反红外隐身飞机技术研究

瓣混合喷管 ,降低排气温度 ,改善温度分布。 ( 7) 采用红外干扰技术。
1. 2 F - 117A和 B - 2所采用的红外隐身技术措施 下面以 F - 117A 隐身战斗轰炸机 、B - 2隐身战
略轰炸机为代表 ,介绍这 2种隐身飞机所采取的红 外隐身技术措施 。
( 1) F - 117A隐身战斗轰炸机所采取的红外隐 身技术措施
2 红外隐身前后系统作用距离估算
2. 1 红外隐身原理
红外隐身技术就是降低或改变目标的红外辐射
特性 ,从而降低目标的可探测性 。这可通过改进结
构设计和应用红外物理原理来衰减 、吸收目标的红
外辐射能量 ,使红外探测设备难以探测到目标 。
从红外物理学可知 ,物体红外辐射能量由斯蒂
芬 - 玻耳兹曼定律决定 [ 7 - 8] :
F - 117A 隐身战斗轰炸机是世界上第一种高隐 身性能的战斗机 ,由美国洛克希德 ·马丁公司制造 。 这种飞机主要携带激光制导炸弹对敌防空力量较强 的重要地面目标实施攻击 ,并可完成战略 、战术侦察 任务 。它首次从外形 、结构 、材料等方面综合运用了 隐身技术 ,具有对抗雷达 、红外 、激光等探测的综合 性能 [5] 。
F - 117隐身战斗机的发动机采用涡扇发动机 , 以降低红外辐射信号 。除此而外 ,还重点对进气口 进行了特殊设计 ,采用固定式的二元大宽高比喷管 。 进气口用相距 115 cm 的吸波复合材料网状格栅屏 蔽起来 ,进气口高约 016 m ,宽约 115 m ,这样超大尺 寸的进气口势必有大量冷空气从旁路通过 ,可用于 降低排气温度 。同时在外形上设计有遮挡物 ,把红 外信号抑制在窄方位范围内 ,达到隐身的目的 。此 外 ,通过结合使用吸热 、红外迷彩材料来控制第 2类 红外信号可使武器系统的红外特征信号得到很好的 抑制 [5 - 6] 。
3 收稿日期 : 2007 - 12 - 28;修回日期 : 2008 - 02 - 16 基金项目 :海军航空工程学院青年科研基金资助项目 作者简介 :李海燕 ( 1979- ) ,女 ,吉林榆树人 。讲师 ,硕士 ,主要从事 光电 技术 教学科研工作 。 通信地址 : 264001 烟台海军航空工程学院 303教研室 电话 : 0535 - 6635680 E2m a il: ha iyanli0609@ sohu. com
M =εσT4 ,
(1)
式中 : M 为物体总辐射出射度; ε为物体的发射率 ; T
为物体的绝对温度 ;σ为斯蒂芬 - 玻耳兹曼常数 。
温度相同的物体 ,由于发射率不同 ,在红外探测
器上会显示出不同的红外图像。一般军事目标的辐
射都强于背景 ,采用低发射率的涂料可显著降低目
标的红外辐射能量 。为降低目标表面的温度 ,红外
情况下 ,可以利用飞机的红外辐射特性对其距离做
出估算 。
合理设计飞机二元喷管可使红外辐射强度相比
轴对称喷管降低 90%以上 ,而且使红外辐射波瓣宽
度变窄 ,使导弹可攻击的范围变窄 。以 F - 117A 隐
形飞机为例 ,该机采用了狭长二元喷管 ,使喷焰温度
从常规轴对称喷管的 500 ℃以上 (无加力 ) 成功地 降低到了 66 ℃[ 10 ] 。而尾喷口的红外辐射占主要部
伪装涂料在可见光和近红外波段还应具有较低的太
阳能吸收率和一定的隔热能力 ,以使目标表面的温
度尽可能接近背景温度 ,从而降低目标和背景的辐
射对比度 ,减小目标的探测概率 [ 1 ] 。
2. 2 隐身前后作用距离估算
红外系统的作用距离是系统一个重要的综合性
能指标 。当目标张角小于红外系统的瞬时视场时 ,
(Naval Aeronautical and A stronautica l Unive rsity a. Department of Control Enginee ring; b. Group of Gradua te M anagem ent, Shandong Yanta i 264001, China)
(1) 选用涡扇发动机 ,降低发动机及其尾焰的 辐射强度 。
(2) 采用合理的外形技术 。在采用低辐射发动 机的同时 ,改变发动机及其喷管的外形结构 ,利用兼 顾低辐射与动力要求的外形 ,来大大抑制其红外辐 射程度 。
(3) 运用材料技术降低红外辐射 。在燃油中掺 入添加剂 ,在喷焰中加入吸收剂和冷却剂 ,一方面改 变红外辐射频段 ; 另一方面通过尾气与大气的迅速 混合及冷却剂的作用 ,达到快速降温和降低辐射强 度的目的 。
关键词 :隐身技术 ; 反隐身技术 ;红外反隐身 中图分类号 : TN976; V27114 文献标志码 :A 文章编 号 : 10092086X ( 2008) 20520006204
Resear ch on th e In fra r ed An t istea lth A ir cr af t Techn o logy L I Hai2yana , HE You2jina , LΒ Yuanb , H E Zhong2renb
红外系统接收到的目标辐 射能量与其间的 距离有
关 。距离越远则接收到的能量越小 , 与接收到的最
小可用能量相对应的距离称为系统的作用距离 。理
论上只要目标到达系统的辐射能量大于系统的探测 阈值 ,系统就有响应 ,就可以探测出目标 [ 9 ] 。
对于在 8 ～12 μm 大气窗口 利用红 外系统 探
测 、识别过程中 ,在掌握观测仪器参数及气象条件的
·8·
现代防 御 技术
2008年第 36卷第 5期
技术 ,喷嘴部分的红外暴露信号大为减少 ,飞机的隐 身性能大为 增强 。尾部装有 隐蔽红外线特 征的设 备 ,用以减少发动机喷口的热源 ,躲避敌方红外探测 装置 ;采用了燃料添加剂和飞机尾部导流系统 ,将氯 氟硫酸喷混在发动机排出的尾气中 , 消除发动机的 目视尾迹凝结尾迹的形成 ,最终达到隐身目的 [ 5 - 6 ] 。
Key wor ds: stealth technique; antistealth technique; infrared antistealth
0 引 言
隐身技术是通过控制武器系统的信号特征 ,使 其难以被发现 、识别和跟踪打击的技术 。隐身技术 在军用领域的作用 , 就是通过在总体设计中减少声 响 、雷达 、红外线、光电等观测特征 ,使武器装备的生 存能力得到提高。红外隐身技术是隐身技术的重要 内容之一 ,它是指在保护对象上综合应用红外抑制 技术 ,降低红外辐射的强度 ,使敌方难以探测 。 [ 1 ]
Oct. 2008 Vol. 36 No. 5
摘 要 :随着隐身技术在军用飞机上的广泛应用 ,反隐身技术成为赢取未来高技术战争必须研 究的课题 。以 F - 117 A和 B - 2飞机为例 ,分析了现有的飞机红外隐身技术措施 ,对红外隐身前后 系统作用距离进行估算 ,重点阐述了未来反红外隐身飞机的技术措施 ,对飞机反隐身技术的发展提 出了展望 。
从理论上讲 ,红外隐身技术隐蔽的信号是飞行 器的相对辐射能级与红外辐射特征 , 技术的实质是 改变辐射强度和辐射波段 。为实现红外隐身 ,一般 从改变辐射特征、降低辐射强度 、调节红外辐射的传 输过程以降低辐射强度或改变辐射特征 3个方面着 手[1] 。
目前飞机上采用的抑制这些红外辐射的技术主 要包括 [ 3 - 5 ] :
2008年 10月 第 36卷 第 5期
空天防御体系与武器
现代防御技术 M OD ERN DEF EN C E TEC HNOLO GY
3
反 红外隐身飞机技术研究
李海燕 a ,何友金 a ,吕 原 b ,贺中人 b
(海军航空工程学院 a控制工程系 ; b研究生管理大队 , 山东 烟台 264001)
李海燕 ,何友金 ,吕 原 ,等 :反红外隐身飞机技术研究
·7·
红外隐身飞机技术的研究提供理论和技术支持 。
1 飞机红外隐身技术措施分析
1. 1 飞机的红外隐身技术措施 一般来说 ,在飞机上存在 4种较强的红外辐射
源 [ 2 ] :发动机的 尾喷管及其热部 件 ; 发动机 的热尾 喷流 ;飞机蒙皮由于气动加热而引起的红外辐射 ;飞 机受阳光照射后所产生的红外辐射 。红外探测系统 通过探测目标与其所处背景之间的温差而探测和跟 踪目标 ,其中尤以探测 、跟踪目标尾喷管的红外辐射 为主 ,其次是武器系统表面由于气动加热 、阳光辐射 或地球辐射的反射作用引起的红外辐射。
红外隐身技术目前在飞机上广泛应用 ,如何及 早 、准确地探测和识别敌方隐身飞机成为把握战场 主动的关键因素 。反隐身飞机技术是确保战争中先 敌发现 、先敌攻击的重要条件 。因此 ,为了及早发现 敌方隐身飞机 ,必须研究对隐身飞机的探测识别技 术 。本文主要针对典型隐身飞机 ( F - 117A , B - 2)目 前所采用的红外隐身技术措施进行分析 ,对采取隐 身措施前后的红外系统探测距离进行了估算 ,提出 了未来反红外隐身飞机的技术措施 ,对今后开展反
Abstrac t:W ith the stealth technology’s app lication on avion, antistealth techonglogy becom es a necessary task to w in future high2technology wa r. For an instance of F - 117A and B - 2 p lane, the exist2 ing infrared stea lth technologies for p lane are ana lyzed. Then the system ope ra ting range is estim ated be2 fore and after infra red stealth. The m easure s of future infra red antistealth aircraft are expa tiated in de tail. A t last the developm ent of p lane’s antistealth teconology is proposed.
分 ,可以利用尾喷口的温度变化来估算作用距离的
变化。
本文采用文 献 [ 11 ]所推 导的用 N E TD 表示的
红外系统作用距离公式 :
R2 = N ETD π ·JSΔNλτRa·ΩXTξ,
( 2)
式中 : R为红外系统的作用距离; τa 为大气透过率 ;
N ETD 为等效噪声温差; SNR 为信噪比 ;Ω =αβ为探
( 2) B - 2隐 身战略轰炸机所采取的红外隐身 技术措施
B - 2 隐身 战略轰炸机是目前世界上最具代表 性的隐身兵器 。为了达到红外隐身的效果 , B - 2采 用了 2台推力为 8 600 kg的 F118 - GE - 100涡扇喷 气发动机置 于左 右机翼 上部 , 进气 口的上 部呈 M 形 ,进气道呈 S形 ,压缩器不外露 ,尾喷口低于进气 口 ,位于机翼后缘上方 ,并采用 V字型二元喷口 ,加 上飞机大量采用复合材料 ,使飞机对红外线有隐形 能力 。此外 ,发动机构件内还装有气流混合器 ,它能 将流经机翼表面的冷空气导入发动机中 ,持续降低 发动机室外层的温度 。喷嘴呈宽扁状 ,在飞机的后 方无法看到喷口 。特别是由于采用了喷口温度调节
(4) 采用喷涂吸收红外及使用隔热泡沫塑料等 材料来降低红外辐射 。在高速飞行器表面喷涂吸收 红外的迷彩和使用隔热泡沫塑料以及中远红外伪装 涂层 ,可以大大降低其红外辐射强度 。
(5 ) 采用陶瓷复合材料制造喷管 ,并将喷管安 放在弹体上方 ,遮挡向前下方的红外辐射 ,并在弹尾 安装红外挡板 。
(6) 采用特殊形状的喷管 。采用二元喷管或波
测器的瞬时视场 ,α,β分别为瞬时水平和垂直视场 ;
XT 为微分辐射量 ;ξ为信号处理损失等因素引起的
系数 , 根据经验 ,ξ= 3 ～4; JΔλ为目标的红外 辐射强
度 ,由下式确定 [9 ] :
JΔλ
σ =
T4εAtηΔλ π
,Байду номын сангаас