飞机隐身技术论文
飞机隐身技术论文
隐身是为了降低飞机被雷达探测到的可能性。学习啦小编整理的飞机隐身技术论文，希望你能从中得到感悟!
飞机隐身技术论文篇一
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。当入射波与边缘垂直时,散射会分布在与边缘垂直的平面上,其中会有向雷达方向传播的电磁波,造成RCS增加,其RCS值与边缘长度的平方成正比。如幻影2000飞机的机翼前缘在受到垂直人射时,由边缘绕射造成的RCS有10m2。在飞机上分布着很多边缘,如进气道边缘、飞机机翼、平尾及垂尾的前后缘等等,如果任由它们分布在不同的方位上,飞机被雷达发现的概率会大大增加。解决的办法是将各个边缘设计成互相平行,同时倾斜一定的角度,将由边缘绕射产生的RCS集中到对飞机威胁较小的方向上。
2.1.3 减弱表面波的影响
将飞机上的镜面回波、边缘绕射造成的RCS值减小后,测试发现,在飞机的头向方位,机身和机翼仍会产生接近1㎡的RCS。这是由于有表面波的存在。例如当雷达波照射到细长的物体时,除了会产生镜面反射和边缘绕射外,还有一部分波贴着机身表面前进,形成表面波。表面波在碰到飞机上的不连续处时,会产生反射,增大整架飞机的RCS。飞机上这些不连续处很多,如机身上的缝隙,天线等。解决的方法是将机身做得平滑,尽量取消不连续处。但飞机上有些位置是必须要开舱门的,如起落架舱等,这仍会造成机身不连续。解决的措施是将舱门锯齿化。因为平板尖端正对雷达时其RCS值最小。
2.2 材料隐身
由于飞机的外形要受到空气动力学的限制,很多情况下不能根据隐身需要随意地改变外形,为了达到更好的隐身效果,需要配合使用隐身材料达到进一步减小目标雷达截面积的目的。
2.2.1 飞机表面涂敷隐身材料
有一种涂敷型隐身材料由两层组成,外层为阻耗层,通常由具有衰减特性的特殊纤维组成,厚度为1/4波长,内层是基板层,通常由具有反射特性的金属材料制成,当雷达波入射到涂层表面时,有50%被反射,剩下的穿透阻耗层,进入金属底板并被反射回来,经过1/4波长的距离,反射回来的雷达波与第二个外层反射波刚好相位相反,变化量大小相等,结果两者相互抵消,这是采用对消的方式隐身,称为对消型。对消型只能针对某一频率的雷达波,隐身范围有限。还有一种吸波范围更宽的材料,为耗能型,靠细微的颗粒,如铁氧体粉,通过分子运动,将雷达波的电磁能转化为热能。涂敷型吸波材料是涂敷在飞机表面,利用对消、耗能等原理来减小RCS值。涂敷型材料需要多层且达到一定的厚度才会有较好的隐身效果,会增加飞机的重量,另外材料涂敷在飞机的表面,易脱落,变质,不易保养。
2.2.2 采用结构型隐身材料
结构型吸波材料可以制做成飞机的一部分,如平尾,垂尾等。它的表皮蒙以碳纤维材料,内部翼梁是由钛金属制成的三角形雷达波反射板,四周填充满了特殊吸波材料,当入射波进入时,反射板多次反射雷达波,使其滞留在充满吸波材料的三角形腔内,从而消除了雷达波反射。这种隐身材料的特点是在不额外增重的前提下减小RCS值。
3、结语
飞机通过外形隐身和材料隐身,可以大大减小其雷达散射截面积,缩短雷达作用距离,从而有效提高生存能力和作战效能。外形隐身和材料隐身是传统的雷达隐身技术,目前已经成功应用在多种飞机上。除外形隐身和材料隐身技术外,目前还有一些正在探索的隐身技术,如等离子体隐身,手性材料隐身等。
飞机隐身技术论文篇二
隐身技术及其特点
隐身技术是现代高新技术的产物。隐身技术，或称隐形技术(StealthTechnology)，即“低可探测技术”或“低可观察技术”(LowObservableTechnology)，是指在一定遥感探测环境中采用反雷达探测措施以及反电子探测、反红外探测、反可见光探测和反声学探测等多种技术手段，降低飞机、导弹、舰艇、坦克等目标的可探测信号特征，使其在一定范围内不易或难以被敌方各种探测设备发现、识别、跟踪、定位和攻击的综合性技术。隐身技术不仅要求隐身，还要求隐声、隐光、隐电、隐磁，是一门综合性技术。
一、隐身技术是低可探测技术和反探测技术
从本质上说，隐身技术就是你苛探测技术(LowObservableTechnology)。所谓探测(Detection)是对目标进行观察和测量，对于不能直接观察的事物或现象借用仪器设备进行考察和测量。对于能直接观察的事物或现象，称之为可观察;对于不能直接观察的事物或现象，若能间接观察，即借用仪器设备进行考察和测量，称之为可探测;若借用仪器设备容易进行考察和测量，称之为易探测或高可探测;若借用仪器设备不易或难以进行考察和测量，称之为低可探测;若供暖和仪器设备也根本不可能进行考察和测量，称之为不可探测。一般而言，对于直接或间接观察的事物或现象，常统称为可探测或可观察(Observable)。用于探测间接观察的仪器设备称之为探测设备。探测技术是对目标进行观察和测量的一种技术，即根据目标辐射、反射、散射的电、光、声、磁能量而发现、识别目标的技术。主要包括雷达探测技术、光电探测技术、声探测技术等。低可探测技术是使目标成为低可探测的技术。
对于利用目标自身发出的电磁波、红外线或可见光对目标进行观察和测量的技术，称为无源探测技术(PassiveDetectionTechnology)或被动探测技术，反之，称为有源探测技术或主动探。则在米波至毫米波范围工作的各种雷达和激光雷达则属主动探测。通常的红外探测器、可见光探测器、声纳都属被动式探测。
隐身技术也是一种反探测技术。所谓反探测技术是一种对抗探测的技术，其目的是使目标不可探测或低可探测。由于一般很少存在不可探测的情况，因此低可探测技术就是反探测技术，从而隐身技术就是反探测技术。
显然，就技术层面而言，隐身技术与低可探测技术和反探测技术几乎是同一概念。
二、隐身技术是反侦察技术
从实际上看，隐身技术还是一种反侦察技术。相对而言，侦察是一种军事手段，探测是一种科学方法。所谓侦察(Reconnaissance)是为了获取军事斗争所需情报而采取的行动，即军事侦察。具体地说，是为了弄清敌情、地形及其他有关作战的情况而进行的活动，即军队为获取军事斗争特别是战争所需敌方或有关战区的情况(包括人员、武器装备、地形地物及作战结果等)而进行的活动、或采取的措施，是实施正确指挥、取得作战胜利的重要保障。
侦察按活动空间，分为地面、水下、水上、空中、空间侦察;按方式手段，分为武装(武力)侦察、谋报(人员)侦察、技术侦察。这里，技术侦察是指主要使用技术装备进行的侦察，而侦察技术主要是指技术侦察中使用的技术，包括无线电通信、雷达、可见光、红外、声波侦察技术。现代侦察技术或称现代侦察监视技术就是指发现、识别、监视、跟踪目标并对目标进行定位所采用的技术。发现(Discover)，即确定有无;识别(Recogniazation)，即确定真假与区分类型;监视(Surveillence)，即确定动向;跟踪(Track)，即连续监视;定位(Position)，即确定方位;导航(Navigation)，即导引航行。
反侦察是对为防范、制止和破坏敌方的侦察而采取的措施和进行的相应活动的统称。包括反武装侦察、反谍报侦察、反技术侦察等。主要手段有：使用技术伪装，组织战役战术欺骗，进行电子干扰，摧毁敌方侦察设施，组织警戒、保密、防间谍等。对抗侦察手段或措施，或反侦察手段或措施包括伪装、隐蔽、隐身、保密、机动、佯动、干扰和摧毁。由此可见，隐身技术是一种反侦察技术。
隐身技术也是一种反预警技术。所谓预警(Earlywarning)，是为实现早期报警目的，搜索、监视、发现、跟踪空中或海上目标，并可指挥引导己方武器装备遂行作战任务的行动和措施。而预警技术，是指采用红外探测、雷达探测和计算机处理等技术手段，远距离发现来袭的弹道导弹、飞机等目标，并迅速提供报警信息的技术。因此，从这个意义上讲，隐身技术乃是一种警戒技术。所谓警戒(Security)，是指防敌袭击和侦察的警卫措施，目的是防止敌人侦察、破坏、突然袭击，掩护主力机动、展开、战斗或休整。
三、隐身技术是传统伪装技术的一种应用和延伸
在海湾战争中，伊拉克采用了大量的隐身、伪装措施，达到了推迟战争进程，保护己方实力的目的。所采用的主要隐身、伪装措施有：利用大量制式器材和就便器材制作的假目标部署在真目标可能设置的地方，利用制式器材和就便器材制作了与实物相仿的假弹药库、假导弹基地等大型设施;点然科威特的油井，向海湾排放并点燃石油，在城市点燃废旧轮船及可燃物，产生黑色浓烟干扰激光制导系统和多国部队飞行员的视线;使用伪装网遮蔽目标，对技术装备实施与地物背景近似的迷彩，对机场跑道用迷彩仿造弹坑，欺骗多国部队的飞行员，等等。
就广义而言，隐身技术就是伪装技术。所谓伪装(Camouflage)，就是隐蔽自己和欺骗、迷惑对手的各种措施。目的是通过隐蔽真目标，设置假目标，实施佯动，散布情报和封锁消息等措施，降低敌方侦察器材(包括人员)的侦察效果，提高目标的生存能力，增强部队的战斗力，使敌方对己方军队的行动、配置、作战企图和各种目标的位置、状况等产生错觉，造成指挥失误，从而实现己方军队行动的自由，最大限度发挥兵力兵器的作战效能，取得战役、战斗的胜利，达到“假作真来真亦假”的效果，起到反探测、反跟踪、反识别的作用。
伪装技术的基本原理就是利用电子的、电磁的、光学的、热学的、声学等技术手段，减小目标与背景在光学、热红外、微波波段的反射或辐射能量差别，以隐蔽目标和降低目标的暴露征侯;模拟或扩大目标与背景的这些差别以构成假目标。
隐身技术是传统伪装技术(CamouflageTechnology)的一种应用和延伸，是遮蔽与融合技术的实际应用，是现代内装式伪装的典型代表，它的出现使伪装技术由传统的外装式“遮遮掩掩”“化装”来掩盖目标转向现代的内装式“脱胎换骨”“整形”来隐蔽目标，由防御性走向进攻性，由消极被动变为积极主动，不仅使自己由于“隐真”而获得自主权，而且可以“示假”而迷惑对手，从而增强了威胁力。
传统的伪装隐蔽技术大都是被动式的，主要用于防御敌方进攻武器，是为了保存自己而保存自己;而现代的隐身技术则是主动式的，主要用于对付敌方防御武器，是为了消灭敌人来保存自己。现代侦察技术的飞速发展，使原有的伪装技术难以达到隐蔽的目的，隐身技术必将越来越广泛地运用在伪装上，除了武器装备之外，甚至连人员及武器的集散地、机场、港口、指挥中心等地面目标也会采用隐身技术进行伪装或遮蔽使伪装技术不断完善。
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