武装直升机隐身技术

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【关键词】隐身技术 雷达 RCS 红外
随着高科技在航空领域的广泛应用，隐身技术已不再显得神秘莫测。

导弹技术和电子探测技术发展迅速，极大地考验着武装直升机的隐身能力以及作战能力。

为了更好地适应未来战场的坏境，"隐身能力"已经成为武装直升机的作战技术指标之一。

直升机隐身技术是通过反探测技术，降低直升机的可探测信号特征，使其在一定距离范围内难以被敌方探测设备所识别、定位、跟踪以及攻击的综合性技术。

目前探测直升机的技术手段主要有:光波、声波、雷达、红外、电磁波。

武装直升机的隐身技术和固定翼飞机的隐身技术相比，有利之处在于雷达难以探测到山头背面飞行的直升机，当直升机紧贴地面飞行时，地形杂波能够更好地掩蔽直升机；不利之处在于直升机速度低，雷达可以有充足的时间报警。

为了躲避敌方的探测和跟踪，在设计和使用武装直升机时，需要采用相应的“隐身技术”。

它们主要包括：
1 视觉隐身
直升机的外形尺寸越大，颜色与外部环境色彩对比度越明显，作战时就越容易被敌方发现。

缩小外形尺寸，在直升机外部涂抹与外部环境色彩相接近的伪装材料，可收起起落架设计，缩小旋翼尺寸，都可降低我方直升机被敌方发现的概率。

2 降低噪声
直升机的噪声来源主要是旋翼和尾桨的气动噪声、发动机及辅助系统噪声、传动系统的噪声以及滑油散热风扇产生的噪声等。

噪声来源复杂，几乎覆盖20Hz-20000Hz 。

如何降低直升机噪声，将噪音降至汽车水平？实现方法主要有以下三种：结构消音、被动式消音和
武装直升机隐身技术
文/樊亦婷 吴建国 王文志 盛宝民
主动式消音，控制噪声在直升机结构内扩散，
最终达到降低噪音的目标。

结构消音的关键是主副旋翼、尾桨的特殊设计，其中包括主旋翼的叶片翼梢结构采用弯角结构，实现更好的消音效果。

3 雷达隐身
直升机国外雷达隐身的典型是美国的
RAH-66"科曼奇"隐身武装直升机（图1），该型机全方位应用了针对目视探测、红外探测、雷达探测、音响探测的隐身技术，RAH-66还
加装了雷达干扰机，红外抑制器，可以干扰敌方。

虽然因为研发延期和经费超支等原因导致其最终下马，但是科曼奇的全方位隐身设计对直升机隐身技术的进一步发展起到了推动作用。

国内，第三代双座直十武装直升机的设计综合了中外各方面的优点，武器性能、电子装备都有了质的飞跃。

通过涂抹隐形材料降低雷达、红外的可探测率，具备隐身能力。

如图2所示。

雷达，是利用无线电的传播方法探测目标并定位目标所在位置的设备，当雷达波在传播过程中遇到障碍物时，将会产生反射和绕射（通常把反射和绕射称为散射）。

武装直升机在作战时，雷达波会对直升机全机身进行照射，并接受这些散射返回的信号，即发现目标，因此，直升机相对于雷达发射的电磁波是一个散射源。

雷达对直升机照射所产生的散射回波强度通常是用雷达散射面积（Radar Cross Section ，RCS ）来表示，采用物理光学法（PO ）计算面元散射，结合等效电磁流法（MEC ）计算边缘绕射。

RCS 平方根物理光学（PO ）表达式为：
（1）
其中，S 为目标受到雷达照射的局部面积；r 为局部原点到表面单元dS 的矢量；为物体表面的单位法矢量；表示接受装置电极化方向单位矢量。

等效电磁流（MEC ）计算边缘散射表达式为：
（2）
其中，t 为强制边缘单位矢量方向；θ为入射线i 与t 的夹角；s 为散射方向单位矢量。

总目标的散射场是面元散射场和边缘散射场的叠加，其雷达散射面积RCS 是所有n 个面元和m 个边缘的RCS 求和：
（3）
计算直升机RCS 计算流程框图（见图3）。

雷达散射面积是目标受到雷达电磁波照射后，向雷达接收器散射的电磁回波能力的量度，它反映了目标被雷达探测到或发现的程度，也决定了目标与雷达之间的距离。

直升机的航向、被探测到的部位、雷达照射方位的不同，也会改变直升机的RCS 响应特性。

直升机在空中时，由于航向变化，被探测到的部位不同，导致RCS 均值不同，在S （3GHz ）、C （6GHz ）、X （10GHz ）、Ku （15GHz ）4个波段内将机体尾部与机身的RCS 均值进行了对比。

见表1。

侧向方位下，直升机尾部的RCS 均值约为3.5dBm 2，远小于机体RCS 均值，尾向方
位下，则相反。

雷达隐身主要针对敌方的各种探测、跟踪雷达。

直升机对雷达的隐身，指的是直升机在执行任务时被雷达发现的概率小于某个特定值（门限值）的情况。

直升机的隐身性能的实现与其散射特性息息相关，所以开展对直升机
图1：“科曼奇”武装直十升机
图2：直武装直十升机
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雷达散射特性的研究和雷达散射截面RCS 缩减研究具有重大意义。

对于雷达探测器，RCS 主要取决于直升机的几何外形和材料的物理特性。

因此，减小直升机雷达散射面积RCS 的方法主要有：
（1）通过对机体进行外延设计，将强散射源改为弱散射源，从而降低直升机的雷达散射面积RCS 。

例如，将机头略微向外延长，玻璃采用具有全反射特性的导电镀膜，机身设计为多面体和曲面组成的窄机身，机体设计时尽量将柱面体、椭球体所形成的镜面反射改为尖劈形所产生的边缘绕射，都可以有效降低RCS ；
（2）发动机进气道和尾喷管也是强收射源。

通过把发动机进气口设计成菱形，将发动机藏在机身内，有效降低直升机的雷达反射截面积；
（3）旋翼、尾桨、起落架都是直升机的强散射源，使用雷达吸波材料以及复合材料，或者吸波结构以降低整机RCS 的数值；
（4）起落架藏于机身内部，在尾桨和桨叶根部加装整流罩，折线式垂直尾翼设计。

低RCS 原则结合武装直升机设计通用外形设计特点，提出通用直升机隐身模型（见图4）。

隐身技术本身也是一门综合性技术，需从外形、结构、材料、电子对抗设备等方面进行综合设计，才能有效减小雷达散射面积。

在现实作战环境下，鉴于雷达测距和红外跟踪的综合优势，雷达、红外探测技术协同应用。

4 红外隐身
在最近几年的战争中，地（空）-空导弹对直升机的炸毁率高达94%，由红外制导导弹所击落的直升机占了多半，以海湾战争为例，多国部队损失的直升机中，仅有少数为雷达制导导弹所击中，其余均被红外制导导弹击中。

直升机虽然可以通过紧贴地面低空飞行躲避敌方雷达的识别和探测，但是对红外特性的抑制却相当有限。

直升机飞行过程中，机身各个部位温度不同，因此红外辐射特征即辐射强度、辐射波长和辐射能量分布也不尽相同。

温度最高的部位是发动机，发动机尾喷口以及从尾喷口喷出的废弃喷流温度极高，红外辐射强度很大，集中于0.76~5μm 的近红外区段，红外制
导导弹就是针对于直升机炽热的发动机尾喷口进行探测、跟踪和攻击。

为了避免红外制导地对空导弹构成的威胁，我们必须采取有效措施加以应对。

除了更强大的装甲保护外，先进的技术在对抗红外制导地对空导弹方面也非常有用。

例如，在直升机机身上安装红外抑制器以降低红外辐射强度，从而有效降低红外辐射特征，达到红外隐身的目的。

在尾喷口处加装红外挡板，最大程度上屏蔽红外辐射。

降低直升机表面的温度，通过涂抹红外伪装涂料进行隔热，降低太阳能吸收率，使直升机表面的温度尽可能接近周边的环境温度，从而降低直升机和周边环境的辐射对比度，不易被红外探测，达到隐身目的。

5 声学隐身
噪声，也是直升机的可探测信号，直升机低空航行执行任务时，对地面的噪声辐射极大，在作战中易于被敌方发现，声学隐身就是通过采用工程技术手段来实现降噪，所以针对直升机开展声学隐身至关重要。

降低直升机噪声，主要通过采用低噪音的动力装置、滑油冷却装置，后掠式旋翼桨尖的低噪音旋翼系统，大截面根尖比多片主桨叶，使声纳探测系统难以探测或增加探测距离。

6 结论
隐身武装直升机具备强大的突防能力，是现代武装直升机未来发展的趋势。

直升机的隐身性能与它在战场上的作战能力和生存率密不可分。

为了进一步地提高武装直升机的作战对抗性能，世界各国都开始将隐身技术作为一项关乎国家战略安全的新兴技术进行跟踪和攻关。

除了文章中研究的几种隐身技术外，还有阻抗加载、共形天线、等离子体技术等隐身技术，在不远的将来，各类隐身技术将全方位应用于武装直升机，改变战术模式，未来战争将成为“看不见”的战争。

参考文献
[1]Chen V C，Li F Y，Ho S S．Micro-Doppler effect in radar-phenomenon，model and simulation study[J]．IEEE Transaction on Aerospace and
表1：两种方位下机体尾部与机身的RCS 均值对比（dBm 2）
波段（Hz ）
侧向
尾向
尾部机体尾部机身S 4.113.5 5.1-2.8C 3.513.6 4.3-3.6X 2.911.9 4.7-3.4Ku
2.8
12.4
4.6
-3.5
Electronic System，2006，42(1):2-21.
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业出版社,2003.
作者简介
樊亦婷(1991-)，女，硕士生学历。

作者单位
中国直升机设计研究所 江西省景德镇市 333001
图3：RCS
计算流程框图
图4：低RCS 通用直升机模型。