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隐身技术:如何不被看到

发布日期:2017-02-06  来源:航空工业信息网我要投稿我要评论

马克单眼球

第一架F-117A飞行时采用的是柔和的伪装方案,但战术空军司令部领导人坚持将作战飞机涂成黑色,为的是确保它从不会在白天使用。其实飞机在大多数高度,甚至在夜间,黑色都是一个不好的迷彩色。目视可见、红外线和凝结尾流特征仍旧是隐身飞机的难题,在晴朗的白天,飞机尾流在几十英里外就可看到。

可以通过在飞机上加光的办法来减少视觉特征,听起来有违直觉,但1942-43年美国海军耶胡迪(Yehudi)项目所做的工作证明了这一点。一架飞机几乎总是比它背后的天空更暗一些,所以灯光减少对比度。1973年在NF-4C“鬼怪”飞机上再次进行了耶胡迪灯光试验;如果不是出现事故而失去它们,反照明系统在“海佛蓝”(Have Blue)隐身原型机上早已完成测试。

但是,如果黑色是个不好的伪装色,为什么U-2飞机选黑色?在非常高的高空,天空较暗(因为很少有灰尘或其他任何东西反射太阳光),这样一个黑暗的飞机极难被看到。

在20世纪60年代美国空军将氯磺酸(CSFA)喷入发动机排出的废气,试验对飞机的凝结尾流进行抑制。在排气中化学反应把水滴破碎成为小于可见光波长的小颗粒。B-2可能最初打算使用化学凝迹抑制剂,但最终配装了后向激光雷达,如果凝结尾流正在形成就警告飞行员改变高度。

最困难的挑战是红外线(IR)。当吸收红外线的外涂层能减少太阳辐射的反射并采用更有效的对抗措施时,红外线传感器能够探测到的物体和背景之间的温度差就非常的小。最重要的降低红外线信号的措施是通过采用扁平排气装置使排气羽流无法持久保持,使得羽流所涉及面积的周边更大。

零件拼装

从信号组的角度来看,理想的隐身飞机应没有发动机、驾驶舱、传感器、通信装置和武器舱,因为所有这些东西都会破坏或扰乱飞机蒙皮周围的电磁场“泡”。

大部分隐形飞机拥有蛇型、衬有RAM的进气道,它是弯曲的,阻挡发动机正面的视线。然而,空气动力学方面的考虑对管道的弯扭做出了严格的限制,所以蛇形管道可能就会显得笨拙而过长。无加力发动机的亚声速飞机可以使用弯曲的排气管,在冷却、复杂性和重量上付出代价(如B-2,见上图)。

所有的武器和燃料都要装在机身内部。对于一个亚声速、低过载的飞机而言,常常不如外部的挂载更有效。对超声速战斗机来说外挂的优点不多:在飞向目标时外部燃料箱增加了阻力,但它不必抗9g过载和具有8000小时寿命,去掉油箱的干净飞机比带空油箱的飞机更轻更苗条。结构上大开口安置武器舱,就复杂了:F-22、T-50和J-20都具有四个独立的武器舱。

顶针型数据链和电子战的天线罩?刀片天线?光电转塔?它们都被同样禁止。必须在衬有雷达吸波材料(RAM)的腔体上开口,并带有除了其工作波长阻止所有辐射的齐平窗口。这样增加了重量和体积,同时也限制了视野,一架非隐身战斗机用球形射频(RF)天线外罩装两个天线,但是一架隐身飞机的设计需要6个。

忍者无声

因为好像雷达和通信天生是无法隐身的,对隐身的首要挑战之一是证明它可以用在进攻型飞机上。低截获概率(LPI)雷达技术就是部分答案,诺斯罗普公司“缄默蓝”(Tacit Blue)隐身原型机(上图)对此做出了证明。LPI技术包括捷变波、电源管理和伪随机扫描模式,有源电子扫描阵列(AESA)雷达的出现使之更容易实现:先进战术战斗机项目所发展的F-22战斗机从一开始就采用了AESA。类似的技术,连同铅笔型波束(pencil-beam)数据链路被用于通信。

在越来越大的改善电子监控措施(ESM),更强的干扰和适用于常规战机的RCS减少措施的压力下,LPI诞生了。降低的RCS和更强的干扰意味着(其他条件不变)需要更高的雷达能量来探测、识别和跟踪目标,并且基于数字射频存储器的现代自动化的干扰系统和相控阵天线是上世纪90年代或更早的产品无法比的。在ESM一方,数字接收机技术持续监听整个工作频带,而不是它扫过频带。

未来的隐身

同任何技术一样,隐身技术在发展。虽然过去几十年大量的努力一直专注在降低隐身飞机的采办、使用和飞机性能的成本上,但也进行了性能上的改进。例如,诺格公司和美国空军说,与其刚入役时相比,B-2减少了维修密集度且隐身性更好。该公司所提出极端低观测(ELO)性,是因为在所有方面都比B-2更隐身。

一种强化隐身方法是主动对消(active cancelation,AC):机载电子设备探测到一个雷达信号,之后定位发射器,然后发射一个正好匹配雷达收到信号的回波,但是这个回应信号恰好有半个波长的相位差,从而使对方的雷达什么也看不到。“主动对消”理论研究已经几十年了,并且可能曾考虑用到B-2上。1997年,法国工程师在接受采访时表示,“阵风”的光学电子战系统(上图)包括“使飞机不可见的隐身干扰模式”,据后来透露,在1999年欧洲导弹集团(MBDA)在一架C-22无人机上测试过一种“主动隐身”系统。

隐身生存力的其他改进可能要在全系统范围进行。例如有参考文献提及“替身干扰”,即如果目标具有低RCS,干扰一个雷达需要的功率较少,而且一台实际的干扰器可以用一个小型、半消耗性的平台来搭载。

 
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标签:  隐身技术
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