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隐身直升机红外辐射与雷达散射特征分析
王磊;单勇;张靖周;陈新蕾
【期刊名称】《直升机技术》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】为实现直升机红外/雷达综合隐身,将一体化红外抑制器融入隐身直升机的设计中,通过数值计算得到悬停状态下直升机的温度场、红外辐射特性以及雷达散射特性。
结果表明:在一体化红外抑制器引射气流和旋翼下洗气流的作用下,直升机排气混合管和后机身都可以得到很好的冷却;尾桨通流作用下的高温排气对左侧机身的局部加热效应更显著;排气系统与后机身一体化设计方案使得机身可以有效地遮挡高温混合管,所以3~5μm波段总红外辐射主要来源于气体和机身蒙皮;而在
8~14μm波段,气体红外辐射可以忽略不计;在3 GHz、6 GHz、10 GHz和15 GHz频率下,隐身直升机周向RCS均值都控制在4 dBsm以下,表明一体化设计方案在降低红外辐射的同时也具备较好的雷达隐身能力。
【总页数】8页(P14-21)
【作者】王磊;单勇;张靖周;陈新蕾
【作者单位】南京航空航天大学;南京航空航天大学/集成电路学院
【正文语种】中文
【中图分类】V218
【相关文献】
1.红外与雷达隐身涂层激光后向散射特性
2.外形隐身目标雷达散射截面高频散射特性的研究
3.SBR 雷达散射截面快速算法在雷达隐身设计中的应用
4.隐身填料颗粒尺寸对雷达波吸收及红外辐射性能的影响
5.隐身战斗机红外辐射特征计算及红外隐身效果分析
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〈制导与对抗〉先进红外传感器对隐身飞机作用距离估算研究何苹1，王莹莹2，岳韶华2（1. 西京学院信息工程学院，陕西西安 710123；2. 空军工程大学防空反导学院，陕西西安 710046）摘要：为了有效地估算先进红外传感器对隐身飞机的作用距离，以F-22与F-35进行对抗性仿真为想定，计算了F-22在长波和中波波段的红外辐射强度，拟合了典型条件下大气透过率的经验公式，推测了F-35机载IRST和AIM-9X红外导引头的特征参数，利用逐步逼近法，计算了F-35机载IRST和AIM-9X导弹导引头对F-22的作用距离。
计算结果表明，F-22具有较强的红外隐身能力，可使F-35的IRST对其迎头作用距离不大于62km，但是F-22在近距作战中，仍将受到红外格斗弹的较大威胁。
鉴于F-22的红外辐射随红外传感器探测角度的变化而敏感性高的特点，建议飞机编队进行红外反隐身探测时，采用稀疏编队方式，以提高探测概率。
关键词：隐身飞机；作用距离；IRST；红外格斗弹；F-22；F-35中图分类号：TN219 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2020)06-0899-06Operating Range of the Advanced Infrared Detector for the Stealth AircraftHE Ping1，WANG Yingying2，YUE Shaohua2(1. Information Engineering Academy, Xijing University, Xi’an 710123, China;2. Air and Missile Defense College, Air Force Engineering University, Xi’an 710046, China)Abstract：To compute the operating range of the advanced infrared detector for the stealth aircraft, the combat simulation scenario of F-22 and F-35 is given in the paper. In the scenario, the infrared radiation intensity of F-22 is computed in middle wave-band and long wave-band, the fitting formula of the atmospheric transmittance is given under typical conditions, the characteristic parameters of the F-35 airborne IRST and AIM-9X infrared seeker are inferred and the operating ranges of F-35 airborne IRST and AIM-9X infrared seeker for F-22 are computed with the gradually approaching method. The computation shows that F-22 has good stealth capability and the operating ranges of F-35 airborne IRST is less than 62 km from the nose of F-22 while the infrared dog-fight missiles threat F-22 in short range strikes. The infrared radiation of F-22 is sensitive to the detection angle of the infrared sensors, thus in the aircraft fleet anti-stealth infrared detection, sparse formation is adopted to increase the detection probability.Key words：stealth aircraft, operating range, infrared search and tracking system(IRST), infrared dog-fight missile, F-22, F-350 引言随着红外探测技术的发展，世界上主要的第四代战机普遍采用红外隐身技术，以提高战场生存力。
第7卷第18期 2007年9月1671 1819(2007)18 4587 04科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringVo.l7 No.18Sep.20072007 Sc.iTech.Engng.通信技术点源目标的红外成像系统作用距离分析黄静刘朝晖邓书颖(中国科学院西安光学精密机械研究所,西安710068)摘要红外系统的作用距离是红外探测系统的一个重要的综合性能参数,它直接影响红外图像的像质,从而影响目标的提取与识别。
基于NETD和NEFD对红外成像系统的作用距离进行了详细的分析,以便在设计中参考使用。
关键词点源目标NETD NEFD 红外成像系统作用距离中图法分类号 TN219; 文献标识码A红外成像系统的作用距离远近直接影响到采集的红外图像的信噪比,也就是说直接影响图像的像质,从而给目标的提取与识别带来了很大的困难。
因此,在这里有必要对红外成像系统的作用距离进行详细的分析。
红外系统的作用距离是探测系统的一个重要的综合性能参数。
当目标相对系统的张角小于系统的瞬时视场时,系统不能分辨,这时可将目标看成点辐射源。
红外系统接收点辐射源的能量与其间的距离有关,距离越远接收到的能量越少,与接收到的最小可用能量相应的距离称为系统的作用距离[1]公式可以避免其中的一些的不足。
尤其是避免了对大温差目标进行校正的问题。
1 基于成像系统NETD估算作用距离当系统的噪声仅受探测器的噪声所限制时,对于红外探测系统的作用距离,传统的分析方法主要以目标的辐射功率在探测器上的响应是否满足信噪比要求为依据,其具体的公式如下:a It0D0DR=sAd 2*1/2(1)其(1)式中:R为探测系统的作用距离;It为点源的红外辐射强度; a为大气平均透过率; 0为光学效率;D为探测器的比探测率;D0为系统的通光口径;Ad为敏感单元面积; f为系统宽带: f=1/2T,T为积分时间,积分时间取1ms, f为500Hz;由噪声等效温差的定义可得[1,2]1/2*在用红外热像仪探测目标的场合,往往用热成像系统的作用距离方程来估算作用距离。
飞机红外辐射特性及其探测技术研究王超哲;童中翔;芦艳龙;柴栋【摘要】根据红外辐射的基本原理,提出了基于温度场分布的飞机红外辐射计算方法.依据红外探测器的工作原理,得到经大气传输和目标与背景对比后探测器接收到的有效目标信息.通过探测器对某型飞机探测距离的计算和分析,总结出了影响探测效果的五个主要的飞机红外辐射特性:光谱特性、方位特性、高度特性、速度特性和发动机状态特性.在此基础上讨论了红外探测器的设计和使用上以及飞机红外隐身上应注意的问题.%According to IR radiation's principle,the calculating method of airplane's IR radiation on the basis of temperature field distributing is proposed. The useful object information which the IR detector receives after atmosphere's transmission is gained. By calculating and analyzing the detected distance of a certain plane,five significant characteristics of airplane's infrared radiation that influence the detecting effect are pointed out,which include spectrum characteristic, direction characteristic,altitude characteristic,velocity characteristic and engine state characteristic. Based on the conclusions,problems about IR detector and plane's IR stealth are discussed.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2011(041)009【总页数】6页(P996-1001)【关键词】红外探测器;红外辐射;尾焰;尾喷口;蒙皮【作者】王超哲;童中翔;芦艳龙;柴栋【作者单位】空军工程大学工程学院,陕西西安710038;空军工程大学工程学院,陕西西安710038;空军工程大学工程学院,陕西西安710038;空军工程大学工程学院,陕西西安710038【正文语种】中文【中图分类】TN214随着雷达隐身技术的发展，作战飞机的雷达反射截面积越来越小，使得利用无线电手段探测目标越来越困难。
隐身飞机隐身问题剖析（中）——红外隐身隐身飞机隐身问题剖析远望智库高级研究员杨军威二、红外隐身通过雷达隐身措施，可将雷达对隐身飞机的探测距离压缩到了60km左右。
然而，F-22正常的作战状态有时处于超声速巡航状态，其红外辐射特征明显超过三代机，大气条件良好情况下，机载红外传感器对F-22的探测距离超过80km，红外隐身问题又凸显出来。
原来处于辅助角色的红外传感器（如苏-27），对于探测隐身目标，上升到了主传感器的地位。
因此，在雷达隐身的基础上，隐身飞机还要考虑红外隐身的问题。
（一）飞机红外隐身基本特点飞机红外隐身具有以下六个基本特点。
1.有源辐射特性与飞机雷达散射特性RCS不同的是，飞机红外辐射是一种有源目标特征，敌方可利用被动传感器进行探测，红外隐身的实质是一个低截获（LPI）问题。
飞机的红外辐射来源于飞机的蒙皮热辐射、发动机尾喷管热辐射、发动机排出的尾焰辐射以及飞机对环境辐射（太阳、地面和天空）的反射。
飞机蒙皮热辐射由两部分组成，飞机飞行时气动加热形成的蒙皮热辐射和蒙皮对环境辐射（太阳、地面和天空）的反射。
由于对环境辐射的反射较为复杂，且影响较小，因此可以忽略。
2.单一参数描述与雷达隐身相似的是，红外隐身可以也用单一参数——红外辐射强度进行定量描述。
红外辐射强度是一个与飞机结构、表面涂料和飞行状态密切相关的变量，也是飞机的一种固有特性，一旦设计定型后就基本确定。
3．取值方向明确红外隐身与雷达隐身相似，参数的取值方向十分明确，属性也是越小越好，同样是需求与可能之间的权衡，要与雷达隐身性能匹配。
4．固有设计特性飞机的红外隐身性能的主要影响因素有三个，结构、涂层和飞行状态。
结构和涂层是设计参数，设计一定，则红外隐身性能就基本确定。
因此，飞机的红外隐身性能是飞机的固有设计特性，其属性是越小越好。
可以通过飞机的结构设计来减少飞机红外辐射的强度或被探测到的概率，如采用遮挡设计，减少发动机红外辐射被侧面探测的概率；采用翼面蒙皮下燃油管散热等措施，以减小翼面的红外辐射。
图16 均匀背景下小目标辐射的关系
红外成像系统作用距离的数学模型如下式所示：
其中，R为目标到系统的作用距离，m；δ为信号提取因子；t A为目标的有效辐射面积，cm2；t L为目标的辐射亮度，；t N为目标在焦平面上所占的像元数: 为背景辐射亮度，；o A为光学系统入瞳面积，m2；()R aτ为大气透过率；oτ为工作时光学系统的透过率；d A为探测器单个像元面积，cm2；t为工作时的积分时间，s；∗D为波段有效探测度，
时水蒸气和二氧化碳的光谱吸收系数；
为与气象条件有关的降雨、降雪强度，单位下雨对红外探测距离的影响
科学与信息化 6月上 内文.indd 7。
制冷型探测器在不同大气条件下红外搜索系统作用距离计算问题已知条件：1、制冷型探测器：3~5μ 30μ（像元） 像素：320×2402、3~5μm 波段在海面情况下（分别针对喷气式飞机和舰艇）传输透过率分析。
（晴朗和浓雾）3、能量计算（探测距离）（1）海面对空 20km ，喷气式飞机，翼展30m （2）海面 20km ，舰艇 （3）相对孔径、透过率4、非制冷型红外探测器光学系统参数：f′=30~180；F ：2.1；透过率：τ〉70% 求晴朗和浓雾大气条件下红外搜索系统作用距离。
解：搜索系统的作用距离方程为：2121*0])(4[ns f F DD I S υυωσττπα⋅∆= 其中：i I ： 红外辐射强度 ατ： 大气透过率0τ： 光学系统透过率 D ： 通光口径 *D ： 探测率 σ： 信号过程因子 F ： 光圈数 ω： 视场角f ∆： 系统带宽 ns u u：信噪比对于制冷型波段在3-5μm, 30u (像元)分辨率为320⨯240 'f =180mm=18cm F=2.1 晴朗时T=25C ︒ RH=90% 1) 通过查阅《红外技术》知在3-5μm 波段范围内，飞机的辐射强度53-I =483.49srw2) 大气透过率为大气中水蒸气透过率与大气中CO 2中透过率的乘积即22CO O H τττα⋅=相对湿度为空气中试样水蒸气含量与饱和时水蒸气含量比值即SRH ρρω=经查表知25C ︒饱和水蒸气的质量为S ρ=22.80 3m g则356.42080.22mg RH s w =︒︒⨯=⨯=ρρ又因为高度为h 的水平距离X 所具有的透射比等于长度为0X 的等效海平面上透射比即kPPX X ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=00 其中P ：高度为h 处的大气压强P 0：平面上的大气压强k ：常数 对H 2O 系统k=0.5，对CO 2系统k=1.5 。
又因为根据已知有h=10km d=20km∴水平距离X=22h d -=221020-=103km经查表得 当h=10km 时对于H 2O 系统：k⎪⎪⎭⎫⎝⎛0ρρ=0.518对于CO 2系统：k ⎪⎪⎭⎫⎝⎛0ρρ=0.141根据以上数据可求得对于水蒸气全路程可凝结水的毫米数为KOH W W X X OH 2200W ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅=⋅=ρρρρ = 4.56⨯17.32⨯0.518 = 40.911mm经查表可得在3-5μm 范围内，可凝结水毫米数为40.911mm 的透过率对所有数值进行加和取平均()2 3.05.03.1 3.24.9(/2022H Oττττττ=+++⋅⋅⋅⋅++晴朗）=0.001+0.029+0.084+0.233+0.509+0.768+0.883+0.922+0.961+0.961+0.940+0.922+0.883+0.824+0.623+0.465+0.334+0.233+0.172+0.0375）/20= 0.539对于CO 2的等效海平面的水平距离为km X X KCO CO 442.2141.072.1322=⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=ρρ 经查表可得在3-5μm 范围内,海平面水平距离为2CO X 的CO 2的透射率的平均值为：()2 3.1 3.2 4.9 5.01220CO τττττ⎛⎫=++++⋅ ⎪⎝⎭L 晴朗= (+211+1+……+0.875+0.993/2）/20= 0.82322()()H O CO ατττ=⋅（晴朗）晴朗晴朗 =0.539823.0⨯ =0.444有浓雾时：经查表得T=30C ︒时，饱和空气中水蒸气质量为30.043m gRH S W ⋅=ρρ则水蒸气全路程可凝结水的毫米数为2200KW H OS H OW X RH X ρρρρ⎛⎫=⋅=⋅⋅⋅ ⎪⎝⎭=30.04⨯0.9⨯17.32⨯0.518 =242.561mm经查表可得在3-5um 波段范围内，可凝结水的毫米数为242.56mm 的透过率平均值为2 3.0 5.03.1 3.2 4.9()(0000.00400)22(0.36032020H o ττττττ+++⋅⋅⋅⋅+=+++++==浓雾）对于CO 2的透过率，由于海平面的水平距离没有改变则2co τ没有改变 则2co τ（晴朗）=2co τ（浓雾）=0.823 则有浓雾的大气透过率：ατ（浓雾）= 2H o τ（浓雾）2co τ⋅（浓雾）=0.3603×0.823=0.297由公式0/D f F =可得，cm cm F f D 571.81.218/0===视场角0021.01802403018032030//=⨯⨯⨯=⋅=mm ummm um f b f q w取信号因子67.0=σ系统宽带f ∆=26.12×3z 10H 信噪比5=nsu u 12111103.1-*⋅⋅⨯=W H cm D Z则晴朗时搜索系统的作用距离为2121*0])(4[nsf F DD I S υυωσττπα⋅∆= km765.35]5)1018.260021.0(1.2467.0103.1571.07.0444.049.48314.3[2121311=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=在浓雾时搜索系统的作用距离为2121*0])(4[nsf F DD I S υυωσττπα⋅∆= 111231/23.14483.490.70.2978.571 1.3100.67[]4 2.1(0.002126.1810)523.926km⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=。
