1、雷达隐身技术
雷达隐身技术是通过减弱、抑制、吸收、偏转目标的雷达回波强度,降低其RCS值,使其在一定范围内难以被敌方雷达识别和发现的技术。雷达隐身技术又可分为电磁对消技术、目标外表的特殊赋形技术及隐身复合材料技术。电磁对消技术在国外已有较长时间的理论研究,但到目前鲜见实际应用的报道,后两种技术主要是要减小目标的RCS技术。
1.1目标外表的特殊赋形技术
当雷达波照射到巡航导弹上时,将形成反射波。反射波强度与多种因素有关,如雷达入射波的方向、巡航导弹外形等,因此在满足基本战术技术要求的情况下,要综合设计巡航导弹的气动布局和外形。分析和试验表明,降低RCS 值的非常实用的外形设计准则主要包括:消除产生角反射器效应的外形组合,如采用翼身融合体、内倾或外倾式单、双垂尾设计等;机/弹体外形采用组合的三维曲度和不断改变的曲率半径,避免长而恒定的曲线,以避免仰视和俯视雷达回波;进气道采用S形、内倾式或背负式等,合理安排进气/排气口,以减弱回波强度;飞行器翼面设计应合理调整其后掠角、展弦比、根梢比等参数,以减少散射源和用边缘衍射代替镜面反射;用某一部件对另一部件进行遮挡,减少机体突出物,尽可能去掉机/弹上外挂物或设计成可收入机内的吊架、雷达天线、风速管等,采用保形设计;尽量缩小机体尺寸。通过以上外形设计,可将RCS值大大降低。据报道,在空气动力学、动力装置没有重大突破的前提下,可将RCS值减少75%~90%;在上述两方面有重大突破后,可将RCS值减少90%~99%;如再提高隐身能力则需将外形技术、机载天线技术与材料技术结合起来,RCS值可减少99%~99.9%或更高。如美国的战斧Block、AGM-129A、法国的强盗-C型巡航导弹均采用以上多项隐身技术。
1.2 隐身复合材料技术
隐身复合材料技术主要指雷达吸波材料、透波材料与导电材料的应用技术。它利用隐身(吸波)复合材料的特殊电磁特性,将入射的电磁波能量转化成热能而耗损掉,以缩减飞行器某些关键部位的雷达回波强度。它是重要的隐身措施之一。
隐身复合材料包括涂敷性吸波材料、结构型复合吸波材料及有源吸波材料等。吸波材料的机理是使入射电磁波能量在分子水平上产生振荡,转化为热能,有效地衰减雷达回波强度。按吸收机理不同,可分为吸收型、谐振型和衰减型三大类。
1.2.1 涂敷性吸波材料
涂敷性吸波材料是用于涂在机体表面的一种吸收雷达波的涂料。80年代广泛应用的吸波涂料是各种铁氧体吸波材料,如用于厘米波段的锤-镐铁氧体,用于毫米波段的镍-锌铁氧体,加宽频带的有锤-锌铁氧体。F-1l7A、B-2、F-22隐身飞机主要采用了铁氧体吸波涂层。1987年美国还研制出一种非铁氧体基吸波材料,它是由多种视黄基席夫碱盐组成的含双键的聚合物,其吸波性能良好,重量仅为铁氧体的1/10,对雷达波的衰减可达80%以上。美国研制出的另一种新型"铁球状"吸波涂层,其特点是价格便宜,涂敷方便,可耐5000℃高温。此外,国外还正在研制含有放射性同位素的涂料和半导体涂料,其特点是吸收频带宽,反射衰减率高,使用寿命长,能较好地满足超音速飞行的气动要求。
1.2.2 结构型吸波材料
结构型吸波材料是一种既可作承力部件,又具有优良的电磁波吸收性能的复合材料。目前国外研制的大致有吸收剂散布型、层板型和夹心结构型三种。吸收剂散布型是由热塑性PEEK、PPS等树脂纺成单丝和复丝分别和碳纤维、玻璃纤维等特殊纤维按一定比例交替混杂成纱束,再将其编织成织物与同类树脂制成复合材料(F-117的V形垂尾、F-22的机身和机翼蒙皮采用了此吸波材料)。层板型是将复合材料制成多层结构,最外层为透波材料,中间层为电磁损耗层,最内层则由具有反射雷达波性能的材料构成。夹心结构型是用透波性良好且强度高的复合材料作面板,以蜂窝结构、波纹结构或锥形结构作芯子,再用石墨、磁粉、泡沫吸收材料填充而制成的复合材料。由于夹心结构型复合材料重量轻、比刚度、比强度高,易做成复杂曲线结构,因此该型复合材料在隐身飞机上已得到广泛应用。例如A-12、F-19、B-lB、B-2、YF-23等飞机上均不同程度地采用了该种材料,其中B-lB飞机上运用的该种材料竟占整个结构材料的30%。
1.2.3 其它新型隐身材料
目前,国外还在不断研究新的吸波材料,如具有螺旋结构、旋光性结构并利用其旋光色散特性吸收电磁波能量的手性聚合材料;具有极好吸波特性的纳米隐身材料;具有轻质宽频带特性的导电高聚物材料;涡流损耗和磁滞损耗来降低电磁波辐射的多晶铁纤维吸收材料;可具有感知功能、信号处理功能、自我指令并对信号做出最佳响应的新型智能型隐身材料等。总之,在不久的将来,新型吸波材料及其相关技术可能会有新的突破。
1.3 电磁对消技术
由于飞行器反射由雷达发射到飞行器上的电磁波,因此雷达会发现该飞行器。那么人们自然会想到,如果利用电磁对消技术,使飞行器等效为一个无反射体,那么飞行器就不会被雷达发现了,这便实现了雷达隐身。
实现电磁对消可采用无源对消技术,即阻抗(或电抗)加载技术以及有源对消技术,或称有源加载技术。
无源对消技术就是在目标表面引进另一个回波源,例如在表面开槽或开孔,通过合理设计,使其散射场和原散射场相抵消。这种方法的优点是不破坏原有外形,不增加自重,结构简单,制造容易,经济性好等,但这种方法只对简单形体容易实现,而对有众多散射中心的复杂目标,实现起来比较困难。此外无源对消技术不可能覆盖所有频率。
有源对消技术是建立在逆反射基础上的,目标必须能预知本身的电磁散射特性,然后发射一幅度与之相等、相位与之相反的电磁波,使之与目标本身的散射场相对消。要实现对消就要对目标本身成像,这就要求设计出一套先进的系统,该系统应具有多种功能,响应速度快,以便调整本机信号源的幅度和相位。显然,有源对消只能作为一种希望得到的方法,待将来时机成熟时再予以考虑。
1、雷达隐身技术
雷达隐身技术是通过减弱、抑制、吸收、偏转目标的雷达回波强度,降低其RCS值,使其在一定范围内难以被敌方雷达识别和发现的技术。雷达隐身技术又可分为电磁对消技术、目标外表的特殊赋形技术及隐身复合材料技术。电磁对消技术在国外已有较长时间的理论研究,但到目前鲜见实际应用的报道,后两种技术主要是要减小目标的RCS技术。
1.1目标外表的特殊赋形技术
当雷达波照射到巡航导弹上时,将形成反射波。反射波强度与多种因素有关,如雷达入射波的方向、巡航导弹外形等,因此在满足基本战术技术要求的情况下,要综合设计巡航导弹的气动布局和外形。分析和试验表明,降低RCS 值的非常实用的外形设计准则主要包括:消除产生角反射器效应的外形组合,如采用翼身融合体、内倾或外倾式单、双垂尾设计等;机/弹体外形采用组合的三维曲度和不断改变的曲率半径,避免长而恒定的曲线,以避免仰视和俯视雷达回波;进气道采用S形、内倾式或背负式等,合理安排进气/排气口,以减弱回波强度;飞行器翼面设计应合理调整其后掠角、展弦比、根梢比等参数,以减少散射源和用边缘衍射代替镜面反射;用某一部件对另一部件进行遮挡,减少机体突出物,尽可能去掉机/弹上外挂物或设计成可收入机内的吊架、雷达天线、风速管等,采用保形设计;尽量缩小机体尺寸。通过以上外形设计,可将RCS值大大降低。据报道,在空气动力学、动力装置没有重大突破的前提下,可将RCS值减少75%~90%;在上述两方面有重大突破后,可将RCS值减少90%~99%;如再提高隐身能力则需将外形技术、机载天线技术与材料技术结合起来,RCS值可减少99%~99.9%或更高。如美国的战斧Block、AGM-129A、法国的强盗-C型巡航导弹均采用以上多项隐身技术。
1.2 隐身复合材料技术
隐身复合材料技术主要指雷达吸波材料、透波材料与导电材料的应用技术。它利用隐身(吸波)复合材料的特殊电磁特性,将入射的电磁波能量转化成热能而耗损掉,以缩减飞行器某些关键部位的雷达回波强度。它是重要的隐身措施之一。
隐身复合材料包括涂敷性吸波材料、结构型复合吸波材料及有源吸波材料等。吸波材料的机理是使入射电磁波能量在分子水平上产生振荡,转化为热能,有效地衰减雷达回波强度。按吸收机理不同,可分为吸收型、谐振型和衰减型三大类。
1.2.1 涂敷性吸波材料
涂敷性吸波材料是用于涂在机体表面的一种吸收雷达波的涂料。80年代广泛应用的吸波涂料是各种铁氧体吸波材料,如用于厘米波段的锤-镐铁氧体,用于毫米波段的镍-锌铁氧体,加宽频带的有锤-锌铁氧体。F-1l7A、B-2、F-22隐身飞机主要采用了铁氧体吸波涂层。1987年美国还研制出一种非铁氧体基吸波材料,它是由多种视黄基席夫碱盐组成的含双键的聚合物,其吸波性能良好,重量仅为铁氧体的1/10,对雷达波的衰减可达80%以上。美国研制出的另一种新型"铁球状"吸波涂层,其特点是价格便宜,涂敷方便,可耐5000℃高温。此外,国外还正在研制含有放射性同位素的涂料和半导体涂料,其特点是吸收频带宽,反射衰减率高,使用寿命长,能较好地满足超音速飞行的气动要求。
1.2.2 结构型吸波材料
结构型吸波材料是一种既可作承力部件,又具有优良的电磁波吸收性能的复合材料。目前国外研制的大致有吸收剂散布型、层板型和夹心结构型三种。吸收剂散布型是由热塑性PEEK、PPS等树脂纺成单丝和复丝分别和碳纤维、玻璃纤维等特殊纤维按一定比例交替混杂成纱束,再将其编织成织物与同类树脂制成复合材料(F-117的V形垂尾、F-22的机身和机翼蒙皮采用了此吸波材料)。层板型是将复合材料制成多层结构,最外层为透波材料,中间层为电磁损耗层,最内层则由具有反射雷达波性能的材料构成。夹心结构型是用透波性良好且强度高的复合材料作面板,以蜂窝结构、波纹结构或锥形结构作芯子,再用石墨、磁粉、泡沫吸收材料填充而制成的复合材料。由于夹心结构型复合材料重量轻、比刚度、比强度高,易做成复杂曲线结构,因此该型复合材料在隐身飞机上已得到广泛应用。例如A-12、F-19、B-lB、B-2、YF-23等飞机上均不同程度地采用了该种材料,其中B-lB飞机上运用的该种材料竟占整个结构材料的30%。
1.2.3 其它新型隐身材料
目前,国外还在不断研究新的吸波材料,如具有螺旋结构、旋光性结构并利用其旋光色散特性吸收电磁波能量的手性聚合材料;具有极好吸波特性的纳米隐身材料;具有轻质宽频带特性的导电高聚物材料;涡流损耗和磁滞损耗来降低电磁波辐射的多晶铁纤维吸收材料;可具有感知功能、信号处理功能、自我指令并对信号做出最佳响应的新型智能型隐身材料等。总之,在不久的将来,新型吸波材料及其相关技术可能会有新的突破。
1.3 电磁对消技术
由于飞行器反射由雷达发射到飞行器上的电磁波,因此雷达会发现该飞行器。那么人们自然会想到,如果利用电磁对消技术,使飞行器等效为一个无反射体,那么飞行器就不会被雷达发现了,这便实现了雷达隐身。
实现电磁对消可采用无源对消技术,即阻抗(或电抗)加载技术以及有源对消技术,或称有源加载技术。
无源对消技术就是在目标表面引进另一个回波源,例如在表面开槽或开孔,通过合理设计,使其散射场和原散射场相抵消。这种方法的优点是不破坏原有外形,不增加自重,结构简单,制造容易,经济性好等,但这种方法只对简单形体容易实现,而对有众多散射中心的复杂目标,实现起来比较困难。此外无源对消技术不可能覆盖所有频率。
有源对消技术是建立在逆反射基础上的,目标必须能预知本身的电磁散射特性,然后发射一幅度与之相等、相位与之相反的电磁波,使之与目标本身的散射场相对消。要实现对消就要对目标本身成像,这就要求设计出一套先进的系统,该系统应具有多种功能,响应速度快,以便调整本机信号源的幅度和相位。显然,有源对消只能作为一种希望得到的方法,待将来时机成熟时再予以考虑。
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