飞行器隐身设计基础

飞行器隐身设计基础余雄庆杨景佐南京航空学院一九九二年十二月I前言对于未来军用飞行器的性能要求往往是多方面的，军用飞行器不仅应具有良好的飞行性能，而且在战争环境中应具有良好的生存力。由于军事上的需要和现代科学技术的发展，针对飞行器的探测技术日益完善，对飞行器在战争中的生存力构成了严重威胁，隐身性能已成为军用飞行器生存力的一个重要指标，并且是衡量未来军用飞行器先进性的一个重要判据。在以往的飞行器设计教学中，飞行器设计专业的学生主要学习如何从空气动力和结构的角度来设计飞行器，学习了诸如《飞行器空气动力设计基础》、《飞机结构设计》等课程，而如何从隐身的观点来设计飞行器，在以往的飞行器设计教学中并未加以重视。本讲义试图弥补这一缺陷，试图用飞行器设计专业的学生能理解和接受的方式，介绍有关飞行器隐身设计的基础知识。本讲义是在原讲义《飞行器隐身技术导论》基础上改修而成，原讲义曾在设计专业的研究生和高年级本科生选修课中使用，根据教学的效果和反馈的信息，对原讲义作了修改和补充，并将讲义改名为《飞行器隐身设计基础》，于是便有了这样一本讲义。本书是飞行器隐身设计课程的一本入门教材，目的是向有关飞行器设计专业的人员，介绍飞行器隐身设计的基础知识。首先要明确，这里所说的飞行器，仅指战术导弹、巡航导弹、飞机和直升机等在大气层中航行的飞行器，不包括宇航飞行器和战略导弹，因为战略导弹和运载火箭，其外形和发动机均需严格地根据其轨道参数的飞行性能来设计，在隐身技术方面没有多少文章可做。尤其是因为弹道导弹和大型的火箭运载器，发射装置和弹体的几何尺寸十分庞大，火箭发动机的尾喷焰的温度极高，红外辐射十分可观（有资料估计相当于2000Ko的黑体辐射），在先进的现代的预警系统面前，想隐身谈何容易，可以说，不论做多大的努力，花多大的代价，都将是无济于事的。因此，我们在书里不予考虑。隐身技术（StealthTechnique）是一门新兴的正在不断发展的综合性的，跨学科的应用科学技术。飞行器隐身技术涉及飞行器设计、电磁场理论、声学、光学、红外工程学以及航空材料等多种学科。在研究方法上，不仅要对飞行器隐身的机理，进行深入的理论研究和实验研究，而且需要与飞行器设计的实践II密切相结合，才能取得满意的结果。由于涉及的学科较多，故在本讲义中所采用的有关符号和专业术语并不完全一致，而是遵从各不同学科的不同习惯用法。因此，同一个符号可能在不同的章节中并不代表相同含意。这一点务请读者注意。另一点需要说明的是，飞行器隐身技术和隐身飞行器的设计涉及军事机密，许多关键地方都是保密的，世界各国都不公开发表。本讲义的内容主要是讲解关于这门技术的一般的基础知识，所引用的一些具体数据均系引自公开出版的书刊和一些公开发表的技术报告等文献资料，其中关于各种隐身飞行器的数据，多为推测值而并不准确可靠。所引用的书刊和技术报告均在本讲义的参考文献中列出，需进一步研究隐身技术的读者，可阅读这些参考文献。全书共分六章：第一章是绪论，简要介绍了飞行器隐身技术和隐身设计的含意，以及隐身飞行器的发展概况；第二章介绍了有关雷达的基本知识；第三章是关于目标的雷达散射截面概念、计算和测试；第四章介绍了减缩雷达散射截面的技术，即微波雷达隐身技术；第五章是关于红外隐身技术，第六章介绍了隐身飞行器的设计特点。由于隐身技术涉及的学科领域众多，并且还在不断向前发展，谒诚希望各领域专家的建议和指正。III目录第一章绪论.................................................................................................................................1§1-1何谓飞行器隐身技术与隐身设计..............................................................................1§1-2飞行器隐身技术的主要内容......................................................................................1§1-3隐身技术在飞行器中应用的发展概况......................................................................4第二章雷达基础知识.................................................................................................................7§2-1引言.....................................................................................................................7§2-2雷达的基本工作原理.................................................................................................7§2-3雷达系统的基本单元................................................................................................11§2-4雷达波段...................................................................................................................12§2-5雷达的分类...............................................................................................................15§2-6雷达检测...................................................................................................................16第三章雷达散射截面...............................................................................................................20§3-1电磁场与电磁波的基本概念....................................................................................20§3-2雷达散射截面概念...................................................................................................29§3-3雷达距离方程...........................................................................................................34§3-4目标RCS精确解法...................................................................................................36§3-5电磁散射源的基本类型...........................................................................................38§3-6高频区目标RCS近似计算方法................................................................................41§3-7典型简单形体的RCS................................................................................................51§3-8飞行器之类目标的电磁散射机理............................................................................59§3-9复杂目标RCS的综合..............................................................................................61§3-10典型飞行器RCS的估算.........................................................................................64§3-11计算复杂目标RCS的板元边缘法........................................................................73§3-12关于非金属目标RCS的计算................................................................................83§3-13关于目标RCS的测量.............................................................................................89第四章微波雷达隐身技术.......................................................................................................94§4-1外形隐身技术...........................................................................................................94§4-2雷达吸波材料..........................................................................................................110§4-3阻抗加载技术..........................................................................................................119§4-4雷达散射截面减缩的数学规划...............................................................................119§4-5RCS减缩与电子对抗的关系.................................................................................122第五章红外隐身技术.............................................................................................................125§5-1红外辐射的基础知