單震華

摘 要：本文通過對隱身戰(zhàn)斗機(jī)的隱身機(jī)理（包括雷達(dá)隱身和紅外隱身）進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上對隱身目標(biāo)進(jìn)行三維建模以及電磁散射特性仿真分析，獲取典型隱身目標(biāo)的全向RCS特性，為武器系統(tǒng)的設(shè)計提供支撐。

關(guān)鍵詞：典型目標(biāo) 隱身特性 仿真評估

1引言

F-22和F-35是目前全球進(jìn)入服役的第四代、多功能超聲速隱身戰(zhàn)斗機(jī)，代表了當(dāng)今世界戰(zhàn)斗機(jī)的最高水平，具備隱身、超聲速巡航、非常規(guī)機(jī)動等諸多全新技術(shù)性能特征，尤其是其隱身特性相比三代機(jī)來說，有較大飛躍，對我國造成巨大的威脅，因此，開展對F-22和F-35的電磁散射特性研究，對我國防空武器的設(shè)計和研制尤其重要。

2隱身機(jī)理分析

2.1雷達(dá)隱身

2.1.1隱身外形設(shè)計

雷達(dá)的工作原理是當(dāng)電磁波照射到目標(biāo)上時會發(fā)生反射和散射，而雷達(dá)主要靠散射形成的回波來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，隱身技術(shù)就是降低飛機(jī)對電磁波的散射程度。

不同波長的電磁波照射到飛機(jī)上的RCS差異很大，目前的防空雷達(dá)主要為分米波和厘米波，波長遠(yuǎn)小于目標(biāo)尺寸，回波是各個部分散射的矢量疊加，因此局部的點、線、面的散射源就成了研究重點。

飛機(jī)的外形設(shè)計會很大程度的影響飛機(jī)的RCS，因此進(jìn)行外形優(yōu)化設(shè)計是最好的隱身手段，而在隱身飛機(jī)設(shè)計時會注意到以下幾點。

（1）減小單一連續(xù)的平面面積，以降低鏡面散射效應(yīng)，降低雷達(dá)散射信號。

（2）飛機(jī)表面應(yīng)盡量平滑過渡，不要有任何缺口、突出物等任何劇烈變化、不平滑的地方，避免表面完整和有缺口的物體形成較大RCS差別。

（3）把強散射源變成弱散射源，對于一個球體，把它拍扁，再把邊緣銷尖，從一個較強的散射源變成了邊緣繞射或尖頂散射。圓柱體和紡錘體機(jī)身將邊緣做的尖尖的，形成尖劈角以減小RCS。飛機(jī)的進(jìn)氣道、座艙和尾噴口在噴口做鋸齒處理，把強信號特征的邊緣繞射變?yōu)檩^弱的尖頂繞射，以減小RCS。

（4）對強散射源進(jìn)行遮擋，對發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口進(jìn)行遮擋、采用S型進(jìn)氣道，使地面的防空雷達(dá)無法直接照射到發(fā)動機(jī)口，而在進(jìn)氣口有金屬格柵，遮擋電磁波。

（5）控制散射方向，采用大后掠角機(jī)翼，把回波呈大角度散射開，以減小RCS，并避免互成90°的平面以降低角反射效應(yīng)。

對于垂直角反射區(qū)域，將90°垂尾和尾翼改成V型垂尾，避免形成角反射器。

此外，還可集中將回波能量控制在很窄的方位內(nèi)，可將飛機(jī)的機(jī)翼、尾翼等棱線設(shè)計為平行的，將散射面集中在同一個方向上，因此就算被雷達(dá)照射到了，也會一晃而過，RCS會瞬間急劇減小，雷達(dá)不能準(zhǔn)確捕獲到。

2.1.2吸波材料

由于飛機(jī)的隱身特殊布局會受到空氣動力學(xué)的限制，其作用有限。其次RCS不僅和目標(biāo)本身外形有關(guān)，也和物體的電磁特性有關(guān)，因此要采用吸波材料，能夠損耗掉入射的電磁波。

吸波材料又分為兩種，一種是涂覆上去的，另一種是結(jié)構(gòu)型材料（如復(fù)合材料），F(xiàn)-117和B-2用的都是吸波涂料，所以每隔一段時間就要重新涂一遍，而且飛機(jī)還要付出額外的重量代價。

而對于復(fù)合材料，由于它本身具有一定的透波性和吸波性，而且復(fù)合材料的強度比金屬涂料的好，抗疲勞度高等優(yōu)點，現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)在設(shè)計時會考慮大量采用復(fù)合材料，如F-35戰(zhàn)斗機(jī)的尾翼、機(jī)翼后襟及機(jī)身下方等很多地方都大量采用了復(fù)合材料。

2.2紅外隱身

紅外線也是一種電磁波，物體會向外發(fā)出紅外輻射，是一種高頻電磁波，高于任何一種雷達(dá)的頻率，所以幾乎不可能用電子手段進(jìn)行干擾。所以要想降低紅外信號，最有效的就是降低溫度。

對于飛機(jī)來說，熱源就是氣動加熱、太陽輻射、尾噴口，最大的紅外輻射源是發(fā)動機(jī)的尾噴口，所要必須對飛機(jī)尾噴口進(jìn)行處理。

如B-2的尾噴口是扁平狀的，可使與空氣接觸面變大且均勻，使排出的熱氣更快更多的與空氣接觸來降溫，還可以用擋板對排氣口進(jìn)行遮擋。

3仿真分析

3.1F-22典型目標(biāo)隱身特性分析

3.1.1目標(biāo)三維建模

F-22采用翼身融合體，機(jī)翼為上單翼，采用修型的切尖菱形。根據(jù)F-22的幾何特性建立三維模型，模型如下圖所示。

3.1.2RCS仿真

采用P-UEST電磁仿真軟件，利用多層快速多極子算法（Multilevel Fast Multipole Algorithm，MLFMA）進(jìn)行電磁散射特性仿真。X波段的仿真結(jié)果見下圖所示。

由仿真結(jié)果可見F-22在頭部水平面±30°范圍內(nèi)的散射電平都很低，均值約-20dBsm，這和工業(yè)及情報部門對F-22隱身性能的認(rèn)識非常吻合的。

3.2 F-35典型目標(biāo)隱身特性分析

3.1.1目標(biāo)三維建模

F-35在氣動設(shè)計上沿用了F-22研制中積累的主要設(shè)計、制造經(jīng)驗，采用類似F-22戰(zhàn)斗機(jī)的常規(guī)氣動布局，根據(jù)F-35的幾何特性建立三維模型，并根據(jù)需要對模型進(jìn)行修補或簡化，模型如下圖所示。

3.1.2RCS仿真

X波段的仿真過程及結(jié)果見下圖所示。

由仿真結(jié)果可見F-35在頭部方向水平面±30°范圍內(nèi)的散射電平都很低，均值約-25dBsm。

4結(jié)論

通過對F-22和F-35典型隱身目標(biāo)的機(jī)理分析，可知隱身技術(shù)的重點是外形隱身和材料隱身，以實現(xiàn)其頭向區(qū)域低可探測性。F-22戰(zhàn)機(jī)在頭部水平面±30°范圍內(nèi)RCS均值約為-20dBsm，而F-35戰(zhàn)機(jī)在頭部水平面±30°范圍內(nèi)RCS均值約為-25dBsm。

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