專題講座飛行器隱身技術(shù)

1、專題講座飛行器隱身技術(shù)飛行器隱身技術(shù)關(guān)于隱身概念關(guān)于雷達(dá)探測的幾個根本概念關(guān)于雷達(dá)散射截面的定義和根本概念隱身飛行器和隱身技術(shù)綜述散射源和散射機(jī)理雷達(dá)散射截面的減縮策略隱身關(guān)鍵技術(shù)反隱身關(guān)鍵技術(shù)概述8/19/20222隱身技術(shù)的廣義范疇光隱身熱隱身聲隱身電隱身8/19/20223可見光控制-迷彩假裝降低目的和背景的可見光反差 上下外表的迷彩不一致向下看不見向上看不清8/19/20224紅外抑制-吸熱冷卻裝置降低目的和背景的熱輻射反差分形技術(shù)I like this35微米的噴流熱輻射抑制8-12微米的分形技術(shù)8/19/20225夜間拍攝的紅外圖象8/19/20226噪聲控制直升機(jī)的噪聲控制問題低

2、空低速無人機(jī)的噪聲控制問題潛艇的的噪聲控制問題螺旋槳泵噴浮筏技術(shù)管道消聲消聲瓦技術(shù)外形8/19/20227雷達(dá)截面控制低可探測技術(shù)8/19/20228雷達(dá)站8/19/20229雷達(dá)監(jiān)視屏8/19/202210預(yù)警機(jī)：E-3C8/19/202211預(yù)警機(jī)：E-3C8/19/202212E-2C鷹眼8/19/202213鷹眼的雷達(dá)圖8/19/202214電子干擾-也是廣義上的一種隱身8/19/202215電子干擾機(jī)：ALQ99E8/19/202216 隱身飛行器的產(chǎn)生和開展是國際政治格局的變化、作戰(zhàn)環(huán)境的變化(尤其是雷達(dá)和電子戰(zhàn)技術(shù)的爆炸性開展)及隱身技術(shù)的進(jìn)步等多種因素綜合的結(jié)果。 隱身飛行器8

3、/19/202217 從二十世紀(jì)六十年代開場，由于隱身概念的引入和逐漸開展對傳統(tǒng)的航空器的設(shè)計、制造和使用均帶來了宏大的變革。由于傳統(tǒng)的隱身飛機(jī)如F-117和B-2過分強調(diào)低可見性而忽略了可負(fù)擔(dān)性，從而造成飛機(jī)的使用和維護(hù)費用過高，降低了飛機(jī)的使用效率。從以F-22為代表的第四代和X-45為代表的第五代隱身航空器，通過進(jìn)步隱身設(shè)計技術(shù)程度，在隱身與飛機(jī)性能、可負(fù)擔(dān)性等其它重要性能之間獲得了最正確的折衷。 隱身飛行器的開展8/19/202218隱身性能的重要意義：降低飛行器的RCS可在兩個方面降低飛行器敏感性1) 可以降低飛行器被發(fā)現(xiàn)概率、被跟蹤概率以及被導(dǎo)彈等成功發(fā)射、制導(dǎo)并擊中的概率；2)

4、可降低有源干擾裝置所需要的干擾機(jī)功率及無源干擾機(jī)所需要箔條重量、紅外干擾彈的重量，從而大大進(jìn)步飛行器的生存力。 國外隱身飛行器的開展與現(xiàn)狀8/19/202219 從SR71為代表的第二代飛行器開場，隱身就作為關(guān)鍵技術(shù)被引入到飛行器設(shè)計當(dāng)中。隨著飛行器開展到第五代，對隱身技術(shù)的認(rèn)識也走過了一個不斷深化開展的過程，隱身技術(shù)在飛行器設(shè)計上的應(yīng)用也有了四次大的飛越。 這四次技術(shù)飛越的代表性飛機(jī)為： SR71黑鳥(第二代飛機(jī))F117、B2(第三代飛機(jī)) F-22、F-35(第四代飛機(jī))X-36、X-45、X-47(第五代飛機(jī))，另外還包括捕食鳥這樣的隱身技術(shù)驗證機(jī)。 8/19/202220SR-71F

5、-117B-2F-22F-35X-36捕食鳥X-45AX-47ADark star 第二代第三代第四代第五代初具隱身性能強調(diào)隱身萬能，犧牲其它性能隱身與飛機(jī)性能、可負(fù)擔(dān)性等獲得折衷 四次技術(shù)飛越8/19/202221開展背景： 冷戰(zhàn)時期； 美國的國家戰(zhàn)略需要一種偵察機(jī)對“華約國家進(jìn)展戰(zhàn)略戰(zhàn)役偵察； 對隱身技術(shù)的認(rèn)識還屬于初級階段，飛機(jī)的隱身還處于次要地位，主要依靠高空高速來獲得高的生存力；前向角域60RCS 1m2以上SR-71飛機(jī)8/19/202222SR-71飛機(jī)8/19/202223 F117 洛克希德 8/19/202224開展背景： 冷戰(zhàn)后期； 美國的國家戰(zhàn)略需要一種可以不依靠其它飛

6、機(jī)支援就可以遂行作戰(zhàn)任務(wù)的隱身飛機(jī)，以到達(dá)對敵方戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)目的進(jìn)展突然準(zhǔn)確打擊的目的； 該戰(zhàn)略造成過分突出和迷信隱身性能，使用特殊的飛機(jī)外形和全面使用吸波材料，犧牲了飛機(jī)的機(jī)動性等其它綜合性能。 隱身技術(shù)進(jìn)一步開展，有工程化的隱身氣動設(shè)計工具和吸波材料供使用； 主要針對雷達(dá)波隱身，對紅外和可見光隱身的考慮只占很小的比例。F117 洛克希德 8/19/202225B28/19/202226B2全尺寸模型外場RCS測試8/19/202227B-2飛機(jī)專用恒溫機(jī)庫8/19/202228F-22飛機(jī)洛克希德馬丁8/19/202229開展背景： 冷戰(zhàn)后期，美國成為世界唯一超級大國，對國際事物進(jìn)展“積極干預(yù)

7、；美國的國家戰(zhàn)略需要一種可以在21世紀(jì)前三十年具有絕對制空優(yōu)勢的先進(jìn)隱身戰(zhàn)斗機(jī)，可以不依靠其它飛機(jī)支援遂行作戰(zhàn)任務(wù)，以到達(dá)對敵方戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)目的進(jìn)展突然準(zhǔn)確打擊的目的和獲得空中優(yōu)勢； 武器裝載性能 F-22飛機(jī)洛克希德馬丁8/19/202230開展背景： 與F-22飛機(jī)進(jìn)展“上下搭配，更加突出“低本錢的概念； 不尋求隱身性能的打破，而是把重點放在減少消費和維護(hù)費用； 主要技術(shù)要求放在進(jìn)一步降低隱身維修需求上，使每次出動所需要的維修量不到0.5工時。 F-35飛機(jī)洛克希德馬丁8/19/202231開展背景： 冷戰(zhàn)完畢，美國一強獨大，為了適應(yīng)其干預(yù)世界事務(wù)的需求，并且要滿足“非接觸、零傷亡局部戰(zhàn)爭的需

8、求，需要一種飛行速度更快、更加隱身、制造工藝更加便利、研制和維護(hù)本錢更低、儲存和部署更加容易的第五代飛機(jī)(無人作戰(zhàn)飛機(jī)UCAV)； 為了驗證隱身設(shè)計的新概念，一架表達(dá)特殊的設(shè)計、研制和消費的驗證機(jī)必不可少。 捕食鳥Bird of Prey波音公司8/19/202232X-45波音公司8/19/202233開展背景： 美國正式提出了可以向世界任何地方發(fā)動“先發(fā)制人打擊的國家戰(zhàn)略，同時還要滿足“非接觸、零傷亡的需求，需要一種飛行速度更快、更加隱身、制造工藝更加便利、研制和維護(hù)本錢更低、儲存和部署更加容易的第五代飛機(jī)(無人作戰(zhàn)飛機(jī)UCAV)；強調(diào)全面的隱身概念，在第四代飛機(jī)根本解決雷達(dá)隱身問題之后，

9、紅外隱身和可見光隱身在第五代飛機(jī)的設(shè)計上被放在更重要的位置。 X-45波音公司8/19/202234X-45波音公司8/19/202235開展背景： 麥道公司與NASA合作研究的按照1:3.57縮比的隱身戰(zhàn)斗機(jī)驗證機(jī)； 目的在于驗證無尾戰(zhàn)斗機(jī)在進(jìn)步飛機(jī)敏捷性上的優(yōu)勢及其穩(wěn)定性、操縱性的滿足程度； 工程開場于1994年2月。X-36美國麥道公司8/19/202236X-47 Pegasus“飛馬1:1模型在 灰丘 RCS測試場8/19/202237開展背景： X-47由Northrop Grumman公司和美國國防高級研究方案局DARPA共同研制，無人駕駛飛機(jī)做成箭頭形狀，飛機(jī)長度為8.37米，

10、翼展為8.34米； 目的在于驗證無尾戰(zhàn)斗機(jī)在進(jìn)步飛機(jī)敏捷性上的優(yōu)勢及其穩(wěn)定性、操縱性的滿足程度，展示Northrop Grumman公司在前沿高科技上的技術(shù)程度以及滿足軍方對無人作戰(zhàn)飛機(jī)“可支付性的需求；X-47已經(jīng)通過首批試飛，雖然帶有實驗性質(zhì)，但它可以為適用于美國空軍和海軍的無人駕駛飛機(jī)打下根底； 工程開場于2000年7月。X-47 Pegasus“飛馬8/19/202238 翼展69英尺，機(jī)長15英尺，機(jī)高15英尺，發(fā)動機(jī)William Rolls Fj44，最大升限45000英尺，亞音速，造價1000萬美元。“Dark star無人偵察機(jī)洛克希德馬丁及波音公司8/19/202239 翼

11、展2.4米，機(jī)長2.4米，空重60kg，最大飛行間隔 150Km，亞音速馬赫數(shù)0.5。PETIT隱身驗證機(jī)法國8/19/202240隱身無人機(jī)8/19/2022418/19/202242YRAH-66 “科曼奇驗證機(jī)隱身型攻擊偵察直升機(jī)8/19/202243測試在F-22的整個隱身方案過程中，共進(jìn)展了超過10000小時的詳細(xì)部件RCS測試以及超過4000小時的全尺寸飛機(jī)部件RCS測試還有在1997年建成的全尺寸整機(jī)緊縮場進(jìn)展的整機(jī)RCS測試工作，這個工作量是氣動力風(fēng)洞試驗量的三分之一，與飛行控制系統(tǒng)測試工作量相當(dāng)。要完成這么大的工作量單必需要有先進(jìn)的研制手段。 10000小時的詳細(xì)部件RCS測

12、試4000小時的全尺寸飛機(jī)部件RCS測試美國國防部F-22飛機(jī)研制總結(jié)報告關(guān)于測試的統(tǒng)計數(shù)據(jù)8/19/202244 1991年秋天就已經(jīng)在洛克希德馬丁公司開場使用Helendale測試設(shè)備進(jìn)展雷達(dá)截面(RCS)測量。 本方案中所有模型使用的都是全尺寸模型，從以往研發(fā)方案中得到的經(jīng)歷教訓(xùn)是將縮比模型測試中得到測試結(jié)果按比例進(jìn)展放大時會遇到較大的問題。本測試方案初期進(jìn)展的是搭建并測試一個全尺寸進(jìn)氣道模型、接著進(jìn)展的是全尺寸雙發(fā)動機(jī)尾噴管模型，雷達(dá)/雷達(dá)罩模型、機(jī)翼模型，一個大的帶有艙門平板模型、口蓋板以及天線測試，以及大量的其它組件的測試。通過使用全尺寸飛機(jī)部件模型進(jìn)展測試極大地降低了方案過程中的

13、風(fēng)險。 EMD測試方案在搭建及測試整個全尺寸EMD模型時到達(dá)了頂點，這個模型高度逼真地模擬了真實的F-22飛機(jī)。這個模型包括了所有重要特征信號驅(qū)動器(源)并且包括了大量的消費部件。這個模型包括了一部雷達(dá)以及雷達(dá)罩；天線組件；進(jìn)氣道以及發(fā)動機(jī)前端面以及前兩級、高度詳細(xì)的發(fā)動機(jī)尾噴口模型包括渦輪以及渦輪排氣機(jī)匣，推力增強裝置局部以及可以收攏及翻開的尾噴口、產(chǎn)品的邊緣、裝拆及飛行開動活門、大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)，擋板、密封、導(dǎo)彈發(fā)射探測器窗口、掛架拆裝口蓋、控制面遠(yuǎn)程控制機(jī)構(gòu)以及發(fā)動機(jī)組件和各種照明燈等。 8/19/202245F-22“猛禽全尺寸測試模型 F-22“猛禽全尺寸測試模型在緊縮場內(nèi)場進(jìn)展測量-1

14、 F-22“猛禽全尺寸測試模型在緊縮場內(nèi)場進(jìn)展測量-2 8/19/202246洛克希德HELENDALE測試場介紹 洛克希德馬丁公司Helendale航空電子設(shè)備測試場地處美國加利福尼亞州西南部的Mojave沙漠，位于Helendale以北約5英里，在Mojave河西側(cè)，占地約9平方英里(超過5700英畝)。 洛克希德公司Helendale測試場的開發(fā)過程可劃分成兩個階段：第一階段開場于1982年，耗資約1500萬2000萬美元。第一期工程于1983年10月開工并開場投入使用，包括沿著試驗航向間隔 測試綜合樓和收發(fā)天線陣列2500英尺和5000英尺的相關(guān)目的區(qū)域的建立。 從北端看Helenda

15、le測試場 8/19/202247洛克希德HELENDALE測試場介紹Helendale測試場的第二階段擴(kuò)建工程在，始于1985年并在當(dāng)年底完成。該項方案主要完成了對20號區(qū)域的擴(kuò)建。這個擴(kuò)建工程將測試間隔 增加到8200英尺，新增設(shè)了一個目的測試位置并在測試場的末端建筑了一個由結(jié)實混凝土構(gòu)筑的建筑“上層暗室。 Helendale RCS測試場性能測試場可以進(jìn)展從120MHz到18GHz的全部頻率，以及35GHz點頻四個不同極化方式(HH、VV、HV、VH)的測試。 8/19/202248雷達(dá)方程8/19/202249雷達(dá)散射截面和探測間隔 LRCS(m2) L(km) 10 100 5 84

16、 1 56 0.1 32 0.01 18 8/19/202250常用雷達(dá)波段頻段名稱 頻率范圍 中心頻率 波長 UHF 3001000 MHz 500 MHz 60cm L 10002000 MHz 1500 MHz 20cm S 20004000 MHz 3000 MHz 10cm C 40008000 MHz 6000 MHz 5cm X 800012500MHz 10000MHz 3cm Ku 12.518 GHz 15 GHz 2cm8/19/202251常用雷達(dá)波段統(tǒng)計雷達(dá)種類UHFLSCXKuKa 合計(%)陸基對空戒備 30 54.8 84.8陸基火控制導(dǎo) 33.9 16.1 3

17、0.6 80.6機(jī)載預(yù)警33.3 66.7 100機(jī)載火控 82.1 14.3 3.6 1008/19/202252雷達(dá)散射截面的定義 8/19/202253雷達(dá)散射截面曲線圖8/19/202254雷達(dá)散射截面的量綱 (dBsm m2 dBsm 1000 30 100 20 10 10 1 0 0.1 -10 0.01 -208/19/202255雷達(dá)散射截面和目的體積8/19/202256雷達(dá)散射截面的實例B-52 -150平方米頭向B-2 -0.03平方米頭向F-16 -3平方米頭向幻影2000 -9平方米頭向F-117 -0.02平方米頭向F-22 -0.05平方米頭向序號 名 稱 長度

18、 直徑 橫向 頭向 (mm) (mm) RCS(dBsm) RCS(dBsm) 1 藍(lán)翅蝗蟲 20 4 -30 -40 2 工 蜂 13 6 -40 -45 3 綠頭蒼蠅 9 3 -46 -50 4 成年鴨子 12磅 -12dBsm8/19/202257Su-27采取隱身措施后，Su-27可提早48秒攻擊Su-27F-16Su-27F-16隱身的作用8/19/202258隱身的作用SAM導(dǎo)彈的包線F-22攜帶激光制導(dǎo)炸彈(JDAM)的最大攻擊間隔 F-15攜帶激光制導(dǎo)炸彈(JDAM)的最大攻擊間隔 平安區(qū)平安區(qū)平安區(qū)無法逃生區(qū)可躲避區(qū)發(fā)射和脫離區(qū)8/19/202259與自然目的相比相對小F-1

19、17 的RCS為 0.02平方米頭向回波信號和噪聲相比小于最小信噪比合理的突防戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用相對少帶干擾彈隱身的相對意義8/19/202260典型金屬幾何體及電磁散射量級方三面角反射器： 散射最強 三維寬角直兩面角反射器： 散射次強 二維寬角平板： 散射第三強 窄角圓柱： 散射第四強 二維寬角球： 散射第五強 三維寬角直邊緣： 散射第六強 二維寬角直邊緣： 散射第七強 三維寬角尖點和外表波： 散射最弱 寬角8/19/202261方三面角反射器三維寬角強散射aaa8/19/202262直兩面角反射器二維寬角強散射aa8/19/202263平板-對應(yīng)于翼面等一維窄角強散射aa8/19/202264柱面-

20、對應(yīng)于機(jī)身、彈體等二維寬角強散射ba8/19/202265球-對應(yīng)于機(jī)體的任何雙彎曲部位三維寬角強散射a8/19/202266直棱邊-對應(yīng)于機(jī)翼后緣等邊緣二維寬角散射a8/19/202267外表波-對應(yīng)于多種外表和棱邊入射波散射波入射波散射波爬行波行波8/19/202268RCS減縮策略散射源 散射強度 減縮一個 減縮兩個 減縮全部 減縮1/3 減縮2/3 減縮3/3 減1.8dB 減4.8dB 減dB 座艙雷達(dá)艙進(jìn)氣道探測間隔 100km 90km 76km 0km8/19/202269RCS減縮策略散射源 散射強度 減縮弱源 減縮強源 減1/10 減9/10 減0.5dB 減10dB 強散射源9m2 弱散射源1m2可探測間隔 100km 97.4km 56km8/19/202270飛機(jī)的散射源和散射機(jī)理頭向： 座艙、雷達(dá)艙、進(jìn)氣道-腔體散射正側(cè)向：機(jī)身、立尾-鏡面反射 機(jī)翼與機(jī)身、立尾與平尾-角反射后向： 噴口-腔體散射斜側(cè)向：機(jī)翼和平尾前后緣-邊緣繞射其它： 外掛物散射、縫隙繞射、尖點繞射、 外表波繞射8/19/202271隱身飛機(jī)-機(jī)身用具有弱散射特