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)于雷達探測的幾個根本概念關(guān)于雷達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理雷達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噪聲控制直升機的噪聲控制問題低

2、空低速無人機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雷達截面控制低可探測技術(shù)8/19/20228雷達站8/19/20229雷達監(jiān)視屏8/19/202210預警機：E-3C8/19/202211預警機：E-3C8/19/202212E-2C鷹眼8/19/202213鷹眼的雷達圖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：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(尤其是雷達和電子戰(zhàn)技術(shù)的爆炸性開展)及隱身技術(shù)的進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)的隱身飛機如F-117和B-2過分強調(diào)低可見性而忽略了可負擔性，從而造成飛機的使用和維護費用過高，降低了飛機的使用效率。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，通過進步隱身設(shè)計技術(shù)程度，在隱身與飛機性能、可負擔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彈等成功發(fā)射、制導并擊中的概率；2)

4、可降低有源干擾裝置所需要的干擾機功率及無源干擾機所需要箔條重量、紅外干擾彈的重量，從而大大進步飛行器的生存力。 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)計當中。隨著飛行器開展到第五代，對隱身技術(shù)的認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)飛越的代表性飛機為： SR71黑鳥(第二代飛機)F117、B2(第三代飛機) F-22、F-35(第四代飛機)X-36、X-45、X-47(第五代飛機)，另外還包括捕食鳥這樣的隱身技術(shù)驗證機。 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性能、可負擔性等獲得折衷 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)略需要一種偵察機對“華約國家進展戰(zhàn)略戰(zhàn)役偵察； 對隱身技術(shù)的認識還屬于初級階段，飛機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8/19/202222SR-71飛機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、機支援就可以遂行作戰(zhàn)任務(wù)的隱身飛機，以到達對敵方戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)目的進展突然準確打擊的目的； 該戰(zhàn)略造成過分突出和迷信隱身性能，使用特殊的飛機外形和全面使用吸波材料，犧牲了飛機的機動性等其它綜合性能。 隱身技術(shù)進一步開展，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飛機專用恒溫機庫8/19/202228F-22飛機洛克希德馬丁8/19/202229開展背景： 冷戰(zhàn)后期，美國成為世界唯一超級大國，對國際事物進展“積極干預

7、；美國的國家戰(zhàn)略需要一種可以在21世紀前三十年具有絕對制空優(yōu)勢的先進隱身戰(zhàn)斗機，可以不依靠其它飛機支援遂行作戰(zhàn)任務(wù)，以到達對敵方戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)目的進展突然準確打擊的目的和獲得空中優(yōu)勢； 武器裝載性能 F-22飛機洛克希德馬丁8/19/202230開展背景： 與F-22飛機進展“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費用； 主要技術(shù)要求放在進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、研制和維護本錢更低、儲存和部署更加容易的第五代飛機(無人作戰(zhàn)飛機UCAV)； 為了驗證隱身設(shè)計的新概念，一架表達特殊的設(shè)計、研制和消費的驗證機必不可少。 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、研制和維護本錢更低、儲存和部署更加容易的第五代飛機(無人作戰(zhàn)飛機UCAV)；強調(diào)全面的隱身概念，在第四代飛機根本解決雷達隱身問題之后，

9、紅外隱身和可見光隱身在第五代飛機的設(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)斗機驗證機； 目的在于驗證無尾戰(zhàn)斗機在進步飛機敏捷性上的優(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，無人駕駛飛機做成箭頭形狀，飛機長度為8.37米，

10、翼展為8.34米； 目的在于驗證無尾戰(zhàn)斗機在進步飛機敏捷性上的優(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“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，機長15英尺，機高15英尺，發(fā)動機William Rolls Fj44，最大升限45000英尺，亞音速，造價1000萬美元。“Dark star無人偵察機洛克希德馬丁及波音公司8/19/202239 翼

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

12、試4000小時的全尺寸飛機部件RCS測試美國國防部F-22飛機研制總結(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)備進展雷達截面(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)歷教訓是將縮比模型測試中得到測試結(jié)果按比例進展放大時會遇到較大的問題。本測試方案初期進展的是搭建并測試一個全尺寸進氣道模型、接著進展的是全尺寸雙發(fā)動機尾噴管模型，雷達/雷達罩模型、機翼模型，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部件模型進展測試極大地降低了方案過程中的

13、風險。 EMD測試方案在搭建及測試整個全尺寸EMD模型時到達了頂點，這個模型高度逼真地模擬了真實的F-22飛機。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以及雷達罩；天線組件；進氣道以及發(fā)動機前端面以及前兩級、高度詳細的發(fā)動機尾噴口模型包括渦輪以及渦輪排氣機匣，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、導彈發(fā)射探測器窗口、掛架拆裝口蓋、控制面遠程控制機構(gòu)以及發(fā)動機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)場進展測量-1

14、 F-22“猛禽全尺寸測試模型在緊縮場內(nèi)場進展測量-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建工程在，始于1985年并在當年底完成。該項方案主要完成了對20號區(qū)域的擴建。這個擴建工程將測試間隔 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雷達方程8/19/202249雷達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常用雷達波段統(tǒng)計雷達種類UHFLSCXKuKa 合計(%)陸基對空戒備 30 54.8 84.8陸基火控制導 33.9 16.1 3

17、0.6 80.6機載預警33.3 66.7 100機載火控 82.1 14.3 3.6 1008/19/202252雷達散射截面的定義 8/19/202253雷達散射截面曲線圖8/19/202254雷達散射截面的量綱 (dBsm m2 dBsm 1000 30 100 20 10 10 1 0 0.1 -10 0.01 -208/19/202255雷達散射截面和目的體積8/19/202256雷達散射截面的實例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導彈的包線F-22攜帶激光制導炸彈(JDAM)的最大攻擊間隔 F-15攜帶激光制導炸彈(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)于機身、彈體等二維寬角強散射ba8/19/202265球-對應(yīng)于機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 座艙雷達艙進氣道探測間隔 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飛機的散射源和散射機理頭向： 座艙、雷達艙、進氣道-腔體散射正側(cè)向：機身、立尾-鏡面反射 機翼與機身、立尾與平尾-角反射后向： 噴口-腔體散射斜側(cè)向：機翼和平尾前后緣-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-機身用具有弱散射特