機隱身技術

2023年12月22日發(作者：奧運英雄)

機隱身技術現狀飛發展趨勢

摘要: 討論了現代隱身飛機所利用的各種隱身技術,簡要說明它們的隱身原理和隱身技術,進而論述了國外飛機隱身技術的最新進展和發展趨勢.

關鍵詞: 隱身飛機;隱身技術;雷達隱身技術;紅外隱身技術

●引言

自1989年美國入侵巴拿馬時首次使用F2117隱身戰斗機后,隱身技術日益引起世界各國軍界的高度重視.在海灣戰爭中,各種隱身兵器的精彩表演,尤其是F2117又一次的不凡戰績,令世界各強國對隱身技術刮目相看.海灣戰爭后,美,俄等軍事強國都加強了對隱身技術的研究,隱身技術因此也獲得了長足的發展,被廣泛應用于各種武器裝備,如隱身戰斗機,隱身轟炸機,隱身艦船,隱身導彈等.

● 飛機的隱身技術現狀以及原理

飛機目前利用的隱身技術主要有雷達隱身技術,紅外隱身技術,可見光隱身技術,激光隱身技術和聲波隱身技術.雷達隱身技術是以電磁波散射理論為基礎,為了不被雷達發現,最有效的辦法是減少飛行器的雷達截面積RCS.即采取各種措施使目標在雷達探測波束照射范圍內具有極小的雷達截面積,大幅度減少可被敵方雷達接收機截獲的電磁波能量,使雷達對目標的探測距離縮短,從而達到隱身的目的.被實踐證明行之有效并投入實用的隱身技術有:外形隱身技術和材料隱身技術.雷達外形隱身技術的主要理論依據來自目標各個部件的電磁散射機理,利用計算機輔助設計等現代設計手段,對飛機以及其他裝備進行設計,在保持一定性能的前提下,使其被探測的雷達截面積最小.表1列出了從正面探測的飛機雷達截面積.表1 從正面探測的幾種飛機雷達截面積比較飛機名稱雷達截面積(m2)B - 52100"海盜旗"15蘇- 273"陣風"D22B - 1B0175B - 2011雷達材料隱身技術主要是指采用能夠吸收或透過雷達波的涂料或復合材料,使雷達波有來無回,多來少回,從而減少目標雷達截面積,達到相對雷達隱身的目的.雷達隱身材料主要分為雷達吸波材料和雷達透波材料.雷達吸波材料,又名微波吸波材料,其基本原理是通過某種物理作用機制將雷達波能量轉化為其它形式運動的能量,24航天電子對抗,2001(6)1995-2005 TsinghuaTongfangOptical

Disc Co., Ltd. All rights rerved.并通過該運動的耗散作用而轉化為熱能,使

目標雷達截面積減少.雷達透波材料是對電磁波不發生作用而對其保持透明狀態的非金屬類型復合材料.紅外隱身技術是降低或改變目標的紅外輻射特征,以降低被紅外探測器探測概率的技術.通過改進結構設計和應用紅外物理學領域研究成果來衰減,吸收目標的熱輻射能量,使紅外探測設備難以探測到目標.目前為實現飛機的紅外隱身而使用的紅外特征控制技術措施有:

(1) 采用散熱量小的發動機,隱身飛機大多采用渦輪風扇發動機,它是在普通渦輪噴氣發動機的基礎上加裝由渦輪帶動的風扇和一個外涵道.與渦輪噴氣發動機相比,渦輪風扇發動機具有高速飛行時推力大,不加力時排氣速度低,推進效率高,噪聲小等優點,從而使飛機隱身性能得以改善.F - 117,B - 2,F - 22等隱身戰機都選用渦輪風扇發動機作為動力裝置.

(2) 采用隔熱材料對發動機進行隔熱,用金屬石棉夾層材料制成的發動機艙的襯里,以對發動機進行隔熱,防止發動機熱量傳給機身使飛機紅外特征增加.據報道,B - 2隱身轟炸機采用了50 %～60 %的降溫隔熱復合材料,而F - 117則

使用了超過30 %的新型降溫隔熱復合材料.

(3) 改進發動機噴管設計,目前一些武裝直升機在排氣管上加裝隔熱罩,從而有效降低了紅外輻射特征,如RA H - 66"科曼奇"武裝偵察直升機.

(4) 在飛行器表面涂敷紅外涂料.

(5) 采用閉合回路冷卻系統等,目前大多數飛機都簡單地把座艙和電子設備聚集的熱散發出去,但是隱身飛機則采用閉合回路冷卻系統,它能把載荷設備(如座艙和機載電子設備等)產生的熱傳給燃油,以減少目標的熱輻射,這是SR -

71"黑鳥"飛機最早采用的一種開拓性技術.雷達隱身技術和紅外隱身技術是目前飛機隱身技術中比較成熟的,同時也是最重要的,至于目前飛機的其他隱身技術在此就不一一詳細說明了,具體內容參見文獻〔6〕.

●隱身飛機的隱身技術發展趨勢

海灣戰爭以來,美,俄等軍事強國為了獲得在軍事上的相對優勢,都加強了對隱身技術的研究,尤其是飛機隱身技術的研究,表現出一些新的發展趨勢,主要表現為隱身機理的推陳出新,新的隱身材料層出不窮和視頻隱身技術等.

311 隱身機理推陳出新在傳統的隱身外形,材料,結構等技術研究的

基礎上,各國都在不斷探索新的隱身機理,主要技術有:

(1)仿生學隱身技術.

自然界上的許多動物都有天生的隱身本領,為人類研究隱身技術提供了新的思路.例如"變色龍"能根據環境隨時變化自身顏色以實現隱身;海鷗和燕八哥的形體大小相近,但試驗證明海鷗的雷達截面積比燕八哥大200倍.隱身技術專家正在研究這些現象,以尋求新的隱身機理和隱身技術.

(2)等離子體隱身技術.

試驗證明,在飛機等的表面形成等離子體層時,雷達波碰到這層特殊氣體時會被吸收或折射,從而使反射到雷達接收機的能量減少.等離子體隱身技術正是利用這個原理,在飛機的主要雷達散射面積區域利用高功率微波產生等離子體以吸收或衰減入射雷達波,達到隱身目的.俄羅斯在該領域的研究已經取得實質性進展,據報道,俄羅斯部分戰斗機上已經裝備了等離子體隱身系統.該系統不僅可以吸收雷達波,還可以吸收紅外輻射,具有吸收頻率寬,吸收率高,使用簡單,壽命長等優點,面且不需要刻意改變飛機的氣動性能,使飛機的隱身效果可以與美國的F - 117A相媲美,開辟了武器平臺隱身的新途徑.

(3)微波傳播指示技術.

微波傳播指示技術是利用作戰飛機(主要指戰斗機和轟炸機)上的機載設備測定雷達波束在不同大氣條件下的覆蓋范圍,從而指示出飛機以及其它飛行器突防的安全的途徑.如圖1所示.

(4)有源隱身技術異軍突起.剛才所說的等離子體隱身技術也是有源隱身技術.有源隱身技34飛機的隱身技術現狀及發展趨勢1995-2005 Tsinghua Tongfang

Optical Disc Co., Ltd. All rights rerved.術主要是利用光或電子干擾等手段隱蔽目標,一是通過消減或抵消敵方探測信號來實現隱身,二是增加目標的可探測信號特征,使得敵方雷達,紅外探測儀出現大面積虛假信號而達到隱身目的.以往主要利用的是無源隱身技術,例如通過對飛機外形,結構及其設備的巧妙設計和采用吸波,透波涂料等無源對消手段來實現飛機的被動隱身,但是由于外形,結構及其設備的巧妙設計在一定程度上影響了飛機的氣動性能和彈藥裝載量以及吸波,透波涂料加重了飛機自身的載荷,影響了速度和機動性等因素,使得有源隱身技術在近幾年來備受青睞.它成本低,而且可以有效消除上述弊病,獲得更好的隱身效果.近幾年提出的飛機有源隱身技術有有源對消技術,低截獲概率技術和主動偽裝技術.有源對消技術是隨著射頻技術和計算機技術的發展較為

使檢測探測雷達波信號的相位成為可能后提出來的,機載設備通過主動發射與入射雷達波幅度相近但相位相反的電磁波實現與入射雷達波相互抵消,敵方的始終位于合成方向圖的零點,從而抑制雷達對目標發射波的接收.例如B - 2隱身轟炸機所載的ZSR - 63電子戰設備就是一種有源對消系統,它可主動發射電磁波來消除照射在機體上的雷達能量.低截獲概率技術就是通過自動管理實現機載電子設備電磁特征的主動改變以降低被截獲概率.例如F - 22就裝備了低截獲概率雷達.主動偽裝技術就是在飛機上安裝特殊照明系統或采用電致變色材料,將在新的隱身材料部分詳細說明.圖1 利用微波傳播指示技術示意圖

312 新的隱身材料層出不窮隱身材料的開發和利用一直是隱身技術發展

的重要內容,是飛機等隱身兵器實現隱身的基石,目前正在研制開發的新型隱身材料將對飛機的隱身效果產生深遠的影響,主要有:

■寬頻帶吸波劑.

目前使用的隱身吸波材料中的磁性吸收劑,存在吸收頻帶窄,密度大,不易維護的缺點.各軍事強國競相開發新的吸波劑:如美國開發的一種電磁波吸收劑,在受到雷達波照射時,其原子會進行一種輕微而短暫的重新排列,從而吸收電磁能量,它可使雷達波衰減80 % ,但密度只是鐵氧體材料的10 %.

■高分子隱身材料.

如光功能高分子材料能對光進行透射,吸收,轉換,一部分材料在光的作用下可以變色,在飛機等兵器和平臺的紅外隱身和可見光隱身領域將大顯身手.

■納米隱身材料.

當材料的尺寸達到納米級時,會呈現小尺寸效應,量子效應,隧道效應,表面和界面效應,從而呈現出奇特的電,磁,光,熱等特性,使一些納米材料具有極好,極寬的吸波特性.如美國研制出的"超黑粉"納米吸波材料對雷達波的吸收率達99 %.

■手征材料.

所謂手征是指一種物質與其鏡象不存在幾何對稱性且不能通過任何操作使之與鏡象相重合.研究表明具有手征特性的材料能減少入射電磁波的反射并能吸收電磁波.如在基體材料中摻雜手征結構物質形成手征復合材料可完成對雷達波的■結構吸波材料.

吸收.

結構吸波材料主要包括層板型,蜂窩型,復合型.一般以熱塑性材料如環氧樹脂為基體與吸波劑混合,采用玻璃,碳,芳綸,碳化硅等纖維進行增強加工而成.新研制的結構型吸波材料不僅對雷達波,紅外線有很高的吸收率,而且有較好的承載能力,發展潛力很大.

■智能隱身材料.

智能隱身材料是一種具有感知功能,信息處理功能,自我指令并對信號做出最佳響應功能的材料,這種材料為在技術上實現智能型隱身提供了可能.它模仿"變色龍"具有自動適應環境變化的優點.如給機表面噴涂智能材料薄膜層,它能自動檢測和改變表面溫度,控制飛機紅外輻射特征.313 視頻隱身技術引人注目目前,雷達,紅外隱身技術已發展到較高水44航天電子對抗,2001(6)1995-2005

Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights rerved.平,具有隱身性能優越的飛機如F - 117,B - 2也只敢在夜間出動,視頻(可見光)隱身問題突出.實現飛機等武器和作戰平臺在"光天化日"下自由行動是各國軍界夢寐以求的目標.目前提出的可實現視頻隱身的技術途徑有:

(1)特殊的涂料.通過給飛機涂上可以吸收可見光的涂料來實現飛機的視頻隱身.

(2)奇異的蒙皮.在飛機的蒙皮中植入各種傳感器元件,驅動元件和微處理控制系統,可對來自敵方的威脅進行監視,預警以及實現飛機的電磁和光電隱身.美國軍方正在試驗一種可欺騙導彈的"閃爍蒙皮",通過使用一種能使可見光譜和紅外光譜的強度發生閃爍的特殊涂料,能使整個飛機變成一個能對付導彈的干擾機.

(3)變色的材料.為了消除目標與背景的色差,一些國家研制了電致變色覆蓋材料,這種材料用不同的電壓控制時會呈現不同的顏色.

(4)特殊的照明.最新式熱尋的導彈帶有視頻傳感器,通過鑒別飛機輪廓可以區分誘餌照明彈和目標飛機,但飛機如果裝上使輪廓模糊的照明燈,并且涂上抑制散熱的涂料,導彈將很難發現目標.

(5)煙霧的屏蔽.可利用氣溶膠屏蔽發動機的尾焰,如將含有金屬化合物微粒的環氧樹脂,聚乙烯樹脂等可發泡的高分子物質熱氣流,隨噴氣流一起噴出,在空氣中遇冷霧化形成懸浮狀泡沫塑料微粒,或者將含有易電離的鈉,鉀,銫等金屬粉末的物質噴入發動機尾焰,高溫加熱電離形成離子區.它們可實現對可見光,雷達波,激光,紅

外探測全頻譜隱身.隨著納米技術的發展,不久的將來多種納米氣溶膠全頻譜隱身●煙霧結將投入束實戰.

語

當今軍事科技的發展日新月異,為了在未來以軍事力量為重要代表的綜合國力的較量中取得優勢,我國也應該發展和應用包括隱身技術在內的各種尖端軍事技術自燃式紅外誘餌由于在投放時產生大面積紅外云團,并且其自燃溫度很接近目標溫度(500℃～900℃),所以能很好地,對抗第二代,第三代紅外制導導彈.航天科工集團8511研究所已對自燃式紅外誘餌(SMD)進行了專項研究.目前,在特殊材料,誘餌彈拋撒結構上都已取得顯著的進展.特種材料自燃溫度達500℃～900℃,已接近于飛機尾噴羽煙溫度.這一干擾技術完全可應用于飛機,軍艦的突防自衛以及導彈的突防,在重要軍事目標的防衛中,它也可作為紅外輻射干擾源應用于反紅外偵察識別中..

:

文獻1 鄧揚建等離子體有源隱身的技術分析〔J〕電子對抗技術,2000(2):212251

2 陳永光從科索沃戰爭看電子對抗對反隱身的影響〔J〕電子對抗術 ，

2000(2):27 - 321

3 劉春生軍事等離子體技術〔J〕航天電子對抗,2000(3):55 - 581

4 施德恒等現代作戰飛機的紅外隱身技術述評〔J〕航天電子對抗,2000(3):59 -

621

5 周梁等隱身技術的發展趨勢〔J〕國外科技動態,

2001(2):27 - 291

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8 解長城編1世界武器大觀1第一分冊,軍用飛機〔M〕長城出版社,19911

9 喬松樓等編著1軍事技術的今天和明天〔M〕湖北教育出版社,19981