战机实现隐身的关键:如何通过外形设计来减少雷达反射截面积

是熊就该有个熊样哦  是熊就该有个熊样哦     2021-12-22      0

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​​我们知道电磁波的反射强度与物体的几何形状密切相关,由此战机合理的外形布局是减少雷达反射截面积的重要措施,然而在研究外形雷达隐身技术的关键就是,如何削弱雷达的回波或使雷达的回波闪烁不定。


雷达回波分直接反射和雷达后向散射。直接反射就是就是物理上说的入射角等于反射角的反射。在雷达波的入射角不是很大,或目标距离雷达较远时,绝大部分雷达入射波都被反射到其他方向,使雷达接受不到目标反射回来的回波,就造成目标物不被雷达发现的情况。然而当反射面正对着雷达时,或者入射波通过多次折射返回入射方向,这种直接返回到雷达接受天线的回波就成为雷达的可视信号。雷达后向散射就是各向性的,发散的。这种回波涉及入射场和整个反射结构的相互作用,对于雷达来说,其波长若小于目标的面积,也就是说电磁散射只是局部现象;若电磁波波长加长或者反射面面积减小时直接反射渐趋消失,散射增强,入射能量大部分通过漫反射散射出去。


战斗机要想在作战中实现高度隐身,不仅要做到减少与雷达入射方向成直角的平面,还要减少与雷达入射方向成直角的缝隙和边缘。总的来说,隐身战斗机在总体布局上要遵循这几个设计理念:

1,战机的整体外形要简洁。通过以前的研发实验发现,保持战机气动布局简洁,采用翼身融合,同时机身,机翼,尾翼各方面平衡对称,使各个端面在特定方向具有同向的反射性,这样设计被敌方发现的概率就比无规律气动布局低的多。随着现代战机的飞行姿态以及探测雷达的不断更新换代,隐身战机极难被发现。


2,减少甚至消除镜面成直角的反射。合理控制战机的整体外形,尽量减少表面采用较大的平面或凸状弯曲面,用小平板外形代替曲面外壳,使用多方向的镜面反射和边缘衍射代替小角度的能量集中的大镜面反射,来控制镜面强反射。美国在设计F-117夜鹰攻击机时,就将机头设计成多维型,机身设计成多面体并配以低置的下端平底薄翼。这样设计使雷达波形成在瞬间时闪烁的微弱回波,但也会明显影响飞机的气动性。

3,克服角反射器效应。隐身战机一般在外形上采用机翼,机身,尾翼和短舱连接处光滑过度,机翼和机身高度融合的结构。隐身战机一般采用组合的三维曲度和不断改变曲率半径的外形,来避免长而恒定的曲线,同时还可以避免仰视和仰视雷达回波,在机翼,机翼上的垂直安定面,水平尾翼,机翼下挂机架,翼身链接处等会形成强烈的角反射器效应的部位,需要采用内/外倾的双垂尾或无垂尾,翼端安定面,机身侧边等设计结构。


以上是一些设计理念,而在实际设计研发时,以上面这些设计理念为基础,在根据隐身战机的任务性质和飞行特征逐步细化战机的每个部位,减少其他强散射部位,从而降低雷达反射截面积。比如,战机头部大部分采用大后掠多面体的锥形设计,其雷达天线,空速管等多采用保形设计,尽量缩小机体尺寸,但如果该机的任务性质和飞行特性是中高空飞行,由于多数敌方雷达探测系统是在其前下方,那么这种战机的头部设计应注重头锥以及头锥以下部分。而对于一些只用于超低空突防的战机,敌方探测雷达一般是在其前方或前上方,那么它的头部设计就要和前一种相反。

在机体整体设计上,也要根据隐身战机的任务性质和飞行特征而定,假如该机的任务性质和飞行特性是中高空飞行,那么该机的下表面在设计时应该尽量平滑,必要又任何铆钉痕迹,机舱盖尽可能少,隐身战机上的各种矩形舱盖的前后边缘也不能正对着雷达入射方向,各种开口应设计成锯齿形的前后边缘。接缝处要紧密,且接缝处的构型要和隐身战机的整体布局相适应。尽量减少机体的凸出物,机体的外挂物尽量设计成能收入机内的吊架。


隐身战机在机翼平面设计上,为了减少雷达反射截面积,机翼设计最好采用前缘后掠,后翼设计成锯齿形,合理调整战机的后掠角,展弦比,根梢比等参数,从而减少散射源。还有就是用边缘衍射来代替镜面反射。使用飞翼或碟形翼气动布局,将机翼翼尖设计成圆形,使弹翼前缘经圆角逐渐过渡到弹翼后角,并将边缘散射的主散射源变为爬行波次散射源。最后,机翼最好设计成无尾气动布局,并将机身和机翼尾部设计成锯齿状。对于常规气动布局,不适合设计成前小翼,主要是因为隐身战机的重点就是机身前方,如果鸭翼在前,鸭翼的配平偏转等不能被机翼挡住,加上在飞行过程中产生的各种角反射,绕射等 会使飞机的前视雷达反射截面积增大,若平尾在机翼后面,可以利用前面的大面积机翼来屏蔽后面的尾翼,从而降低向前雷达的反射截面积。


隐身战机的发动机进气道,尾喷管,排气口等,一般都设计成凹状,具有较强的雷达信号特征,由此,这类隐身结构一般采用遮蔽法,主要是利用机体的某一比分来遮蔽发动机的进气道或尾喷口,从而来减小雷达探测的视角范围。对于中高空突防战机,其发动机的进气道最好安装在机翼内侧的机背上,这样采用背部进气和背部安装的尾喷管能有效的遮挡地面雷达对发动机的视线,不过这种设计对空中预警机则效果有限。还有就是不适合在高机动性飞机上使用,因为背部进气道在大仰角机动时气流变动严重,不利于发动机稳定工作。但对于那些既要求又良好的隐身性,又经常执行大仰角机动的战机,就适合采用进气口斜切的双斜面外压式锲形进气道。​​​​


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