第二章-飞行器隐身技术

现代飞机设计技术孟令兵航空工程学院第二章飞行器隐身技术关于隐身概念关于雷达探测的几个基本概念关于雷达散射截面的定义和基本概念隐身飞机和隐身技术综述飞机的散射源和散射机理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隐身技术的广义范畴光隐身热隐身声隐身电隐身隐身技术4可见光控制--迷彩伪装降低目标和背景的可见光反差上下表面的迷彩不一致向下看不见向上看不清生物的可见光隐身俯视角度的隐身仰视角度的隐身生物的可见光隐身比目鱼的伪装术可见光隐身飞机的红外特征2019年12月3日星期二隐身技术9红外抑制--吸热冷却装置降低目标和背景的热辐射反差分形技术Ilikethis3—5微米的喷流热辐射抑制8--12微米的分形技术飞机噪声11噪声控制直升机的噪声控制问题低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外形噪声控制看起来漂亮的螺旋桨空泡是潜艇噪声的罪魁祸首之一。泵喷推进器减震浮筏技术减震浮筏技术，就是将主机辅机等噪音较大的机器，安装在一个筏型基座上。这个基座由减震橡胶等制成，与潜艇壳体保持柔性连接。机械振动的噪音，可被基座部分吸收。据称，减震浮筏技术，可使潜艇噪声减低20-30分贝。14雷达截面控制低可探测技术15雷达站2019年12月3日星期二隐身技术16雷达监视屏17预警机2019年12月3日星期二红外诱饵干扰18电子干扰--也是广义上的一种隐身19电子干扰--也是广义上的一种隐身电子干扰弹爆炸后释放出铝片或铂片干扰云，笼罩住舰船,让敌人导弹电波不能找到和锁定目标而脱靶。2019年12月3日星期二隐身技术20隐身飞机的产生和发展是国际政治格局的变化、飞机作战环境的变化(尤其是雷达和电子战技术的爆炸性发展)及隐身技术的进步等多种因素综合的结果。隐身飞机高空突防危机高空低速突防防空导弹的突飞猛进高空突防危机防空导弹的突飞猛进中国打下5架U2高空侦察机低空突防危机低空突防预警机探测超低空目标2019年12月3日星期二隐身技术24SR-71F-117B-2F-22F-35X-36捕食鸟X-45AX-47ADarkstar……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、可负担性等取得折衷四次技术飞越2019年12月3日星期二隐身技术25发展背景：●冷战时期；●美国的国家战略需要一种侦察机对“华约”国家进行战略战役侦察；●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±60°RCS1m2以上SR-71飞机2019年12月3日星期二隐身技术26SR-71飞机隐身飞机的兴起2019年12月3日星期二隐身技术28F117——洛克希德2019年12月3日星期二隐身技术29发展背景：●冷战后期；●美国的国家战略需要一种可以不依靠其它飞机支援就可以遂行作战任务的隐身飞机，以达到对敌方战略战术目标进行突然精确打击的目标；●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。●隐身技术进一步发展，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2019年12月3日星期二隐身技术30B22019年12月3日星期二隐身技术31B2全尺寸模型外场RCS测试2019年12月3日星期二隐身技术32B-2飞机专用恒温机库2019年12月3日星期二隐身技术33F-22飞机——洛克希德马丁2019年12月3日星期二隐身技术34发展背景：●冷战后期，美国成为世界唯一超级大国，对国际事物进行“积极干涉”；●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，以达到对敌方战略战术目标进行突然精确打击的目标和取得空中优势；武器装载性能F-22飞机——洛克希德马丁2019年12月3日星期二隐身技术35发展背景：●与F-22飞机进行“高低搭配”，更加突出“低成本”的概念；●不寻求隐身性能的突破，而是把重点放在减少生产和维护费用；●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2019年12月3日星期二隐身技术36发展背景：●冷战结束，美国一强独大，为了适应其干涉世界事务的需求，并且要满足“非接触、零伤亡”局部战争的需求，需要一种飞行速度更快、更加隐身、制造工艺更加便利、研制和维护成本更低、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，一架体现特殊的设计、研制和生产的验证机必不可少。捕食鸟BirdofPrey—波音公司2019年12月3日星期二隐身技术37X-45—波音公司2019年12月3日星期二隐身技术38发展背景：●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、研制和维护成本更低、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，在第四代飞机基本解决雷达隐身问题之后，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2019年12月3日星期二隐身技术39X-45—波音公司2019年12月3日星期二隐身技术40发展背景：●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提高飞机敏捷性上的优势及其稳定性、操纵性的满足程度；●项目开始于1994年2月。X-36—美国麦道公司2019年12月3日星期二隐身技术41X-47Pegasus“飞马”1:1模型在灰丘RCS测试场2019年12月3日星期二隐身技术42发展背景：●X-47由NorthropGrumman公司和美国国防高级研究计划局（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，翼展为8.34米；●目的在于验证无尾战斗机在提高飞机敏捷性上的优势及其稳定性、操纵性的满足程度，展示NorthropGrumman公司在前沿高科技上的技术水平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基础；●项目开始于2000年7月。X-47Pegasus“飞马”2019年12月3日星期二隐身技术43●翼展69英尺，机长15英尺，机高15英尺，发动机WilliamRollsFj44，最大升限45000英尺，亚音速，造价1000万美元。“Darkstar”无人侦察机——洛克希德马丁及波音公司2019年12月3日星期二隐身技术44●翼展2.4米，机长2.4米，空重60kg，最大飞行距离150Km，亚音速0.5马赫。PETIT隐身验证机——法国2019年12月3日星期二隐身技术45隐身无人机2019年12月3日星期二隐身技术462019年12月3日星期二隐身技术47YRAH-66“科曼奇”验证机隐身型攻击侦察直升机2019年12月3日星期二隐身技术48测试讲到这里在F-22的整个隐身计划过程中，共进行了超过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行的整机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须要有先进的研制手段。10000小时的详细部件RCS测试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微波暗室2019年12月3日星期二隐身技术50F-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行测量-1F-22“猛禽”全尺寸测试模型在紧缩场内场进行测量-22019年12月3日星期二隐身技术51常用雷达波段频段名称频率范围中心频率波长UHF300～1000MHz500MHz60cmL1000～2000MHz1500MHz20cmS2000～4000MHz3000MHz10cmC4000～8000MHz6000MHz5cmX8000～12500MHz10000MHz3cmKu12.5～18GHz15GHz2cmK18～26.5GHz25GHz1.2cmKa26.5～40GHz37.5GHz0.8cm2019年12月3日星期二隐身技术52常用雷达波段统计雷达种类UHFLSCXKuKa合计(%)陆基对空警戒3054.884.8陆基火控制导33.916.130.680.6机载预警33.366.7100机载火控82.114.33.6100旧的无线电波段L波段1~2GHz；S波段2~4GHz；C波段4~8GHz；X波段8~12GHz；Ku波段12~18GHz；K波段18~27GHz；Ka波段27~40GHz；U波段40~60GHz；V波段60~80GHz；W波段80~100GHz。无线电波段55雷达散射截面的定义RCS可定义为：目标在单位立体角内向接收机处散射功率与入射波在目标上的功率密度之比的4π倍。2019年12月3日星期二隐身技术56雷达散射截面的定义4lim42射功率目标处单位面积上的入的入射功率接收天线处单位面积上射功率目标处单位面积上的入散射功率目标处单位立体角内的RRisRisWWRWWR224lim4442019年12月3日星期二隐身技术57雷达散射截面的定义雷达散射截面(RadarCrosssection,缩写RCS)是雷达隐身技术中最关键的概念，它表征了目标在雷达波照射下所产生回波强度的一种物理量。•任一目标的RCS可用一个各向均匀辐射的等效反射器的投影面积（横截面积）来定义，这个等效反射器与被定义的目标在接收方向单位立体角内具有相同的回波功率。2019年12月3日星期二隐身技术59雷达散射截面曲线图影响RCS的因素•目标材料的电性能•目标的几何外形•目标被雷达波照射的方位•入射波的波长•入射场极化形式和接收天线的极化形式2019年12月3日星期二隐身技术61雷达散射截面的量纲(dBsm）m2dBsm100030100201010100.1-100.01-20log10dBsm2019年12月3日星期二隐身技术63雷达散射截面和探测距离LRCS(m2)L(km)101005841560.1320.01182019年12月3日星期二隐身技术65雷达散射截面和目标体积2019年12月3日星期二隐身技术67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）序号名称长度直径横向头向(mm)(mm)RCS(dBsm)RCS(dBsm)1蓝翅蝗虫204-30-402工蜂136-40-453绿头苍蝇93-46-504成年鸭子12磅-12dBsm2019年12月3日星期二隐身技术68Su-27采取隐身措施后，Su-27可提前48秒攻击Su-27采取隐身措施前，F-16可提前14.3秒攻击Su-27F-16Su-27F-16隐身的作用2019年12月3日星期二隐身技术69隐身的作用SAM导弹的包线F-22携带激光制导炸弹(JDAM)的最大攻击距离F-15携带激光制导炸弹(JDAM)的最大攻击距离安全区安全区安全区无法逃生区可躲避区发射和脱离区2019年12月3日星期二隐身技术70与自然目标相比相对小大水鸟的RCS为0.05平方米F-117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相对小少带干扰弹隐身的相对意义2019年12月3日星期二隐身技术71典型金属几何体及电磁