HIRSS - Potlačení infračervené stopy vrtulníků

HIRSS
Hover InfraRed Suppression System

Vrtulníky představují významný bojový prostředek protipozemního leteckého boje na krátkou vzdálenost. Právě ona krátká vzdálenost představuje výzvu v ochraně vrtulníků samotných, ke které přispívá mj. potlačení tepelné stopy.

Detekce tepelného vyzařování vrtulníku a jeho rychlé strojové rozpoznání mohou vést k sestřelení vrtulníku (IRST - Infra Red Search and Track). Speciálně u pomalu letících vrtulníků se proto používá rozptyl horkých výfukových plynů vrtulníku do okolí. Ten má za úkol snižovat příležitost naváděcím hlavicím teplo-vyhledávajících řízených střel k zaměření a sestřelení vrtulníku.

Ačkoli nic není samospasitelné, jsou takovou funkcí vybaveny všechny bojové vrtulníky dneška. Kupodivu největším problémem nejsou horké motory samy, ani tak žhavé zplodiny, ale tepelný odraz ocasu vrtulníku teplem zplodin ozářeného.

Když přeskočíme zahřívání vrtulníku vlivem slunce a snižování tepelné emise pomocí tvarů a radar absorbent nátěrů, pak se žádné konkrétní informace jako civilisté nedočteme. Z toho mála veřejně dostupných prací se mi na toto téma podařilo sehnat následující informace:

Pro distribuci tepla motorů do okolí je podstatné manévrování vrtulníku a vítr. Nosný rotor tlačí přirozeně horké zplodiny dolů, kdežto k tomu vytvořená opatření se ho navíc snaží rozptylovat ještě před tím do stran. Z grafiky je vidno, že konstruktéři tepelným potlačováním se zabývající sledují vzdálenost do pěti metrů bokem od výfukových otvorů, do které se ještě vyplatí vlnovou délku vyzářenou zplodinami sledovat.

Ve výsledku vidíme tepelný obraz vyzařování stroje OH58D Kiowa Warrior před a po uplatnění modifikací tepelného rozptylu.

Dále je sledováno vyzařování samotného žhavého turbohřídelového motoru a umístění motoru vzhledem k ose nosného rotoru. Zde se využívá kombinace přirozeného "odtahu" a tepelných štítů, kterými je obalen motor mj. k tomu, aby jeho teplem nebyly poškozeny součásti vlastního vrtulníku. Štíty jsou hliníkové nebo keramické, resp. kombinovány.

Dalším prvkem je právě mísení spalin s okolním chladnějším vzduchem k čemuž je využíváno principu tepelných výměníků (heat exchanger, cooler, exhaust desuperheater). Zde je sledováno měrné skupenské teplo stejně jako samotné chemické složení spalin. Mísení spalin probíhá na principu pump a kompresorů v těch nevzhledných dutých válcích pod vrtulí. Vybaví se vám jistě pohled na starší ruské a francouzské vrtulníky, které přesně díky tomu vypadají tak tupě, jak naznačuje rozdíl mezi čmelákem a vosou. Starší americké vrtulníky zase využívaly mísících trubic posunutých až dále za motor, k jejichž tepelnému rozptylu ještě více přispíval hlavní tah nosného rotoru. Zde konkrétně vznikl pojem HIRSS jako takový (Hover InfraRed Suppression System), po jehož aplikaci na tepelném obrazu vidíme, že ocas vrtulníku skutečně teplo motoru odráží neznatelně.

Samotný proudový rozptyl za rychlého dopředného letu vrtulníku je ještě kombinován s materiálovými tepelnými absorbenty. U těžších vrtulníků jako AH-64 Apache a Mi -24 Hind je problém zejména při stání ve visu, kdy jsou zplodiny ve více úhlech rozváděny do stran, aby je nosný rotor co nejvíce odtahoval, ale stejně se tento princip ani vzdáleně neblíží ideálu a je nutné ho v těchto situacích kombinovat s preventivním odpalováním světlic jako tepelných klamných cílů (flare). Konkrétně u Mi-24 se prý podařilo snížit vyzařování zplodinami pomocí systému EWU nakonec o 60%. Systémy pro potlačování IRCS tedy přece jen smysl mají, protože nakonec prý u nejvíce inkriminované sovětské Hindky, která trpěla tepelně naváděnými sestřely při invazi do Afgánistánu snad nejvíce v dějinách vrtulníků, to prý znamenalo snížení sestřelů na desetinu.

U v tomto směru nejpokročilejšího experimentálního stroje RAH – 66 Comanche byl rozptyl zplodin do stran protažen po celé délce ocasu vrtulníku až k fenestronu a tepelný obraz snižován ještě pomocí kosých tvarů a absorbentů.

Jedním z principů zmíněných u dnešních čínských bojových vrtulníků je také směřování výfukového proudu dopředu proti směru pohybu vrtulníku, což při rychlém dopředném pohybu pomáhá snižovat podpis velmi.

Konstruktéři při snižování tepelného podpisu zažívají opravdu nechutnou neatraktivní vědu zejména fyziku, kde záleží na rozmístění každého milimetru prvků a jejíchž projevů jsem vás ušetřil pro účely této prezentace.

Zdroje

Infrared signature suppression systems in modern military helicopters.
Department of Thermodynamics, Fluid Mechanics and Aviation Propulsion Systems, Faculty of Mechanical
Engineering, Lublin University of Technology. Mateusz Paszko.

Progress in helicopter infrared signature suppression.
Zhang Jingzhou. Pan Chengxiong, Shan Yong.