefak yang lebih unggul dari F-35 dalam banyak aspek.
Pesawat J-35 ini diyakini oleh mereka dapat sepenuhnya atau bahkan mengejar F-35 Amerika dalam hal kuantitas dan kualitas.
https://www.youtube.com/watch?v=Qdr3MYzjXXU
Sumber: Media TV dan Tulisan Luar Negeri
https://www.globalsecurity.org/military/world/china/ws19.htm
https://ethw.org/Vladimir_Rokhlin
https://www.imperial.ac.uk/news/122960/profile-professor-john-pendry-pioneer-metamaterials/
https://www.nanogune.eu/en/sir-john-pendry-awarded-kavli-prize-2014-nanoscience
Baca konten-konten menarik Kompasiana langsung dari smartphone kamu. Follow channel WhatsApp Kompasiana sekarang di sini: https://whatsapp.com/channel/0029VaYjYaL4Spk7WflFYJ2H
