搜索
1316第二十八届（2012）全国直升机年会论文直升机视觉隐身技术的发展缪万波尹乐孙弘原（北京市通州区陆军航空兵学院机械工程系，北京，101123）摘要：在给出视觉隐身概念的基础上，引出了视觉隐身的原理及相关技术措施，介绍了视觉隐身技术的发展历史。结合直升机特点，重点介绍了直升机视觉隐身技术发展现状，展望了直升机视觉隐身技术的发展前景。关键词：直升机；视觉隐身；变色材料1引言军用直升机由于多为低空飞行，在隐身方面类似于陆军地面武器装备，不仅要高度防止雷达、红外、激光探测设备的探测与监视，而且还要防止常规观瞄装置搜索与瞄准。随着F-117和B-2等隐身飞机的出现，雷达和红外隐身技术都得到了快速的发展，视觉特征成为航空器隐身设计中的主要问题，视觉隐身已成为航空器隐身技术的主攻方向之一。如果说雷达隐身针对的是雷达，视觉隐身针对的就是人的眼睛。像F-117和B-2这样的隐身飞机虽然白天能避开雷达的探测，但它们的黑色伪装很容易被地面观察人员发现。1999年3月27日一架F-117隐身飞机在科索沃白天被塞尔维亚部队击落后，美国军方加大了对视觉隐身技术的研究，并把F-117一直使用的适应执行夜间作战任务的黑色涂装改成灰色涂装，以便昼夜都能执行任务。2觉隐身的原理与措施所谓视觉隐身（也称目视隐身或可见光隐身）就是降低兵器本身的目标特征，使对方的可见光相机、电视摄像机等光学探测、跟踪、瞄准设备和系统不易发现目标的视觉信号。采用视觉隐身的目的就是通过减少目标与背景之间的亮度、色度和运动的对比特征，达到对目标视觉信号的控制，以降低可见光探测系统发现目标的概率[1,2]。在可见光范围内，探测系统的探测效果取决于目标与背景之间的亮度、色度、运动这三个视觉信息参数的对比特征，其中目标与背景之间的亮度比是最重要的因素。目标结构体表面的光反射特别是镜面反射光、发动机的尾喷流和烟迹等，与背景亮度对比差较大，容易使目标被探测和发现。如果目标与背景的亮度相当，则它们之间的色度对比就成为目标的重要可视特征。如果目标与背景之间亮度和色度的对比差别较大，就容易在运动时被探测系统发现。为达到视觉隐身效果，常用的技术措施包括：（1）控制目标的亮度和色度；（2）控制目标照明和发光；（3）改进目标外形的光反射特征；（4）控制目标发动机的尾喷流和烟迹信号；（5）控制目标运动部件的闪光信号[1,3,4]。3视觉隐身技术的发展历史视觉隐身技术最早应用于1943年的美国海军“Yehudi”项目中，研究人员挑选了一架“复仇者”鱼雷轰炸机，在飞机机翼前缘、发动机舱边缘等处布置了10个长条形灯，当灯的亮度调节到与天空亮度相匹配时，降低了飞机与天空的对比度，“复仇者”鱼雷轰炸机在空中实现了隐身，这种技术可以在2~12km范围内有效降低飞机的视觉特征。但德国人在潜艇上安装雷达后，这种隐身技术被搁置1317起来，不为人们所关注。在越南战争中，美国空军曾在F-4上采用类似技术将其被米格-21发现的机率降低了30%[5,6]。从20世纪90年代，法国就倾向于加强视觉隐身材料的研究而放慢了雷达隐身的工作。法国国家科学研究中心和Arcueil技术中心根据法国武装装备总局的合同已研究了三大类变色材料，统称为“X-色变”材料，包括光致色变材料、热致色变材料和电致色变材料等三种。这些材料会根据对其提供的信号或与所在环境的相互作用（主要指温度环境）发光或产生不同的电磁波特性；在未激活状态有某种颜色，在接受激活信息后会变化成其他颜色；其一般应用形式为凝胶体或涂料，可用一定方法以薄层形式敷在结构上[7]。美国波音公司制造的“捕食鸟”隐身验证机，其独创的光致色变材料蒙皮涂料以及进气道周围采取了反阴影设计，使之具有较好的视觉隐身效果[8]。该机无论是在空中还是地面，俯视、仰视还是侧视等各种方位角度以及不同光线条件下，都充分呈现了与周围环境背景色自然和谐的融为一体的颜色，使飞行器在一定距离上很难被目视发现[5,9]。近期对传感器及照明技术的开发表明，有可能革新老的视觉隐身观念。飞利浦电子北美公司的一名工程师曾获得一项专利，既把传感器和发光二极管照明灯嵌入隐身航空器的蒙皮内，当航空器在天空运动时，传感器可测定航空器与天空颜色的对比度，然后调节发光二极管辐射的颜色使之与天空的颜色相匹配，导致观察人员在一定距离内只能看见一个具有微弱色彩反差的物体在空气中移动[6,10]。“左手材料”（“负折射率材料”）的出现给隐身技术带来了新的革命。自然界中的天然物质，其介电常数和磁导率一般为正值，电场、磁场和波矢三者构成右手关系，被称为“右手材料”。而人工合成的“左手材料”，其介电常数和磁导率均为负值，电场、磁场和波矢之间构成左手关系。人之所以能看到物体，是因为该物体阻挡了光线，并将其反射至人眼。理论上，“左手材料”能使被物体阻挡的光线弯曲或“绕着走”，从而实现视觉隐身，但该技术目前仍处于实验室研究阶段，尚未开展工程应用[5,11]。4直升机视觉隐身技术及其发展针对直升机特点，降低视觉隐身的可能性有两种途径，即战术途径和设计途径。在战术上，直升机可以利用贴地隐蔽飞行能力和夜间作战能力来减小目视可探测性。在设计上，可通过设计机型形状，减小机体外廓尺寸；涂伪装保护色和光学隐身材料来降低目视可探测性[12]。直升机的尺寸越大，形状越明显，外表颜色越鲜艳，与其所处背景的对比度越强，反差越大，自然就越容易被发现。减小外形尺寸，缩小旋翼直径，采用单座椅或阶梯式纵列双座椅的窄机身设计，使机身细长，采用武器内藏，起落架可收起的设计，都会使迎面面积大大减小，可减少被敌发现的概率[13]。根据人眼的生理特点，闪光源比稳定光源容易被人眼发现。直升机旋翼转动时，每一片桨叶都是一个闪光源，而闪光源的发现概率又与其闪光频率有关。利用布鲁克效应选择特定数量的旋翼，可有效降低视亮度，也有利于对目视隐身[14]。座舱采用平板玻璃，能有效减少阳光的漫射；全机采用暗色的无反光涂料能减小直升机的反光强度，这些也有利于对目视隐身。美国陆军的贝尔AH-1S“眼镜蛇”直升机的座舱由早期的圆拱形透明罩改为由7个平面组成的多面体，改进了直升机外形的光反射特征，结果明显增大了直升机的隐蔽性[1]。以上各种措施，都有利于直升机视觉隐身，但其要么受遂行任务条件限制、要么受直升机机型特点限制、要么受技术本身局限性限制，其对视觉隐身的效果都不够理想。现阶段，向机身蒙皮中加入光学隐身材料是一种重要的发展方向，视觉隐身技术目前已转向开发能在某些自然或人工激励1318作用下让眼睛失去识别能力的光学隐身材料。光学隐身材料主要包括光致色变隐身材料、热致色变隐身材料和电致色变隐身材料。热致色变材料根据温差以及所组成的颜料性质可以很快由一种颜色改变为另一种颜色；光致色变材料对光辐射敏感，能根据环境自动改变其颜色；电致色变材料根据电极的电压迅速的从一种颜色改变成另一种颜色。这些材料会根据对其提供的信号或与所在环境的相互作用（主要指温度环境）发光或产生不同的电磁波特性。这些材料在未激活状态有某种颜色，在接受激活信息后会变化成其他颜色。这些光学隐身材料的一般应用形式为凝胶体或涂料，可用一定方法以薄层形式敷在蒙皮上。物体颜色的产生由物质本身的结构所决定。当自然光照射物体，由于材料微观电子能级跃迁或离子极化使物质易吸收相应波长的光子能量，而反射的光波或激发发射的光波被眼睛所见，即为物体颜色。因此，若利用电、热、光等外部因素促使物质本身结构发生可逆变化，即可达到物体的可控变色效果，光学隐身材料就是基于上述原理。有机可逆热致色变材料的变色效果如图1所示，有机可逆光致色变材料、电致色变材料也可实现类似效果。图1有机可逆热致变色涂料变色效果5结束语由于军用直升机是一种多用途、低空、慢速的战术飞机，与其它战机相比，更易被发现被攻击，所以它的隐身防护更重要、更复杂。并且随着军事技术的发展，可见光成像制导系统发现、跟踪、拦截目标的能力越来越强，再加上肩扛式便携防空武器的扩散，使视觉隐身变得越来越重要，视觉隐身需求更迫切、更急需。从直升机视觉隐身技术总体来看，光学隐身材料克服了单纯迷彩涂料等固有的缺陷，提高了直升机的机动性、作战范围和全天候作战能力，具有巨大的军事应用价值，所以一些军事强国在该方向上投入了大量的人力、物力。据公开资料报道，研究仍处于初级阶段，我国应在该方向上持续加大相关投入，以使我国尽早掌握直升机视觉隐身关键技术。参考文献[1]钟华,李自力.隐身技术[M].北京:国防工业出版社,1999年4月第1版.[2]沈卫东.军事目标隐身技术[M].重庆:中国人民解放军重庆通信学院,2006.[3]金伟,路远,同武勤等.可见光隐身技术的现状与研究动态[J].飞航导弹,2007年第8期,[4]邵万仁,张志学.军用涡轮喷气发动机隐身设计技术初步探讨[C]第一届中国航空学会青年科技论坛.银川:2004:[5]周敏,李航航.国外飞机视觉隐身技术研究进展[J].航空工程进展,2011,2(4)[6]石汶.飞机隐身技术的变革[J].航空科学技术,2010年第3期,[7]陈文.主动视觉隐身材料研究的进展[J].国际航空,2003年第12期,1319[8]比尔•斯威特曼.“捕食鸟”悄悄蒙上你的眼睛[J].科技新时代,2003年3月,[9]张彭.“捕食鸟”隐身设计分析[J].国际航空,2003年第2期,[10]李悦霖.美国探索视觉隐身[J].国际航空,2009年12月,[11]王瑛,汪银辉,王敏芳.负折射率材料及其军事应用[J].光电子技术,2010,30(1)[12]胡军光.美军直升机隐身技术简介[J].航空维修,2001年第4期,[13]王玉山.直升机的隐身技术[J].兵器知识,2011年9A,[14]崔立峰.武装直升机隐身技术浅析[J].现代兵器,1997年12月,TheDevelopmentofHelicopterVisualStealthTechnologyMIAOWan-boYINLeSunHong-yuan(DepartmentofMechanicalEngineering,ArmyAviationInstituteoftheChinesePeople'sLiberationArmy,Beijing101123,China)Abstract:Onthebasisoftheconceptforvisualstealth,theprinciple,implementationandprogresshistoryofvisualstealthtechnologyareintroduced.Accordingtocharacteristicsofhelicopter,thedevelopmentstatusofhelicoptervisualstealthtechnologyishighlighted.Itistakentheprospectforthistechnology.Keywords:Helicopter;VisualStealth;ChromicMaterial