科技改變生活 · 科技引領(lǐng)未來
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近些年，越來越多的國家開始踏足隱身飛機(jī)領(lǐng)域，隱身戰(zhàn)斗機(jī)、隱身轟炸機(jī)、隱身偵察機(jī)以及隱身無人機(jī)等各種隱身飛機(jī)開始遍地開花，在大街小巷也都能時長聽聞有關(guān)隱身飛機(jī)的種種討論。
那究竟什么才是隱身飛機(jī)？隱身飛機(jī)又是如何隱身的呢？
其實(shí)，“隱身”的概念有很多種，主要有光學(xué)隱身、雷達(dá)隱身、紅外隱身、聲隱身以及磁隱身等。
而隱身飛機(jī)中所講的“隱身”并非傳統(tǒng)意義上的“肉眼看不到”，而主要是指雷達(dá)和紅外的“低可探測性”，使其對雷達(dá)探測達(dá)到“隱身”的效果！
最早在飛機(jī)應(yīng)有于戰(zhàn)場的時候，主要是靠肉眼觀察和聲音發(fā)現(xiàn)敵方飛機(jī)的到來的，后來人類學(xué)會了使用無線電波和熱輻射，對敵探測也就逐漸演變?yōu)楝F(xiàn)代化戰(zhàn)爭講究的超視距作戰(zhàn)。
在目前各種探測敵方飛機(jī)的手段中，其中有60%是來自雷達(dá)探測，有30%是來自紅外探測，其他一些探測方式都很難起到作用！
對于雷達(dá)探測來說，地面或者機(jī)載雷達(dá)探測器會主動發(fā)射無線電波，當(dāng)無線電波在空中遇到物體時會發(fā)生發(fā)射，而其中鏡面反射的一部分無線電波會沿原路返回雷達(dá)探測設(shè)備。
然后通過發(fā)射以及接收雷達(dá)波的時間差加以計算就可以確定被探測到飛機(jī)的距離，多次探測之后也能得出飛機(jī)的具體位置、飛行速度以及飛行方向！
而對于紅外探測來說，飛行的飛機(jī)本身特別是利用高溫高壓燃?xì)庠谖矅姽苤谐掷m(xù)噴出的渦扇/渦噴/沖壓發(fā)動機(jī)等就是一個巨大的熱源，巨大的熱源相對于周邊的環(huán)境來說會“釋放”出較強(qiáng)的熱輻射。
紅外探測設(shè)備則可以依靠飛機(jī)的紅外特征，準(zhǔn)確探測到飛機(jī)的具體位置，不過相比較而言紅外的探測距離相比雷達(dá)探測來說要近不少！
既然知道了飛行中的飛機(jī)是如何被發(fā)現(xiàn)的，為了飛機(jī)不被發(fā)現(xiàn)，那設(shè)計者就會盡可能地朝降低被探測可能性的方向發(fā)展，躲避雷達(dá)探測和紅外探測以達(dá)到“隱身”目的。
為了實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的“隱身”，目前大致可以分為外形設(shè)計優(yōu)化、采用吸波材料以及降低紅外探測三種方式：
1、外形設(shè)計優(yōu)化
為了使飛機(jī)能夠飛起來且擁有多種功能，這就使得飛機(jī)的氣動外形一般都較為復(fù)雜。
總會有很多部分會強(qiáng)烈地反射雷達(dá)波，像飛機(jī)上凸出部件和外掛武器、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道和尾噴口、機(jī)身上的尖角和平面等都極易對雷達(dá)波產(chǎn)生鏡面發(fā)射暴露位置。
而飛機(jī)回波強(qiáng)度通常用"雷達(dá)散射截面積"（RCS，單位平方米）來表示，RCS值越小就代表隱身效果越好。
▲150 兆赫/VHF 波段 J-20 和 蘇-57（T-50）的雷達(dá)反射截面積模擬結(jié)果
所以，飛機(jī)要想降低RCS值，以達(dá)到雷達(dá)波“隱身”效果，就需要將探測雷達(dá)發(fā)射而來的雷達(dá)波反射到其他方向，讓探測雷達(dá)無法接受來自自身的反射波，而這就需要在飛機(jī)的氣動外形上做優(yōu)化了。
根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)表明，氣動外形的優(yōu)化對于飛機(jī)的隱身貢獻(xiàn)效能可以超過85%，所以隱身飛機(jī)要盡可能的消除的能對雷達(dá)波產(chǎn)生鏡面發(fā)射的外形結(jié)構(gòu)。
F-117A隱身飛機(jī)圖解
首先，在飛機(jī)外形設(shè)計上避免采用大的平面和大的凸?fàn)钋?，最好的辦法就是將部件采用斜置外形設(shè)計，例如采用傾斜式立尾、平板形表面機(jī)身或者多面體機(jī)身、斜切進(jìn)氣口、斜切翼尖等設(shè)計，以將雷達(dá)波直接反射到其他方向。
在這方面最典型的例子就是第一款真正意義上的隱身飛機(jī)F-117A，全身上下幾乎找不出一個凸裝曲面，B-2隱身轟炸機(jī)則簡單暴力，直接取消了垂尾和平尾。
然后，消除能夠產(chǎn)生角反射器效應(yīng)的外形組合（三個互成90°的平面構(gòu)成的角體稱為角反射器）或者小于等于90°角的結(jié)構(gòu)。
對于隱身外形設(shè)計也是非常重要的，比如用雙立的V型尾翼代替單立尾翼、合理設(shè)計飛機(jī)座艙蓋不讓雷達(dá)波進(jìn)入座艙、取消導(dǎo)彈外掛架等可以減少角反射器效應(yīng)，這些都是現(xiàn)代隱身戰(zhàn)機(jī)的典型設(shè)計。
隱身飛機(jī)的S彎進(jìn)氣道
另外，用飛機(jī)上其他弱散射部件遮擋強(qiáng)散射部件也可以優(yōu)化隱身外形，比如采用大后掠角機(jī)翼遮蔽機(jī)身的側(cè)向散射、S彎進(jìn)氣道（蚌式進(jìn)氣道）遮擋發(fā)動機(jī)的散射、直接將外掛的武器彈藥內(nèi)置到機(jī)身之中等都是為了遮擋飛機(jī)上的強(qiáng)散射部件。
或者直接將發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道布置到機(jī)體上方，用機(jī)身來遮擋進(jìn)氣道的復(fù)雜外形可能反射的各種方向雷達(dá)波！
除了上面列舉的三種外形上的優(yōu)化設(shè)計，對于飛機(jī)來說，粗糙的外形會對雷達(dá)波產(chǎn)生更多的漫反射，這對于隱身飛機(jī)在控制反射雷達(dá)波方向上會有一些意想不到的結(jié)果發(fā)生，所以更好的做工、光滑的外形對于隱身飛機(jī)也有一定的幫助。
2、采用吸波材料
不過，隱身飛機(jī)想要更好的對雷達(dá)波“隱身”單單依靠外形的優(yōu)化是不夠的，飛機(jī)作為一個龐大且復(fù)雜的整體。
首先還是要更好的飛行的，像F-117A那樣依靠超級計算機(jī)計算的怪異外形，能夠飛起來可以說是全靠發(fā)動機(jī)了，這也使得它的機(jī)動性和速度差了不少，這時候“吸波材料”的作用就體現(xiàn)出來了。
吸波材料原理
“吸波材料”依靠雷達(dá)波在材料中感生的傳導(dǎo)電流，產(chǎn)生磁滯損耗或介電損耗，使得照射到飛機(jī)上的雷達(dá)波的電磁能可以轉(zhuǎn)化為其他能量并散發(fā)掉，沒有了二次反射波雷達(dá)也就無法探測到了。
對于一些無法通過外形優(yōu)化的部件或者整體采用雷達(dá)吸波材料，可以使得隱身飛機(jī)達(dá)到更好的隱身效果。
“吸波材料”一般是采用不銹鋼纖維、石墨粉、稀有金屬和鐵氧體等具有吸收轉(zhuǎn)化電磁波性能的材料制作的。
隨著技術(shù)的不斷成熟“吸波材料”越來越多低用到隱身飛機(jī)之上，不僅是制作隱身涂層涂敷到機(jī)身之上，一些特殊部件則直接采用吸波材料或者透波材料來制作的。
3、降低紅外探測
戰(zhàn)斗機(jī)上產(chǎn)生的熱輻射大致可以分為發(fā)動機(jī)的輻射、尾噴氣流的輻射、飛機(jī)蒙皮的熱輻射以及飛機(jī)反射陽光的熱輻射，對于戰(zhàn)機(jī)來說這些熱輻射在紅外探測設(shè)備面前可以說是十分明顯，雖然遠(yuǎn)距離是紅外探測效果并不顯著。
但目前先進(jìn)的機(jī)載紅外搜索跟蹤系統(tǒng)(IRST)對采用渦扇/渦噴等發(fā)動機(jī)的戰(zhàn)斗機(jī)的前向探測距離已經(jīng)可以達(dá)到180公里了，可以說是已經(jīng)接近記載雷達(dá)探測的距離，這對隱身飛機(jī)的隱身效果的影響也十分明顯。
目前，在紅外隱身方面最為有效的就是發(fā)動機(jī)采用矩形二元噴管了，可以使得尾噴流的火舌變得扁平，同時降低紅外特征；
雖然降低發(fā)動機(jī)噴口的溫度也是降低紅外特征的方法之一，可目前先進(jìn)發(fā)動機(jī)渦輪前的溫度越來越高（已達(dá)2000K），所以只能利用熱屏蔽或冷卻的方法以降低外界探測的溫度；
另外，將紅外隱身涂層涂于飛機(jī)表面，也能抑制飛機(jī)外表的紅外輻射。總之，紅外隱身的實(shí)施相比于外形和材料上的隱身要困難不少。
不過，隱身飛機(jī)即便在外形設(shè)計、吸波材料以及紅外隱身三個方面同時做優(yōu)化，也無法對探測設(shè)備達(dá)到絕對的“隱身效果”。
因為雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的距離是和多種因素有關(guān)的，比如雷達(dá)發(fā)射功率、天線增益、波長和目標(biāo)的RCS越大，這時候雷達(dá)對目標(biāo)的探測距離就越遠(yuǎn)（和雷達(dá)波波長也有關(guān)）。
飛機(jī)被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的
而目前，任何隱身飛機(jī)的"雷達(dá)散射截面積"RCS值也不能減少為0，即便是F-22戰(zhàn)機(jī)和B-2的RCS值最小也只有0.01平方米，達(dá)到這一RCS值的隱身飛機(jī)即便是普通雷達(dá)在20公里的距離內(nèi)也是可以輕易發(fā)現(xiàn)（不過這時候發(fā)現(xiàn)已經(jīng)沒有太對意義）；
另外，同時布置多個聯(lián)合雷達(dá)，一個雷達(dá)發(fā)射探測波，使用其他雷達(dá)接受隱身飛機(jī)反射出的雷達(dá)波，再理論上也可以遠(yuǎn)距離發(fā)現(xiàn)隱身飛機(jī)。
目前，隱身飛機(jī)的隱身效果只對短波雷達(dá)有效，對于米波雷達(dá)以上的長雷達(dá)波，就很難達(dá)到隱身的效果，而更好地為了應(yīng)對隱身飛機(jī)各國也在發(fā)展米波雷達(dá)（米波雷達(dá)探測精度不足）
這對隱身飛機(jī)的“隱身”來說有了新的挑戰(zhàn)，所以未來隱身飛機(jī)的發(fā)展肯定是要兼顧針對短波、長波雷達(dá)的隱身，甚至達(dá)到全頻段雷達(dá)波隱身；
另外，隱身飛機(jī)外形設(shè)計的最優(yōu)結(jié)果本就不應(yīng)該有垂尾、平尾、鴨翼等這些結(jié)構(gòu)的，只有這養(yǎng)才能更好的控制反射發(fā)射而來的雷達(dá)波的。
當(dāng)然，沒了這些操作面，飛機(jī)本身的機(jī)動性也將大大降低甚至喪失，所以這時候三元矢量發(fā)動機(jī)的好處就體現(xiàn)了出來，取消垂尾、平尾、鴨翼等結(jié)構(gòu)后，三元矢量發(fā)動機(jī)也將成為未來戰(zhàn)機(jī)的標(biāo)配之一。
高原一