隐身战机技术剖析.doc

藏于九天的隐身战机已有 16 次阅读 2010-04-19 08:47 标签: 战 机 隐 身 藏于九天的隐身战机《军事世界画刊》 2007 年第 11 期 隐身战机自 1989 年 12 月在美国入侵巴拿马的军事行动中首 次亮相后，立即引起世人的关注从巴拿马战争到海湾战争，从科索沃战火到阿富汗战争，直至 2003 年发生的伊拉克战争，隐身战机在战争中天马行空、独来独 往、无所顾忌地出入地面雷达密布、防空火力森严的重要目标上空，成为现代高技术战争空袭行动的“杀手锏”有人甚至提出，未来天空是隐身飞机的天下 隐身——我们似乎并不陌生，在很多神话和传说中，人类都流露了隐身的梦想很早以前人们一直在想办法，所谓明眼人打瞎子，把自己隐藏起来，让敌人暴露在 自己的目光下 第二次世界大战时，隐身主要体现在飞机涂装上，比如把夜间飞行的飞机涂成黑色，把在沙漠地区作战的飞机涂成沙漠黄，在寒区的 冬季，则把飞机涂成白色，或涂上各种与战区地貌背景近似的迷彩等等另外，还辅以发动机降噪、消除排气管排焰等措施，这些隐身手段基本属于目视隐身范畴 迷彩的确可以迷惑敌人的眼睛，但是雷达一出现，它就失去了作用雷达发射的电磁波像水纹一样遇到障碍物会被反射，反射回来的电磁波会在接收 仪器上显示为一个光点，称为雷达反射截面(RCS)，战场上可以根据雷达反射截面的大小来发现并推测目标大小。

除了雷达电磁波外，人们还发现了其他可以探 测到天空飞行物的方法，红外线、紫外线甚至是音响、电波扰动 从现阶段而言，隐身战机的努力方向主要还是向着躲避雷达探测的方向发展因为 雷达是探测手段中有效距离最远而且大量运用在各种早期警戒及火控系统中雷达技术的发展，使人类视觉大大延伸，为了与之抗衡，隐身技术也逐步发展，隐身 手段五花八门，但是原理基本上是相同的，就是尽量采用各种措施使目标在雷达探测波束范围内，具有极小的雷达反射截面积，大幅度地减少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 从雷达探测公式不难看出，从被探测一方来说，缩短探测距离的手段只能是减小 RCS，而要想敌方 探测距离减少十分之一，则 RCS 必须要减少为万分之一因此，想实现隐身，难度很大正如通过简单的方法(如在机身表面贴一层吸收雷达波材料)所证明那 样，即便减小了一些 RCS，但其减少探测距离效果也是有限的要真正使 RCS 变小，就必须从机体设计的最初阶段就运用隐身技术 隐身技术中 减少 RCS 的最基本方法就是不让雷达电磁波返回到原来的方向一般来说，雷达电磁波处于直角人射时具有最强的反射能力，因此多采取使表面和边缘不正对着电 磁波飞来方向的形式。

F-117 的主翼具有很大的后掠角，这对空气动力学上仅有亚音速性能的飞机来说，是不需要这么大的后掠角度的，这其中 的奥秘在于大后掠角能够向左右方向分散从正面来的电磁波比 F-117 更容易理解的 B-2，从由主翼前端、后端、侧翼构成的机扇轮廓线，到进气口、检查孔 的边缘，所有边缘、分界线都采取了相同角度像这样，使反射部分的角度达到一致时，机身就只能向特定的方向反射电磁波，而几乎不向其他方向反射我们把反 射增强的角度称为波瓣，在 B-2 上有 4 个这样的波瓣 　　隐身战机偶尔也在雷达照射方向同波瓣一致的瞬间实现了反射，但因高速移动的机身和雷达 的位置关系不断变化，下一个瞬间就变成了一个很少反射的角度因此，即便偶尔在雷达屏幕上出现隐身战斗机的踪迹，也会很快就消失的 所以说 现在谈到的“隐身”，不是完全消除雷达反射的技术，而是将反射限定在特定角度的技术当然，若要完全消除雷达反射，并不是完全达不到，但为此必须在整个机 身上涂满能够吸收掉各种各样雷达电磁波的厚厚涂层，这不太现实 除了雷达隐身外，红外隐身也深受重视，因为红外线广泛用于飞机探测和导弹制 导领域飞机上主要红外源头(热源)就是发动机，因此隐身战机想方设法降低发动机的排气温度。

最初探索隐身实用化的是二战时期德国海军的 U 艇，它为了躲避盟军反潜飞机雷达的探测，在船体和舰桥上喷涂了能吸收雷达波的材料此外，在第二次世界大战中，全木制结构的英国“蚊”式和德国霍顿 G0229 飞翼轰炸机都以RCS 小而闻名只是战后开始进入到超音速及核动力潜艇时代，使躲避雷达探测等技术的发展变得缓慢起来 60 年 代，洛克希德公司曾在为美国中央情报局(CIA)设计的 U-2 战略侦察机上，试验将混合铁氧化物的涂料涂在机身表面以降低 RCS(只是进行了试验，没有正 式采用)同时，在其后的 SR-71 侦察机上，从最初开发时就研究在外形上减小 RCS，采用了倾斜的双垂直尾翼和机身侧面的脊骨1973 年第四次中东战 争爆发时以色列空军遭到阿拉伯阵营防空炮火及导弹严重打击之后，美国国防部高级研究计划局(DARPA)开始主导实施隐身战机的研究，并于 1977 年底试 飞了第一架隐身技术试验机——洛克希德“海弗蓝”在“海弗蓝”基础上研制的实用机型就是鼎鼎大名的 F-117，它于 1981 年首飞，两年后开始服役在 此项目上失败的诺斯罗普公司采用了比多面体技术更为先进的连续曲面技术，自费开发了“沉默蓝”试验机。

与成多边形的“海弗蓝”试验机相比，呈圆形的“沉默 蓝”在设计上应用了刚刚实用化的计算机辅助设计，制造(CAD／CAM)技术1982 年首次试飞的“沉默蓝”取得了超乎预想的效果，由此造就了 B-2隐 身轰炸机的诞生 若把 F-117 作为隐身战机的第一代，诺斯罗普公司研制的 B-2 就是第二代设计 F-117 时，由直线和平面构成机身表 面，并只能综合计算每个面上的电磁波反射情况到了 70 年代末设计 B-2 时，则开始使用超级计算机，就连复杂的连续曲面也能够计算出来F－117 那被淘 汰的锐角外形与 B-2 曲型弧面的外形差别，就是两机设计时期的体现，即隐身的代差 洛克希德公司和诺斯罗普公司也在美国空军 1981 年提出 的麦克唐纳·道格拉斯 F－15“鹰”式战斗机的后继机 ATF(新型战术战斗机)项目上竞争，这是洛克希德、波音、通用公司研制的 YF-22 同诺斯罗普、麦 道公司打造的YF－23 之间的竞争飞行试验从 1990 年至 1991 年进行，隐身性能超群的 YF-23 败北，美国空军最终选择了实用性更强的 YF-22 洛克希德公司的 F-22 及后续 F-35 可以称为新一代隐身战机。

它们同优先考虑隐身的 F－117 等不同，着重战机的基本作战能力，如在不影 响机动性、超音速飞行等性能的同时，最大限度地运用隐身技术可以预见，未来开发的新一代隐身战机，隐身技术和性能、成本等之间的权衡日益显得重要 隐身飞机的进气道路《军事世界画刊》 2007 年第 11 期 进气道是隐身飞机的一个重要组成部分如果进气道隐身不好，发 动机风扇和涡轮的正面暴露在八射的雷达视线之中，那无异于黑夜中手电筒照在闪亮的大门板上，想不看见都难隐身飞机的历史不长，除了被取消的项目、无人机 和研究机外，到现在只有 6 种飞机可以称得上是隐身飞机：F-117、B-2、F-22、YF-23、F－35 和 X-32，其中 YF-23 和 X-32 都是接 近生产规格的飞机有趣的是，这 6 种隐身飞机采用了 6 种不同的隐身进气道的设计 进气道设计分“里外”两部分，“里”指进气口以内到发动机 的这一段对于隐身的要求来说，这一段应该有所弯曲，使发动机正面不直接暴露在入射的雷达视线之中外”指进气口本身，这要求尽量避免边界层分离板、进 气口唇部和前进方向(一般假定为最主要的雷达入射方向)不成直角，如果可能的话，甚至避免边界层分离板。

F－117 是历史上第一架真正的隐 身飞机由于技术条件的限制，F－117的隐身技术是基于多面体反射的原理，将入射的雷达电磁波尽量反射到其他方向，而不是返回到八射的方向，以减小被雷 达探测的几率F－117 的发动机并没有深埋，所以进气道没有多少弯曲，主要靠进气口上的格栅形成雷达屏障进气口本身是斜切的，在水平和垂直方向上都向 后斜切一刀，以避免和前进方向上形成直角网格状的格栅可以使足够的空气通过，以保证发动机的正常工作但网格本身尺度较小，对入射的雷达波来说，和倾斜 的平面没有两样F－117 就是这样阻止入射雷达直接“看见”发动机的由于是亚音速飞机和出于对隐身的考虑，F-117 没有对边界层分离作特殊处理，发 动机效率也因此受到损失作为不强调机动性和极端飞行性能的“低性能”飞机，这是可以接受的 B-2 在技术水平上比 F－117 高得多由于 计算技术的进步，更由于电磁波理论的突破，B－2 采用弧顶平底尖边的外形理论上，飞碟是最理想的外形；实际上，飞翼足够接近理想外形，而且飞翼在气动和 结构上又有额外的好处由于肥厚的飞翼的原因，B-2 可以把发动机深深地埋在飞翼结构里，飞翼上表面扁平的进气口和弯曲的进气道可以保证入射的雷达无法从 上方直接照射到发动机的正面，从下方就更不可能了。

这样 B-2 可以采用较简单的翼上扁平进气口，只需要在唇部作尖齿修形，就没有问题了但是翼上进气口的 问题是，气流要流经飞翼的上表面一段路，才能进八进气口上表面和空气的摩擦加剧了边界层的问题，所以亚音速的 B-2 的进气口也采用了常规的水平边界层分 离板，和进气口唇部一样，也做了尖齿状的隐身修形 F-22 和 F－117、B-2 不一样，不光要求隐身，更要求机动性和超音速巡航性能 F-22 不光采用了弯曲的进气道(但弯曲程度不及 B-2)，还采用了介于机侧和翼下进气口之间的所谓“Caret”进气口这个“Caret”进气口不光 在水平和垂直方向同时向后斜切一刀，还将矩形的进气道截面扭转成斜菱形的，避免了侧面的直立平面Caret”进气口在垂直方向的向后斜切一刀可以和 F-15 的楔形进气口相比，在大迎角时具有将迎风气流兜住的作用，有利于发动机稳定供气在水平方向向后斜切一刀则避免了唇部和前进方向成直角然而，这 样复合地斜切，加上进气道侧面和菱形机头的折边相当于边条，对进气口的气流场设计和整个飞机的气动设计要求很高，搞不好会弄巧成拙Caret”进气口 整个侧悬于机身，和机身的空隙正好作为边界层的泄流道，在机翼上表面开口泄放。

取消的 A-12 攻击机的进气口也属于“Caret”进气口，当然 A-12 没 有超音速巡航的要求 YF-23 的设计要求和 F－22 一样，但更强调隐身和超音速巡航YF-23 采用翼下进气口和向上的弯曲进气道翼下 进气口和机身下截面的形状是吻合的，也是梯形，但摈弃了边界层分离板，而是别出心裁地在进气口前的机翼下表面开了很多小孔，用于吸走边界层，然后向机翼上 表面泄放机翼上表面气压低于下表面，这是机翼产生升力的道理YF-23 巧妙地利用了这个原理，通过孔道将边界层从发动机进气气流中吸除，抽吸到上表 面，解决了边界层分离的问题不过不知道长期在恶劣环境使用时，会不会有孔道堵塞的问题边界层分离板的结构彻底消失，消除了一大导致强反射的前向孔穴 从这一点上说，YF-23 的进气口隐身设计比 F-22 的“Caret”进气口还要先进翼下进气口还在气动上保证了发动机在大迎角下的稳定供气，这一点和 “苏－27”是一样的F-22 代价之高昂，连财大气粗的美国都感到承受不起，于是作为高低搭配中低端的 1-35 应运而生F-35 的隐身 和机动性要求都比 F-22 放松不少，超音速巡航要求索性放弃，所以飞机的设计也相应简单。

F-35 采用了先进的 DSI进气口(意为无分离板超音速进气 口，Diverterless Su-personic Intake)，巧妙地采用一个复杂形状的鼓包，将边界层的呆滞气流层从中间一剖为二，引向进气口两侧的边角泄放，而不影响主要的“干净”气流层稳定地进 入发动机这样，DSI 避免了边界层分离板，避免了前向隐身的一大隐患机侧进气和单发也自然地保证了“。