隐身性能要求对飞机设计的影响
军用飞机 标准
军用飞机标准一、概述本标准规定了军用飞机的设计、制造、试验、检验和修理等环节的基本要求，以确保飞机符合国家安全和军事需求。
二、适用范围本标准适用于所有类型军用飞机的设计、制造、试验、检验和修理。
三、术语和定义1.军用飞机：指用于军事目的，具备飞行、导航、武器系统等功能的飞机。
2.设计标准：指飞机结构、系统、武器系统等的设计要求和规范。
3.制造标准：指飞机部件、零件的加工、装配和安装的要求和规范。
4.试验标准：指飞机各系统和部件的试验方法、试验条件和试验结果的评定标准。
5.检验标准：指飞机各系统和部件的出厂、交付前的检验方法和标准。
6.修理标准：指飞机在维修过程中，对受损部件或系统的修复和更换的标准。
四、设计标准1.安全性：飞机设计应确保在各种条件下，包括战斗损伤、恶劣天气等情况下，飞机仍能安全返回基地。
2.隐身性：飞机应采用适当的隐身设计，降低雷达反射面积，提高战场生存能力。
3.作战效能：飞机应具备高效的武器投放能力和导航精度，以提高作战效能。
4.结构强度：飞机结构应具备足够的强度，以承受飞行中的各种载荷和冲击。
5.系统可靠性：飞机应采用高可靠性的系统，确保飞机在战时能够持续执行任务。
五、制造标准1.材料选择：飞机制造应采用符合国家标准的材料，确保飞机的性能和寿命。
2.加工精度：飞机部件的加工应保证精度，确保部件之间的配合和连接的可靠性。
3.装配质量：飞机的装配应保证质量，确保飞机的整体性能和稳定性。
4.质量控制：制造过程中应建立严格的质量控制体系，确保每一台出厂的飞机符合质量要求。
六、试验标准1.环境适应性试验：应对飞机进行各种环境条件下的试验，包括高温、低温、高湿度等，以验证飞机的性能和稳定性。
2.系统性能试验：应对飞机的各个系统和部件进行性能试验，包括武器投放、导航精度等，以确保其符合作战要求。
3.故障模拟试验：应对飞机的故障模式进行模拟试验，以验证飞机的故障应对能力和修复能力。
4.试验结果评定：应对试验结果进行科学分析和评定，以确保飞机的各项性能指标符合设计要求。
隐身技术的名词解释
隐身技术的名词解释隐身技术，也被称为隐形技术，是指一种能够使人、物或设备在视觉、声音或其他感知方式上变得不可察觉或难以侦测的技术。
这一技术通常应用于军事、安全、侦察、情报收集以及其他隐秘行动中，旨在保护人员和设备，增强作战力量的效能。
隐身技术最早来自军事领域，其中最著名的应用是隐身飞机。
这些飞机采用了一系列设计和材料创新，以降低雷达、红外、视觉等感知系统的探测能力。
其中，采用雷达吸波材料，如RAM（复合吸声材料）和雷达吸收涂层，能够有效地吸收和消除从雷达系统发出的信号，使得飞机在雷达屏幕上呈现较小的截面。
此外，还有隐身结构设计，如减少外部突出构件、采用斜面以及使用充气背负结构，可以在阻止飞机发生反射、散射和折射的同时，减小飞机对电磁波和声波的敏感程度，使其在雷达、红外和声学系统中不易被探测到。
除了飞机，隐身技术还被广泛应用于其他领域，如军舰、潜艇、步兵装备、无人机等。
隐身技术在航空航天、海洋、陆地等战场环境中都发挥着重要作用。
在敌人不易察觉到自己存在的情况下，作战单位能够更好地执行任务，取得战斗优势。
除了军事领域，隐身技术也在其他领域得到应用和探索。
在民用航空中，隐身设计可以降低飞机的雷达截面积，减少雷达波对机体的反射和散射，提高飞行器的隐形能力，增强安全性。
此外，还有一些探索隐身技术在汽车、建筑物、服装等领域的应用，以提供更好的保护和隐私。
隐身技术的发展离不开科技的进步和创新。
隐身技术涉及许多学科领域，如材料学、结构学、雷达技术、电磁学等。
与此同时，隐身技术的研究也推动了相关学科的发展。
科学家和工程师们通过不断探索新材料、设计新结构和改进传感器技术，不断提高隐身技术的性能和应用领域。
然而，隐身技术并非完美无缺。
虽然隐身技术可以减小目标在某些感知系统中的探测范围，但并不能完全消除探测的可能性。
随着技术的进步，也会有新的感知技术和方法被开发出来，从而提高对隐身目标的探测能力。
此外，在实际战斗和使用中，隐身技术还面临一系列实践问题，如维护、保养、成本等方面的挑challenge。
某战斗机气动隐身分析与改型
0. 015 5
5
0. 221
10
0. 429
15
0. 64
20
0. 811
三翼面 战斗机 mz
1. 28 0. 609 - 0. 037 9 - 0. 706 - 1. 39 - 2. 12 - 2. 78
翼身融合 战斗机 CL
- 0. 385 - 0. 19 0. 007 7 0. 212 0. 42 0. 632 5 0. 831
- 10
8 842. 72
8 602. 45
内，都有很强的后向反射，所以笔者认为可以将
-5
8 782. 25
8 389. 24
腹鳍做成两个对称的斜置腹鳍，垂尾改为两个对
0
6 452. 78
7 334. 36
称的斜置立尾，以减少侧面 RCS 值。
5
8 430. 47
8 265. 55
10
8 550. 61
摘 要：通过对普通翼面飞机和翼身融合飞机的气动隐身分析，得出翼身融合飞机升力系数提高、焦点前移、 RCS 值明显下降。文章在最后提出了合理的进一步改进措施。
关键词：气动特性；隐身特性；翼身融合
中图分类号：V218
文献标识码：A
An Analytical Study of Two Aerodynamic Configurations For Low RCS for a Fighter Aircraft
（3） 表面涂覆雷达波吸收材料。
防能力和生存力的主要是雷达和红外隐身，影响
根据上述要求，又由于机身与机翼在雷达波
最为重要和技术最为复杂的是雷达隐身。雷达隐 侧视方位形成近似角反射器，因而会产生强散射
身性指标是雷达散射截面（ RCS）的大小，隐身设 回波，因此，改进机身与机翼过渡形状是改进隐
机载设备结构隐身研发
机载设备结构隐身研发随着科技的发展，声达、雷达、红外等探测系统发现、跟踪目标的能力越来越强，新型远程雷达、先进探测系统和精确制导武器的技术飞速发展，也使得空间战场环境变得更加复杂。
如何在满足各种力学特性的前提下，提高飞机突防能力和战场生存能力，是各国军方一直致力解决的问题，而战场生存能力的重要标志之一就是飞机自身的隐身能力。
安装在飞行器外表面的机载设备作为内部系统与外界的连接环节，其功能是保护组件内部结构，有效隔离外界影响，具有对多波段雷达探测的隐身能力，同时降低对飞行器气动性能的影响。
机载设备作为飞行器外表面的一部分，它的存在必然对飞行器的整体隐身特性造成影响，因此，隐身指标是机载设备设计的重要约束条件，在这类机载设备的结构设计过程中，除了要考虑气动特性和强度要求以外，还要通过对机载设备外形、结构细节进行巧妙设计，尽量减少对雷达波的反射，降低组件信号特征，使其满足隐身指标要求。
本文主要围绕机载设备中与隐身要求相关的组件结构设计，从结构设计、仿真分析、测试验证等几个方面，开展针对雷达波的隐身设计技术研究。
1雷达波隐身原理麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流的概念，揭示了自然界变化的电场和变化的磁场能够相互激发，形成统一的电磁场整体，而变化的电磁场在空问的传播就形成了电磁波。
根据麦克斯韦电磁场理论的基本方程，可以解决给定条件下电磁波传播和辐射问题…。
雷达波是一种电磁波。
雷达波照射在物体上会形成反射波、绕射波、爬行波等多种电磁散射。
若这些散射波被敌方搜索系统捕捉到，就会勾勒出我方目标的大致形态和方位，散射波的强度越大，越容易被捕捉。
描述雷达波散射强弱的指标就是雷达散射截面，是指目标对入射雷达波呈现的有效散射面积(RadarCrossSection，RCS)。
式(1)为雷达散射截面计算公式式中：E为入射雷达波在目标处的电磁场强度；。
为目标散射波在雷达处的电磁场强度；为目标所呈现的有效散射面积；R为目标到雷达天线的距离；R∞为目标处的入射波和雷达处的散射波都具有平面波的性质。
飞机隐身能力的思考
对于飞机隐身能力的思考军用飞机的隐身性能是其生存力的一个重要指标，外形隐身以及隐身材料的应用是飞机隐身的重要措施。
然而，单独应用外形隐身技术和隐身材料不能同时兼顾飞机的飞行性能和周围环境对其的影响，因此采用两者结合的隐身结构便成为解决这个问题的另一种重要途径。
隐身结构是一种结合低可探测外形飞机的复杂曲面形状和部位，由非金属结构材料与吸波材料、透波材料及其他材料共同构成的承载复合吸波结构，这样就可以使减小飞行器电磁散射的手段扩展到整个机体，在满足外形和结构要求的前提下扩大了隐身材料的应用范围。
利用结构内部几何与填充吸波材料电磁参数的可调整性，经过一定的优化可以得到隐身效果良好的机翼。
已有的研究表明，吸波电磁参数对隐身结构的电磁散射特性影响很大，同时，吸波材料厚度和劈尖角度的变化也对隐身结构的雷达RCS有一定的影响。
鉴于此，我们在进行隐身结构机翼的优化设计时，以劈尖角度，3层吸波材料的第一层和第三层的厚度3个参数为设计变量，其中3层吸波材料的电磁参数分别为ε1'=1.29，tanδ1=0.23，ε2'=1.34，tanδ2=0.26，ε3'=1.66，tanδ3 =0.40。
吸波材料采用发泡泡沫塑料，其电磁参数可通过添加适量的碳粉进行调节。
ε1'，ε2'，ε3'分别为3种填充材料的介电常数，tanδ1，tanδ2，tanδ3分别为它们电磁损耗角正切。
采用矩量法（Method of Moment，MOM）对上述隐身结构进行数值模拟，矩量法是离散积分方程数学表达形式的离散化方法，由于积分方程自动满足辐射边界条件，因而尤为适合求解如散射和辐射等开域问题。
和传统的处理电小和中等电尺寸问题的积分方程和微分方程方法相比，对于RCS问题，MOM及其快速算法具有精度高、未知量少等优点，成为这一类方法的首选。
为了初步考察所采用隐身结构对机翼的RCS缩减的效果，首先对全金属机翼和一个采用隐身结构的机翼的电磁散射特性进行了计算。
飞行器隐身技术
进入座舱内。 • 镀膜不影响舱盖的透明度，既保证了飞行员的视野又可以降低RCS值。
F-117座舱盖
控制散射方向，使散射能量集中在雷达威胁区域之外
• 将飞机的主要散射能量偏离雷达的威胁区域，从而来 降低飞机的后向散射能量，降低雷达发现飞机的概率。
• 任一目标的RCS可用一个各向均匀辐射的等效反射器的投 影面积（横截面积）来定义，这个等效反射器与被定义的
目标在接收方向单位立体角内具有相同的回波功率。
任意形状
相同的RCS
球
RCS的数学表达式
相同
R 任意形状
RCS
球
目标截获的功率
符号定义：
Ii：目标处入射波的功率流密度 Ir：在接收机处散射波的功率流密度 A：接收天线的等效面积 R：表示目标到接收天线的距离 Ω：表示空间立体 Ω=A/R2：从目标看接收天线所张的
• 降低目标和背景的可见光反差
上下表面的迷彩不一致
向下看不见
向上看不清
红外抑制--吸热冷却装置
• 降低目标和背景的热辐射反差 • 分形技术
I like this
3—5微米的喷流热辐射抑制 8--12微米的分形技术
夜间拍摄的红外图象
噪声控制
• 直升机的噪声控制问题 • 低空低速无人机的噪声控制问题 • 潜艇的的噪声控制问题
Es Ei
2
lim
R
4R 2
Hs Hi
2
单站RCS与双站RCS
单站雷达 双站雷达
影响RCS的因素
• 目标材料的电性能 • 目标的几何外形 • 目标被雷达波照射的方位 • 入射波的波长 • 入射场极化形式和接收天
空气动力学瞬态效应在飞机设计
空气动力学瞬态效应在飞机设计一、空气动力学瞬态效应概述空气动力学是研究空气与物体相互作用的科学，特别是在飞行器设计中，空气动力学瞬态效应是一个重要的研究领域。
瞬态效应指的是在极短时间内，飞行器与空气相互作用引起的动态变化。
这些变化对飞行器的性能和安全性有着深远的影响。
本文将探讨空气动力学瞬态效应在飞机设计中的重要性、挑战以及实现途径。
1.1 空气动力学瞬态效应的核心特性空气动力学瞬态效应的核心特性主要包括以下几个方面：快速变化、复杂性、不确定性。
快速变化是指在极短时间内，飞行器与空气相互作用引起的动态变化。
复杂性是指这些变化涉及多种物理现象，如气流分离、激波形成等。
不确定性是指这些变化受到多种因素的影响，如飞行器的形状、速度、飞行环境等。
1.2 空气动力学瞬态效应的应用场景空气动力学瞬态效应在飞机设计中的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 起飞和降落：在起飞和降落过程中，飞机需要快速改变其飞行状态，这时空气动力学瞬态效应对飞机的性能和安全性有着重要影响。
- 机动飞行：在机动飞行过程中，飞机需要进行快速的转向和速度变化，这时空气动力学瞬态效应对飞机的操控性和稳定性有着重要影响。
- 高速飞行：在高速飞行过程中，飞机会面临激波、激波边界层相互作用等复杂的空气动力学问题，这时空气动力学瞬态效应对飞机的气动性能和结构强度有着重要影响。
二、空气动力学瞬态效应的分析方法空气动力学瞬态效应的分析是一个复杂的过程，需要采用多种方法和技术。
以下是一些常用的分析方法：2.1 数值模拟方法数值模拟是研究空气动力学瞬态效应的重要手段。
通过数值模拟，可以模拟飞行器在不同飞行状态下的空气动力学行为，预测其性能和安全性。
常用的数值模拟方法包括：- 有限元方法：通过将飞行器和空气划分为大量的小元素，计算每个元素的物理量，从而得到飞行器的空气动力学特性。
- 计算流体动力学(CFD)：通过数值计算，模拟飞行器周围空气的流动，预测飞行器的空气动力学特性。
超音速战斗机气动隐身设计
现代化战斗机是一个由多方面因素综合作用所构成的整体，每一代战斗机的出现除了代表着在航空技术上所获得的发展之外，更加重要的是对战斗机的战术应用认识上的提高。
战斗机在设计之初所确定的技术指标和使用方式决定了飞机的整体设计特点。
随着科技的发展，在"先敌发现、先敌开火、先敌摧毁"作战思想的牵引下，战斗机已经发展到了以F-22、F-35为代表的第四代，其“超音速巡航、超机动性、隐身、可维护性”的特点已经成为第四代超音速战斗机事实上的划代标准。
战斗机的现代化改进虽然在技术上可以得到一定的发展和完善，但是由使用方式决定的固有设计特点却无法依靠技术改进来进行调整，第二代战斗机无论进行任何形式的改进也无法达到第三代战斗机的标准，以第三代战斗机的设计也根本不可能具备发展成第四代战斗机的基础条件。
因此，面对F-22、F-35 我们应该选择设计满足超音速、高隐身、高机动的第四代战机来与之抗衡，而不能幻想通过对现有机型进行优化改进就能与F-22、F-35为代表的第四代飞机及其他具有类似特点的飞行器进行抗衡和拦截。
由此，我们可以研究分析一下F-22、F-35以及早期阶段的YF-22和被淘汰出局的YF-23,从它们的设计特点上大致勾勒出我们所需要的能与之相抗衡的战机整体布局。
图1 F-22三面图整体上看，F-22、F-35以及之前的YF-22、YF-23都没有采用鸭式布局，主要原因是配平问题和隐身问题。
从配平角度看，为了实现有效的俯仰控制，鸭翼就无法配平机翼增升装臵产生的巨大低头力矩，为了配平增升装臵，鸭翼就要增大，这样对机翼的下洗也会随之增大，反而削弱了原来的增升效果；同时为了防止深失速，还可能需要增加平尾；大鸭翼也很难满足跨音速面积率的要求，这样就增大了超音速阻力不利于超音速巡航。
从隐身角度看，隐身设计的一个很重要的原则是要尽量保证机体表面的连续，而鸭翼恰恰是机身的不连续处，其位臵大小平面形状很难匹配。
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飞行器隐身技术
应用于飞行器设计
雷达隐身技术
红外隐身技术
抗声波隐身技术
减缩RCS
降低红外辐射
降低噪声
抗可见光 隐身技术
RCS 计算和测量 电磁理论
红外辐射 计算和测量 红外辐射理论
噪声分析 计算、测试 声学
光源分析 光强计算 光学
内容
• 对设计技术指标的影响 • 对飞行器构型设计的影响 • 对外形设计的影响 • 对结构设计的影响 • 对系统设计的影响
结构一模型 结构二模型
机翼气动/结构/隐身多学科优化
对细节设计的影响
对系统设计的影响
• Avionics
– Low observable apertures
• • • • Radar Infrared Communications/Navigations Electronics warefare
改变外形参数
网格划分 网格划分
气动特性计算 气动特性计算 否
RCS计算 RCS计算
综合考虑是否最优 综合考虑是否最优 是 优化后外形 优化后外形
基于CAD模型的气动/隐身一体化设计应用
参数化CAD模型
气动计算所需的 剖面节点
RCS计算所需网 格节点和面元
内部容积计算
对外形设计的影响：结构/隐身一体化设计
• Other subsystems and equipment
– Low observable air data sensors – Low observable canopy
结构要求；RCS要求 结构要求；RCS要求变外形参数
网格/单元划分 网格/单元划分
结构强度/刚度计算 结构强度/刚度计算 否
重量计算 重量计算
RCS计算 RCS计算
综合考虑是否最优 综合考虑是否最优 是 优化后结构 优化后结构
几种隐身结构的设计方案
电磁散射数值模拟
对设计技术指标的影响
RCS与雷达探测距离
RCS与先发现对方的时间提前量的关系
对构型设计的影响
• 飞翼 • 翼身融合体 • 斜置双垂尾 • 背部进气道 / S形进气道 • 二元喷管 • 内埋弹舱 • ……
典型隐身构型
对外形设计的影响：气动/隐身一体化设计
气动要求；RCS要求 气动要求；RCS要求 确定飞机初始外形 确定飞机初始外形