水面舰艇隐身技术.pdf

水面舰艇隐身技术一．技术的产生原因随着科学技术的发展， 在现代海战中， 物理场探测器和精确制导武器正得到越来越广泛的应用， 其战斗效能越来越高， 为了对付这种现实的威胁， 各国海军正在加紧发展舰艇隐身技术， 它通过改变自身物理场， 以降低被敌发现和被精确制导武器命中的概率 舰艇隐身技术萌发于雷达发明之后在二战中， 雷达发挥了巨大的作用， 于是人们开始研究如何对付它，由此而产生了隐身技术 德国最先在其潜艇上采用了隐身技术， 在潜艇的通气管和潜望镜上使用了吸波材料，以达到反雷达探测的目的此后，美国、前苏联等国家相继开展隐身技术的研究迄今为止， 各国都纷纷研制各种隐身舰艇，如美国的 “ 海幽灵 “隐身试验舰， 法国的“拉菲特 “ 级护卫舰，以色列 “ 萨尔“5 小型护卫舰等特别是瑞典在“ 斯米格 “号隐身试验船的基础上开发了YS 2000全隐身攻击舰，现正在设计和建造，不久的将来，该国将建成世界上第一支全部由隐身舰艇组成的舰队这些隐身舰艇的问世，标志着舰艇隐身技术日益成熟， 同时也预示着未来的海战将是一场“ 无“ 战舰的战场二．国外关键技术提高舰艇的隐蔽性，就是要降低辐射噪声、可见光、磁场、水压场和温度场等舰艇的物理场。

目前的舰艇隐身技术主要集中在雷达波隐身、声隐身、红外隐身、电子特性隐身四个方面 另外随着能够探测舰艇电磁特性的水雷传感器研制的不断开展，降低舰艇的电磁特性也将逐渐成为舰艇隐身的一个重要方面1、雷达波隐身雷达探测是一种靠雷达照射目标物体后，接受反射回波来感知目标的探测方法 因此，如何减少物体的回波是这一技术的关键传统的舰艇由于笔直、规则的外形， 大面积的平面， 板与板之间的直角连接等形状和结构对雷达波产生强烈的反射，从而增大了雷达反射截面，增强了敌方雷达的探测距离雷达波隐身技术的着眼点就是降低雷达反射截面，减小雷达探测范围1）隐身技术方法a）采用雷达吸波材料和涂料吸波材料的工作原理是消耗雷达照射波的能量，减少雷达波的反射， 改变舰艇的雷达反射截面以诱惑来袭导弹攻击舰艇的非重要部位采用雷达吸波材料是减少舰艇雷达反射截面的最简单措施，这种隐身是比较彻底的，但其技术难度较大，经济性差，国外在这方面投入很高b）改进舰体及上层建筑舰艇的外形设计对降低雷达散射面积有着极其重大的意义通过改变外形， 使雷达照射波改变方向散射空间来减少回波的强度，从而起到降低雷达反射截面积的目的诸如对军舰舷侧采用倾斜形设计，避免与水面相互垂直， 使照射面进行异向反射， 以减小回波的反射能量； 上层建筑四周及相邻连接处避免直角， 尽量采用圆弧过渡， 防止产生波的尖角绕射； 外露面积尽量减小等。

c）控制甲板移动物体一艘舰艇的雷达反射截面积是该舰具体形状的函数，舰上移动的人员和装备， 都是雷达的反射体， 应加以控制 如舰员尽量在甲板内活动，严格控制舰载机的飞行时间等2）国外雷达波隐身的设计原则a)“ 角度压缩 “原则即牺牲某些角度如两舷侧的RCS （雷达反射截面积）值，而在其它角度， 最低限度地进行RCS 缩减这样既有利于总体设计， 也便于隐身技术的实施以此原则设计的舰艇只是在某些主散射方向上存在较大的RCS 值，因此使敌难于探测、跟踪，有利于本舰电子对抗的实施b)“ 外形为主、材料为辅 “ 原则目前吸波材料吸波性能有限，适用频带窄、环境适应性差、 价格昂贵 国外普遍采用外形隐身技术，只有在外形隐身难以实施或需要加强隐身效果时，才采用涂覆吸波材料的方法3）各国海军采用的关键技术在舰艇雷达波隐身技术方面，国外海军始终坚持大力抓基础研究和试验手段建设在基础理论方面，根据电磁场原理，相继开发了雷达波散射的估算、仿真系统，已完成了由简单型体的RCS定性估算到全船 RCS仿真的定量分析这一质的飞跃吸波材料虽然只是雷达波隐身技术的辅助手段，但国外海军仍在下大力气进行研究，吸波材料已从最早的铁氧体材料，发展到纳米材料和生物型材料。

由于吸波材料的局限性， 目前国外海军普遍在舰艇外形上大做文章主要的技术措施有：船体外倾、上层建筑大平面倾斜（7°以上）及整合、避免凹腔和角反射、减少耦合、驾驶室采用金属膜玻璃、严格工艺控制（提高外板和平板的表面平整度）等措施2、声隐身声隐身技术起步较早、技术手段丰富、成熟，各个国家在这方面都取得了长足发展1）隐身技术方法舰艇在航行过程中产生的噪声向空中和水下传播，极易被敌水面舰艇和潜艇的声探测系统发现声隐身的主要措施有：a) 降低机械噪声 使用新型推进装置 （电力传动），舰上主辅机使用各类减振器；使用隔绝噪声和振动的箱装体； 在舰体表面采用消声瓦或涂覆吸音涂层；机舱周围使用气幕降噪技术b）降低螺旋桨的直径，减小其转速，使其盘面处伴流均匀分布，增加桨叶数，增大桨叶倾斜和改进桨叶剖面 螺旋桨的空泡是水面舰艇最重要的噪声源，目前抑制这一噪声源的有效途径是螺旋桨通气技术2）声隐身中使用的高新技术在舰艇的设计、 建造中，除采用优化船体外形、控制舰载设备振动噪声指标、 对主要设备实施隔振和隔声处理、对管道进行弹性支撑和挠性连接等传统的措施外，近年来，国外海军还使用了许多高新技术：a) 气幕降噪技术该技术是西方国家海军较为推崇的一种用来提高水面舰艇（特别是反潜舰艇） 水下声隐蔽性的高技术。

其原理是通过在舰壳水下部分和螺旋桨部位向水中喷射压缩空气， 从而形成一定厚度的气幕来有效屏蔽、衰减和散射舰艇的水下宽频带辐射噪声该技术可大幅度地降低舰艇水下辐射噪声（6-10dB）和本舰声纳平台的自噪声 （3-5dB） ，改变水下辐射噪声特征， 衰减敌主动声纳信号的反射由于该技术降噪效果显著、造价低廉，因而广受各国海军青睐，美国除航空母舰外的护卫舰以上所有舰艇都装有气幕降噪系统b) 浮筏技术浮筏技术是多台机组共用公共基座（即浮筏）的单层隔振或多层隔振技术在实际应用中， 由于布置空间和稳定性方面的限制， 通常使用双层隔振由于浮筏隔振装置具有显著的隔振、隔冲击性能， 大幅度地降低了结构噪声向船体和水下的辐射， 因此各国海军对该技术的研究非常重视美、俄、英、法、德、意等国的舰艇动力设备均广泛采用了浮筏技术c) 大侧斜螺旋桨和泵喷技术舰艇在高速航行工况下， 螺旋桨噪声是最主要的噪声源，而一旦螺旋桨产生空泡， 空泡噪声即成为螺旋桨最强烈的噪声源螺旋桨空化后的噪声比空化前要提高10-30dB因此，国外对螺旋桨噪声的抑制主要集中在推迟空泡的发生上 国外几十年的实践证明， 在舰艇尾部非均匀流场中采用大侧斜螺旋桨可在效率基本不降低的前提下延迟空泡发生，大幅度降低脉动压力和减小船尾振动。

80 年代以来，随着大侧斜螺旋桨设计和制造技术的不断完善，该技术在美国等西方国家中得到了广泛应用大部分新造水面舰艇都使用了大侧斜桨随着舰艇推进功率的加大， 航速不断提高， 有可能使螺旋桨重新产生空泡，此外螺旋桨尾流的旋转，使小部分耗散的能量转化为声能为此，国外研制了一种新型的低噪声推进器-- 泵喷推进器来取代螺旋桨推进泵喷推进器由转子、定子和减速阻尼导管组成转子、定子产生的噪声被导管遮蔽，转子后的定子又可减少尾流旋转能量的损失减速型导管能够延迟转子空泡的起始，最终达到降噪的目的 最先采用这一技术的是英国新一代“ 特拉法尔加 “ 级静音潜艇目前该技术主要使用在潜艇上3、红外隐身（1） 隐身技术方法自七十年代红外探测器的工作频段扩展到中远红外区以来，红外探测技术日趋成熟， 已成为仅次于雷达的中远程探测、制导手段 在现代海战中，各种水面舰艇的热辐射很容易被对方的红外探测系统发现，也容易遭到红外寻的导弹的攻击 为此，各国海军投入很大力量研究开发红外隐身技术如降低发动机排气、 排水温度，降低主机舱和烟囱温度、 涂敷绝热层、采用隔热垫等美国海军的 DDG 51 级舰除对红外辐射源部位进行屏蔽和绝缘外，全部排气道顶部用空气喷射器来抑制排放高温燃气，每个排气道顶部安装特殊的装置来屏蔽热管内壁。

2）采用的主要技术a) 冷却-- 降低 3-5 微米（um ）波段红外辐射燃气轮机、 柴油机排放的高温废气是舰艇在 3-5um波段最强烈的红外辐射源 因此国外海军的红外隐身技术研究大都是从降低排气温度、抑制红外辐射开始的对于燃气轮机，由于排气量大、排气流速高， 国外海军流行的抑制措施是采用引射技术该技术可使该波段红外辐射降低 90% 以上对柴油机排气的红外抑制，国外目前普遍采用烟道冷却和水线排气技术其中英国在采用烟道冷却装置后，舰艇红外辐射降低60% 以上德国海军采用海水喷射装置， 实施水线排气， 可使排气温度从 500℃降至 60℃b) 屏蔽-- 降低 8-14um波段红外辐射屏蔽方法主要有：应用红外伪装材料，改变舰艇红外辐射特征；使用隔热材料阻止舰艇舱内热源向外辐射；采用喷淋水幕（雾）技术，将舰艇 “笼罩“ 起来，使之与环境融为一体，达到降温、屏蔽的效果如俄罗斯的 “ 现代“ 级驱逐舰、美国的 “ 杜鲁门 “ 号航母、印度的 “德里 “级驱逐舰、英国的 “海幽灵 “ 护卫舰都采用了该技术4、控制舰艇自身的电子特性舰载电子设备的隐身也是舰艇隐身的一个重要方面为防止对方的电子和磁性探测器探测，控制己舰的电磁辐射特征， 国外海军采用的技术主要有：a) 完善无源侦察设备，发展联合信息收集分配系统。

如采用 GPS 接收机完成导航，采用雷达侦察机接收侦知敌情，利用数据接收机接收联合信息分配系b) 采用相应的技术和战术， 保证有源电子装备具有低频截获概率特性当舰艇需要使用主动工作雷达和通信设备时， 这些有源设备必须在技术上保证被截获概率低，在战术上保证隐蔽使用主要措施如YS2000舰的导弹雷达采用小功率的调频连续波雷达， 舰载相控阵雷达采用了大量的被截获概率低的技术舰载通信也要采用保密措施和小暴露的使用方法，目前一些现役舰艇都有雷达通信装备的隐蔽使用规则c) 降低舰上天线的雷达反射截面 雷达通信等各种无线电设备的天线是雷达反射截面的产生器 降低天线副瓣， 减少天线失配反射可减少天线的散射，采用频率选择技术可衰减带外信号， 采用天线升降翻转机构使天线向上升起扫描几次后就向下翻转保持隐身状态， 以微带天线为主的共形天线技术也是减少雷达反射截面的一个好方法5、减少舰艇的电磁特性由于可探测舰艇电磁特性的水雷传感器目前正处于研制阶段，故降低舰艇电磁特性也成为西方国家研究的一个重点舰艇的电磁特性主要有三种：静电特征，即水下电位（UEP ） ；与腐蚀有关的磁特征；极低频电磁特征影响舰艇静电特征及与腐蚀有关的磁特征的因素有舰艇湿表面所采用的材料及其分布； 由于涂层受损而导致的艇体表面状况的改变；外加电流阴极保护系统及其控制系统的设计。

通过成功地设计舰艇外加电流阴极保护系统，使阴极保护系统最佳化， 既可为舰艇提供尚佳的保护， 还不会出现明显的静电特征及与腐蚀有关的磁特征 英国的 WAL 公司最近研制了一新型外加电流阴极保护系统用的组合式 WAL C3P电源和控制器系统，此系统目前正在纳入英国海军两栖登陆舰更换发展计划通过采用被动轴或主动轴接地技术可减少轴速极低频电磁特征 在被动轴接地技术中， 螺旋桨与其艇体之间通过滑环和轴衬进行电路连接，可减少推进轴与艇体之间的电阻变化，减少防腐保护电流的波动， 从而减少轴速极低频电磁特征在主动轴接地技术中， 为使舰艇的轴与艇体之间的电阻尽量小，采用电子部件使轴接地 目前主动轴接地系统已广泛应用于水面舰艇和潜艇，可使舰艇具有接近零的轴速极低频电磁特征被动轴接地系统由于效果差、 效率低，一般用做主动轴接地系统的备用系统三、水面舰艇隐身技术的发展趋势未来海军水面舰艇隐身技术的发展趋势是不断依托高新技术，设计建造全隐身水面舰艇，所采用的技术也将从原雷达波隐身、声隐身、红外隐身、电子隐身等各自为政，转变为各领域技术综合兼顾目前各国海军着重研究的关键技术有：1、雷达波隐身方面：a)雷达波散射对消技术。

即利用雷达波的矢量叠加的特性，人为。