给猪装上翅膀,当代军有战机隐身技术漫谈!

“如果猪能飞起来…”是英语中的一句常用成语,意指不可能的事。自从雷达在第二次世界大战中发明以来,在雷达的照妖镜之下,什么飞机都难隐踪迹,趾高气扬的飞机就变成屠刀下的猪了。于是,拥有雷达看不见的作战飞机成了各国空军和航空界孜孜以求的目标。但是如何使猪飞起来呢?


现代战场上散乱的电磁波到处都是,为了避免受杂乱回波的干扰,雷达用各种先进的信号处理手段,把稳定的电磁波回波分离出来,用来探测、锁定目标。这既是雷达聪明的地方,也是隐身可以钻空子的地方。如果飞机能够削弱回波的强度,并使回波闪烁不定,这猪就装上翅膀了。隐身手段不能使飞机从敌方雷达上彻底消失,但可以推迟敌方雷达发现并锁定我方目标的时机,或减少我方目标暴露于敌火之下的时间。这样,隐身的目的就达到了。


雷达发射的电磁波照射在目标上,除镜面反射外,还形成散射。镜面反射是指入射角等于反射角的光学意义上的反射。在实际情况中,雷达靠镜面反射捕捉住目标的情况很少,雷达一般是靠散射形成的回波来发现和锁定目标的。


入射波的波长远远大于目标的几何尺度时,散射的强度和散射的方向有关,散射更和波长的四次方成反比,也就是说,电磁波中,波长越短,散射越强。入射波的波长和目标尺度相近时,入射波的相位会沿目标的长度方向变化,目标的复杂几何形状之间的互相作用会对回波的性质有很大的影响,回波的性质很难预测。入射波的波长远远小于目标的几何尺度时,散射符合光学定律,目标的复杂几何形状之间的交互作用可以忽略不计,回波就是各个部分散射的矢量叠加。由于雷达天线的尺寸和雷达的波长成正比,防空火控雷达和机载雷达都用分米波和厘米波的波段,所以以阻挠敌方火控雷达锁定为主要目标的隐身研究都集中在入射波波长远远小于目标几何尺度的情况。


雷达回波强度也和反射面的形状有很大关系。就一块方板来说,假定电磁波长为板边长的十分之一(此亦防空导弹火控雷达的典型波长选取法),一块正对着雷达直立起来的方板和一个具有同样截面积的圆球相比,前者的雷达回波要强一千倍;方板后倾30度时,两者的回波强度相当;方板完全放平时(如果厚度不计),则方板的回波强度反而要小50倍。注意,尽管方板的厚度已经忽略不计,方板的截面积在理论上是零,但方板的线性尺度还是在那里,雷达照样可以“看到”它。


如果把方板转45度,也就是把方板的一个角冲着雷达,则后倾八度时,回波强度已经和圆球相当;放到接近水平时,还可进一步降低一万倍。也就是说,若要隐身,不光要减少和雷达入射方向成直角的平面,还要减少和雷达入射方向成直角的缝隙和边缘。


雷达的探测距离和雷达反射面积成四次根关系,也就是说,如果雷达反射面积小十倍,雷达探测距离只缩短一半都不到。所以,雷达反射面积必须缩小很多,才能达到隐身目的。换句话说,除非采取隐身措施,简单地缩小飞机的物理尺寸对减小雷达反射面积没有太大的实际效果。这里,雷达反射面积不是目标的几何截面积,而是一个与目标产生同等回波的金属圆球的等效截面积,几何截面积、材质和形状对雷达的反射率和反射的方向性都对雷达截面积有影响,所以雷达反射面积可以比几何截面积大,也可以比几何截面积小,就好像在黑夜里手电照射下,一块小镜子可以远比一个蒙面黑衣大汉显眼。作为参照,美国的F-15的雷达反射面积为405平方米,B-1B为1.02平方米,SR-71为0.014平方米,F-22为0.0065平方米,F-117为0.003平方米,B-2为0.0014平方米。


除了光学意义上的散射造成的回波,雷达波以较小的角度照射在光滑的表面上,还会产生表面波。表面波沿目标表面行进,虽然波的强度按指数规律衰减,但还是一路上还是按“入射角等于反射角”形成散射,但这是波动的方向已经偏离了雷达的方向,所以雷达接受不到这些散射的回波。但是到了表面波无路可走的时候,表面波回原路返回,这时的回波可以被雷达接受到。对于一架飞机,表面波行进到机头或机尾时,只能原路返回,从而形成回波。


除了表面波,入射的雷达波还可以形成爬行波。爬行波是绕射的一钟。绕射是指波动遇到目标边缘时,绕过边缘,继续前进的情况。在户外窗边照样能听到屋里的声音,就是绕射的缘故。爬行波是波动在绕射后继续沿“背阴面”前进的情况,也按指数规律衰减。爬行波在遇到缝隙和边缘的时候,回原路返回,最终形成回波。在目标尺寸大于爬行波的波长10-15倍时,爬行波现象可以忽略不计。


对于一架典型大小的战斗机,表面波和爬行波的雷达反射面积达到1-1.5平方米,对于隐身飞机来说,已经达到不可忽略的地步了。


雷达回波和另外两个主要来源是角反射和腔体反射,前者是两个互成90度直角的平面形成的折角,入射的雷达波的雷达波在这两个平面之间可以形成正对入射源的回波,极大地加强了雷达反射信号。如果三个互成90度的平面形成一个角落,反射更强烈,除材质对雷达波的少许吸收外,基本上就是镜面反射。腔体反射就是一个又深又长的有底开孔的情况,在多次反射后,入射的能量基本上全部反射回入射方向,而和孔内的形状大体无关,只是内部反射次数的多少而已。这个问题对发动机进气道和座舱尤为严重。


所以,隐身飞机的外型就应该:


1、减小单一连续的平面的面积


2、增加表面的平滑度,减少开口和缝隙


3、加大开缝和边缘与雷达入射方向的夹角


4、避免互成90度的平面


F-117案例


SR-71在设计时已经对隐身有所考虑,但设计的重点是双三(三倍音速,三万米升限),隐身主要是有雷达吸波涂料和圆滑的机体表面来实现的。F-117是第一架以隐身为主要设计准则的作战飞机。由于计算能力的限制,F-117只能采用二维隐身设计,机体表面呈多面体形状。最初的设计按隐身要求进行最优化,结果是一个像梭镖一样的扁平、尖利的菱形的升力体,没有常规意义上的机翼,进气道在机体的背部,扁平的进气口和尾喷口都是斜切的,避免与前进方向形成直角,同时扁平的尾喷口可以尽快地把炽热的喷流和周围的冷空气混合,降低红外特征。但是气动分析和风洞试验表明,这个形状根本飞不起来,所以被戏称为“毫无希望的方块”(HopelessDiamond,diamond也指扑克牌中的方块或一般的菱形)。没有办法,只好把菱形的两个高度后掠的前缘延长,形成机翼。这样,后半机身就呈锯齿状。为了增加飞机的操纵性,双垂尾也加上去了。当然,隐身的原则不能忘,双垂尾是高度内倾的,垂尾顶端几乎要碰头了。这样一可以避免和机翼形成互成90度的平面,二可以对炽热的发动机喷口有所遮挡(减小红外特征,也减小喷口的腔体反射),三可以增加从侧面入射的雷达波的角度,减少回波。试验机的代号HaveBlue,整个飞机的样子就像用纸折出来的,棱是棱,角是角的。HaveBlue飞起来了,隐身性能不错,但飞行操控还是不好,被形容为“会飞的猪”,高度后倾的座舱盖前风挡也严重影响了飞行员的前方视界,给起飞、着陆控制带来不小的困难。工程开发时,除了增大基本尺寸,增设机内弹舱和电子设备外,机翼前缘的后掠角被减小,以增加机翼在大迎角下的升力和总体气动性能;座舱盖前风挡的后倾也减小,以改善飞行员的视界;内倾的双垂尾后移,变成外倾的双垂尾,以增加垂尾的控制效果。最后产品当然就是大名鼎鼎的F-117。



hopelessdiamond,HaveBlue,F-117,向美国海军提议的舰载型





HaveBlue,F-117的技术验证机


F-117的多面体外形除了加大雷达波的入射角外,还可象迪斯科舞场的镜面球一样,使残存的雷达回波闪烁不定,粗看起来象不规则的白噪声一样。为了减少平直缝隙所造成的正面回波,F-117将舱盖的边缘做成锯齿形。为了将不可避免的回波能量集中在几个方向,给敌方雷达的回波造成一闪而过的效果,而不是稳定的回波,F-117将所有机翼、尾翼和舱盖的锯齿前后缘平行。


F-117不光将进气道布置在机背,避免地面雷达的直接照射。F-117还在进气口加装格栅,进一步加强对入射雷达波的遮挡,避免敌方雷达直接“看到”在雷达波下像镜子一样反光的压气机叶片。



F-117进气道的防雷达格栅,座舱盖的锯齿状边缘也清晰可见


飞行员和座舱内的设备没有办法作隐身处理,于是座舱盖涂敷高导电透明材料,将入射的雷达波引导到机身上,由机身的隐身特性来处理。


在F-117上实现的很多隐身原理在很多后来的飞机上都得到了应用。雷达吸波材料已经在现役战斗机的现代化改装中广泛采用。在新型战斗机设计中,即使不强调终极的隐身性能,边缘对齐也已经是基本的了。用涂覆雷达吸波材料的格栅屏蔽发动机的正面、减少雷达回波的技术已经用于F-18E和落选的波音JSF技术验证机X-32。扁平和有下部遮掩的尾喷口被用于B-2和落选的麦道ATF技术验证机YF-23,F-22的矩形喷口也有类似作用。F-117在当时的历史条件下,无疑是成功的。但是多面体外形对气动性能十分不利。


B-2案例



高度保密的B-2“首映式”,百密一疏,让航空杂志AviationWeek&SpaceTechnology的一个记者雇了一架小赛斯纳,闯入禁区,拍下了这张照片。本来神神叨叨的不让看这个角度,不让看那个角度,这下子,最重要的角度彻底“春光乍泄”



你要是空军的作战计划人员,看到这张照片会不会口水狂流?


诺思罗普公司在和洛克希德竟标F-117失败之后,转攻隐身要求更高的隐身轰炸机。B-2设计之初是按全向宽频带隐身、高空、远程设计的,要求可在开战之初穿越完好的苏联防空体系攻击核目标并安全返航;具有和U-2相仿的巡航高度,以超过几乎所有战斗机的实用升限,并且增加武器投放的距离;可不用空中加油就从美国本土出发攻击苏联境内的纵深目标。雷达吸波材料的有效频段有限,F-117那样的多面体隐身技术达不到全向隐身的要求。在诺思罗普公司为这个全向隐身焦头烂额的时候,诺思罗普的电磁学怪才FredOshira带一家人到迪斯尼乐园游玩。随身带着一团橡皮泥,坐在板凳上看孩子兴高采烈地转“转转茶杯”时,随手捏出一个上圆下平、像二战时期英国的锅盖式钢盔一样的形状,圆滑的上表面向周边展沿开来,一直到尖锐的周边。这样,入射的电磁能量的散射大量减少,而是变成表面波,沿弧面向周边“流散”。尽管最终遇到边缘还是要远路返回,但如此劳师远征,来回一跑,在流动的过程中一路按指数规律衰减,形成回波的时候也是强弩之末了。这个隐身原理比F-117的多面体要先进很多,既达成全向隐身,又减少对气动设计的影响。这决定了B-2的基本形状:上圆下平。B-2时代更为先进的计算能力使连续可变曲率的复杂大弧面成为可能,在隐身和气动性能之间达到完美兼顾。



诺思罗普为研究全向隐身而研制的TacitBlue研究机,被戏称为“鲸鱼”,像不像?别看样子奇奇怪怪的,这一条边可是作用大大的,把电磁波的能量像水银泻地一样地化为无形



B-2也遵循TacitBlue上开发出来的设计原理,上圆下平


隐身要求外观尺寸最小,高空飞行要求展弦比、翼展、翼面积最大,远程突防要求机内载油量最大。自然,如果所有的机身结构都用来产生升力和用来装载人员、燃油和有效载荷,就可以省却既不产生升力、又产生阻力的传统的筒形机身,这就是飞翼了。飞翼最大的问题是尾翼(或等效的控制面)和机身重心之间的距离减小,控制力矩减小,飞行控制难度大大增加。诺思罗普在40年代就开始研究飞翼,就是因为飞控过不了关而放弃,直到80年代线控增稳的出现,才成功地实现了实用的飞翼。飞翼和一般概念上的飞机的形象差别实在太大了,B-2通体乌黑,又喜欢在若暗不明的夜空出没,孤陋寡闻的人看到B-2在的黑暗的天空中悄无声息地滑过时,一定以为见到鬼了。飞翼的结构效率是显著的,B-2的翼展和波音707差不多,长度只比F-15稍长,但是载弹量和航程和B-52相当。



比较B-2和KC-10加油机的尺寸差别



早期B-2的方案模型,上为有双垂尾的方案,中为双垂尾向外移动并减小,配以翼尖控制喷嘴的方案,下为最终方案,喷口后为气动控制面



但注意和B-2的差别:在风洞研究中发现,气动控制面的控制力矩实在太小,结果把控制面后移,B-2的后半部形成了独特的双W形


B-2的另一个重要特征是无垂尾。B-2没有用矢量推力,但它的副翼其实是上下两片,可以分别向上下打开。需要时,将一侧的副翼上下同时打开(以避免不需要的横滚力矩),而另一侧保持关闭,就形成不对称的阻力,达成偏航控制。两边同时打开时,就作为减速板使用。一面打开上面的一半,另一面打开下面的一半,就达成横滚控制。据说在“战斗状态”时,为了最大限度地减小雷达特征,B-2改用两侧发动机的差动推力来控制偏航。无垂尾布局对于隐身的重要性不言而喻,已有多种未来隐身飞机的方案采用无尾飞翼的布局。


B-2也将发动机深深地埋入机体(机翼)内,从外界入射的雷达波不可能从任一方向直接照射到压气机的叶片,进气口前缘也作了锯齿处理,角度和机翼前后缘都是对齐的。座舱风挡前可以看到一排排的圆东西,这是测量空速用的压力传感器,用上下左右不同压力传感器的差压,测量空速和航向、姿态的变化。一般飞机都用一根尖尖的伸出来的探针一样的空速管,B-2为了隐身,在这么小的细节上也不放过。



B-2风挡前的压力传感器




这肯定是哪个人吃多了撑着了,闲来无事、打发时光的作品,但对于深入重兵防守的敌后、攻击重要目标来说,B-2确实可以节约很多护航和电子战支援的飞机,使出击更及时,而不必等待调集支援飞机才能出动。从这个角度讲,一架B-2确实可以顶一队F-16


F-22案例



以老带新,还是承前启后?


B-2的例子比较极端,高机动性战术飞机很难照搬B-2的技术思路,至少就不能用背部进气道,不然拉一个大攻角的机动,发动机就断气了。F-22作为美国下一代的主力战斗机,必须保持优异的机动性,同时可以适当降低全向隐身的要求。F-22同样采用连续可变曲率的复杂大弧面,但飞机的基本布局还是比较常规的。为了减少机头锥和机身的圆截面的较强雷达反射特征,F-22首创近似菱形的机头锥截面和机身,达到“以角代面”,机头锥侧面尖利的折缝在气动上起到了类似F-18的前缘边条的作用,整个机身侧面地折缝在电磁上也起到类似B-2的扁平、尖利边缘的作用。



F-22的前机身呈现明显的菱形截面,机身侧面这条棱线和TacitBlue的那条边是一个意思


就垂尾而言,无垂尾或V形尾布局的隐身效果最好,但机动性受损失。无垂尾布局可以实现转弯、升降和横滚,但高机动性就谈不上了。V形尾要好很多,但控制面动作时,不可避免地同时产生偏航力矩和横滚力矩,必须由副翼做反向横滚,加以补偿。这种进两步、退一步的控制方式效率低,机动性也不及常规的垂尾和平尾分开的布局。所以,用V形尾的YF-23出局了,而入选的F-22采用外倾的双垂尾和平尾的组合,以保证优异的机动性。



采用双垂尾加平尾4尾翼布局的F-22


F-22是自F-111以来第一个采用机内武器舱的战斗机。F-111采用机内武器舱的目的是减少外挂阻力,增加速度和航程。F-22的目的则是隐身。机内武器舱尽管隐身性能好,但有容量较小、对武器的尺寸和形状有较大限制的缺点。由于贴近机身,气流流场复杂,而不是在气流流场相对干净的翼下,武器的发射和分离技术要求比较高。如果一件武器没有正确地弹射出去,后面的武器可能也无法弹射出去,对舱门的动作可靠性也要求较高。在隐身要求不高时,F-22可以在机翼下增加可拆卸的挂架,增加武器的挂载量。



要是舱门卡住了,或者一件武器投放不成功,麻烦就大了


F-22采用弯曲的进气道,以增加入射雷达波的反射次数,并在每次反射中吸收掉一点能量,最终的回波就会削弱很多。采用弯曲进气道的战斗机很多,但F-16的S形进气道只能遮挡发动机正面的60%,而台风的“驼峰”形进气道则可遮挡几乎100%,F-22的同样如此。


F-35案例



麦道的JSF最先出局,直接导致了麦道的关门,毛病还是出在技术上不够成熟,太超前,用浅V形尾高机动性无法保证


F-22是取代F-15的重型战斗机,F-35就是取代F-16、F-18、AV-8的轻型战斗机。说它轻型,其实在别的国家都是中型了。F-35是波音的X-32和洛克希德-马丁的X-35之间竞争的结果,X-35获胜。就隐身技术而言,JSF的最大特色是对进气口的处理。X-32另辟蹊径,采用三角翼、双垂尾布局,最引人注目的是那张大嘴巴,形容丑陋就不说了,那不是直接违反隐身最基本的原理,把发动机的正面暴露在入射雷达的面前了吗?也是,也不是。发动机的正面确实有一半在入射雷达的视线内,但波音在发动机前面增加了一个“雷达屏障”,用涂覆吸波材料的整流片把发动机的正面遮住,迫使雷达波拐弯抹角地通过整流片的间隙进入进气道,一旦进入,就只能在里面来回反射,每反射一次,就在涂覆吸波材料的壁上被吸收掉一点,最后只有极少的入射能量得以返回,形成回波。



波音的X-32采用无尾三角翼和外倾双垂尾的布局,在结构和气动上效率最高,但得不到军方的信任,军方对没有得到时间考验的东西,不会拿性命和有限的国防开支帮你去试验、完善的



波音临时抱佛脚,给X-32加了一个尾巴,既破坏了设计的初衷,又没有得到入选,真是鸡飞蛋打


整流片当然对进气效率有影响,但通过适当设计和增加发动机的推力,飞机性能不至于受到影响。同时,整流片也能起到“理顺”气流的作用,不是对发动机工作一无好处的。雷达屏障首先在F-18E上得到使用,在F-18E上,整流片是固定的。在X-32上,整流片是可动的,在起飞或超音速加力时,可以打开以增加空气流量,在巡航时,可以关小,以提高隐身效果。波音声称雷达屏障足以满足军方对隐身的要求。波音最后落选的原因有很多,但对雷达屏障的效果的怀疑不是主要原因。X-32落选的最主要原因有几个:1、大型三角翼难以折叠,不能适合上舰要求;无尾三角翼的低速大攻角机动性能得不到海军的信任,其高机动性能也被空军所怀疑,波音临时抱佛脚推出的有尾X-32已经晚了;3、“鹞”式战斗机那样的推力转向对飞机的重心变化很敏感,不利于灵活挂载各种武器和适应各种任务。



可以看出,F-18E的进气道也有一点弯曲,发动机的正面只有1/4多一点直接暴露





雷达波最重“看到”的就是这么一个东西,不容易“看透”的


X-35大体就是F-22的单发缩小版,但X-35采用的比F-22更先进的无分离板进气道(diverterlesssupersonicintake,DSI)。喷气发动机的压气机在进气的流速较高而且流场均匀的时候效率最高,然而由于空气的粘性,在进气口前机身表面附近的空气相对于机身的流速很低,而“干净”的气流的相对流速就很高,因此,发动机最好“伸到”干净的气流中,像民航机的翼下吊挂发动机一样。战斗机做不到这一点,发动机只能在机身内,于是用这块边界层分离板,或在进气口和机身之间形成一个间隙,把低流速的“边界层”分离掉,然后再通过“泄流道”把它泄放掉,不影响发动机的最优工况,即使F-22也有这个间隙。但在雷达的照射下,这块板或间隙着实惹眼,必除之而后快。DSI用一个复杂外形的鼓包代替分离板,然后在内部吸收掉低流速的边界层,既解决了了边界层分离的问题,又避免了突出的方板造成的强烈雷达回波。具体的机理没有见到详细的描述,猜测起来,大概是用固定的鼓包和进气的压力,将边界层向鼓包的两侧压缩,进气唇口的中间向前延伸,但两侧向后退缩,正好衔接上鼓包的边缘,形成“泄流道”,唇口的形状自然地成为锯齿状。DSI首先在F-16技术验证机上得到验证,然后用于X-35。X-35入选后,代号更改为F-35。



F-22进气口后上方的格栅,靠前的是泄放边界层的出气口,靠后的是调节进气量的出气口(超音速时,进气太多,要放掉一点)





这里可以清楚地看到F-35的DSI进气口,边界层被鼓包从中间“破开”,被迫向鼓包的两侧分开,最后从后缩的进气口唇口和机身连接处泄放





F-16DSI验证机



FC-1的04号机模型上,也出现了DVI的影子,但这个DVI不彻底,没有锯齿形的唇口,不知道效果会怎么样


歼-10是中国航空工业之花,在可预见的未来,将和歼-11共同担当中国空军的中流砥柱。但是,由于种种原因,歼-10的气动外形不是围绕隐身而设计的。如果展开想象的翅膀,或许可以给歼-10“整容”一下,使之在总体气动布局不大变的前提下,更适合隐身的要求。歼-10的单垂尾具有重量轻、飞控系统设计简单的优点,但形成一个很大的垂直平面,而且和机身形成90度内角。如果将高耸的单垂尾改成较低的双垂尾,侧面的雷达投影面积将减小。如果双垂尾外倾,雷达投影面积将进一步减小,如果外倾不太厉害,带来的偏航力矩和横滚力矩的偶合可以较容易地由副翼补偿,启动损失不致太大。双垂尾还可以在着陆时同时向内或向外翻,作减速板使用。



歼-10一直是尤抱琵琶半遮面,官方一直吞吞吐吐,民间的照片倒是满天飞


歼-10的进气口是另一个可以做隐身修形的地方。歼-10的进气口和机身下侧之间有一块突前的边界层分离板,前缘正好和前进方向垂直。有公开报导说,中国也在研究DSI,如果能够应用到歼-10上就好了。进气口的唇部应该做成锯齿状。进气道应该成S形,避免入射雷达波直接照射到压气机正面。如果这样改动太伤筋动骨,退而求其次,可以考虑采用雷达屏障那样的技术,应该比较适合于从现有飞机的改进。理论上,雷达屏障也可以应用于歼-11。



高山作品:装备DSI和保形油箱的歼-10双座型


歼-10也应该采用F-22那样的菱形截面前机身,在可能的情况下,沿机身纵向形成一条折线,在一定程度上达成类似B-2的效果。座舱盖也应该采用整体的,避免风挡框架面对前进方向形成的回波。机内武器舱恐怕是不行了,那改动实在太大了。


这些变化都是说着容易,做起来很不容易的。双垂尾要求对后机身整个重新设计,实际上整个飞机的气动都要重做过。DSI进气道和机身、发动机的配合是一个难题,目前只有F-35采用,别的都是研究阶段,没有到产品阶段。雷达屏障也不是轻而易举的事,何况要求发动机增加推力,以补偿进气损失。中国在提高航空发动机性能方面,还没有达到游刃有余的地步。菱形截面的前机身起一定的边条作用,处理好了,增加机动性,处理不好,飞行控制会成问题。整体式座舱盖在材料、工艺上的难题就不说了,重量就不好解决,而且这块玻璃要求抗鸟撞,还要在光学性能上不亚于光学玻璃,要求极高。欧洲的台风、阵风和美国的F-18E都采用有框的座舱盖,说明整体座舱盖不是那么容易得。歼-10在做了以上的修形后,其差别和现在的基本型相比,不会比歼-8I和歼-8II小,然而,这些地方做好了,歼-10的隐身性能可以有一个飞跃。



这个整块的座舱盖据说要两百多磅重呢


结语


无数研究表明,就现阶段的技术而言,外形是隐身的最重要的手段。除了外形设计外,吸波涂层也可有效地削弱雷达回波。吸波涂层分吸收性和干涉型。吸波型涂层采用电损耗型或磁损耗型材料,将入射的电磁波能量转换为热,和黑色无光漆对光的作用类似。实际上,黑色无光漆并不能完全吸收光线,否则人们也看不见涂黑色无光漆得物体了。同样,吸收型吸波对吸收雷达波的能量的效果也是有限的,这也是单靠吸波材料不能达到隐身的目的的原因。干涉型吸波涂层一般为电磁波长四分之一厚度的涂层。入射的电磁波达到涂层表面时,转成90度垂直射向基体,然后以90度垂直反射回来,以入射角的补角离开涂层表面。理想情况下,涂层不吸收电磁波能量,电磁波在铁氧体层内穿行了半个波长后,波形移了180度,即和入射波波形相同,但正负相反,因此和后续的入射波互相抵销。干涉型吸波涂层对有效波长范围内的雷达波吸波效果很好,但只对很窄的波长范围有效果。实用上,要将多层吸波型和干涉型涂层结合起来,才可满足实战需要。


在光学波段,有一种单向镜子,在镜子的一侧可以看到另一侧,但在另一侧看到的则是镜子的反光。如果可以制成对雷达波的单向镜面材料,将透射的一面面向雷达入射的外面,反射的一面面向非隐身基体材料的一面,中间填充一定的吸波材料,这样尽管吸波材料的吸波作用有限,入射的雷达波还是被陷在单面镜和基体之间,来回反射几次后终于被吸收,而把“泄露”出来的散射回波降到最少。


除了吸波涂层,机身前缘面向敌方雷达的部位也可采用吸波结构,这就是设法将入射的雷达波关进一个“陷阱”,同时在陷阱里填充吸波材料,把团团转的雷达波吸收掉。


除了降低散射和吸收雷达波等被动隐身手段外,还有主动隐身手段,就是向雷达波的入射方向发射波形、频率和功率相同、相位相反的电磁波,就可以达到对消的作用。但是如果相位相同,将把回波强度增加一倍。所以这一招的实现难度极高,只有在敌方雷达采用固定的波形、频率和功率或按已知的固定规律变换这些参数,这一招才比较可靠,否则可能不打自招,反而强化了回波。


各国军方对隐身的要求不一样,美国空军是坚决的隐身派,新的作战飞机非隐身不要;美国海军和欧洲是半隐身派,有那么点意思就行了,其余的靠机载电子战能力来蒙混过关,这也是在现有技术条件下少花钱、多办事的一个有效途径。不管哪门哪派,隐身飞机是各国军用飞机的发展趋势,不正视这个现实是不行的。那么,猪插上了翅膀,飞起来了。怎么把猪的翅膀剁下来,把猪再摁回到案板去呢?


如前所述,以上讨论对波长小于目标尺寸的情况比较有效。雷达波长远远大于目标尺寸时,目标的形状不再对散射有重大影响。民用的空中交通管制雷达大多在米波段,这也许是航展时F-117和B-2屡屡被民用雷达发现的重要原因。不过发现目标而不能精确地实时跟踪,还是不能击落目标。长波雷达的距离和方位分辨率差,信号更新慢,不能跟踪快速机动的目标,这也是当初为什么火控雷达选用短波长的一个原因。以上讨论也集中在削弱向发射雷达波的方向的回波,对于其他方向的散射,控制手段要差很多。这就是双基或多基雷达的可乘之机。双基或多基雷达有一部发射机,但接收机可以有两部或多部,部署在不同的方位,专门用来捕捉在入射方向之外的回波。双基和多基雷达的技术难点是如何达成发射机和所有接收机之间的同步和在瞬时内实现数据交换,毕竟雷达波和通信电缆里的电磁波都以同样的速度传输,等同步信号到了,回波也到了。要是有更快地信号传播方式倒也罢了,但爱因斯坦早就说了,没有东西比电磁波传播得更快了。目标在收到雷达波的照射时,除了直接的回波外,目标的结构本身会因为波动而诱发振动,产生二次谐波。这是谐波雷达的可乘之机,但是谐波的特性很难预测,如何在貌似杂乱无章的谐波里取出有用的信号,这是一个很大的难题。隐身手段对各个波长的雷达波的效果不一样,这是宽频带或白噪声雷达的可乘之机。在宽频带或白噪声雷达的照射下,不同频率的回波还是能显示出足够的反差,把隐身目标照出原形。这也是在日光下,人眼仍然能够辨识出伪装色的道理,毕竟伪装色只对某一波段特别有效。但雷达波的功率在宽大的频谱内铺开,落在每一个特定的频率上的功率就很有限,过低的功率密度将大大影响探测距离,信号处理和天线设计也大大复杂化。理想隐身可比作一个电磁“黑洞”,因此也可通过观察在散乱天波下的“剪影”而不是“反光”来捕捉隐身目标,不过这要求到处布设接收天线,对实时信号处理和数据交换也有很高的要求,这种“事后诸葛亮”的探测方式对预警很有用,但同样不能用于火控瞄准。最后,飞机发动机的高温使排气部份极化,加力燃烧时尤其如此,形成雷达可探测到的尾迹,排气中的碳化物微粒也可被雷达观察到。


隐身战斗机的使用很像潜艇,为了不暴露自己,互相之间不能通话协调,所以要么采取区域联防打游击,要么由后方的预警机“广播”战场态势,由各架隐身战斗机自主作战,因为预警机也无法确切知道隐身战斗机的位置。对于零星入侵的隐身目标,有效的预警可以引导我方战斗机到隐身目标的附近,然后用机载雷达烧穿隐身的烟幕,引导攻击。对于大批入侵的隐身目标,主要的办法是设法打乱敌人的部署,争取打乱仗;或者迫使敌人互相联系,暴露自己。比如对一个隐身目标围攻,迫使其他隐身战斗机前来救援;或者施放强烈电子干扰,大家一起做聋子和瞎子,摸黑打。




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