飞机隐身技术论文

飞机隐身技术论文

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隐身是为了降低飞机被雷达探测到的可能性。我整理的，希望你能从中得到感悟!

篇一

飞机的隐身设计

在现代战场上,探测手段日新月异,精确制导武器的打击精度迅速提高,突防的飞机一旦被敌方发现,往往难逃被摧毁的命运。飞机的设计需考虑隐身性能。目前根据所对抗的探测装置,飞机已成功应用的隐身技术包括雷达隐身、红外隐身、可见光隐身、声隐身。由于当前用于发现及跟踪飞机的主要手段是雷达,且一部分地空导弹及空空导弹采用雷达制导,因此,飞机必须将针对雷达的隐身设计放在首位。

1、隐身的核心问题

隐身是为了降低飞机被雷达探测到的可能性。雷达通过发射和接收电磁波探测目标。目标向雷达反射回波能力的大小,用雷达散射截面积(RCS)来表征。根据雷达方程,雷达对目标的探测距离与目标散射截面积的四次方根成正比:

R

根据这个比例关系,假设一部雷达能够在100km处发现RCS为100平方米的目标,如果目标的RCS减小到10平方米,则探测距离下降为56km;RCS 减小到1平方米,则探测距离下降为32km。可见伴随目标RCS的减小,雷达对飞机的探测距离在缩短,这对突防的飞机来说是非常重要的。

假设一架飞机要攻击一个目标,沿途需要突破敌方的空中预警区,地面预警雷达、搜索制导雷达防御圈,要完成突防任务,是相当困难的。如果换一架隐身飞机,假定它使雷达的探测距离缩短2/3,那么它就可以从容的突破防御系统,对目标进行攻击而不被发现。因此,采用隐身技术设计的飞机可缩短雷达对其探测距离,从而有效提高飞机的生存能力和作战效能。而雷达隐身的核心问题就是减小飞机的RCS。

目前,由于技术的限制,不可能使得飞机上下左右前后各个方向都有非常小的RCS,只能在重点方向上减小RCS。由于飞机在突防中,只需穿越雷达网的间隙,就可以不被雷达探测到,因而很少有雷达能从飞机的正上方或正下方进行探测,所以只要将飞机水平面上下一定角范围内的RCS减小,就可有效降低飞机被雷达探测到的概率。而在个范围内,机头方向受雷达威胁最大;侧向次之。隐身飞机通常要求头向RCS小于0.1平方米,侧向RCS 小于1平方米,准隐身飞机可适当放宽。

2、隐身的技术途径

2.1 外形隐身

美国著名的飞机制造商洛克西德马丁公司曾经做过一个实验:一个边长为1米的正方形金属板,如果垂直正对某一雷达,测得RCS值是1000平方米,将平板向后倾斜45度,其RCS值减小为1/10平方米,如果旋转成菱形,

再倾斜,RCS值进一步减小为1/1000平方米。1000与1/1000整整相差了100万倍。由此,隐身效果就出来了。可见,通过改变飞机的外形,可以起到隐身的效果。为什么同一个平板,在不同方向上,RCS值会有这么大的差别呢?我们知道,电磁波在传播过程中遇到障碍物会产生反射和绕射。其中对隐身效果影响最大的是镜面反射。

2.1.1 减小重点方向上的镜面反射

镜面反射,就象光照射到镜子上一样,会依照入射角等于反射角的方式反射。当波前进方向垂直于平面时,反射波是直接反射回雷达的。回波能量很强,RCS很大。除了垂直入射,垂直反射之外,电磁波照射到角反射体时经多次反射也会原路返回,造成大RCS。普通飞机的垂尾、机身会在水平方向上形成镜面反射。飞机的平尾与垂尾、机身与机翼会形成两面体反射。在机头方向,电磁波会穿透座舱盖,而舱内有许多角反射体结构,会造成强反射,从而引起RCS增大。同理,飞机的雷达舱、进气道也会在飞机头向上产生大RCS。可见,在飞机上,一些平面和角反射体结构会产生镜面反射,从而增大RCS值。例如幻影2000飞机的正侧方,垂尾会产生一个大RCS,峰值为800㎡,相同的方位,机身也有一个大RCS,峰值为200m2。在飞机头向方向上,雷达舱、进气道、座舱的RCS峰值分别为7m2、5.5m2及4m2。可见,在飞机的头向和侧向这些重点方向上RCS远远大于隐身要求,必须减小。

F-117隐身飞机针对垂尾,采用外倾双垂尾,将平面倾斜一定的角度,减小了重点方向上的RCS。就象前面提到的平板,倾斜45度后,RCS由1000平方米减小到1/10平方米。F-117飞机的机身由许多块平面组成多面体,

每个平面都倾斜一个角度,有效小了水平方向的RCS。同时也避免两面体角反射结构。但是作为第一代隐身飞机,由于当时计算机计算性能有限,只能计算少量平板结构的RCS,为了隐身不得已才将飞机设计成多面体结构,牺牲了飞机的气动性能。后来,隐身理论及计算能力进一步发展,人们可将飞机表面分成很小的一个个平面,所以最终隐身飞机外形呈光滑表面,设计出了象B-2飞机这样的隐身飞机,B-2飞机表面平滑,采用无垂尾,高度的翼身融合的飞翼外形,由于取消了尾翼,进一步减小了侧向的RCS,机翼与机身高度融合避免了两面体结构,这种外形较好的兼顾了飞机的气动性能和隐身效果,因此,美军正在验证的下一代无人作战飞机,如空军的X-45C,海军的X-47B,都采用了飞翼外形。飞翼这种外形空气阻力小,航程大,比较适合轰炸机和无人攻击机,但由于没有垂尾,机动性不好,不适合战斗机。所以美军的四代机,F-22及F-35飞机沿用了常规气动布局,采用外倾双垂尾,翼身融合,即保证了机动性又兼顾了隐身。

针对飞机的座舱,采取的隐身措施是将座舱盖镀上金属膜,可见光可以通过,雷达波会被反射;针对雷达舱,采用频率选择雷达罩、本机雷达频率可以通过,其它频率会被反射到非重点方向。针对进气道,采用S形进气道,增加入射雷达波的反射次数,在每次反射中吸收掉一点能量,经过多次反射而减弱回波,从而减小了进气道的RCS。如果再配合吸波材料就隐身效果就更好了。

2.1.2 解决边缘绕射

除镜面反射外,电磁波照射到物体的边缘时还会产生边缘绕射。所谓边缘绕射,是指当电磁波照射到物体的边缘时,会产生圆锥状散射。当入射波