机隐身技术

2023年12月22日发(作者：奥运英雄)

机隐身技术现状飞发展趋势

摘要: 讨论了现代隐身飞机所利用的各种隐身技术,简要说明它们的隐身原理和隐身技术,进而论述了国外飞机隐身技术的最新进展和发展趋势.

关键词: 隐身飞机;隐身技术;雷达隐身技术;红外隐身技术

●引言

自1989年美国入侵巴拿马时首次使用F2117隐身战斗机后,隐身技术日益引起世界各国军界的高度重视.在海湾战争中,各种隐身兵器的精彩表演,尤其是F2117又一次的不凡战绩,令世界各强国对隐身技术刮目相看.海湾战争后,美,俄等军事强国都加强了对隐身技术的研究,隐身技术因此也获得了长足的发展,被广泛应用于各种武器装备,如隐身战斗机,隐身轰炸机,隐身舰船,隐身导弹等.

● 飞机的隐身技术现状以及原理

飞机目前利用的隐身技术主要有雷达隐身技术,红外隐身技术,可见光隐身技术,激光隐身技术和声波隐身技术.雷达隐身技术是以电磁波散射理论为基础,为了不被雷达发现,最有效的办法是减少飞行器的雷达截面积RCS.即采取各种措施使目标在雷达探测波束照射范围内具有极小的雷达截面积,大幅度减少可被敌方雷达接收机截获的电磁波能量,使雷达对目标的探测距离缩短,从而达到隐身的目的.被实践证明行之有效并投入实用的隐身技术有:外形隐身技术和材料隐身技术.雷达外形隐身技术的主要理论依据来自目标各个部件的电磁散射机理,利用计算机辅助设计等现代设计手段,对飞机以及其他装备进行设计,在保持一定性能的前提下,使其被探测的雷达截面积最小.表1列出了从正面探测的飞机雷达截面积.表1 从正面探测的几种飞机雷达截面积比较飞机名称雷达截面积(m2)B - 52100"海盗旗"15苏- 273"阵风"D22B - 1B0175B - 2011雷达材料隐身技术主要是指采用能够吸收或透过雷达波的涂料或复合材料,使雷达波有来无回,多来少回,从而减少目标雷达截面积,达到相对雷达隐身的目的.雷达隐身材料主要分为雷达吸波材料和雷达透波材料.雷达吸波材料,又名微波吸波材料,其基本原理是通过某种物理作用机制将雷达波能量转化为其它形式运动的能量,24航天电子对抗,2001(6)1995-2005 TsinghuaTongfangOptical

Disc Co., Ltd. All rights rerved.并通过该运动的耗散作用而转化为热能,使

目标雷达截面积减少.雷达透波材料是对电磁波不发生作用而对其保持透明状态的非金属类型复合材料.红外隐身技术是降低或改变目标的红外辐射特征,以降低被红外探测器探测概率的技术.通过改进结构设计和应用红外物理学领域研究成果来衰减,吸收目标的热辐射能量,使红外探测设备难以探测到目标.目前为实现飞机的红外隐身而使用的红外特征控制技术措施有:

(1) 采用散热量小的发动机,隐身飞机大多采用涡轮风扇发动机,它是在普通涡轮喷气发动机的基础上加装由涡轮带动的风扇和一个外涵道.与涡轮喷气发动机相比,涡轮风扇发动机具有高速飞行时推力大,不加力时排气速度低,推进效率高,噪声小等优点,从而使飞机隐身性能得以改善.F - 117,B - 2,F - 22等隐身战机都选用涡轮风扇发动机作为动力装置.

(2) 采用隔热材料对发动机进行隔热,用金属石棉夹层材料制成的发动机舱的衬里,以对发动机进行隔热,防止发动机热量传给机身使飞机红外特征增加.据报道,B - 2隐身轰炸机采用了50 %～60 %的降温隔热复合材料,而F - 117则

使用了超过30 %的新型降温隔热复合材料.

(3) 改进发动机喷管设计,目前一些武装直升机在排气管上加装隔热罩,从而有效降低了红外辐射特征,如RA H - 66"科曼奇"武装侦察直升机.

(4) 在飞行器表面涂敷红外涂料.

(5) 采用闭合回路冷却系统等,目前大多数飞机都简单地把座舱和电子设备聚集的热散发出去,但是隐身飞机则采用闭合回路冷却系统,它能把载荷设备(如座舱和机载电子设备等)产生的热传给燃油,以减少目标的热辐射,这是SR -

71"黑鸟"飞机最早采用的一种开拓性技术.雷达隐身技术和红外隐身技术是目前飞机隐身技术中比较成熟的,同时也是最重要的,至于目前飞机的其他隐身技术在此就不一一详细说明了,具体内容参见文献〔6〕.

●隐身飞机的隐身技术发展趋势

海湾战争以来,美,俄等军事强国为了获得在军事上的相对优势,都加强了对隐身技术的研究,尤其是飞机隐身技术的研究,表现出一些新的发展趋势,主要表现为隐身机理的推陈出新,新的隐身材料层出不穷和视频隐身技术等.

311 隐身机理推陈出新在传统的隐身外形,材料,结构等技术研究的

基础上,各国都在不断探索新的隐身机理,主要技术有:

(1)仿生学隐身技术.

自然界上的许多动物都有天生的隐身本领,为人类研究隐身技术提供了新的思路.例如"变色龙"能根据环境随时变化自身颜色以实现隐身;海鸥和燕八哥的形体大小相近,但试验证明海鸥的雷达截面积比燕八哥大200倍.隐身技术专家正在研究这些现象,以寻求新的隐身机理和隐身技术.

(2)等离子体隐身技术.

试验证明,在飞机等的表面形成等离子体层时,雷达波碰到这层特殊气体时会被吸收或折射,从而使反射到雷达接收机的能量减少.等离子体隐身技术正是利用这个原理,在飞机的主要雷达散射面积区域利用高功率微波产生等离子体以吸收或衰减入射雷达波,达到隐身目的.俄罗斯在该领域的研究已经取得实质性进展,据报道,俄罗斯部分战斗机上已经装备了等离子体隐身系统.该系统不仅可以吸收雷达波,还可以吸收红外辐射,具有吸收频率宽,吸收率高,使用简单,寿命长等优点,面且不需要刻意改变飞机的气动性能,使飞机的隐身效果可以与美国的F - 117A相媲美,开辟了武器平台隐身的新途径.

(3)微波传播指示技术.

微波传播指示技术是利用作战飞机(主要指战斗机和轰炸机)上的机载设备测定雷达波束在不同大气条件下的覆盖范围,从而指示出飞机以及其它飞行器突防的安全的途径.如图1所示.

(4)有源隐身技术异军突起.刚才所说的等离子体隐身技术也是有源隐身技术.有源隐身技34飞机的隐身技术现状及发展趋势1995-2005 Tsinghua Tongfang

Optical Disc Co., Ltd. All rights rerved.术主要是利用光或电子干扰等手段隐蔽目标,一是通过消减或抵消敌方探测信号来实现隐身,二是增加目标的可探测信号特征,使得敌方雷达,红外探测仪出现大面积虚假信号而达到隐身目的.以往主要利用的是无源隐身技术,例如通过对飞机外形,结构及其设备的巧妙设计和采用吸波,透波涂料等无源对消手段来实现飞机的被动隐身,但是由于外形,结构及其设备的巧妙设计在一定程度上影响了飞机的气动性能和弹药装载量以及吸波,透波涂料加重了飞机自身的载荷,影响了速度和机动性等因素,使得有源隐身技术在近几年来备受青睐.它成本低,而且可以有效消除上述弊病,获得更好的隐身效果.近几年提出的飞机有源隐身技术有有源对消技术,低截获概率技术和主动伪装技术.有源对消技术是随着射频技术和计算机技术的发展较为

使检测探测雷达波信号的相位成为可能后提出来的,机载设备通过主动发射与入射雷达波幅度相近但相位相反的电磁波实现与入射雷达波相互抵消,敌方的始终位于合成方向图的零点,从而抑制雷达对目标发射波的接收.例如B - 2隐身轰炸机所载的ZSR - 63电子战设备就是一种有源对消系统,它可主动发射电磁波来消除照射在机体上的雷达能量.低截获概率技术就是通过自动管理实现机载电子设备电磁特征的主动改变以降低被截获概率.例如F - 22就装备了低截获概率雷达.主动伪装技术就是在飞机上安装特殊照明系统或采用电致变色材料,将在新的隐身材料部分详细说明.图1 利用微波传播指示技术示意图

312 新的隐身材料层出不穷隐身材料的开发和利用一直是隐身技术发展

的重要内容,是飞机等隐身兵器实现隐身的基石,目前正在研制开发的新型隐身材料将对飞机的隐身效果产生深远的影响,主要有:

■宽频带吸波剂.

目前使用的隐身吸波材料中的磁性吸收剂,存在吸收频带窄,密度大,不易维护的缺点.各军事强国竞相开发新的吸波剂:如美国开发的一种电磁波吸收剂,在受到雷达波照射时,其原子会进行一种轻微而短暂的重新排列,从而吸收电磁能量,它可使雷达波衰减80 % ,但密度只是铁氧体材料的10 %.

■高分子隐身材料.

如光功能高分子材料能对光进行透射,吸收,转换,一部分材料在光的作用下可以变色,在飞机等兵器和平台的红外隐身和可见光隐身领域将大显身手.

■纳米隐身材料.

当材料的尺寸达到纳米级时,会呈现小尺寸效应,量子效应,隧道效应,表面和界面效应,从而呈现出奇特的电,磁,光,热等特性,使一些纳米材料具有极好,极宽的吸波特性.如美国研制出的"超黑粉"纳米吸波材料对雷达波的吸收率达99 %.

■手征材料.

所谓手征是指一种物质与其镜象不存在几何对称性且不能通过任何操作使之与镜象相重合.研究表明具有手征特性的材料能减少入射电磁波的反射并能吸收电磁波.如在基体材料中掺杂手征结构物质形成手征复合材料可完成对雷达波的■结构吸波材料.

吸收.

结构吸波材料主要包括层板型,蜂窝型,复合型.一般以热塑性材料如环氧树脂为基体与吸波剂混合,采用玻璃,碳,芳纶,碳化硅等纤维进行增强加工而成.新研制的结构型吸波材料不仅对雷达波,红外线有很高的吸收率,而且有较好的承载能力,发展潜力很大.

■智能隐身材料.

智能隐身材料是一种具有感知功能,信息处理功能,自我指令并对信号做出最佳响应功能的材料,这种材料为在技术上实现智能型隐身提供了可能.它模仿"变色龙"具有自动适应环境变化的优点.如给机表面喷涂智能材料薄膜层,它能自动检测和改变表面温度,控制飞机红外辐射特征.313 视频隐身技术引人注目目前,雷达,红外隐身技术已发展到较高水44航天电子对抗,2001(6)1995-2005

Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights rerved.平,具有隐身性能优越的飞机如F - 117,B - 2也只敢在夜间出动,视频(可见光)隐身问题突出.实现飞机等武器和作战平台在"光天化日"下自由行动是各国军界梦寐以求的目标.目前提出的可实现视频隐身的技术途径有:

(1)特殊的涂料.通过给飞机涂上可以吸收可见光的涂料来实现飞机的视频隐身.

(2)奇异的蒙皮.在飞机的蒙皮中植入各种传感器元件,驱动元件和微处理控制系统,可对来自敌方的威胁进行监视,预警以及实现飞机的电磁和光电隐身.美国军方正在试验一种可欺骗导弹的"闪烁蒙皮",通过使用一种能使可见光谱和红外光谱的强度发生闪烁的特殊涂料,能使整个飞机变成一个能对付导弹的干扰机.

(3)变色的材料.为了消除目标与背景的色差,一些国家研制了电致变色覆盖材料,这种材料用不同的电压控制时会呈现不同的颜色.

(4)特殊的照明.最新式热寻的导弹带有视频传感器,通过鉴别飞机轮廓可以区分诱饵照明弹和目标飞机,但飞机如果装上使轮廓模糊的照明灯,并且涂上抑制散热的涂料,导弹将很难发现目标.

(5)烟雾的屏蔽.可利用气溶胶屏蔽发动机的尾焰,如将含有金属化合物微粒的环氧树脂,聚乙烯树脂等可发泡的高分子物质热气流,随喷气流一起喷出,在空气中遇冷雾化形成悬浮状泡沫塑料微粒,或者将含有易电离的钠,钾,铯等金属粉末的物质喷入发动机尾焰,高温加热电离形成离子区.它们可实现对可见光,雷达波,激光,红

外探测全频谱隐身.随着纳米技术的发展,不久的将来多种纳米气溶胶全频谱隐身●烟雾结将投入束实战.

语

当今军事科技的发展日新月异,为了在未来以军事力量为重要代表的综合国力的较量中取得优势,我国也应该发展和应用包括隐身技术在内的各种尖端军事技术自燃式红外诱饵由于在投放时产生大面积红外云团,并且其自燃温度很接近目标温度(500℃～900℃),所以能很好地,对抗第二代,第三代红外制导导弹.航天科工集团8511研究所已对自燃式红外诱饵(SMD)进行了专项研究.目前,在特殊材料,诱饵弹抛撒结构上都已取得显著的进展.特种材料自燃温度达500℃～900℃,已接近于飞机尾喷羽烟温度.这一干扰技术完全可应用于飞机,军舰的突防自卫以及导弹的突防,在重要军事目标的防卫中,它也可作为红外辐射干扰源应用于反红外侦察识别中..

:

文献1 邓扬建等离子体有源隐身的技术分析〔J〕电子对抗技术,2000(2):212251

2 陈永光从科索沃战争看电子对抗对反隐身的影响〔J〕电子对抗术 ，

2000(2):27 - 321

3 刘春生军事等离子体技术〔J〕航天电子对抗,2000(3):55 - 581

4 施德恒等现代作战飞机的红外隐身技术述评〔J〕航天电子对抗,2000(3):59 -

621

5 周梁等隐身技术的发展趋势〔J〕国外科技动态,

2001(2):27 - 291

6 钟华等编著隐身技术〔M〕国防工业出版社,19971

7 阮颖铮等编著1雷达截面与隐身技术〔M〕国防工业出版社,19981

8 解长城编1世界武器大观1第一分册,军用飞机〔M〕长城出版社,19911

9 乔松楼等编著1军事技术的今天和明天〔M〕湖北教育出版社,19981