专题讲座飞行器隐身技术

1、专题讲座飞行器隐身技术飞行器隐身技术关于隐身概念关于雷达探测的几个根本概念关于雷达散射截面的定义和根本概念隐身飞行器和隐身技术综述散射源和散射机理雷达散射截面的减缩策略隐身关键技术反隐身关键技术概述8/19/20222隐身技术的广义范畴光隐身热隐身声隐身电隐身8/19/20223可见光控制-迷彩假装降低目的和背景的可见光反差 上下外表的迷彩不一致向下看不见向上看不清8/19/20224红外抑制-吸热冷却装置降低目的和背景的热辐射反差分形技术I like this35微米的喷流热辐射抑制8-12微米的分形技术8/19/20225夜间拍摄的红外图象8/19/20226噪声控制直升机的噪声控制问题低

2、空低速无人机的噪声控制问题潜艇的的噪声控制问题螺旋桨泵喷浮筏技术管道消声消声瓦技术外形8/19/20227雷达截面控制低可探测技术8/19/20228雷达站8/19/20229雷达监视屏8/19/202210预警机：E-3C8/19/202211预警机：E-3C8/19/202212E-2C鹰眼8/19/202213鹰眼的雷达图8/19/202214电子干扰-也是广义上的一种隐身8/19/202215电子干扰机：ALQ99E8/19/202216 隐身飞行器的产生和开展是国际政治格局的变化、作战环境的变化(尤其是雷达和电子战技术的爆炸性开展)及隐身技术的进步等多种因素综合的结果。 隐身飞行器8

3、/19/202217 从二十世纪六十年代开场，由于隐身概念的引入和逐渐开展对传统的航空器的设计、制造和使用均带来了宏大的变革。由于传统的隐身飞机如F-117和B-2过分强调低可见性而忽略了可负担性，从而造成飞机的使用和维护费用过高，降低了飞机的使用效率。从以F-22为代表的第四代和X-45为代表的第五代隐身航空器，通过进步隐身设计技术程度，在隐身与飞机性能、可负担性等其它重要性能之间获得了最正确的折衷。 隐身飞行器的开展8/19/202218隐身性能的重要意义：降低飞行器的RCS可在两个方面降低飞行器敏感性1) 可以降低飞行器被发现概率、被跟踪概率以及被导弹等成功发射、制导并击中的概率；2)

4、可降低有源干扰装置所需要的干扰机功率及无源干扰机所需要箔条重量、红外干扰弹的重量，从而大大进步飞行器的生存力。 国外隐身飞行器的开展与现状8/19/202219 从SR71为代表的第二代飞行器开场，隐身就作为关键技术被引入到飞行器设计当中。随着飞行器开展到第五代，对隐身技术的认识也走过了一个不断深化开展的过程，隐身技术在飞行器设计上的应用也有了四次大的飞越。 这四次技术飞越的代表性飞机为： SR71黑鸟(第二代飞机)F117、B2(第三代飞机) F-22、F-35(第四代飞机)X-36、X-45、X-47(第五代飞机)，另外还包括捕食鸟这样的隐身技术验证机。 8/19/202220SR-71F

5、-117B-2F-22F-35X-36捕食鸟X-45AX-47ADark star 第二代第三代第四代第五代初具隐身性能强调隐身万能，牺牲其它性能隐身与飞机性能、可负担性等获得折衷 四次技术飞越8/19/202221开展背景： 冷战时期； 美国的国家战略需要一种侦察机对“华约国家进展战略战役侦察； 对隐身技术的认识还属于初级阶段，飞机的隐身还处于次要地位，主要依靠高空高速来获得高的生存力；前向角域60RCS 1m2以上SR-71飞机8/19/202222SR-71飞机8/19/202223 F117 洛克希德 8/19/202224开展背景： 冷战后期； 美国的国家战略需要一种可以不依靠其它飞

6、机支援就可以遂行作战任务的隐身飞机，以到达对敌方战略战术目的进展突然准确打击的目的； 该战略造成过分突出和迷信隐身性能，使用特殊的飞机外形和全面使用吸波材料，牺牲了飞机的机动性等其它综合性能。 隐身技术进一步开展，有工程化的隐身气动设计工具和吸波材料供使用； 主要针对雷达波隐身，对红外和可见光隐身的考虑只占很小的比例。F117 洛克希德 8/19/202225B28/19/202226B2全尺寸模型外场RCS测试8/19/202227B-2飞机专用恒温机库8/19/202228F-22飞机洛克希德马丁8/19/202229开展背景： 冷战后期，美国成为世界唯一超级大国，对国际事物进展“积极干预

7、；美国的国家战略需要一种可以在21世纪前三十年具有绝对制空优势的先进隐身战斗机，可以不依靠其它飞机支援遂行作战任务，以到达对敌方战略战术目的进展突然准确打击的目的和获得空中优势； 武器装载性能 F-22飞机洛克希德马丁8/19/202230开展背景： 与F-22飞机进展“上下搭配，更加突出“低本钱的概念； 不寻求隐身性能的打破，而是把重点放在减少消费和维护费用； 主要技术要求放在进一步降低隐身维修需求上，使每次出动所需要的维修量不到0.5工时。 F-35飞机洛克希德马丁8/19/202231开展背景： 冷战完毕，美国一强独大，为了适应其干预世界事务的需求，并且要满足“非接触、零伤亡局部战争的需

8、求，需要一种飞行速度更快、更加隐身、制造工艺更加便利、研制和维护本钱更低、储存和部署更加容易的第五代飞机(无人作战飞机UCAV)； 为了验证隐身设计的新概念，一架表达特殊的设计、研制和消费的验证机必不可少。 捕食鸟Bird of Prey波音公司8/19/202232X-45波音公司8/19/202233开展背景： 美国正式提出了可以向世界任何地方发动“先发制人打击的国家战略，同时还要满足“非接触、零伤亡的需求，需要一种飞行速度更快、更加隐身、制造工艺更加便利、研制和维护本钱更低、储存和部署更加容易的第五代飞机(无人作战飞机UCAV)；强调全面的隐身概念，在第四代飞机根本解决雷达隐身问题之后，

9、红外隐身和可见光隐身在第五代飞机的设计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开展背景： 麦道公司与NASA合作研究的按照1:3.57缩比的隐身战斗机验证机； 目的在于验证无尾战斗机在进步飞机敏捷性上的优势及其稳定性、操纵性的满足程度； 工程开场于1994年2月。X-36美国麦道公司8/19/202236X-47 Pegasus“飞马1:1模型在 灰丘 RCS测试场8/19/202237开展背景： X-47由Northrop Grumman公司和美国国防高级研究方案局DARPA共同研制，无人驾驶飞机做成箭头形状，飞机长度为8.37米，

10、翼展为8.34米； 目的在于验证无尾战斗机在进步飞机敏捷性上的优势及其稳定性、操纵性的满足程度，展示Northrop Grumman公司在前沿高科技上的技术程度以及满足军方对无人作战飞机“可支付性的需求；X-47已经通过首批试飞，虽然带有实验性质，但它可以为适用于美国空军和海军的无人驾驶飞机打下根底； 工程开场于2000年7月。X-47 Pegasus“飞马8/19/202238 翼展69英尺，机长15英尺，机高15英尺，发动机William Rolls Fj44，最大升限45000英尺，亚音速，造价1000万美元。“Dark star无人侦察机洛克希德马丁及波音公司8/19/202239 翼

11、展2.4米，机长2.4米，空重60kg，最大飞行间隔 150Km，亚音速马赫数0.5。PETIT隐身验证机法国8/19/202240隐身无人机8/19/2022418/19/202242YRAH-66 “科曼奇验证机隐身型攻击侦察直升机8/19/202243测试在F-22的整个隐身方案过程中，共进展了超过10000小时的详细部件RCS测试以及超过4000小时的全尺寸飞机部件RCS测试还有在1997年建成的全尺寸整机紧缩场进展的整机RCS测试工作，这个工作量是气动力风洞试验量的三分之一，与飞行控制系统测试工作量相当。要完成这么大的工作量单必需要有先进的研制手段。 10000小时的详细部件RCS测

12、试4000小时的全尺寸飞机部件RCS测试美国国防部F-22飞机研制总结报告关于测试的统计数据8/19/202244 1991年秋天就已经在洛克希德马丁公司开场使用Helendale测试设备进展雷达截面(RCS)测量。 本方案中所有模型使用的都是全尺寸模型，从以往研发方案中得到的经历教训是将缩比模型测试中得到测试结果按比例进展放大时会遇到较大的问题。本测试方案初期进展的是搭建并测试一个全尺寸进气道模型、接着进展的是全尺寸双发动机尾喷管模型，雷达/雷达罩模型、机翼模型，一个大的带有舱门平板模型、口盖板以及天线测试，以及大量的其它组件的测试。通过使用全尺寸飞机部件模型进展测试极大地降低了方案过程中的

13、风险。 EMD测试方案在搭建及测试整个全尺寸EMD模型时到达了顶点，这个模型高度逼真地模拟了真实的F-22飞机。这个模型包括了所有重要特征信号驱动器(源)并且包括了大量的消费部件。这个模型包括了一部雷达以及雷达罩；天线组件；进气道以及发动机前端面以及前两级、高度详细的发动机尾喷口模型包括涡轮以及涡轮排气机匣，推力增强装置局部以及可以收拢及翻开的尾喷口、产品的边缘、装拆及飞行开动活门、大气数据系统，挡板、密封、导弹发射探测器窗口、挂架拆装口盖、控制面远程控制机构以及发动机组件和各种照明灯等。 8/19/202245F-22“猛禽全尺寸测试模型 F-22“猛禽全尺寸测试模型在紧缩场内场进展测量-1

14、 F-22“猛禽全尺寸测试模型在紧缩场内场进展测量-2 8/19/202246洛克希德HELENDALE测试场介绍 洛克希德马丁公司Helendale航空电子设备测试场地处美国加利福尼亚州西南部的Mojave沙漠，位于Helendale以北约5英里，在Mojave河西侧，占地约9平方英里(超过5700英亩)。 洛克希德公司Helendale测试场的开发过程可划分成两个阶段：第一阶段开场于1982年，耗资约1500万2000万美元。第一期工程于1983年10月开工并开场投入使用，包括沿着试验航向间隔 测试综合楼和收发天线阵列2500英尺和5000英尺的相关目的区域的建立。 从北端看Helenda

15、le测试场 8/19/202247洛克希德HELENDALE测试场介绍Helendale测试场的第二阶段扩建工程在，始于1985年并在当年底完成。该项方案主要完成了对20号区域的扩建。这个扩建工程将测试间隔 增加到8200英尺，新增设了一个目的测试位置并在测试场的末端建筑了一个由结实混凝土构筑的建筑“上层暗室。 Helendale RCS测试场性能测试场可以进展从120MHz到18GHz的全部频率，以及35GHz点频四个不同极化方式(HH、VV、HV、VH)的测试。 8/19/202248雷达方程8/19/202249雷达散射截面和探测间隔 LRCS(m2) L(km) 10 100 5 84

16、 1 56 0.1 32 0.01 18 8/19/202250常用雷达波段频段名称 频率范围 中心频率 波长 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常用雷达波段统计雷达种类UHFLSCXKuKa 合计(%)陆基对空戒备 30 54.8 84.8陆基火控制导 33.9 16.1 3

17、0.6 80.6机载预警33.3 66.7 100机载火控 82.1 14.3 3.6 1008/19/202252雷达散射截面的定义 8/19/202253雷达散射截面曲线图8/19/202254雷达散射截面的量纲 (dBsm m2 dBsm 1000 30 100 20 10 10 1 0 0.1 -10 0.01 -208/19/202255雷达散射截面和目的体积8/19/202256雷达散射截面的实例B-52 -150平方米头向B-2 -0.03平方米头向F-16 -3平方米头向幻影2000 -9平方米头向F-117 -0.02平方米头向F-22 -0.05平方米头向序号 名 称 长度

18、 直径 横向 头向 (mm) (mm) RCS(dBsm) RCS(dBsm) 1 蓝翅蝗虫 20 4 -30 -40 2 工 蜂 13 6 -40 -45 3 绿头苍蝇 9 3 -46 -50 4 成年鸭子 12磅 -12dBsm8/19/202257Su-27采取隐身措施后，Su-27可提早48秒攻击Su-27F-16Su-27F-16隐身的作用8/19/202258隐身的作用SAM导弹的包线F-22携带激光制导炸弹(JDAM)的最大攻击间隔 F-15携带激光制导炸弹(JDAM)的最大攻击间隔 平安区平安区平安区无法逃生区可躲避区发射和脱离区8/19/202259与自然目的相比相对小F-1

19、17 的RCS为 0.02平方米头向回波信号和噪声相比小于最小信噪比合理的突防战术应用相对少带干扰弹隐身的相对意义8/19/202260典型金属几何体及电磁散射量级方三面角反射器： 散射最强 三维宽角直两面角反射器： 散射次强 二维宽角平板： 散射第三强 窄角圆柱： 散射第四强 二维宽角球： 散射第五强 三维宽角直边缘： 散射第六强 二维宽角直边缘： 散射第七强 三维宽角尖点和外表波： 散射最弱 宽角8/19/202261方三面角反射器三维宽角强散射aaa8/19/202262直两面角反射器二维宽角强散射aa8/19/202263平板-对应于翼面等一维窄角强散射aa8/19/202264柱面-

20、对应于机身、弹体等二维宽角强散射ba8/19/202265球-对应于机体的任何双弯曲部位三维宽角强散射a8/19/202266直棱边-对应于机翼后缘等边缘二维宽角散射a8/19/202267外表波-对应于多种外表和棱边入射波散射波入射波散射波爬行波行波8/19/202268RCS减缩策略散射源 散射强度 减缩一个 减缩两个 减缩全部 减缩1/3 减缩2/3 减缩3/3 减1.8dB 减4.8dB 减dB 座舱雷达舱进气道探测间隔 100km 90km 76km 0km8/19/202269RCS减缩策略散射源 散射强度 减缩弱源 减缩强源 减1/10 减9/10 减0.5dB 减10dB 强散射源9m2 弱散射源1m2可探测间隔 100km 97.4km 56km8/19/202270飞机的散射源和散射机理头向： 座舱、雷达舱、进气道-腔体散射正侧向：机身、立尾-镜面反射 机翼与机身、立尾与平尾-角反射后向： 喷口-腔体散射斜侧向：机翼和平尾前后缘-边缘绕射其它： 外挂物散射、缝隙绕射、尖点绕射、 外表波绕射8/19/202271隐身飞机-机身用具有弱散射特