飛機隱身技術論文
飛機隱身技術論文
隱身是為了降低飛機被雷達探測到的可能性。學習啦小編整理的飛機隱身技術論文，希望你能從中得到感悟!
飛機隱身技術論文篇一
飛機的隱身設計
在現(xiàn)代戰(zhàn)場上,探測手段日新月異,精確制導武器的打擊精度迅速提高,突防的飛機一旦被敵方發(fā)現(xiàn),往往難逃被摧毀的命運。飛機的設計需考慮隱身性能。目前根據(jù)所對抗的探測裝置,飛機已成功應用的隱身技術包括雷達隱身、紅外隱身、可見光隱身、聲隱身。由于當前用于發(fā)現(xiàn)及跟蹤飛機的主要手段是雷達,且一部分地空導彈及空空導彈采用雷達制導,因此,飛機必須將針對雷達的隱身設計放在首位。
1、隱身的核心問題
隱身是為了降低飛機被雷達探測到的可能性。雷達通過發(fā)射和接收電磁波探測目標。目標向雷達反射回波能力的大小,用雷達散射截面積(RCS)來表征。根據(jù)雷達方程,雷達對目標的探測距離與目標散射截面積的四次方根成正比:
R∝
根據(jù)這個比例關系,假設一部雷達能夠在100km處發(fā)現(xiàn)RCS為100平方米的目標,如果目標的RCS減小到10平方米,則探測距離下降為56km;RCS減小到1平方米,則探測距離下降為32km。可見伴隨目標RCS的減小,雷達對飛機的探測距離在縮短,這對突防的飛機來說是非常重要的。
假設一架飛機要攻擊一個目標,沿途需要突破敵方的空中預警區(qū),地面預警雷達、搜索制導雷達防御圈,要完成突防任務,是相當困難的。如果換一架隱身飛機,假定它使雷達的探測距離縮短2/3,那么它就可以從容的突破防御系統(tǒng),對目標進行攻擊而不被發(fā)現(xiàn)。因此,采用隱身技術設計的飛機可縮短雷達對其探測距離,從而有效提高飛機的生存能力和作戰(zhàn)效能。而雷達隱身的核心問題就是減小飛機的RCS。
目前,由于技術的限制,不可能使得飛機上下左右前后各個方向都有非常小的RCS,只能在重點方向上減小RCS。由于飛機在突防中,只需穿越雷達網(wǎng)的間隙,就可以不被雷達探測到,因而很少有雷達能從飛機的正上方或正下方進行探測,所以只要將飛機水平面上下一定角范圍內(nèi)的RCS減小,就可有效降低飛機被雷達探測到的概率。而在個范圍內(nèi),機頭方向受雷達威脅最大;側向次之。隱身飛機通常要求頭向RCS小于0.1平方米,側向RCS小于1平方米,準隱身飛機可適當放寬。
2、隱身的技術途徑
2.1 外形隱身
美國著名的飛機制造商洛克西德馬丁公司曾經(jīng)做過一個實驗:一個邊長為1米的正方形金屬板,如果垂直正對某一雷達,測得RCS值是1000平方米,將平板向后傾斜45度,其RCS值減小為1/10平方米,如果旋轉成菱形,再傾斜,RCS值進一步減小為1/1000平方米。1000與1/1000整整相差了100萬倍。由此,隱身效果就出來了。可見,通過改變飛機的外形,可以起到隱身的效果。為什么同一個平板,在不同方向上,RCS值會有這么大的差別呢?我們知道,電磁波在傳播過程中遇到障礙物會產(chǎn)生反射和繞射。其中對隱身效果影響最大的是鏡面反射。
2.1.1 減小重點方向上的鏡面反射
鏡面反射,就象光照射到鏡子上一樣,會依照入射角等于反射角的方式反射。當波前進方向垂直于平面時,反射波是直接反射回雷達的。回波能量很強,RCS很大。除了垂直入射,垂直反射之外,電磁波照射到角反射體時經(jīng)多次反射也會原路返回,造成大RCS。普通飛機的垂尾、機身會在水平方向上形成鏡面反射。飛機的平尾與垂尾、機身與機翼會形成兩面體反射。在機頭方向,電磁波會穿透座艙蓋,而艙內(nèi)有許多角反射體結構,會造成強反射,從而引起RCS增大。同理,飛機的雷達艙、進氣道也會在飛機頭向上產(chǎn)生大RCS?？梢?在飛機上,一些平面和角反射體結構會產(chǎn)生鏡面反射,從而增大RCS值。例如幻影2000飛機的正側方,垂尾會產(chǎn)生一個大RCS,峰值為800㎡,相同的方位,機身也有一個大RCS,峰值為200m2。在飛機頭向方向上,雷達艙、進氣道、座艙的RCS峰值分別為7m2、5.5m2及4m2?？梢?在飛機的頭向和側向這些重點方向上RCS遠遠大于隱身要求,必須減小。
F-117隱身飛機針對垂尾,采用外傾雙垂尾,將平面傾斜一定的角度,減小了重點方向上的RCS。就象前面提到的平板,傾斜45度后,RCS由1000平方米減小到1/10平方米。F-117飛機的機身由許多塊平面組成多面體,每個平面都傾斜一個角度,有效小了水平方向的RCS。同時也避免兩面體角反射結構。但是作為第一代隱身飛機,由于當時計算機計算性能有限,只能計算少量平板結構的RCS,為了隱身不得已才將飛機設計成多面體結構,犧牲了飛機的氣動性能。后來,隱身理論及計算能力進一步發(fā)展,人們可將飛機表面分成很小的一個個平面,所以最終隱身飛機外形呈光滑表面,設計出了象B-2飛機這樣的隱身飛機,B-2飛機表面平滑,采用無垂尾,高度的翼身融合的飛翼外形,由于取消了尾翼,進一步減小了側向的RCS,機翼與機身高度融合避免了兩面體結構,這種外形較好的兼顧了飛機的氣動性能和隱身效果,因此,美軍正在驗證的下一代無人作戰(zhàn)飛機,如空軍的X-45C,海軍的X-47B,都采用了飛翼外形。飛翼這種外形空氣阻力小,航程大,比較適合轟炸機和無人攻擊機,但由于沒有垂尾,機動性不好,不適合戰(zhàn)斗機。所以美軍的四代機,F-22及F-35飛機沿用了常規(guī)氣動布局,采用外傾雙垂尾,翼身融合,即保證了機動性又兼顧了隱身。
針對飛機的座艙,采取的隱身措施是將座艙蓋鍍上金屬膜,可見光可以通過,雷達波會被反射;針對雷達艙,采用頻率選擇雷達罩、本機雷達頻率可以通過,其它頻率會被反射到非重點方向。針對進氣道,采用S形進氣道,增加入射雷達波的反射次數(shù),在每次反射中吸收掉一點能量,經(jīng)過多次反射而減弱回波,從而減小了進氣道的RCS。如果再配合吸波材料就隱身效果就更好了。
2.1.2 解決邊緣繞射
除鏡面反射外,電磁波照射到物體的邊緣時還會產(chǎn)生邊緣繞射。所謂邊緣繞射,是指當電磁波照射到物體的邊緣時,會產(chǎn)生圓錐狀散射。當入射波與邊緣垂直時,散射會分布在與邊緣垂直的平面上,其中會有向雷達方向傳播的電磁波,造成RCS增加,其RCS值與邊緣長度的平方成正比。如幻影2000飛機的機翼前緣在受到垂直人射時,由邊緣繞射造成的RCS有10m2。在飛機上分布著很多邊緣,如進氣道邊緣、飛機機翼、平尾及垂尾的前后緣等等,如果任由它們分布在不同的方位上,飛機被雷達發(fā)現(xiàn)的概率會大大增加。解決的辦法是將各個邊緣設計成互相平行,同時傾斜一定的角度,將由邊緣繞射產(chǎn)生的RCS集中到對飛機威脅較小的方向上。
2.1.3 減弱表面波的影響
將飛機上的鏡面回波、邊緣繞射造成的RCS值減小后,測試發(fā)現(xiàn),在飛機的頭向方位,機身和機翼仍會產(chǎn)生接近1㎡的RCS。這是由于有表面波的存在。例如當雷達波照射到細長的物體時,除了會產(chǎn)生鏡面反射和邊緣繞射外,還有一部分波貼著機身表面前進,形成表面波。表面波在碰到飛機上的不連續(xù)處時,會產(chǎn)生反射,增大整架飛機的RCS。飛機上這些不連續(xù)處很多,如機身上的縫隙,天線等。解決的方法是將機身做得平滑,盡量取消不連續(xù)處。但飛機上有些位置是必須要開艙門的,如起落架艙等,這仍會造成機身不連續(xù)。解決的措施是將艙門鋸齒化。因為平板尖端正對雷達時其RCS值最小。
2.2 材料隱身
由于飛機的外形要受到空氣動力學的限制,很多情況下不能根據(jù)隱身需要隨意地改變外形,為了達到更好的隱身效果,需要配合使用隱身材料達到進一步減小目標雷達截面積的目的。
2.2.1 飛機表面涂敷隱身材料
有一種涂敷型隱身材料由兩層組成,外層為阻耗層,通常由具有衰減特性的特殊纖維組成,厚度為1/4波長,內(nèi)層是基板層,通常由具有反射特性的金屬材料制成,當雷達波入射到涂層表面時,有50%被反射,剩下的穿透阻耗層,進入金屬底板并被反射回來,經(jīng)過1/4波長的距離,反射回來的雷達波與第二個外層反射波剛好相位相反,變化量大小相等,結果兩者相互抵消,這是采用對消的方式隱身,稱為對消型。對消型只能針對某一頻率的雷達波,隱身范圍有限。還有一種吸波范圍更寬的材料,為耗能型,靠細微的顆粒,如鐵氧體粉,通過分子運動,將雷達波的電磁能轉化為熱能。涂敷型吸波材料是涂敷在飛機表面,利用對消、耗能等原理來減小RCS值。涂敷型材料需要多層且達到一定的厚度才會有較好的隱身效果,會增加飛機的重量,另外材料涂敷在飛機的表面,易脫落,變質(zhì),不易保養(yǎng)。
2.2.2 采用結構型隱身材料
結構型吸波材料可以制做成飛機的一部分,如平尾,垂尾等。它的表皮蒙以碳纖維材料,內(nèi)部翼梁是由鈦金屬制成的三角形雷達波反射板,四周填充滿了特殊吸波材料,當入射波進入時,反射板多次反射雷達波,使其滯留在充滿吸波材料的三角形腔內(nèi),從而消除了雷達波反射。這種隱身材料的特點是在不額外增重的前提下減小RCS值。
3、結語
飛機通過外形隱身和材料隱身,可以大大減小其雷達散射截面積,縮短雷達作用距離,從而有效提高生存能力和作戰(zhàn)效能。外形隱身和材料隱身是傳統(tǒng)的雷達隱身技術,目前已經(jīng)成功應用在多種飛機上。除外形隱身和材料隱身技術外,目前還有一些正在探索的隱身技術,如等離子體隱身,手性材料隱身等。
飛機隱身技術論文篇二
隱身技術及其特點
隱身技術是現(xiàn)代高新技術的產(chǎn)物。隱身技術，或稱隱形技術(StealthTechnology)，即“低可探測技術”或“低可觀察技術”(LowObservableTechnology)，是指在一定遙感探測環(huán)境中采用反雷達探測措施以及反電子探測、反紅外探測、反可見光探測和反聲學探測等多種技術手段，降低飛機、導彈、艦艇、坦克等目標的可探測信號特征，使其在一定范圍內(nèi)不易或難以被敵方各種探測設備發(fā)現(xiàn)、識別、跟蹤、定位和攻擊的綜合性技術。隱身技術不僅要求隱身，還要求隱聲、隱光、隱電、隱磁，是一門綜合性技術。
一、隱身技術是低可探測技術和反探測技術
從本質(zhì)上說，隱身技術就是你苛探測技術(LowObservableTechnology)。所謂探測(Detection)是對目標進行觀察和測量，對于不能直接觀察的事物或現(xiàn)象借用儀器設備進行考察和測量。對于能直接觀察的事物或現(xiàn)象，稱之為可觀察;對于不能直接觀察的事物或現(xiàn)象，若能間接觀察，即借用儀器設備進行考察和測量，稱之為可探測;若借用儀器設備容易進行考察和測量，稱之為易探測或高可探測;若借用儀器設備不易或難以進行考察和測量，稱之為低可探測;若供暖和儀器設備也根本不可能進行考察和測量，稱之為不可探測。一般而言，對于直接或間接觀察的事物或現(xiàn)象，常統(tǒng)稱為可探測或可觀察(Observable)。用于探測間接觀察的儀器設備稱之為探測設備。探測技術是對目標進行觀察和測量的一種技術，即根據(jù)目標輻射、反射、散射的電、光、聲、磁能量而發(fā)現(xiàn)、識別目標的技術。主要包括雷達探測技術、光電探測技術、聲探測技術等。低可探測技術是使目標成為低可探測的技術。
對于利用目標自身發(fā)出的電磁波、紅外線或可見光對目標進行觀察和測量的技術，稱為無源探測技術(PassiveDetectionTechnology)或被動探測技術，反之，稱為有源探測技術或主動探。則在米波至毫米波范圍工作的各種雷達和激光雷達則屬主動探測。通常的紅外探測器、可見光探測器、聲納都屬被動式探測。
隱身技術也是一種反探測技術。所謂反探測技術是一種對抗探測的技術，其目的是使目標不可探測或低可探測。由于一般很少存在不可探測的情況，因此低可探測技術就是反探測技術，從而隱身技術就是反探測技術。
顯然，就技術層面而言，隱身技術與低可探測技術和反探測技術幾乎是同一概念。
二、隱身技術是反偵察技術
從實際上看，隱身技術還是一種反偵察技術。相對而言，偵察是一種軍事手段，探測是一種科學方法。所謂偵察(Reconnaissance)是為了獲取軍事斗爭所需情報而采取的行動，即軍事偵察。具體地說，是為了弄清敵情、地形及其他有關作戰(zhàn)的情況而進行的活動，即軍隊為獲取軍事斗爭特別是戰(zhàn)爭所需敵方或有關戰(zhàn)區(qū)的情況(包括人員、武器裝備、地形地物及作戰(zhàn)結果等)而進行的活動、或采取的措施，是實施正確指揮、取得作戰(zhàn)勝利的重要保障。
偵察按活動空間，分為地面、水下、水上、空中、空間偵察;按方式手段，分為武裝(武力)偵察、謀報(人員)偵察、技術偵察。這里，技術偵察是指主要使用技術裝備進行的偵察，而偵察技術主要是指技術偵察中使用的技術，包括無線電通信、雷達、可見光、紅外、聲波偵察技術。現(xiàn)代偵察技術或稱現(xiàn)代偵察監(jiān)視技術就是指發(fā)現(xiàn)、識別、監(jiān)視、跟蹤目標并對目標進行定位所采用的技術。發(fā)現(xiàn)(Discover)，即確定有無;識別(Recogniazation)，即確定真假與區(qū)分類型;監(jiān)視(Surveillence)，即確定動向;跟蹤(Track)，即連續(xù)監(jiān)視;定位(Position)，即確定方位;導航(Navigation)，即導引航行。
反偵察是對為防范、制止和破壞敵方的偵察而采取的措施和進行的相應活動的統(tǒng)稱。包括反武裝偵察、反諜報偵察、反技術偵察等。主要手段有：使用技術偽裝，組織戰(zhàn)役戰(zhàn)術欺騙，進行電子干擾，摧毀敵方偵察設施，組織警戒、保密、防間諜等。對抗偵察手段或措施，或反偵察手段或措施包括偽裝、隱蔽、隱身、保密、機動、佯動、干擾和摧毀。由此可見，隱身技術是一種反偵察技術。
隱身技術也是一種反預警技術。所謂預警(Earlywarning)，是為實現(xiàn)早期報警目的，搜索、監(jiān)視、發(fā)現(xiàn)、跟蹤空中或海上目標，并可指揮引導己方武器裝備遂行作戰(zhàn)任務的行動和措施。而預警技術，是指采用紅外探測、雷達探測和計算機處理等技術手段，遠距離發(fā)現(xiàn)來襲的彈道導彈、飛機等目標，并迅速提供報警信息的技術。因此，從這個意義上講，隱身技術乃是一種警戒技術。所謂警戒(Security)，是指防敵襲擊和偵察的警衛(wèi)措施，目的是防止敵人偵察、破壞、突然襲擊，掩護主力機動、展開、戰(zhàn)斗或休整。
三、隱身技術是傳統(tǒng)偽裝技術的一種應用和延伸
在海灣戰(zhàn)爭中，伊拉克采用了大量的隱身、偽裝措施，達到了推遲戰(zhàn)爭進程，保護己方實力的目的。所采用的主要隱身、偽裝措施有：利用大量制式器材和就便器材制作的假目標部署在真目標可能設置的地方，利用制式器材和就便器材制作了與實物相仿的假彈藥庫、假導彈基地等大型設施;點然科威特的油井，向海灣排放并點燃石油，在城市點燃廢舊輪船及可燃物，產(chǎn)生黑色濃煙干擾激光制導系統(tǒng)和多國部隊飛行員的視線;使用偽裝網(wǎng)遮蔽目標，對技術裝備實施與地物背景近似的迷彩，對機場跑道用迷彩仿造彈坑，欺騙多國部隊的飛行員，等等。
就廣義而言，隱身技術就是偽裝技術。所謂偽裝(Camouflage)，就是隱蔽自己和欺騙、迷惑對手的各種措施。目的是通過隱蔽真目標，設置假目標，實施佯動，散布情報和封鎖消息等措施，降低敵方偵察器材(包括人員)的偵察效果，提高目標的生存能力，增強部隊的戰(zhàn)斗力，使敵方對己方軍隊的行動、配置、作戰(zhàn)企圖和各種目標的位置、狀況等產(chǎn)生錯覺，造成指揮失誤，從而實現(xiàn)己方軍隊行動的自由，最大限度發(fā)揮兵力兵器的作戰(zhàn)效能，取得戰(zhàn)役、戰(zhàn)斗的勝利，達到“假作真來真亦假”的效果，起到反探測、反跟蹤、反識別的作用。
偽裝技術的基本原理就是利用電子的、電磁的、光學的、熱學的、聲學等技術手段，減小目標與背景在光學、熱紅外、微波波段的反射或輻射能量差別，以隱蔽目標和降低目標的暴露征侯;模擬或擴大目標與背景的這些差別以構成假目標。
隱身技術是傳統(tǒng)偽裝技術(CamouflageTechnology)的一種應用和延伸，是遮蔽與融合技術的實際應用，是現(xiàn)代內(nèi)裝式偽裝的典型代表，它的出現(xiàn)使偽裝技術由傳統(tǒng)的外裝式“遮遮掩掩”“化裝”來掩蓋目標轉向現(xiàn)代的內(nèi)裝式“脫胎換骨”“整形”來隱蔽目標，由防御性走向進攻性，由消極被動變?yōu)榉e極主動，不僅使自己由于“隱真”而獲得自主權，而且可以“示假”而迷惑對手，從而增強了威脅力。
傳統(tǒng)的偽裝隱蔽技術大都是被動式的，主要用于防御敵方進攻武器，是為了保存自己而保存自己;而現(xiàn)代的隱身技術則是主動式的，主要用于對付敵方防御武器，是為了消滅敵人來保存自己?，F(xiàn)代偵察技術的飛速發(fā)展，使原有的偽裝技術難以達到隱蔽的目的，隱身技術必將越來越廣泛地運用在偽裝上，除了武器裝備之外，甚至連人員及武器的集散地、機場、港口、指揮中心等地面目標也會采用隱身技術進行偽裝或遮蔽使偽裝技術不斷完善。
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