武為
保存自己是戰(zhàn)爭制勝的永恒法則。在時空界限漸趨模糊的現(xiàn)代戰(zhàn)爭中,隱藏自己是有效遂行作戰(zhàn)任務(wù)的基本前提。藏,就是通過將自身信號特征融合于環(huán)境背景中,降低可辨識度,以最大限度地減小被敵方發(fā)現(xiàn)的概率。在電子探測設(shè)備性能越來越好的今天,體型越來越大的水面艦艇暴露的風(fēng)險在急劇上升,“不露臉、弱感受、動靜小”成為了水面艦艇設(shè)計建造的基本標(biāo)準(zhǔn)。
不露臉
如今對水面艦艇的監(jiān)測早已越過了目視的階段,機載對海警戒雷達(dá)數(shù)百千米的探測距離讓水面艦艇無所遁形,如何躲避雷達(dá)的監(jiān)測成為了水面艦艇隱身的首要問題?!安宦赌槨本褪峭ㄟ^優(yōu)化外形設(shè)計、采用新材料新技術(shù),有效縮短對方雷達(dá)對自身的探測距離,或者使對方無法通過雷達(dá)正確識別自己,從而達(dá)成進(jìn)攻的突然性或防御的有效性。
雷達(dá)反射面積我們知道,雷達(dá)探測的原理是通過電磁波在物體表面反射產(chǎn)生的回波成像進(jìn)行判別。那么,如何對成像情況進(jìn)行判別呢?這就涉及到雷達(dá)反射面積(Radar Cross-Section,簡稱RCS)這個概念。
RCS是度量目標(biāo)在雷達(dá)波照射下所產(chǎn)生回波強度的一種物理量,它是目標(biāo)的假想等效面積,度量單位是平方米,一般用符號σ表示。RCS越大,在相同距離上雷達(dá)接收天線截獲的目標(biāo)回波功率就越大,被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的可能性就越大。因此,減小RCS值對水面艦艇在雷達(dá)上隱身具有十分重要的意義。
從影響RCS值的因素上看,大致可以分為內(nèi)外因兩類。一是內(nèi)因,與目標(biāo)的形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)及材料有關(guān),其中最為重要的是目標(biāo)形狀。例如,蜜蜂的體積雖小于麻雀,但其RCS卻比麻雀大16倍。二是外因,與入射電磁波的角度等因素有關(guān)。某一物體的RCS并非一個固定的單值,對于每個視角、不同的雷達(dá)頻率等都對應(yīng)不同的RCS。例如F-16戰(zhàn)斗機在某一波段的RCS值,正前方為4平方米,側(cè)向則大于100平方米。那么,降低水面艦艇的RCS值就要從上述兩個方面入手。
改變水面艦艇外形設(shè)計。這種方法的目的是使艦艇盡可能少的反射電磁波。從雷達(dá)實際接收的目標(biāo)回波來看,影響RCS值散射源的基本類型主要包括鏡面反射、邊緣繞射、尖角繞射、爬行波繞射、行波繞射和非細(xì)長體因電磁突變引起的繞射。對于一般水面艦艇而言,它的散射場包括反射和繞射場,而其中尤以由光滑表面產(chǎn)生的鏡面反射和由目標(biāo)邊緣及過渡處產(chǎn)生的邊緣、尖角繞射起主要作用。那么,要達(dá)到對雷達(dá)隱身的效果,就要采取多種措施,使鏡面反射和邊緣、尖角繞射基本消失。在水面艦艇的隱身設(shè)計上,一般采取改變艦體設(shè)計和上層建筑形狀的方式來降低RCS值,例如對舷側(cè)采用傾斜設(shè)計,避免與水面相互垂直,使照射面進(jìn)行異向反射,以減小回波的反射能量;上層建筑四周及相鄰連接處避免直角,盡量采用圓弧過渡,防止產(chǎn)生尖角繞射,外露面積盡量減小等。目前在隱身上最為激進(jìn)的設(shè)計是美國海軍“朱姆沃爾特”級驅(qū)逐艦。該艦采用艦體內(nèi)傾和一體式上層建筑設(shè)計,在雷達(dá)上顯示的目標(biāo)大小僅相當(dāng)于一艘小漁船,隱蔽性極強。
壓縮電磁波入射角度。這種方法的目的是最大程度減小主要迎戰(zhàn)方向的RCS值。上面提到,同一物體在不同角度的RCS值千差萬別,從設(shè)計難度和成本上講,要全方位降低RCS值是不切實際的,因此,水面艦艇在設(shè)計建造過程中,往往會采用犧牲某些角度(如兩舷側(cè),因為現(xiàn)代艦載武器已能夠?qū)崿F(xiàn)自主全方位打擊,不再需要通過艦艇的機動來改變射擊角度)的RCS值,而在其它角度最大限度地進(jìn)行RCS縮減。這樣既有利于總體設(shè)計,也便于隱身技術(shù)的實施。以此原則設(shè)計的水面艦艇只是在某些主散射方向上存在較大的RCS值,因此使敵難于探測、跟蹤。
采用雷達(dá)吸波材料(涂料)。采用雷達(dá)吸波材料和涂料是減少水面艦艇雷達(dá)反射面積最簡單的措施,但要實現(xiàn)徹底隱身技術(shù)難度較大,經(jīng)濟性較差。目前來看,世界各國都以外形改變?yōu)橹?、材料改變?yōu)檩o的隱身設(shè)計原則,只有在外形隱身難以實施或需要加強隱身效果時,才采用涂覆吸波材料的方法。
雷達(dá)波段雷達(dá)波段指雷達(dá)發(fā)射電磁波的頻率范圍。不同作戰(zhàn)功能的雷達(dá)工作在不同波段,根據(jù)雷達(dá)接收天線截獲功率計算公式,在相同距離和角度的情況下,照射在同一物體的入射波波長關(guān)系到雷達(dá)接收天線截獲功率的大小。因此,不同波段的雷達(dá),對隱身目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)能力也不相同,要實現(xiàn)對雷達(dá)的隱身,必須要搞清楚各個雷達(dá)波段的特點。
雷達(dá)波段由低到高可分為:高頻(HF)、甚高頻(VHF)、特高頻(UHF)、L波段、S波段、C波段、X波段、Ku波段、K波段和Ka波段。頻率越高,波長越短。非相控陣單雷達(dá)條件下,高頻波段定位更準(zhǔn)確,但作用距離短;低頻波段定位相對模糊,但作用距離遠(yuǎn),發(fā)現(xiàn)目標(biāo)距離大。以目前的技術(shù)水平來看,還無法做到某一裝備實現(xiàn)“全頻譜隱身”,一般而言,都是根據(jù)該型裝備需要承擔(dān)的作戰(zhàn)任務(wù)來設(shè)計針對某一波段的雷達(dá)隱身性能。例如,某型戰(zhàn)機需要執(zhí)行縱深突防任務(wù),將面對敵方多種防空系統(tǒng)的聯(lián)合,那么它就要設(shè)計成“寬頻譜隱身”;如果某型戰(zhàn)機要執(zhí)行淺近縱深突防任務(wù)或者面對分散的野戰(zhàn)防空系統(tǒng),那么它只需要針對對方的火控和跟蹤雷達(dá)實現(xiàn)“窄頻譜隱身”即可。與戰(zhàn)機不同,水面艦艇不存在縱深突防的任務(wù)要求,而且艦載武器的遠(yuǎn)程化也使得水面艦艇不必抵近敵方海岸進(jìn)行攻擊,因此,水面艦艇的隱身設(shè)計一般都是針對中距對海警戒雷達(dá)和火控雷達(dá)等中短波雷達(dá),也就是厘米波雷達(dá),其中大多數(shù)工作在S和X波段。
由于水面艦艇一般只對中短波雷達(dá)隱身,因此通過長波(主要是米波)或超短波雷達(dá)(主要是毫米波)對隱身目標(biāo)進(jìn)行跟蹤監(jiān)視就成為了破除隱身的重要手段,同時也是隱身設(shè)計中面臨的新難題。
一方面,電磁波照射在與自身波長相近尺寸的目標(biāo)上會產(chǎn)生諧振效應(yīng),盡管此時沒有直接的鏡面反射,但也會造成強烈的信號特征。例如,目前廣泛采用的陸基對海警戒雷達(dá)多是工作在米波級,當(dāng)這類電磁波射到與自身波長可比擬的目標(biāo)部位上后,會在反射波與爬行波之間產(chǎn)生諧振現(xiàn)象,使目標(biāo)的反射信號增強。而在波長很短(毫米波)的雷達(dá)照射下,則從雷達(dá)視角觀察的水面艦艇的不平滑部位將顯著增多,從而導(dǎo)致RCS值增大。
另一方面,大多數(shù)雷達(dá)吸波材料或涂層都含有“活性成分”,經(jīng)雷達(dá)波照射后其分子結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生電子重新排列,分子振蕩的慣性會吸收一部分入射能量。但是,入射波的波長越長,分子振蕩越慢而吸波效果越不明顯,使得吸收的入射波能量變少,在“此消彼長”下增強反射波強度。
有鑒于此,近年來,一些國家開始重新重視研制早已邊緣化的長波雷達(dá)。目前發(fā)展很快的長波雷達(dá)是超地平線雷達(dá)(OTH),其工作波長達(dá)10~60米(頻率為5~28MHz),處于主流雷達(dá)的工作波段范圍之外。這種雷達(dá)主要靠諧振效應(yīng)探測隱身目標(biāo),而且?guī)缀醪皇墁F(xiàn)有雷達(dá)吸波材料的影響。另外,毫米波雷達(dá)的實用化也開始加速,目前已有可供特定條件下使用的量產(chǎn)裝備。
不過,長波雷達(dá)和超短波雷達(dá)也存在自身的弱點和技術(shù)難題。例如,盡管長波雷達(dá)能較早發(fā)現(xiàn)隱身目標(biāo),但較差的精確性決定了其還無法引導(dǎo)火力進(jìn)行精確打擊,而火控雷達(dá)又無法捕捉到隱身戰(zhàn)艦,這就造成了“看得見打不到”的尷尬局面。對此,俄羅斯軍工專家正在思考努力提高其VHF波段雷達(dá)的探測精度,使其能引導(dǎo)防空導(dǎo)彈和戰(zhàn)斗機飛到距離隱身戰(zhàn)艦足夠近的距離上,以便導(dǎo)彈或飛機上裝載的X/Ku波段雷達(dá)能直接捕捉隱身戰(zhàn)艦。而對于毫米波雷達(dá)來說,其較高的頻率決定了傳播損耗過大,探測距離受到嚴(yán)重限制,而且極易受到外界信號干擾。美國空軍曾在1990年有關(guān)反隱身對抗的總結(jié)報告中稱,甚高頻(VHF)雷達(dá)(頻率160~180MHz、波長1.65~1.90米)在探測低飛目標(biāo)或?qū)Ω度斯じ蓴_時存在嚴(yán)重問題;OTH雷達(dá)提供的跟蹤和定位數(shù)據(jù)不夠精確;毫米波雷達(dá)(頻率約為94GHz)的探測概率不高。
弱感受
自上世紀(jì)七十年代紅外探測器的工作頻段擴展到中遠(yuǎn)紅外區(qū)以來,紅外探測技術(shù)日趨成熟,已成為僅次于雷達(dá)的中遠(yuǎn)程探測、制導(dǎo)手段。由于海上背景環(huán)境相對較冷且一致性好,動力設(shè)施、電子設(shè)備等熱源不斷增強增多的水面艦艇變得格外“刺眼”。在現(xiàn)代海戰(zhàn)中,各種水面艦艇的熱輻射很容易被對方的紅外探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn),也容易遭到紅外尋的導(dǎo)彈的攻擊,在紅外波段的世界里隱藏身形成為了一個持之以恒的設(shè)計要素。以當(dāng)前水面艦艇的總體狀態(tài)來看,有兩個易暴露的熱源:一是面積小,但溫度高的部分,紅外特征非常明顯,主要集中在3~ 5μm中紅外波段;二是溫度不高,但面積較大,在環(huán)境背景中體現(xiàn)得較為明顯的部分,主要集中在8~14μm遠(yuǎn)紅外波段。要實現(xiàn)紅外隱身,必須首先解決這兩個方面的紅外輻射問題。
高溫孔口高溫孔口指散發(fā)高熱量的孔壁和排氣口,水面艦艇的高溫孔口包括煙囪出口、排氣煙羽等。對于水面艦艇來說,主機、電站輔機的排出廢氣溫度一般為350~650℃,處于3~ 5μm中紅外波段。這一波段的紅外輻射特征主要是與背景的強烈輻射亮度差,這種亮度差體現(xiàn)在紅外輻射熱像圖中就是許多亮度極高的點。由于自身溫度極高,因此這種輻射特征幾乎不受陽光、環(huán)境溫度和氣候條件的影響,是點紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈捕捉和攻擊的極佳目標(biāo)。而針對這一波段的隱身任務(wù),就是要想辦法消除這些“亮點”。因為紅外探測器對目標(biāo)的探測距離與目標(biāo)紅外輻射強度的平方根值成正比。而根據(jù)玻爾茲曼定律,目標(biāo)的熱輻射強度又與溫度的四次方成正比,如果目標(biāo)的溫度降低,則探測器的作用距離將下降68%,效果明顯。
盡管高溫孔口的可見金屬面積只占全艦總面積的1%~2%左右,但由于其溫度高、所處位置高,因此是水面艦艇最強的紅外輻射源。研究表明,在3~ 5μm中紅外波段,排煙管和煙羽的輻射強度占總輻射源的99%以上,成為艦艇3~5μm中紅外波段的最主要目標(biāo)源。因此,紅外隱身技術(shù)研究大都是從高溫孔口開始。
對于采用舷側(cè)排氣的中小型艦艇來說,由于空間狹小和動力機械設(shè)備布置過于緊湊,主要采用在排煙管內(nèi)進(jìn)行噴水降溫的紅外抑制措施。從目前的技術(shù)水平來看,中小型艦艇上采用的噴水降溫技術(shù)可以將主機產(chǎn)生的500℃左右的高溫廢氣降低到約60℃左右,盡管比周圍環(huán)境溫度仍然要高,但由于面積小,已經(jīng)能夠較好的融入背景中,從而實現(xiàn)紅外波段的“點隱身”。
對于采用煙囪排氣方式的大型艦艇來說,管內(nèi)噴水的降溫方式就不太可取,因為這樣極易造成煙囪后部的雷達(dá)、通信等天線設(shè)備出現(xiàn)腐蝕。例如,美國海軍雖然在大型艦艇上進(jìn)行了噴水降溫試驗并取得了良好的紅外抑制效果,但終因腐蝕問題難以解決而最終放棄。因此,大型艦艇普遍主要采用在排煙管末端加裝紅外抑制器的方式。從技術(shù)發(fā)展歷程來看,這一方式經(jīng)歷了三代:第一代是采用單噴管引射冷空氣的方式進(jìn)行主機紅外抑制,降溫幅度在50%左右,雖然效果一般,但成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單,目前仍有國家在使用。第二代是在前一代基礎(chǔ)上增加了噴管數(shù)量,提高了引射效率,降溫幅度在80%左右。這種方式對主機功率會產(chǎn)生一定影響,并且由于尺寸過大,會降低艦體對雷達(dá)的隱身效果。第三代對第二代進(jìn)行了小型化改進(jìn),不僅能夠與艦身融為一體,而且解決了阻礙主機功率的弊端,典型代表是加拿大海軍使用的“得勒斯球”紅外抑制裝置。
艦體表面發(fā)射率除3~5μm波段的高溫點紅外輻射外,水面艦艇還有一類較為明顯的紅外輻射是面紅外輻射。由于艦體表面大面積部位的溫度高于環(huán)境溫度,從而會產(chǎn)生明顯的紅外輻射特征,這類紅外輻射處于8~14μm波段。與3~5μm波段輻射源于自身發(fā)熱不同,8~14μm波段的紅外輻射源于艦艇表面對外部環(huán)境輻射的吸收和反射,比如太陽、天空、海面、大氣等。由于高溫孔口的紅外輻射在降溫后會轉(zhuǎn)換為8~14μm波段的紅外輻射(兩者之間轉(zhuǎn)換的臨界溫度大約在160℃),因此后者所產(chǎn)生的紅外輻射在艦體總紅外輻射強度中占有相當(dāng)?shù)谋壤?,是水面艦艇的主要輻射源?/p>
從熱成像圖上看,8~14μm與3~5μm波段的紅外輻射呈現(xiàn)完全不同的特征,后者只是一些亮點,而前者由于面積大,其熱圖像基本能夠清晰顯示出包括艦體、甲板和上層建筑等體現(xiàn)艦艇輪廓的部位,危害極大,因為在這種情況下敵方甚至可以有選擇性的攻擊艦艇的要害部位?,F(xiàn)在反艦導(dǎo)彈的紅外成像導(dǎo)引頭多工作在8~14μm波段,研究抑制在這一波段的紅外輻射具有十分重要的現(xiàn)實意義。那么,如何有效實現(xiàn)如此大面積的紅外隱身,首先需要搞清楚發(fā)射率的概念。
發(fā)射率指物體的輻射能力與相同溫度下黑體的輻射能力之比(熱輻射投射到物體上會產(chǎn)生吸收、反射和透射現(xiàn)象,能全部吸收輻射能的物體稱為“黑體”)。水面艦艇輻射紅外能量不僅取決于表面溫度,還決定于自身的表面發(fā)射率。溫度相同的物體,由于表面發(fā)射率不同,在紅外探測器上會顯示出不同的紅外圖像。物體的發(fā)射率與其表面狀態(tài)(包括物體表面溫度、表面粗糙度以及表面氧化層、表面雜質(zhì)或涂層的存在)有關(guān)。因此,目前解決8~14μm波段紅外隱身問題的方法主要采用兩種方式:一是降低表面溫度;二是采用紅外隱身材料(或涂料)。
降低表面溫度主要通過對全艦噴淋海水實現(xiàn),從而實現(xiàn)對艦艇熱成像圖形的人為破壞,使敵方無法找到準(zhǔn)確的攻擊目標(biāo),目前的技術(shù)水平能夠?qū)崿F(xiàn)在10分鐘左右就將艦體表面溫度降到與周圍環(huán)境溫度相仿的狀態(tài)。而采用紅外隱身材料(或涂料)是“治本”的方法。但由于海戰(zhàn)環(huán)境下對材料(或涂料)的要求較高,例如不僅要求較低的發(fā)射率和控溫能力,而且還要具有較低的太陽能吸收能力,并能夠與雷達(dá)隱身的要求兼容,因此雖然許多國家在此領(lǐng)域已經(jīng)研究了數(shù)十年,但一直進(jìn)展不大,有些能夠?qū)崿F(xiàn)很好的紅外隱身,但在白天的環(huán)境中反而會更加凸顯艦艇的特征。
動靜小
如果說雷達(dá)隱身和紅外隱身都是為了應(yīng)對水面以上的“魔眼”,那么,聲磁隱身則是為了應(yīng)對水面以下的暗箭。事實上,潛艇和魚水雷已經(jīng)成為水面艦艇的最大威脅來源。其中,以捕捉噪聲為代表的聲吶和以捕捉磁場為代表的磁感應(yīng)器最為突出。因為聲磁場是任何水面艦艇都不可能徹底消除的物理特性,因此,如何最大程度的降低噪聲和磁場就成為了聲隱身的核心目標(biāo)。
噪聲臨界頻率水面艦艇的輻射噪聲源主要有三類:一是機械噪聲,由發(fā)動機、減速器和各類設(shè)備振動產(chǎn)生;二是螺旋槳噪聲,由螺旋槳葉片轉(zhuǎn)動和空化現(xiàn)象產(chǎn)生;三是水動力噪聲,由水流輻射以及空腔和附件共振產(chǎn)生。其中,前兩者貢獻(xiàn)了約90%以上的輻射噪聲,是水面艦艇被聲吶發(fā)現(xiàn)的“罪魁禍?zhǔn)住?。實驗證明,當(dāng)水面艦艇輻射噪聲降低6dB(分貝)時,可使對方被動聲吶作用距離減少50%;當(dāng)水面艦艇聲反射強度降低10dB時,可使對方主動聲吶作用距離減少70%,同時可將本艦聲吶作用距離提升100%。因此,降低噪聲可大幅提升艦艇的隱身能力。
不過,水面艦艇的輻射噪聲源頭多變、頻譜復(fù)雜,有效控制各類噪聲的難度比較大,需要搞清楚噪聲譜型和頻率,然后有針對性的采取降噪措施。水面艦艇的輻射噪聲譜型分為線譜和連續(xù)譜兩類,前者是由頻率離散的成分組成的譜,主要是機械噪聲;后者指由頻率在一定范圍內(nèi)是連續(xù)成分組成的譜。一般來說,水面艦艇的總輻射噪聲是由強線譜和弱連續(xù)譜疊加而成,但與航行狀態(tài)和設(shè)備工作狀態(tài)密切相關(guān),處于時刻變化之中。而這種變化主要表現(xiàn)為譜峰向不同頻段位移。通常水面艦艇的噪聲頻率為1~100Hz聲譜的主要成分是機械噪聲的線譜,位于100~1 000Hz頻率聲譜的主要成分則是螺旋槳空化的連續(xù)譜。對于水面艦艇來說,這種變化取決于航速,高航速時,主要為低頻線譜;低航速時,則為高頻連續(xù)譜。
艦體表面發(fā)射率除3~5μm波段的高溫點紅外輻射外,水面艦艇還有一類較為明顯的紅外輻射是面紅外輻射。由于艦體表面大面積部位的溫度高于環(huán)境溫度,從而會產(chǎn)生明顯的紅外輻射特征,這類紅外輻射處于8~14μm波段。與3~5μm波段輻射源于自身發(fā)熱不同,8~14μm波段的紅外輻射源于艦艇表面對外部環(huán)境輻射的吸收和反射,比如太陽、天空、海面、大氣等。由于高溫孔口的紅外輻射在降溫后會轉(zhuǎn)換為8~14μm波段的紅外輻射(兩者之間轉(zhuǎn)換的臨界溫度大約在160℃),因此后者所產(chǎn)生的紅外輻射在艦體總紅外輻射強度中占有相當(dāng)?shù)谋壤?,是水面艦艇的主要輻射源?/p>
從熱成像圖上看,8~14μm與3~5μm波段的紅外輻射呈現(xiàn)完全不同的特征,后者只是一些亮點,而前者由于面積大,其熱圖像基本能夠清晰顯示出包括艦體、甲板和上層建筑等體現(xiàn)艦艇輪廓的部位,危害極大,因為在這種情況下敵方甚至可以有選擇性的攻擊艦艇的要害部位?,F(xiàn)在反艦導(dǎo)彈的紅外成像導(dǎo)引頭多工作在8~14μm波段,研究抑制在這一波段的紅外輻射具有十分重要的現(xiàn)實意義。那么,如何有效實現(xiàn)如此大面積的紅外隱身,首先需要搞清楚發(fā)射率的概念。
發(fā)射率指物體的輻射能力與相同溫度下黑體的輻射能力之比(熱輻射投射到物體上會產(chǎn)生吸收、反射和透射現(xiàn)象,能全部吸收輻射能的物體稱為“黑體”)。水面艦艇輻射紅外能量不僅取決于表面溫度,還決定于自身的表面發(fā)射率。溫度相同的物體,由于表面發(fā)射率不同,在紅外探測器上會顯示出不同的紅外圖像。物體的發(fā)射率與其表面狀態(tài)(包括物體表面溫度、表面粗糙度以及表面氧化層、表面雜質(zhì)或涂層的存在)有關(guān)。因此,目前解決8~14μm波段紅外隱身問題的方法主要采用兩種方式:一是降低表面溫度;二是采用紅外隱身材料(或涂料)。
降低表面溫度主要通過對全艦噴淋海水實現(xiàn),從而實現(xiàn)對艦艇熱成像圖形的人為破壞,使敵方無法找到準(zhǔn)確的攻擊目標(biāo),目前的技術(shù)水平能夠?qū)崿F(xiàn)在10分鐘左右就將艦體表面溫度降到與周圍環(huán)境溫度相仿的狀態(tài)。而采用紅外隱身材料(或涂料)是“治本”的方法。但由于海戰(zhàn)環(huán)境下對材料(或涂料)的要求較高,例如不僅要求較低的發(fā)射率和控溫能力,而且還要具有較低的太陽能吸收能力,并能夠與雷達(dá)隱身的要求兼容,因此雖然許多國家在此領(lǐng)域已經(jīng)研究了數(shù)十年,但一直進(jìn)展不大,有些能夠?qū)崿F(xiàn)很好的紅外隱身,但在白天的環(huán)境中反而會更加凸顯艦艇的特征。
動靜小
如果說雷達(dá)隱身和紅外隱身都是為了應(yīng)對水面以上的“魔眼”,那么,聲磁隱身則是為了應(yīng)對水面以下的暗箭。事實上,潛艇和魚水雷已經(jīng)成為水面艦艇的最大威脅來源。其中,以捕捉噪聲為代表的聲吶和以捕捉磁場為代表的磁感應(yīng)器最為突出。因為聲磁場是任何水面艦艇都不可能徹底消除的物理特性,因此,如何最大程度的降低噪聲和磁場就成為了聲隱身的核心目標(biāo)。
噪聲臨界頻率水面艦艇的輻射噪聲源主要有三類:一是機械噪聲,由發(fā)動機、減速器和各類設(shè)備振動產(chǎn)生;二是螺旋槳噪聲,由螺旋槳葉片轉(zhuǎn)動和空化現(xiàn)象產(chǎn)生;三是水動力噪聲,由水流輻射以及空腔和附件共振產(chǎn)生。其中,前兩者貢獻(xiàn)了約90%以上的輻射噪聲,是水面艦艇被聲吶發(fā)現(xiàn)的“罪魁禍?zhǔn)住?。實驗證明,當(dāng)水面艦艇輻射噪聲降低6dB(分貝)時,可使對方被動聲吶作用距離減少50%;當(dāng)水面艦艇聲反射強度降低10dB時,可使對方主動聲吶作用距離減少70%,同時可將本艦聲吶作用距離提升100%。因此,降低噪聲可大幅提升艦艇的隱身能力。
不過,水面艦艇的輻射噪聲源頭多變、頻譜復(fù)雜,有效控制各類噪聲的難度比較大,需要搞清楚噪聲譜型和頻率,然后有針對性的采取降噪措施。水面艦艇的輻射噪聲譜型分為線譜和連續(xù)譜兩類,前者是由頻率離散的成分組成的譜,主要是機械噪聲;后者指由頻率在一定范圍內(nèi)是連續(xù)成分組成的譜。一般來說,水面艦艇的總輻射噪聲是由強線譜和弱連續(xù)譜疊加而成,但與航行狀態(tài)和設(shè)備工作狀態(tài)密切相關(guān),處于時刻變化之中。而這種變化主要表現(xiàn)為譜峰向不同頻段位移。通常水面艦艇的噪聲頻率為1~100Hz聲譜的主要成分是機械噪聲的線譜,位于100~1 000Hz頻率聲譜的主要成分則是螺旋槳空化的連續(xù)譜。對于水面艦艇來說,這種變化取決于航速,高航速時,主要為低頻線譜;低航速時,則為高頻連續(xù)譜。