飞机雷达截面积
- 格式:doc
- 大小:200.00 KB
- 文档页数:5
隐身飞机原理
隐身飞机原理即常常被称为隐身技术,主要是指利用特殊设计和材料,使飞机在雷达、红外和可见光等探测系统中减少被探测的可能性,提高隐形性能。
首先,隐身飞机采用了外形设计的几何理论。
通过减少飞机表面的凸起部分和边缘,减小飞机的雷达反射截面积(RCS)。
这意味着飞机从雷达的角度看起来更小,减少了被雷达探测到的可能性。
其次,隐身飞机使用了吸波材料来减少雷达反射。
这种材料能够将雷达波吸收或散射,减少反射回雷达的能量。
吸波材料被涂覆在飞机表面,减少了雷达反射信号的强度,使飞机在雷达系统中更难被探测到。
此外,隐身飞机还采用了内部嵌入的传感器和电子设备来监测外部环境,并及时做出调整。
飞机上的电子设备可以监测到来自雷达和红外传感器的探测信号,并根据信号做出实时调整,使飞机保持最佳的隐身性能。
还有一种常用的隐身措施是使用RCS降低涂层。
这些涂层可
以对飞机进行涂覆,从而减少飞机面积对雷达和其他传感器的反射。
这种涂层通常由一种特殊的材料制成,能够吸收或散射入射的雷达波。
综上所述,隐身飞机通过外形设计、吸波材料、传感器和涂层等多种措施,以减小飞机的雷达反射截面积和被探测的可能性,
提高飞机的隐形性能。
这些技术的应用使隐身飞机在战争和情报侦察等领域具有重要作用。
雷达方程公式雷达是一个常用的电子设备,它能够使用无线电波来探测周围环境中的物体。
雷达技术在军事、航空、天气预报等领域有着广泛的应用。
雷达的核心是雷达方程公式,它是雷达技术的基础,本文将详细介绍雷达方程公式的含义、推导过程和应用。
一、雷达方程公式的含义雷达方程公式是描述雷达探测能力的数学公式,它可以计算雷达的最大探测距离、最小探测目标尺寸等参数。
雷达方程公式的一般形式为:P_r=frac{P_tG_tG_rlambda^2sigma}{(4pi)^3R^4L} 其中,P_r是接收功率,P_t是发射功率,G_t是发射天线增益,G_r是接收天线增益,λ是雷达的工作波长,σ是目标的雷达截面积,R是雷达与目标之间的距离,L是系统的损耗因子。
从公式中可以看出,雷达方程公式包含了雷达探测能力的各种因素,如发射功率、天线增益、波长、目标雷达截面积、距离和系统的损耗因子。
这些因素综合影响着雷达的探测能力。
因此,通过雷达方程公式的计算,可以评估雷达的探测性能,对雷达的设计和使用具有重要意义。
二、雷达方程公式的推导过程雷达方程公式是基于电磁学原理推导出来的。
雷达是通过发射电磁波并接收反射回来的信号来探测目标的,因此,雷达方程公式的推导需要考虑电磁波在空间中的传播和反射。
首先,考虑雷达发射天线向外发射电磁波的情况。
发射天线的功率可以表示为:P_t=frac{E^2}{2Z_0}其中,E是电场强度,Z_0是自由空间的特征阻抗。
根据电磁波的传播原理,电场强度与距离的平方成反比,即:E=frac{E_0}{R}其中,E_0是发射天线上的电场强度,R是雷达与目标之间的距离。
将上式代入发射功率公式中,得到:P_t=frac{E_0^2}{2Z_0R^2}接下来,考虑雷达接收天线接收到的信号功率。
根据电磁波的反射原理,当电磁波照射到目标表面时,会发生反射,反射回来的信号功率可以表示为:P_r=frac{E_r^2}{2Z_0}其中,E_r是接收天线上的电场强度。
第一章 1、雷达的基本概念:雷达概念(Radar),雷达的任务是什么,从雷达回波中可以提取目标的哪些有用信息,通过什么方式获取这些信息 答:雷达是一种通过发射电磁波和接收回波,对目标进行探测和测定目标信息的设备。 任务:早期任务为测距和探测,现代任务为获取距离、角度、速度、形状、表面信息特性等。 回波的有用信息:距离、空间角度、目标位置变化、目标尺寸形状、目标形状对称性、表面粗糙度及介电特性。 获取方式:由雷达发射机发射电磁波,再通过接收机接收回波,提取有用信息。 2、目标距离的测量:测量原理、距离测量分辨率、最大不模糊距离 答:原理:R=Ctr/2 距离分辨力:指同一方向上两个目标间最小可区别的距离 Rmax=… 3、目标角度的测量:方位分辨率取决于哪些因素 答:雷达性能和调整情况的好坏、目标的性质、传播条件、数据录取的性能 4、雷达的基本组成:哪几个主要部分,各部分的功能是什么 答:天线:辐射能量和接收回波 发射机:产生辐射所需强度的脉冲功率 接收机:把微弱的回波信号放大回收 信号处理机:消除不需要的信号及干扰,而通过加强由目标产生的回波信号 终端设备:显示雷达接收机输出的原始视频,以及处理过的信息 习题: 1-1. 已知脉冲雷达中心频率f0=3000MHz,回波信号相对发射信号的延迟时间为1000μs,回波信号的频率为3000.01 MHz,目标运动方向与目标所在方向的夹角60°,求目标距离、径向速度与线速度。
6851000103101.510()15022cRmkm
m1.010310398KHzMHzfd10300001.3000smfVdr/5001021.024
smV/100060cos500
波长:目标距离: 1-2. 已知某雷达对σ=5m2 的大型歼击机最大探测距离为100Km, 1-3. a) 如果该机采用隐身技术,使σ减小到0.1m2,此时的最大探测距离为多少? 1-4. b) 在a)条件下,如果雷达仍然要保持100Km 最大探测距离,并将发射功率提高到10 倍,则接收机灵敏度还将提高到多少?
雷达的组成及其原理课程名称:现代阵列并行信号处理技术姓名:杜凯洋教师:王文钦教授示器、(1(2(3(4(5雷达等。
(一)概述1、天线:辐射能量和接收回波(单基地脉冲雷达),(天线形状,波束形状,扫描方式)。
2、收发开关:收发隔离。
3、发射机:直接振荡式(如磁控管振荡器),功率放大式(如主振放大式),(稳定,产生复杂波形,可相参处理)。
4、接收机:超外差,高频放大,混频,中频放大,检波,视频放大等。
(接收机部分也进行一些信号处理,如匹配滤波等),接收机中的检波器通常是包络检波,对于多普勒处理则采用相位检波器。
5、信号处理:消除不需要的信号及干扰而通过或加强由目标产生的回波信号,通常在检测判决之前完成(MTI,多普勒滤波器组,脉冲压缩),许多现代雷达也在检测判决之后完成。
6、显示器(终端):原始视频,或经过处理的信息。
7、同步设备(视频综合器):是雷达机的频率和时间标准(只有功率放大式(主振放大式)才有)。
(二)雷达发射机1、单级振荡式:大功率电磁振荡产生与调制同时完成(一个器件)(1(2)(32(1(2(3(4(三)雷达接收机一、超外差雷达接收机的组成优点:灵敏度高、增益高、选择性好、适应性广。
图3-1 超外差式雷达接收机简化框图1、高频部分:(1)T/R 及保护器:发射机工作时,使接收机输入端短路,并对大信号限幅保护。
(2)低噪声高放:提高灵敏度,降低接收机噪声系数,热噪声增益。
(3)Mixer ,LD ,AFC :保证本振频率与发射频率差频为中频,实现变频。
2、中频部分及 AGC :(1)匹配滤波:max (/)o S N(2)AGC :auto gain control.3(1(21、灵敏度d P 时的输完成。
23。
4、中频的选择与滤波特性:02R f f ≥∆ ,中频选择通常选择 30M ~500M ,抑制镜频.实际与发射波形特性,接收机工作带宽有关。
5、工作稳定性和频率稳定度:指当环境变化时,接收机性能参数受到影响的程度,频率稳定度,信号处理,采取频率稳定度、相位稳定度提高的本振,“稳定本振” 。
海面舰艇雷达散射截面积
摘要:
一、雷达散射截面积的定义和作用
二、影响海面舰艇雷达散射截面积的因素
三、雷达散射截面积在实际应用中的重要性
四、减少雷达散射截面积的方法和技巧
五、未来发展趋势和挑战
正文:
雷达散射截面积(Radar Cross Section,简称RCS)是描述目标在雷达波照射下产生回波强度的一种物理量,是雷达隐身技术中最关键的概念。
对于海面舰艇而言,雷达散射截面积直接影响了舰艇在雷达探测中的可见性,因此是舰艇设计中必须考虑的重要因素。
影响海面舰艇雷达散射截面积的因素主要包括舰艇的形状、结构、材料特性和雷达波的频率。
一般来说,舰艇的表面越光滑、形状越接近球形,雷达散射截面积就越小。
此外,采用雷达波吸收材料也可以有效减小雷达散射截面积。
雷达散射截面积在实际应用中的重要性不言而喻。
一方面,舰艇的雷达散射截面积越小,越难以被敌方雷达探测到,从而提高了舰艇的生存能力;另一方面,雷达散射截面积的减小也有助于降低舰艇的雷达反射面积,提高舰艇的隐身性能。
减少雷达散射截面积的方法和技巧有很多,如采用雷达波吸收材料、优化
舰艇形状和结构等。
未来,随着雷达技术的发展,雷达散射截面积将面临更大的挑战。
例如,新型雷达技术可能会提高雷达散射截面积的测量精度,从而对舰艇的设计提出更高的要求。
总之,雷达散射截面积是海面舰艇设计中必须关注的重要因素。
超视距雷达背景资料:超视距雷达(OTH),也称为超地平线雷达。
它利用电磁波在电离层与地面之间的反射或电磁波在地球表面的绕射来探测目标。
OTH雷达一般工作在短波波段,工作频率为3~30MHz。
这种雷达最重要的优点是不受地球曲率的限制,从电离层(高度80~360km)到地(海)表面全高度地探测空中(飞机、导弹)和海面目标(各种舰船)。
该雷达探测距离远(800~3500km)、覆盖面积大(单部雷达60°方位扇区可达560万平方千米),具有天然抗低空突防、抗隐身飞行器、抗反辐射导弹等优点。
它主要用于战略预警及远程战术警戒情报雷达系统,能以最经济的手段,最高的效费比实现对境外远程目标的早期预警,使国土防空(海)的预警时间提高到小时量级。
目前,世界上拥有先进雷达技术的国家,如美国、俄罗斯、澳大利亚、英国、法国、日本等,都先后研制和部署了OTH雷达系统。
美国空军对东海岸超视距雷达AN/FPS-118的验证过程中,该雷达不仅能发现3335.4千米(1800海里)以外的巡航导弹,而且能在大部分时间跟踪它们。
这些巡航导弹的RCS(雷达散射截面积)小于B-2轰炸机,但高于F-117A隐身战斗机。
该超视距雷达还能跟踪波多黎各岛上空飞行的长度只有4.3m的私人飞机。
超视距雷达能探测远距离的舰船。
ROTHR的试验结果表明,该雷达系统在一个特定的区域里对目标的探测和跟踪能力超过了海军的规定指标,它成功地跟踪了某一海域的25艘舰船中的24艘,而且对另一艘也能勉强跟踪。
苏联从1976年就研制出了OTH雷达,主要作用是作为第二层战略预警系统(预警卫星为第一层战略预警系统)。
苏联超视距雷达的工作频率为4~30MHz(一说为5~22MHz),其发射波形为大功率脉冲串,脉冲重复频率为10.5Hz,脉冲宽度小于2ms,发射功率为20~40mW。
据称,苏联的OTH雷达可能采用了多站技术。
俄罗斯的新OTH—B系统采用了天波—地波联合工作体制。
航空航天概论课后习题及答案第一章3.国内外第一架飞机为何人何时所制造?1903年美国的莱特兄弟制成世界上第一架动力飞机试飞成功。
1909年中国的冯如自行制成第一架飞机试飞成功。
4.我国第一架飞机,第一架喷气飞机,第一架超声速飞机,第一架自行设计飞机是什么飞机?何时制成?第一架飞机: 初教5 1953年制成第一架喷气飞机:歼5 1956第一架超声速飞机:歼6 1958第一架自行设计飞机:歼教1 19586 活塞式飞机为什么不能实现超声速飞行?A.增加功率就要增加发动机的气缸的容积和数量,导致发动机本身的重力和体积成倍增长,这样不仅会使飞机阻力猛增,还会因为发动机重力过重而使机内部结构无法安排。
B.活塞发动机是靠螺旋桨产生拉力的,当飞行速度和螺旋桨转速进一步提高时,桨叶尖端将会产生激波,是螺旋桨效率大大降低,这也限制了飞机速度的提高。
第二章1. 飞机主要组成部件极其名称和功用?①机身主要用来装载人员,货物,燃油和机载设备,还将机翼,尾翼,起落架,动力装置连接在一起形成一个整体。
②机翼主要功用是产生升力;还使飞机具有横侧安定性和操作性;安装发动机,起落架;放置燃油和其他设备。
③尾翼保持纵向平衡;使飞机具有纵向和横向稳定性和操作性。
④起落架在飞机滑跑,停放和滑行过程中起支撑作用,同时吸收飞机在滑行和着陆是的震动和冲击载荷。
⑤动力装置主要用来产生拉力或推力使飞机前进;3 喷雾器的液体是怎样喷出来的?对于装有液体的喷雾器,其前端喷口是横截面积很小的孔,当向前活塞时,液体被向喷口压缩,根据连续性定理可知:在相同的时间内,流进任意截面的流体质量等于流出另一截面的流体质量,而喷雾器喷口处流体通道较喷雾器主筒小很多,故而液体必然以较大的速度向外喷出。
5 熟记机翼几何参数的符号及意义。
试比较两个翼型的几何平均弦长C G 和翼展长b.(p36)翼展长b 表征机翼左右翼稍之间的最大距离。
外露根弦c0和翼稍弦长c1几何平均弦长(c0 + c1)/ 26 升力是怎样产生的?它和迎角有何关系?产生原理:空气流到机翼前缘时分成流经沿机翼上下表面的两股气流,而在机翼后缘重新汇合后流去。
隐形例行测试题及答案一、选择题(每题2分,共20分)1. 下列哪个选项不是隐形飞机的特点?A. 雷达反射面积小B. 外形设计特殊C. 飞行速度极快D. 材料具有吸收雷达波的特性2. 隐形技术主要应用于哪些领域?A. 民用航空B. 军事领域C. 商业运输D. 太空探索3. 隐形飞机的隐形效果主要通过什么实现?A. 减小飞机体积B. 改变飞行高度C. 使用特殊涂料D. 降低发动机噪声4. 以下哪个国家不是隐形飞机的开发者?A. 美国B. 俄罗斯C. 中国D. 印度5. 隐形飞机的雷达反射面积通常用哪个单位表示?A. 米B. 平方米C. 雷达截面积(RCS)D. 千米6. 隐形飞机在设计时需要考虑哪些因素?A. 飞行速度B. 机动性C. 载弹量D. 所有以上选项7. 隐形飞机的隐形效果与以下哪个因素无关?A. 飞机外形B. 飞行高度C. 飞机颜色D. 飞机材料8. 隐形飞机的隐形技术包括哪些方面?A. 外形设计B. 特殊涂料C. 电子干扰D. 所有以上选项9. 隐形飞机在现代战争中的作用是什么?A. 快速运输B. 空中侦察C. 远程打击D. 空中加油10. 下列哪个不是隐形飞机的雷达隐身技术?A. 形状隐身B. 材料隐身C. 速度隐身D. 电子隐身答案:1. C2. B3. D4. D5. C6. D7. C8. D9. C10. C二、填空题(每空1分,共10分)1. 隐形飞机的雷达反射面积通常用________表示。
2. 隐形飞机的外形设计通常采用________,以减少雷达反射。
3. 隐形飞机使用的涂料通常含有________,这种材料能够吸收雷达波。
4. 隐形飞机的电子干扰技术可以________雷达的探测。
5. 隐形飞机在设计时,除了考虑隐形效果外,还需要考虑________和________等性能。
答案:1. 雷达截面积(RCS)2. 特殊形状3. 铁氧体4. 干扰5. 机动性载弹量三、简答题(每题5分,共10分)1. 请简述隐形飞机的隐形原理。
海面舰艇雷达散射截面积1. 引言海面舰艇雷达散射截面积(Radar Cross Section, RCS)是描述海军舰艇在雷达波束照射下,反射回到雷达系统的电磁波功率密度的物理量。
它是衡量舰艇在电磁波辐射和侦测中的敏感性和隐身性能的重要指标。
本文将对海面舰艇雷达散射截面积进行全面详细、完整且深入的介绍。
2. 海面舰艇雷达散射截面积的定义海面舰艇雷达散射截面积是指当一束电磁波照射到海上目标时,目标表面单位区域内反射出去的功率与入射功率之比。
它通常用平方米(m^2)作为单位。
3. 影响因素海面舰艇雷达散射截面积受多种因素影响,包括目标形状、目标材料、入射角度、频率等。
3.1 目标形状目标形状对雷达散射截面积具有重要影响。
一般来说,具有光滑表面的目标比具有锐利边缘和角落的目标具有更低的雷达散射截面积。
因此,在设计海军舰艇时,需要考虑减小目标的棱角和边缘,以降低雷达散射截面积。
3.2 目标材料目标材料也会对雷达散射截面积产生影响。
对于雷达波束频率范围内的电磁波,金属材料通常具有较高的反射能力,因此会导致较大的雷达散射截面积。
相反,吸波材料则可以降低雷达散射截面积。
3.3 入射角度入射角度是指雷达波束与目标表面法线之间的夹角。
当入射角度为垂直时,目标的雷达散射截面积最小;而当入射角度接近水平时,目标的雷达散射截面积最大。
因此,在实际操作中,需要考虑不同入射角度下的雷达散射截面积变化。
3.4 频率频率是指雷达波束的频率。
不同频率的电磁波对海军舰艇的雷达散射截面积影响也不同。
一般来说,随着频率的增加,雷达散射截面积会增大。
因此,在雷达系统设计中需要考虑选择合适的频率范围以降低雷达散射截面积。
4. 海面舰艇雷达散射截面积的应用海面舰艇雷达散射截面积在军事领域中具有重要应用价值。
4.1 隐身性能评估通过测量和计算海军舰艇的雷达散射截面积,可以评估其隐身性能。
隐身技术旨在减小目标对雷达系统的探测范围和距离,从而提高作战效果。
隐身战机的隐身原理
隐藏战斗机的隐身原理有多个方面。
这些原理旨在减少飞机的雷达、红外和可见光等传感器系统所接收到的信号,以减小敌方探测和追踪飞机的能力。
1.减少雷达反射截面积(RCS):隐形战机采用特殊设计和涂层以减小雷达反射截面积的大小。
例如,采用平滑曲线和倾斜表面来减少信号反射,或使用吸波材料和雷达吸波涂层来吸收雷达波。
2.减少热红外辐射:隐形战机在发动机喷口和其他高温部件周围采用热抑制技术,如增加绝热层和热隔离材料,以减少热红外辐射。
此外,发动机还可能采用进气口的设计来减少热红外辐射的可见度。
3.光学隐身:隐身战机的外观设计和涂装也有助于减小从可见光传感器接收到的信号。
例如,采用非对称和复杂的形状来扰乱光的反射和折射。
此外,使用特殊的涂装,如反射率低的颜色和军事纹理,可以减少战机在可见光范围内的可见度。
4.电子对抗:隐身战机还可以发射干扰信号来扰乱敌人的雷达系统。
这些干扰信号可以模拟其他目标,使敌人无法准确地探测到隐形战机。
需要注意的是,隐身技术不是绝对的,它只是减小了飞机被探测到的可能性。
随着雷达技术和传感器系统的发展,对隐形战机的探测能力也会不断提高,隐身战
机仍然需要采取其他措施来保持其隐身性能。
上图是(远距离搜索型)雷达截面积与波长的关系曲线,横坐标是对波长归一化的目标的尺寸。
下面简要分析各个区域形成的原因:
瑞利区:入射电磁波波长大于理想球体的尺寸,电磁波主要以绕射方式传
播。
光学区:当电磁波波长远小于理想球体的尺寸时,电磁波主要以散射为主。
因此渐趋于稳定,极限是理想球体的截面积。
1.2 RCS与波长的特性对雷达设计的指导意义
首先明确这是一个远距离搜索型雷达,因此其光学区的目标RCS=
题目要求最大作用距离尽量远,因此一般取,
因此,。
雷达应选择工作在X波段。
注意:虽然振荡区的某些区间可以取得高于光学区RCS的效益,但是由于其探测的不稳定性,单基地一般不选用。
但是对于组网雷达来说却是一个值得尝试的想法。
第一章 绪论(重点)1、雷达的基本概念雷达概念(Radar),雷达的任务是什么,从雷达回波中可以提取目标的哪些有用信息,通过什么方式获取这些信息雷达概念:Radio Detection and Ranging 的缩写。
无线电探测和测距,无线电定位。
雷达的任务:雷达检测,目标定位,目标跟踪,目标成像,目标识别。
从雷达回波中可以提取目标的有用信息,获取方式: 目标信息 雷达提取 空间位置 距离 R=Ct/2 回波延时 方位 天线扫描 仰角速度 多普勒频移尺寸和形状 回波延时、多普勒频移2、目标距离的测量测量原理、距离测量分辨率、最大不模糊距离测量原理:通过接收信号的时间延迟进行测距 R=Ct/2 (t:滞后时间) 距离测量分辨率最大不模糊距离3、目标角度的测量角度分辨率角度分辨率:位于同一距离上的两个目标在方位角平面或仰角平面上可被区分的最小角度4、雷达的基本组成哪几个主要部分,各部分的功能是什么同步设备(Synchronizer):雷达整机工作的频率和时间标准。
发射机(Transmitter):产生大功率射频脉冲。
收发转换开关(Duplexer): 收发共用一副天线必需,完成天线与发射机和接收机连通之间的切换。
天线(Antenna):将发射信号向空间定向辐射,并接收目标回波。
接收机(Receiver):把回波信号放大,检波后用于目标检测、显示或其它雷达信号处理。
显示器(Scope):显示目标回波,指示目标位置。
天线控制(伺服)装置:控制天线波束在空间扫描。
电源第二章 雷达发射机1、雷达发射机的任务雷达发射机的任务:为雷达提供一个载波受到调制的大功率射频信号,经馈线和收发开关由天线辐射出去。
2、雷达发射机的主要质量指标雷达发射机的主要质量指标:工作频率或波段,输出功率,总效率,信号形式,信号稳定度3、雷达发射机的分类雷达发射机的分类:1、按调制方式: ①连续波发射机 ②脉冲发射机2、按工作波段:①短波②米波③分米波④厘米波⑤毫米波3、按产生信号方式 :①单级振荡式 ②主振放大式4、按功率放大使用器件: ①真空管发射机 ②固态发射机4、单级振荡式和主振放大式发射机组成, 以及各自的优缺点。
RCS缩减技术简介随着各种高新技术的不断发展,在现代战争中,雷达起着不可估量的作用。
现在的雷达不仅能够发现目标,还能更进一步测定其距离、方为、俯仰、高度、速度,还可利用成像技术进一步确定目标的类型、数量规模和目标对自己的威胁程度。
因此,一切军事目标都面临着“发现即被摧毁”的严重威胁。
但是如果军事目标具有一定的反雷达隐身性能,就能够提高各种军事目标在战场上存活的概率,从而提高战场的生存能力。
RCS缩减的目的是通过各种有效的技术措施降低军事目标的雷达散射截面积。
一般军事目标的雷达散射截面积取决于它的外形、材料、姿态和周围的电磁环境,所以雷达散射截面积缩减技术主要包括:外形技术、吸波材料技术和阻抗加载技术(有源和无源)。
通常认为, 外形技术和吸波材料技术是比较有效的两种减缩技术。
但是在军事装备设计定型之后, 外形很难改动,常常应用吸波材料来降低雷达散射截面积。
在飞行器初步设计阶段应当综合应用外形和吸波材料技术。
为了使得一种新武器具备良好的隐身效能,在其研发阶段中, 外形设计非常重要。
隐身外形技术是通过改变飞行器的外形参数来降低雷达散射截面积的一种技术措施。
在实施雷达散射截面积缩减之前, 应当对典型飞行器的强散射中心分布及其雷达散射截面积数学规划有比较明晰的认识以便得到最佳的减缩效果。
到目前为止,隐身技术已经发展了若干个阶段,但是有效的外形设计任然是减小雷达散射截面积的主要方式。
一般说来,优良的外形设计能够在很大程度上缩减军事目标的雷达散射截面积。
一般可达20dB以上。
而涂覆吸波材料也能够达到缩减雷达散射截面积的目地,但是其效果没有改变外形明显。
故在军事装备在设计之初就应充分考虑起外形。
飞机雷达截面积美国F-22隐身战斗机进驻日本冲绳,隐身轰炸机B-2也可驻扎关岛。
对隐身飞机作战问题的热烈讨论,带热了一个词---飞机雷达截面积。
雷达截面积是一个人为的参数,牵涉因素很多,而且因为它关系到飞机作战效能,因此所有国家都不会公开自己飞机的精确数值,或发表一些模糊的误导宣传值,所以人们从报刊或正式文献上看到的数据差别很大。
本文将粗略地谈一谈有关这个参数的问题。
雷达截面积(RCS)是什么参数?隐身飞机要尽量减少其向外辐射并能为外界感知的特征信息,所以隐身技术应包括雷达隐身、光学隐身(可见光、激光和红外线等)和声学隐身等方面。
最被重视的是雷达隐身,因为雷达是目前远距离发现飞机的主要设备。
雷达对不同飞机的发现距离不同,除雷达本身及环境因素外,与飞机关系很大。
而飞机外形十分复杂,大小不一。
为便于对比,所以建立了一个人为的参数,称为“雷达截面积”(Radar Cross Section简称RCS),也可称为雷达切面。
本来测量或计算出的飞机对雷达波的反射强弱是用电磁学单位,即分贝平方米(dbsm)表示,有时只用分贝(db)表示。
为了让人更好理解,很多资料改用平方米表示。
有人通俗解释为,它表示飞机对雷达波的反射能力相当于多少平方米面积的垂直金属平板。
这个解释是否精确存在争议。
至于分贝平方米与平方米的关系,有一个通用的数学公式:分贝平方米=10×log平方米。
外界雷达可以从飞机四面八方照射,方位有360°,俯仰照射也是360°。
不同角度照射时,飞机的RCS都不同。
如果每1°测量一次,飞机的RCS就应该有360×360即129600个数值。
但到目前为止,似乎还没有人进行过这样精密的测试或计算,一般只有平面的(俯仰照射角可限制在0~30°之内)数值。
不同俯仰角照射数据更少,往往只限于飞机正上方或正下方。
平面的RCS值一般又分前方(或称迎头)、侧方和后方(或称后向)三大类。
而前方的RCS可以是真正0°的数值或前方±30°、±45°的平均值。
同一架飞机这三种算法所得结果差别很大。
一般资料往往不给出是什么计算条件下的数值,但多指后两种。
侧方和后方RCS值也是同样情况。
有些资料出于宣传目的,只用某一方向1°的RCS值。
从本文后面给出的实测数据就可以看出其中奥妙。
飞机RCS与雷达波长有一定关系。
同一架飞机,对于波长较长的雷达,其RCS值就会稍大一些,但两者并不一定是线性关系。
例如某型飞机对X波段雷达(波长 3.2厘米)水平极化,前方±45°平均RCS是0.4平方米,而对L波段雷达(波长23厘米),RCS增大到0.8平方米。
更为复杂的是,在试验室内或室外,一部雷达对同一种飞机测量RCS值时重复性差,这表明RCS是一个随机变数,需要测量很多次再用统计方式表达。
当然,实际上测量次数也不可能太多,否则科研费承受不了。
所以飞机的RCS值并非一个十分精确的参数,变化幅度有可能达到0.5甚至1平方米。
而对于计算机模拟作战来说,有双方飞机的较全面的RCS 数值是很必要的。
与RCS有关的主要因素飞机的RCS值是由飞机上许多散射中心或称局部散射源决定的。
这些散射源分布在飞机机体的各部分,是一个三维的分布。
如要减少RCS,必须将各散射源弄清楚,先着手改进最强的反射源。
飞机主要散射源有五种。
镜面反射——如机身侧面、外挂架、垂直尾翼等产生的反射;边缘散射——飞机表面不连续处引起的散射,如机身机翼及尾翼的连接处以及翼面前后缘等;尖顶散射——如机头前端、空速管、副油箱前端等处引起的散射;凹腔体散射——主要为座舱、进气道、尾喷管等处产生的很强的散射;蠕动波散射——入射波经过物体后部又传播到前面来形成的散射,各种外挂物可能对一定波长的雷达产生这种散射。
此外还有飞机表面各种不连续处,例如飞机上各检查口盖边缘。
即使其表面对气流来说是光滑过渡,但由于介质不同,导电性能不同或有缝隙,都会产生散射。
当然飞机的几何尺寸大小是一个基本的决定因素,尺寸越大RCS也越大。
如果飞机外露的物体尺寸与雷达波波长相近或者是雷达波长的倍数,都可能会形成一个强散射源。
所以隐身飞机外面一般都没有什么外露物体,更没有现役飞机那些猫耳朵式的小进气口。
根据测试,现代新式战斗机各散射源对前方RCS的“贡献”比例约为:各种平面10%~20%;进气道15%~25%;翼面前缘35%~45%;座舱10%~25%。
当然,这种影响大小与各部分的位置、尺寸、设计考虑以及是否采用隐身技术有关。
一般来说,翼面前缘、进气口(含进气道)和座舱是需要特别关注的部位。
RCS的测试及表达方法飞机RCS的测定可以用直接测量方法,也可以用理论计算方法。
前者还可分为两种:直接用飞机进行室外测量和电磁波暗室测量。
关键在于是否有合适的测试设备和手段。
当然,也可用几何外形相似的模型来进行测试,但最好是和飞机一样大小的1:1比例模型,否则要考虑“比例效应”。
例如拟测试10厘米波长雷达的飞机 RCS,模型只有原飞机一半大小,则测试要用5厘米波长雷达。
所以当模型太小时,例如1:10,如模拟3厘米波长雷达,试验时要用0.3厘米波长雷达。
这种雷达不好找,就不好进行测试。
当然,实在没有合适的雷达,将测试结果作理论修正也是可以的。
与此同时,模型表面反射雷达波的特性要与飞机相同或很相近。
所以木制模型外表要贴金属片。
另外测试所用模型可分用和不用雷达吸波涂料两种,这就可以知道用或不用涂料的效果。
如果要模拟的飞机除使用吸波材料外还用雷达吸波结构(RAS),则模型的制造就更复杂了。
例如B-2飞机的机翼前缘除表面有吸波材料外,内部为吸波锯齿形结构。
一般遇到这情况只好不模拟雷达吸波结构的作用,所得数值还要进行这方面的人工修正。
没有条件测试RCS时,也可用计算方法求得。
根据目标尺寸与雷达波长的关系,通常分为三个区:低频区、谐振区和高频区。
目标在各区的雷达波反射特性不同。
现代飞机受到的主要威胁是厘米波雷达,因此应关注飞机在高频区的RCS数值。
目标在高频区的雷达散射特点是散射的独立性和局部性,即可以忽略各部分散射的相互作用。
这一特点为飞行器等复杂目标RCS的计算提供了方便,即可以先进行各部分单独计算,再求其总值。
目前,几何光学法(GO)、物理光学法(PO)、几何绕射理论(GTD)、物理绕射理论(PTD)和等效电磁流法(MEC)等高频分析方法已发展得比较成熟。
其中几何光学法和物理光学法是最常用的方法,计算结果与实测结果相当一致。
美国在研制F-117前即已发展出一套计算方法,到设计B-2时更为完善。
苏联也有自己的计算法。
近年俄罗斯研发出一种计算复杂形状物体电磁波散射的数学工具。
例如对具有全部外挂导弹武器的苏-35,将其分解为局部的小型反射体,同时考虑电磁波的边缘绕射和表面电流,即可求出苏-35全机的RCS值。
测出飞机的RCS后表示方法有三种,即极坐标法、直角坐标法和表格法。
如果把飞机作为一个点来考虑,它的RCS值只用前方、侧方和后方各一个数字表达即可。
但实际上该方式不够全面。
较科学的表示方法是用飞机作中心的极坐标图。
在俯仰角变化不大的条件下,不同照射方位角的RCS值可以清晰地表示出来。
如果俯仰角改变不大,这种极坐标图随俯仰角改变而引起的变化很小。
但很多时候,为简便起见用普通直角坐标表示,横坐标表示照射方位角,纵坐标表示RCS。
此外也可以用表格的方法来表示。
实际上常见的资料只给一个数字,也不附加其它说明。
一般理解,这是飞机前方RCS 值。
但到底是前方一定角度的平均值或某一点的特定值,就只好靠猜想了。
RCS值对作战效能的影响隐身飞机遂行对地攻击任务效果很好,因为对方雷达发现距离大大缩短,往往可达到突袭的功效。
但雷达发现飞机的距离与RCS的1/4次方成比例。
即将飞机的 RCS降低90%后,雷达对它的发现距离只降低44%。
即使将RCS降低99%,例如RCS原为10平方米的飞机,通过隐身技术减少到0.1平方米,雷达发现距离也只减少68%,即原来发现距离是100千米,现在则是32千米。
所以隐身技术只能减少飞机一半或3/4的被雷达发现距离,其作用也不宜估计过高。
不过在设计飞机时贯彻隐身概念,尽可能结合隐身要求来考虑则是可行和值得的。
目前各国对现役飞机进行“准隐身”的改进很普遍,一般不需要改动飞机结构,主要是在座舱盖、翼面前缘、进气口、进气道等处下功夫。
另一方面,现代防空系统中用光学、声学探测目标的设备正在发展,雷达的组网和双基雷达的使用已脱离理论阶段,被动式雷达已在不少国家服役。
所以为对抗隐身飞机,各国技术部门都在暗暗使劲。
在空战方面,隐身性能只对超视距作战起作用,双方接近到目视距离就不灵了。
所以隐身飞机RCS的降低必须达到一定值,使得对方飞机雷达的发现距离减少到飞行员对空中战斗机平均有效视距以内(10~15千米),这样才能充分发挥隐身的威力。
在实际作战中,隐身飞机也要考虑很多具体战术问题。
例如美国已决定将F-117全部退役,说明该机对波长较长的地面警戒雷达效果还不太好。
飞机的RCS在垂直机翼前缘方向有一个强峰值,即约前方±60°处峰值RCS高达20dbsm(100平方米)。
即使在峰值附近约±10°处,平均值也达到约0dbsm (1平方米)。
因此它必须在出/返航过程中通过航线安排来避免将此峰值对准敌防空雷达。
在对南斯拉夫作战时,F-117是通过一种地面任务规划系统来实现这一要求的,因此它的飞行路线比较呆板,并且要确保飞行环境周围的雷达位置已知(在没有电子干扰机伴随支援的情况下),而且还寄希望于对方雷达没有新的变化。
B-2则通过机载电子侦察系统和威胁规避系统实现这点。
F-22和F-35都具有机载实时任务规划能力。
因此避开地面雷达的关键技术是机上具有能计算对方起威胁作用的雷达探测包络的机载软件,并能用其确定飞机的规避航线。
这种软件高度敏感,因为从中可分析出怎样才能探测到隐身飞机。
这是美国坚持不向外国提供飞机作战软件源代码的重要原因之一。