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原创 隐形战机是如何实现隐身的?

作为目前全球最先进的战机,第五代战斗机最明显的特点之一就是具备优秀的隐形能力。那么,隐形战斗机是如何实现隐身的呢?其实隐形战机并不是真的看不见或者是物理上的绝对隐身,而是通过运用多种隐形技术,降低了飞行时的信号和可探测性,不容易被雷达发现、识别和跟踪,从而达到隐身的效果。今天就为大家介绍一下战斗机隐形技术的发展过程。

隐形战机主要从三个方面做到了隐身,第一个是外形设计上,第二个是机身材料方面,第三个是特殊部位的隐身处理技术。下面就浅析一下隐形战机在这三个技术方面的发展过程。

隐形战机外形设计的发展过程

从外观上看,早期的隐形战机很明显的区别于当时的普通战机。最初在设计隐形战机时,在外形方面往往考虑采用多面体或者弯曲机身设计,这样可以减少战机的雷达散射截面,使雷达发出的电磁波不能有效捕捉到目标。直到后来随着隐身材料技术的不断发展,隐形战机的外形才慢慢的有所改变。

以全球第一款隐形战斗机F-117为例,它的外形十分独特,采用了大量的多面体设计,机身结构呈锯齿状。F-117的机翼使用了高展弦比设计,机身的下表面与上表面由许多块小平面组成三角面锥体,这样可以折射雷达波。它的尾翼也很特别,像一条金鱼的尾巴,后掠角很高。考虑到雷达波总是在战机水平面上下30度的范围内工作,因此F-117在设计机身多面体时,将平面与垂直面的夹角大于30度,这样就避开了雷达波的扫描范围,大大降低了雷达散射截面。

到了F-22隐形战机时,它的外形设计就没有那么突兀了。F-22战斗机采用高梯形机翼搭配一体化尾翼的布局,外形是很明显的曲面设计。这款战机的主翼和水平安定面,采用了相同的后掠角和后缘前掠角,平面呈小展弦比梯形。F-22的尾翼同样采用垂直梯形设计,并朝外倾斜。通过和F-117的外形设计进行比较,可以发现F-22摈弃了棱角分明的外形,而是采用了曲面流线型机身,可以减少空气阻力和摩擦力,拥有更优秀的气动性。

美国第二款五代机F-35战机,进一步完善了外形设计。F-35的气动布局和F-22类似,仍然是翼身一体融合设计,采用了梯形中单翼和常规水平尾翼,外倾双垂尾。F-35的机翼和尾翼的前缘后掠角为35度,后缘前掠角为15度,垂尾外倾角为25度,每一个设计都经过了计算机的反复论证,非常精确。由于F-35只搭载一台发动机,因此它的脊背和F-22不一样。F-35的进气道口也进行了优化设计,采用非常规设计,无活动部件,提高了大迎角性能。

隐形战机吸波材料的发展历程

除了从外形设计上减少雷达散射截面,隐形战机躲避雷达的另一个技术就是机身涂层使用特殊的吸波材料。这种材料最初应用在潜艇上,后来才逐渐应用到了侦察机和战斗机上。它的工作原理是,机身涂层材料可以吸收雷达发出的电磁波,从而使雷达无法接收到回波信号,也就发现不了隐形战机。

隐形战机所使用的吸波材料种类较多,主要可分为两种,一种是共振雷达吸波材料,另一种是非共振磁性雷达吸波材料。先来看共振雷达吸波材料。这种材料工作的雷达波频率范围十分有限,但是一旦有效的话,效率非常高。如果使用共振雷达吸波材料的涂层厚度与雷达波的波长一致的话,那么它就可以吸收几乎所有的特定频率的信号。

非共振磁性雷达吸波材料以磁性材料为基础,是专门为吸收某一频率的雷达波而设计的。另外还有一种宽频带型吸波材料,它是由非金属材料制造而成,可以在一个相当宽的频率范围内工作。这些吸波材料往往制作成颗粒状,使用在隐形战机上时,通常是柱状蜂窝吸波结构。

F-117的机身大部分是由铝合金打造,几乎全部使用了吸波材料。据报道F-117的雷达吸波材料至少有六种,它们各有用途,可以吸收或者减弱不同频率的雷达波。在研制F-117时,对吸波材料的研究仍不充分,对涂层的厚度仍把握不好,因此需要在上面再覆盖一层泥状或漆类材料,从而使机身变得光滑平整。到了F-22和F-35时,相关的技术就已经研究的较为透彻了。

隐形战机特殊部位的隐身处理

由于战斗机的构造十分复杂,因此存在一些很难隐身的地方,隐形战机对这些特殊部位也要进行隐身处理。这些部位主要是雷达天线罩、飞行员座舱、发动机的进气道和尾喷口。隐形战机在发展过程中,也在不断对这些地方进行隐形效果的改进。

1、雷达天线罩

这个部位是战斗机雷达工作的地方,因此一旦雷达开机的话,就会持续的发出雷达波和信号。隐形战机在设计雷达罩时,会使用一种具有频率选择功能的人工电磁结构,它使用了带内吸收/带外依外形散射的综合技术。使用这种材料和技术后,隐形战机的雷达天线罩可以传递自身的雷达波信号,同时能阻挡其他雷达的探测信号。

早期的F-117隐形战机为了保持隐身效果,甚至没有安装火控雷达。F-117主要靠位于风挡玻璃下面的双视场前视红外传感器进行探测和火控瞄准,这个传感器也使用了一些特殊设计和吸波材料,具备简单的电磁屏蔽作用。到了F-22战机时,就已经开始应用具有频率选择功能的雷达天线罩。

2、飞行员座舱

飞行员座舱也是隐形战机一个特别需要关注的地方,因为它不能使用机身上的吸波材料涂层。F-117在设计飞行员座舱时,采用整体式布局,由5块有机玻璃组成,每块玻璃上面都有金属镀膜,可以吸收和截断雷达波,从而实现座舱的隐身效果。F-22和F-35均借鉴并改进了这一设计,座舱顶盖使用特殊材料制造,还开始采用一体化玻璃座舱。

3、发动机的进气道和尾喷口

这两个部位也是很难进行隐身处理的地方。F-117的进气道口为菱形,同时覆盖有吸波格栅,这种格栅由玻璃纤维制造,可避免雷达波进入进气道同时也不会折射到其他地方形成强反射,另外F-117进气道的内壁也涂有吸波材料。在尾喷口的处理上,F-117采用平行尾喷口设计,用12块隔板进行分割,可以阻挡后方雷达波进入。

F-22隐形战机采用S形进气道,无论是进气道口还是内表,均使用了吸波材料涂层,在一些间隙上还应用了磁性吸波材料。F-35继续完善发动机进气道和尾喷口隐形效果,仍然采用S形进气道,全部涂有雷达吸波材料。F-35还首次使用了处理缝隙的“画框”技术和激光测量技术,装配精度更高,隐形效果更好。

目前,隐形战斗机仍是未来战机发展的一个主要方向,同时也在朝着无人驾驶隐形战机发展。但是反隐身技术和反隐形战机雷达也在不断出现,隐形战机的隐身效果也开始受到挑战。

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