席有猷，王勇

中國(guó)人民解放軍93114部隊(duì)，北京市昌平區(qū) 100085

闡述了無人機(jī)隱身的意義和手段，重點(diǎn)介紹了紅外輻射特性和紅外隱身的技術(shù)手段，包括發(fā)動(dòng)機(jī)噴管、排氣尾焰和機(jī)體蒙皮等。分析了無人機(jī)紅外特性測(cè)量原理，并論述了無人機(jī)紅外特性測(cè)量的條件、儀器需求和測(cè)量方案。

自第一次世界大戰(zhàn)首次將無人機(jī)應(yīng)用于作戰(zhàn)以來，無人機(jī)技術(shù)取得了迅速發(fā)展，尤其是近幾場(chǎng)高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)中，無人機(jī)的優(yōu)異作戰(zhàn)表現(xiàn)使其得到了各國(guó)軍隊(duì)的更加青睞。為了提高無人機(jī)的戰(zhàn)爭(zhēng)生存率和隱蔽攻擊的突然性，各國(guó)都展開了對(duì)軍用無人機(jī)隱身技術(shù)的研究。無人機(jī)隱身就是在總體設(shè)計(jì)中減少雷達(dá)、紅外和光電等觀測(cè)特征，減少無人機(jī)被探測(cè)概率。

軍用無人機(jī)隱身的手段

目前，無人機(jī)雷達(dá)隱身主要采用無源隱身技術(shù)和有源隱身技術(shù)兩種，無源隱身技術(shù)主要是利用特殊外形以及特定吸波材料來減小雷達(dá)有效截面積，從而使雷達(dá)無法識(shí)別目標(biāo)信號(hào)，以此達(dá)到隱身目的。無源隱身技術(shù)已經(jīng)發(fā)展比較成熟，而有源隱身技術(shù)也已經(jīng)投入到武器使用，有了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。光電隱身主要是通過在飛機(jī)表面涂裝偽裝色以降低飛機(jī)和背景的差別，降低其光電可探測(cè)性。紅外隱身技術(shù)一般包括降低輻射強(qiáng)度(主要包括降低發(fā)動(dòng)機(jī)噴管熱輻射強(qiáng)度、排氣尾焰輻射強(qiáng)度和蒙皮輻射強(qiáng)度)、改變輻射特征、調(diào)節(jié)紅外輻射的傳輸過程等。其中，降低輻射強(qiáng)度是目前采用的主要技術(shù)與手段。

(1)降低發(fā)動(dòng)機(jī)噴管輻射

無人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)噴管輻射主要有固體壁面輻射和空腔輻射兩個(gè)方面，固體壁面輻射主要有發(fā)動(dòng)機(jī)噴管、發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)片、整流罩等產(chǎn)生的輻射；空腔輻射主要是噴管空腔內(nèi)高溫燃?xì)猱a(chǎn)生的輻射。將排氣引射技術(shù)應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)噴管壁面可以大大減弱噴管壁面溫度和紅外輻射強(qiáng)度。試驗(yàn)表明，排氣引射技術(shù)可以將3～5μm波段的孔縫噴管紅外輻射強(qiáng)度降低約為原來的70%，波紋板噴管降低至60%左右，塞體噴管降低為原來的40%左右。除此之外，也可以通過遮擋尾噴管特定方向的紅外輻射從而減少其被探測(cè)的概率。

(2)降低排氣尾焰輻射

由于發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒時(shí)噴管尾流紅外輻射強(qiáng)度約為非加力燃燒的500倍，是非常明顯的紅外特征，為降低輻射強(qiáng)度，主要采用混合氣流的方式，迅速使發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰冷卻。另外也可以采用二元噴管增加尾焰的長(zhǎng)度，從而加快冷卻。

(3)降低蒙皮輻射

氣動(dòng)力摩擦升溫的飛機(jī)蒙皮很容易被工作在8.14μm的紅外探測(cè)器識(shí)別，為了降低蒙皮輻射強(qiáng)度，可以利用溫差電器件等特殊材料。

無人機(jī)紅外特性

無人機(jī)紅外特性可以從發(fā)動(dòng)機(jī)、排氣尾焰和飛機(jī)蒙皮三個(gè)方面展開分析，每個(gè)輻射源都有其量值、光譜分析以及背景對(duì)比度。發(fā)動(dòng)機(jī)通常由發(fā)動(dòng)機(jī)中心體、內(nèi)部噴嘴側(cè)壁和機(jī)尾渦扇面組成；尾焰則由二氧化碳和水產(chǎn)生；飛機(jī)蒙皮包括機(jī)身、機(jī)翼等所有外表面。

飛機(jī)總體紅外特征由各部分組合形成，每一個(gè)輻射源在不同角度輻射貢獻(xiàn)不同，尾部輻射主要來源于發(fā)動(dòng)機(jī)熱部件；后補(bǔ)區(qū)域的輻射主要來源于發(fā)動(dòng)機(jī)熱部件和尾焰；大梁到前部區(qū)域的主要輻射為機(jī)體和尾焰；機(jī)體的輻射源主要是機(jī)體和進(jìn)氣道。

紅外輻射特性測(cè)量原理

無人機(jī)紅外特性測(cè)量原理如圖1所示。

圖1 紅外測(cè)量原理示意圖

線性模型下紅外系統(tǒng)的輻射響應(yīng)度如式(1)所示。

其中，DN為目標(biāo)紅外圖像的灰度值；K和DN0是系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)斜率和偏置；是觀測(cè)系統(tǒng)輻亮度；是目標(biāo)到觀測(cè)系統(tǒng)之間的大氣透過率和程輻射。

表1 無人機(jī)紅外特性測(cè)量條件

隱身無人機(jī)紅外特性測(cè)量

隱身無人機(jī)紅外特性測(cè)量受氣象環(huán)境影響較大，如何獲取復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境下的隱身無人機(jī)性能，為作戰(zhàn)計(jì)劃制定提供有力支撐，是目前紅外特性測(cè)量的迫切需求。影響紅外特性的條件十分復(fù)雜，一般主要包括方位角、高度、空速、周圍空氣溫度、電源設(shè)置、太陽角等。

為獲取真實(shí)作戰(zhàn)環(huán)境下隱身無人機(jī)紅外特性，飛機(jī)光學(xué)測(cè)量應(yīng)該遵循典型的輻射測(cè)量流程，確保測(cè)量設(shè)備的動(dòng)態(tài)范圍覆蓋目標(biāo)輻射亮度的變化范圍，且儀器工作在線性標(biāo)定區(qū)域；儀器視場(chǎng)應(yīng)該覆蓋整個(gè)飛機(jī)機(jī)體；測(cè)量距離合理等。

測(cè)量條件及測(cè)量需求

表2 無人機(jī)紅外特性測(cè)量數(shù)據(jù)需求

實(shí)際測(cè)量中，需要在一系列不同測(cè)量條件的排列組合下獲取目標(biāo)預(yù)期值范圍。例如，噴氣式飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的輻射，通常包含空閑輸出功率、中間輸出功率及最大輸出功率，未開加力燃燒或者開啟加力燃燒，從離地面300m到飛行到最大升限高度。測(cè)試條件也包括盤旋，巡航和加力燃燒；配重也包括典型配重和做大重量；溫度包括白天和夜晚不同溫度下，測(cè)量視角包括仰視、平視和俯視。具體測(cè)量條件如表1所示。

另外，在測(cè)量中數(shù)據(jù)記錄十分重要，必須針對(duì)每次測(cè)量按照時(shí)間序列記錄所有的目標(biāo)參數(shù)和工況，無人機(jī)紅外特性典型數(shù)據(jù)需求如表2所示。

測(cè)量方案設(shè)計(jì)

圖2 目標(biāo)尾后紅外測(cè)量飛行方法

圖3 紅外吊艙載機(jī)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)全向紅外特性測(cè)量繞飛方法

目前，美國(guó)空軍和海軍都建有專門的紅外特性測(cè)量系統(tǒng)，基本都采用機(jī)載外掛紅外吊艙的方式實(shí)現(xiàn)，測(cè)試時(shí)與目標(biāo)飛機(jī)編隊(duì)飛行實(shí)現(xiàn)測(cè)量實(shí)驗(yàn)。典型的測(cè)量試驗(yàn)方法如圖2和圖3所示。

結(jié)論

紅外隱身是軍用無人機(jī)隱身技術(shù)的重要發(fā)展方向。如何實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境下測(cè)量無人機(jī)的紅外特性，建立無人機(jī)紅外特性數(shù)據(jù)庫，這不但可以有效指導(dǎo)無人機(jī)隱身設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展，也能客觀評(píng)價(jià)無人機(jī)隱身能力，從而為作戰(zhàn)計(jì)劃制定提供數(shù)據(jù)支撐。 ■