隐身技术在进气道设计中的研究
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飞机隐身技术隐身飞机自诞生以来,就一直受到各国的广泛关注,各个国家也开始启动了自己的隐身飞机的研发项目,其中包括,德国的“萤火虫”隐身飞机计划,俄罗斯的S-37等,以及其中最引人注目的当属美国开发的第一,第二,第三代隐身飞机。
第一代以F-117和夭折的A-12为代表,F- 117A首次用于实战是在1989年12月了美国对巴拿马的军事行动,遂行轰炸任务,取得巨大成功。
这让隐身飞机被各国所重视。
飞机隐身技术包括雷达隐身技术、红外隐身技术、电子隐身技术、可见光隐身技术、声波隐身技术、电磁隐身技术等,由于现代防空体系中最为重要、使用最广、发展最快的探测器是雷达,因此,雷达隐身技术成为最主要的隐身技术。
雷达隐身技术的核心就是降低目标的雷达散射截面积(RCS)。
目前可采取的RCS减缩手段主要包括外形隐身技术、材料隐身技术及对消技术和等离子体隐身技术。
1 外形隐身技术外形隐身技术就是在一定的约束条件下设计军用目标各部件和整机的外形,使它的RCS 最小,主要理论依据来自目标各部件的电磁散射机理[4],目前采用的主要措施有:①采用翼身融合体,全埋式座舱和半埋式发动机,使机翼与机身、座舱与机身平滑过渡,融为一体;②机翼采用飞翼、带圆钝前缘的V型大三角翼、低置三角翼、平底翼融合体以及活动翼结构等;③努力减少飞机表面能造成散射的突起物、取消一切外挂武器和吊舱,将外挂设备全部置于机内;④借助机身遮挡强的散射源,将发动机进气口设在机身背部,进气道采用锯齿形;⑤座舱盖镀上金属镀膜,使雷达波不能透射入座舱内部;⑥采用倾斜双垂尾或V型尾翼;⑦采用尖形鼻锥;⑧改进天线罩,采用可收放天线等等。
2 材料隐身技术材料隐身技术就是采用能吸收或透过雷达波的涂料或复合材料,使雷达波有来无回、多来少回。
目前主要使用的是雷达吸波材料,此类材料可将雷达波能量转化为其他形式运动的能量,并通过该运动的耗散作用转化为热能。
美国的B- 2A、F- 117A和F- 22等隐身飞机均在金属蒙皮、机翼前后缘、垂尾和进气道等强回波部位大量使用吸波材料来减小RCS。
武汉工业学院毕业设计(论文)论文题目:光学隐身技术研究进展姓名吴玉龙学号071203221院(系)数理科学系专业电子信息科学与技术指导教师李鸣2010年06月11日目录摘要 (I)ABSTRACT ................................................................................................................. I I 第1章绪论 (1)1.1基本资料 (1)1.2隐身技术实现的原理 (1)1.3 发展历史 (2)1.4实现隐身的技术途径 (3)1.4.1精心设计武器的外形 (3)1.4.2采用雷达吸波材料和透波材料 (4)1.4.3采用电子措施降低兵器的雷达截面 (4)1.5 光学隐身与反隐身技术的新动向 (5)第2章激光隐身涂料的研究与应用进展 (8)2.1激光隐身技术 (8)2.2激光隐身涂料 (8)2.2.1激光隐身涂料与可见光隐身的兼容 (9)2.2.2激光隐身与雷达波隐身的兼容 (9)2.2.3激光隐身与红外隐身的兼容 (9)2.3 纳米激光隐身涂料 (11)2.3.1纳米材料应用于隐身涂料的优点 (11)2.3.2纳米隐身涂料能够隐身的原因 (11)2.3.3纳米隐身涂料的制造特点 (12)2.3.4纳米隐身涂料的现状 (13)2.4 激光隐身涂料的应用现状 (13)第3章探索新的隐身机理 (15)3.1等离子体隐身技术 (15)3.1.1等离子体隐身的机理和特点 (15)3.1.2等离子体隐身的优点 (16)3.1.3等离子体隐身存在的难点 (16)3.1.4等离子体隐身的研究与进展 (16)3.1.5它本身的不足之处 (18)3.2应用仿生技术 (19)3.3应用微波传播指示技术 (19)第4章开发新型隐身材料 (20)4.1手性材料 (20)4.2纳米隐身材料 (20)4.3导电高聚物材料 (20)4.4多晶铁纤维吸收剂 (20)4.5智能型隐身材料 (21)4.6超材料 (21)第5章总结和展望 (22)致谢 (23)参考文献 (24)摘要光学隐身技术是近年来研究的热点,特别是在军事领域已有广泛研究。
• 132•无人机问世至今已被广泛应用于军事,近年来随着防空力量需求的不断增加,东西方军事强国对现代无人机的研究与应用日趋深入。
而无人机的隐身性能直接影响其生存能力及军事任务完成与否,因此无人机隐身技术备受关注。
本文综述分析了现代无人机雷达隐身技术原理及其发展现状,并进一步探讨了无人机雷达隐身技术的发展趋势。
1 引言科技进步带来了现代通讯技术和雷达探测技术的突飞猛进,战争中敌对双方目标搜索、识别、跟踪、攻击的能力显著提高,攻防速度明显提升。
武器装备平台在现代信息化战争中所处的环境日趋复杂,传统武器系统的生存受到了越来越严峻的考验,时刻受到来自敌对方的电磁干扰以及地面、空中的火力威胁,除此之外,敌方的雷达、红外、激光等探测器还时刻严密监视着己方的一举一动。
现代战争日趋呈现陆、海、空、天、电磁五位一体立体化,在战争中把握先机最重要和最有效的突防战术技术手段,就是发展隐身技术,提高武器系统生存、突防和纵深打击能力。
可以预见,隐身无人机必将成为21世纪军事斗争领域的“尖兵之翼”,在新式战争中担任重要角色,并对未来的战争形态、组织模式以及军事话语权的争夺产生深远影响。
2 无人机的雷达隐身技术信号,达到提高己方飞行器生存能力的目的,此项技术已在美国包括F-15、F-16、F/A-18和F-22在内的多款机型上装备使用;等离子体隐身技术是在目标的表面形成一层等离子云,照射到等离子云上的敌方探测性信号,部分被吸收掉、部分被改变传播方向,从而降低己方目标RCS 实现隐身;有源对消隐身技术的实现机理则是利用电磁波的干涉原理来减弱或消除反射回波,使敌方探测系统无法显示或判断目标的特征;智能蒙皮是采用基于纳米材料、传感器及计算机的具有自诊断、自监控、自修复、自校正和自适应环境变化的新型材料,感知环境及状态的变化,通过改变特性参数实现对外部刺激作出最佳响应,达到隐身目的。
总之,有源隐身技术主要是通过自身发出干扰或者对消信号抵消敌方探测信号来实现隐身,或者有意识改变自身的某些特征信号,使敌方探测产生虚假的信号,进而实现真实目标的隐身和突防。
现代化战斗机是一个由多方面因素综合作用所构成的整体,每一代战斗机的出现除了代表着在航空技术上所获得的发展之外,更加重要的是对战斗机的战术应用认识上的提高。
战斗机在设计之初所确定的技术指标和使用方式决定了飞机的整体设计特点。
随着科技的发展,在"先敌发现、先敌开火、先敌摧毁"作战思想的牵引下,战斗机已经发展到了以F-22、F-35为代表的第四代,其“超音速巡航、超机动性、隐身、可维护性”的特点已经成为第四代超音速战斗机事实上的划代标准。
战斗机的现代化改进虽然在技术上可以得到一定的发展和完善,但是由使用方式决定的固有设计特点却无法依靠技术改进来进行调整,第二代战斗机无论进行任何形式的改进也无法达到第三代战斗机的标准,以第三代战斗机的设计也根本不可能具备发展成第四代战斗机的基础条件。
因此,面对F-22、F-35 我们应该选择设计满足超音速、高隐身、高机动的第四代战机来与之抗衡,而不能幻想通过对现有机型进行优化改进就能与F-22、F-35为代表的第四代飞机及其他具有类似特点的飞行器进行抗衡和拦截。
由此,我们可以研究分析一下F-22、F-35以及早期阶段的YF-22和被淘汰出局的YF-23,从它们的设计特点上大致勾勒出我们所需要的能与之相抗衡的战机整体布局。
图1 F-22三面图整体上看,F-22、F-35以及之前的YF-22、YF-23都没有采用鸭式布局,主要原因是配平问题和隐身问题。
从配平角度看,为了实现有效的俯仰控制,鸭翼就无法配平机翼增升装臵产生的巨大低头力矩,为了配平增升装臵,鸭翼就要增大,这样对机翼的下洗也会随之增大,反而削弱了原来的增升效果;同时为了防止深失速,还可能需要增加平尾;大鸭翼也很难满足跨音速面积率的要求,这样就增大了超音速阻力不利于超音速巡航。
从隐身角度看,隐身设计的一个很重要的原则是要尽量保证机体表面的连续,而鸭翼恰恰是机身的不连续处,其位臵大小平面形状很难匹配。
隐身飞机的进气道F-22 和F-117、B-2 不一样,不光要求隐身,更要求机动性和超音速巡航性能。
F-22 不光采用了弯曲的进气道(但弯曲程度不及B-2),还采用了介于机侧和翼下进气口之间的所谓Caret 进气口。
这个Caret 进气口不光在水平和垂直方向同时向后斜切一刀,还将矩形的进气道截面扭转成斜菱形的,避免了侧面的直立平面。
Caret 进气口在垂直方向的向后斜切一刀可以和F-15 的楔形进气口相比,在大迎角时具有将迎风气流兜住的作用,有利于发动机稳定供气。
在水平方向向后斜切一刀则避免了唇部和前进方向成直角。
然而,这样复合地斜切,加上进气道侧面和菱形机头的折边相当于边条,对进气口的气流场设计和整个飞机的气动设计要求很高,弄不好要弄巧成拙。
Caret 进气口整个侧悬于机身,和机身的空隙正好作为边界层的泄流道,在机翼上表面开口泄放。
取消的A-12 攻击机的进气口也属于Caret 进气口,当然A-12 没有超巡的要求。
F-22 的Caret 进气口和机身之间有明显的空隙,这就是分离边界层的地方进气口后上方紧靠机身的开口就是泄放边界层的地方对比F-15 的楔形进气口,F-22 的进气口的斜切一刀有异曲同工之妙YF-23 的设计要求和F-22 一样,但更强调隐身和超巡。
YF-23 采用翼下进气口和向上的弯曲进气道。
翼下进气口和机身下截面的形状是吻合的,也是梯形,但摈弃了边界层分离板,而是别出心裁地在进气口前的机翼下表面开了很多小孔,用于吸走边界层,然后向机翼上表面泄放。
机翼上表面气压低于下表面,这是机翼产生升力的道理。
YF-23 巧妙地利用了这个原理,通过孔道将边界层从发动机进气气流中吸除,抽吸到上表面,解决了边界层分离的问题。
不过不知道长期在恶劣环境使用时,会不会这样有孔道堵塞的问题。
边界层分离板的结构彻底消失,消除了一大导致强反射的前向孔穴。
从这一点上说,YF-23 的进气口隐身设计比F-22 的Caret 进气口还要先进。
飞机的隐身设计作者:李忠东周易来源:《中国科技纵横》2012年第09期在现代战场上,探测手段日新月异,精确制导武器的打击精度迅速提高,突防的飞机一旦被敌方发现,往往难逃被摧毁的命运。
飞机的设计需考虑隐身性能。
目前根据所对抗的探测装置,飞机已成功应用的隐身技术包括雷达隐身、红外隐身、可见光隐身、声隐身。
由于当前用于发现及跟踪飞机的主要手段是雷达,且一部分地空导弹及空空导弹采用雷达制导,因此,飞机必须将针对雷达的隐身设计放在首位。
1、隐身的核心问题隐身是为了降低飞机被雷达探测到的可能性。
雷达通过发射和接收电磁波探测目标。
目标向雷达反射回波能力的大小,用雷达散射截面积(RCS)来表征。
根据雷达方程,雷达对目标的探测距离与目标散射截面积的四次方根成正比:R∝根据这个比例关系,假设一部雷达能够在100km处发现RCS为100平方米的目标,如果目标的RCS减小到10平方米,则探测距离下降为56km;RCS减小到1平方米,则探测距离下降为32km。
可见伴随目标RCS的减小,雷达对飞机的探测距离在缩短,这对突防的飞机来说是非常重要的。
假设一架飞机要攻击一个目标,沿途需要突破敌方的空中预警区,地面预警雷达、搜索制导雷达防御圈,要完成突防任务,是相当困难的。
如果换一架隐身飞机,假定它使雷达的探测距离缩短2/3,那么它就可以从容的突破防御系统,对目标进行攻击而不被发现。
因此,采用隐身技术设计的飞机可缩短雷达对其探测距离,从而有效提高飞机的生存能力和作战效能。
而雷达隐身的核心问题就是减小飞机的RCS。
目前,由于技术的限制,不可能使得飞机上下左右前后各个方向都有非常小的RCS,只能在重点方向上减小RCS。
由于飞机在突防中,只需穿越雷达网的间隙,就可以不被雷达探测到,因而很少有雷达能从飞机的正上方或正下方进行探测,所以只要将飞机水平面上下一定角范围内的RCS减小,就可有效降低飞机被雷达探测到的概率。
而在个范围内,机头方向受雷达威胁最大;侧向次之。