飛機隱身技術(shù)論文
飛機隱身技術(shù)論文
隱身是為了降低飛機被雷達探測到的可能性。學(xué)習(xí)啦小編整理的飛機隱身技術(shù)論文，希望你能從中得到感悟!
飛機隱身技術(shù)論文篇一
飛機的隱身設(shè)計
在現(xiàn)代戰(zhàn)場上,探測手段日新月異,精確制導(dǎo)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(shè)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(yīng)用的隱身技術(shù)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(dǎo)彈及空空導(dǎo)彈采用雷達制導(dǎo),因此,飛機必須將針對雷達的隱身設(shè)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(guān)系,假設(shè)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?？梢姲殡S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(shè)一架飛機要攻擊一個目標,沿途需要突破敵方的空中預(yù)警區(qū),地面預(yù)警雷達、搜索制導(dǎo)雷達防御圈,要完成突防任務(wù),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(shù)設(shè)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(shù)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(cè)向次之。隱身飛機通常要求頭向RCS小于0.1平方米,側(cè)向RCS小于1平方米,準隱身飛機可適當放寬。
2、隱身的技術(shù)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(zhuǎn)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?？梢?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?；夭芰亢軓?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(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu)會產(chǎn)生鏡面反射,從而增大RCS值。例如幻影2000飛機的正側(cè)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(cè)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(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)的RCS,為了隱身不得已才將飛機設(shè)計成多面體結(jié)構(gòu),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(shè)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(cè)向的RCS,機翼與機身高度融合避免了兩面體結(jié)構(gòu),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(shè)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(xué)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(jié)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)型隱身材料
結(jié)構(gòu)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(jié)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(shù),目前已經(jīng)成功應(yīng)用在多種飛機上。除外形隱身和材料隱身技術(shù)外,目前還有一些正在探索的隱身技術(shù),如等離子體隱身,手性材料隱身等。
飛機隱身技術(shù)論文篇二
隱身技術(shù)及其特點
隱身技術(shù)是現(xiàn)代高新技術(shù)的產(chǎn)物。隱身技術(shù)，或稱隱形技術(shù)(StealthTechnology)，即“低可探測技術(shù)”或“低可觀察技術(shù)”(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(xué)探測等多種技術(shù)手段，降低飛機、導(dǎo)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(shè)備發(fā)現(xiàn)、識別、跟蹤、定位和攻擊的綜合性技術(shù)。隱身技術(shù)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(shù)。
一、隱身技術(shù)是低可探測技術(shù)和反探測技術(shù)
從本質(zhì)上說，隱身技術(shù)就是你苛探測技術(shù)(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(shè)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(shè)備進行考察和測量，稱之為可探測;若借用儀器設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備稱之為探測設(shè)備。探測技術(shù)是對目標進行觀察和測量的一種技術(shù)，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(shù)。主要包括雷達探測技術(shù)、光電探測技術(shù)、聲探測技術(shù)等。低可探測技術(shù)是使目標成為低可探測的技術(shù)。
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(shù)，稱為無源探測技術(shù)(PassiveDetectionTechnology)或被動探測技術(shù)，反之，稱為有源探測技術(shù)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(shù)也是一種反探測技術(shù)。所謂反探測技術(shù)是一種對抗探測的技術(shù)，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(shù)就是反探測技術(shù)，從而隱身技術(shù)就是反探測技術(shù)。
顯然，就技術(shù)層面而言，隱身技術(shù)與低可探測技術(shù)和反探測技術(shù)幾乎是同一概念。
二、隱身技術(shù)是反偵察技術(shù)
從實際上看，隱身技術(shù)還是一種反偵察技術(shù)。相對而言，偵察是一種軍事手段，探測是一種科學(xué)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(guān)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(guān)戰(zhàn)區(qū)的情況(包括人員、武器裝備、地形地物及作戰(zhàn)結(jié)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(shù)偵察。這里，技術(shù)偵察是指主要使用技術(shù)裝備進行的偵察，而偵察技術(shù)主要是指技術(shù)偵察中使用的技術(shù)，包括無線電通信、雷達、可見光、紅外、聲波偵察技術(shù)。現(xiàn)代偵察技術(shù)或稱現(xiàn)代偵察監(jiān)視技術(shù)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(shù)。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(dǎo)航(Navigation)，即導(dǎo)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(yīng)活動的統(tǒng)稱。包括反武裝偵察、反諜報偵察、反技術(shù)偵察等。主要手段有：使用技術(shù)偽裝，組織戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)欺騙，進行電子干擾，摧毀敵方偵察設(shè)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(shù)是一種反偵察技術(shù)。
隱身技術(shù)也是一種反預(yù)警技術(shù)。所謂預(yù)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(dǎo)己方武器裝備遂行作戰(zhàn)任務(wù)的行動和措施。而預(yù)警技術(shù)，是指采用紅外探測、雷達探測和計算機處理等技術(shù)手段，遠距離發(fā)現(xiàn)來襲的彈道導(dǎo)彈、飛機等目標，并迅速提供報警信息的技術(shù)。因此，從這個意義上講，隱身技術(shù)乃是一種警戒技術(shù)。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(shù)是傳統(tǒng)偽裝技術(shù)的一種應(yīng)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(shè)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(dǎo)彈基地等大型設(shè)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(dǎo)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(shù)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(shù)就是偽裝技術(shù)。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(shè)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(shù)的基本原理就是利用電子的、電磁的、光學(xué)的、熱學(xué)的、聲學(xué)等技術(shù)手段，減小目標與背景在光學(xué)、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(gòu)成假目標。
隱身技術(shù)是傳統(tǒng)偽裝技術(shù)(CamouflageTechnology)的一種應(yīng)用和延伸，是遮蔽與融合技術(shù)的實際應(yīng)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(shù)由傳統(tǒng)的外裝式“遮遮掩掩”“化裝”來掩蓋目標轉(zhuǎn)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(quán)，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(shù)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(shù)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。現(xiàn)代偵察技術(shù)的飛速發(fā)展，使原有的偽裝技術(shù)難以達到隱蔽的目的，隱身技術(shù)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(shù)進行偽裝或遮蔽使偽裝技術(shù)不斷完善。
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2.軍事與科技論文