1、飛行器隱身技術,導彈及運載火箭總體設計專題講座,2024年3月18日星期一,隱身技術,2,飛行器隱身技術,關于隱身概念關于雷達探測的幾個基本概念關于雷達散射截面的定義和基本概念隱身飛行器和隱身技術綜述散射源和散射機理雷達散射截面的減縮策略隱身關鍵技術反隱身關鍵技術概述,2024年3月18日星期一,隱身技術,3,隱身技術的廣義范疇,光隱身熱隱身聲隱身電隱身,2024年3月18日星期一,隱身技術,4,可見光控制--迷彩

2、偽裝,降低目標和背景的可見光反差 上下表面的迷彩不一致,向下看不見,向上看不清,,,2024年3月18日星期一,隱身技術,5,紅外抑制--吸熱冷卻裝置,降低目標和背景的熱輻射反差分形技術,,,,,,,,,,,,,,,,,,,I like this,3—5微米的噴流熱輻射抑制8--12微米的分形技術,2024年3月18日星期一,隱身技術,6,夜間拍攝的紅外圖象,2024年3月18日星期一,隱身

3、技術,7,噪聲控制,直升機的噪聲控制問題低空低速無人機的噪聲控制問題潛艇的的噪聲控制問題螺旋槳—泵噴浮筏技術管道消聲消聲瓦技術外形,,,,,,2024年3月18日星期一,隱身技術,8,雷達截面控制,,,,,,,,,低可探測技術,2024年3月18日星期一,隱身技術,9,雷達站,2024年3月18日星期一,隱身技術,10,雷達監(jiān)視屏,2024年3月18日星期一,隱身技術,11,預警機：E-3C,2024年3月18日星期一,隱

4、身技術,12,預警機：E-3C,2024年3月18日星期一,隱身技術,13,E-2C鷹眼,2024年3月18日星期一,隱身技術,14,鷹眼的雷達圖,2024年3月18日星期一,隱身技術,15,電子干擾--也是廣義上的一種隱身,2024年3月18日星期一,隱身技術,16,電子干擾機：ALQ99E,2024年3月18日星期一,隱身技術,17,隱身飛行器的產生和發(fā)展是國際政治格局的變化、作戰(zhàn)環(huán)境的變化(尤其是雷達和電子戰(zhàn)技術的爆炸性發(fā)展)及隱

5、身技術的進步等多種因素綜合的結果。,隱身飛行器,2024年3月18日星期一,隱身技術,18,從二十世紀六十年代開始，由于隱身概念的引入和逐漸發(fā)展對傳統(tǒng)的航空器的設計、制造和使用均帶來了巨大的變革。由于傳統(tǒng)的隱身飛機如F-117和B-2過分強調低可見性而忽略了可負擔性，從而造成飛機的使用和維護費用過高，降低了飛機的使用效率。從以F-22為代表的第四代和X-45為代表的第五代隱身航空器，通過提高隱身設計技術水平，在隱身與飛機性能、可負擔性等

6、其它重要性能之間取得了最佳的折衷。,隱身飛行器的發(fā)展,2024年3月18日星期一,隱身技術,19,隱身性能的重要意義：降低飛行器的RCS可在兩個方面降低飛行器敏感性1) 可以降低飛行器被發(fā)現(xiàn)概率、被跟蹤概率以及被導彈等成功發(fā)射、制導并擊中的概率；2) 可降低有源干擾裝置所需要的干擾機功率及無源干擾機所需要箔條重量、紅外干擾彈的重量，從而大大提高飛行器的生存力。,國外隱身飛行器的發(fā)展與現(xiàn)狀,2024年3月18日星期一,隱身技術,20

7、,從SR71為代表的第二代飛行器開始，隱身就作為關鍵技術被引入到飛行器設計當中。隨著飛行器發(fā)展到第五代，對隱身技術的認識也走過了一個不斷深化發(fā)展的過程，隱身技術在飛行器設計上的應用也有了四次大的飛越。 這四次技術飛越的代表性飛機為： SR71黑鳥(第二代飛機)→F117、B2(第三代飛機)→ F-22、F-35(第四代飛機)→X-36、X-45、X-47(第五代飛機)，另外還包括捕食鳥這樣的隱身技術驗證機。,2024年3月1

8、8日星期一,隱身技術,21,初具隱身性能,強調隱身萬能，犧牲其它性能,隱身與飛機性能、可負擔性等取得折衷,四次技術飛越,2024年3月18日星期一,隱身技術,22,,發(fā)展背景：● 冷戰(zhàn)時期；● 美國的國家戰(zhàn)略需要一種偵察機對“華約”國家進行戰(zhàn)略戰(zhàn)役偵察；● 對隱身技術的認識還屬于初級階段，飛機的隱身還處于次要地位，主要依靠高空高速來獲得高的生存力；●前向角域±60°RCS 1m2以上,SR-71飛機,202

9、4年3月18日星期一,隱身技術,23,,,SR-71飛機,2024年3月18日星期一,隱身技術,24,,,,F117 ——洛克希德,2024年3月18日星期一,隱身技術,25,發(fā)展背景：● 冷戰(zhàn)后期；● 美國的國家戰(zhàn)略需要一種可以不依靠其它飛機支援就可以遂行作戰(zhàn)任務的隱身飛機，以達到對敵方戰(zhàn)略戰(zhàn)術目標進行突然精確打擊的目標；● 該戰(zhàn)略造成過分突出和迷信隱身性能，使用特殊的飛機外形和全面使用吸波材料，犧牲了飛機的機動性等其它綜合性能

10、。● 隱身技術進一步發(fā)展，有工程化的隱身氣動設計工具和吸波材料供使用；● 主要針對雷達波隱身，對紅外和可見光隱身的考慮只占很小的比例。,F117 ——洛克希德,2024年3月18日星期一,隱身技術,26,,,,,,B2,2024年3月18日星期一,隱身技術,27,B2全尺寸模型外場RCS測試,2024年3月18日星期一,隱身技術,28,,,,,,B-2飛機專用恒溫機庫,2024年3月18日星期一,隱身技術,29,,,,,F-22飛機

11、——洛克希德馬丁,2024年3月18日星期一,隱身技術,30,發(fā)展背景：● 冷戰(zhàn)后期，美國成為世界唯一超級大國，對國際事物進行“積極干涉”；●美國的國家戰(zhàn)略需要一種可以在21世紀前三十年具有絕對制空優(yōu)勢的先進隱身戰(zhàn)斗機，可以不依靠其它飛機支援遂行作戰(zhàn)任務，以達到對敵方戰(zhàn)略戰(zhàn)術目標進行突然精確打擊的目標和取得空中優(yōu)勢；,武器裝載性能,F-22飛機——洛克希德馬丁,2024年3月18日星期一,隱身技術,31,發(fā)展背景：● 與F-22飛

12、機進行“高低搭配”，更加突出“低成本”的概念；● 不尋求隱身性能的突破，而是把重點放在減少生產和維護費用；● 主要技術要求放在進一步降低隱身維修需求上，使每次出動所需要的維修量不到0.5工時。,,,,F-35飛機——洛克希德馬丁,2024年3月18日星期一,隱身技術,32,發(fā)展背景：● 冷戰(zhàn)結束，美國一強獨大，為了適應其干涉世界事務的需求，并且要滿足“非接觸、零傷亡”局部戰(zhàn)爭的需求，需要一種飛行速度更快、更加隱身、制造工藝更加便利

13、、研制和維護成本更低、儲存和部署更加容易的第五代飛機(無人作戰(zhàn)飛機UCAV)；● 為了驗證隱身設計的新概念，一架體現(xiàn)特殊的設計、研制和生產的驗證機必不可少。,,,,捕食鳥"Bird of Prey"—波音公司,2024年3月18日星期一,隱身技術,33,,,,,,X-45—波音公司,2024年3月18日星期一,隱身技術,34,發(fā)展背景：● 美國正式提出了可以向世界任何地方發(fā)動“先發(fā)制人”打擊的國家戰(zhàn)略，同時還要滿

14、足“非接觸、零傷亡”的需求，需要一種飛行速度更快、更加隱身、制造工藝更加便利、研制和維護成本更低、儲存和部署更加容易的第五代飛機(無人作戰(zhàn)飛機UCAV)；●強調全面的隱身概念，在第四代飛機基本解決雷達隱身問題之后，紅外隱身和可見光隱身在第五代飛機的設計上被放在更重要的位置。,X-45—波音公司,2024年3月18日星期一,隱身技術,35,,,X-45—波音公司,2024年3月18日星期一,隱身技術,36,,,發(fā)展背景：● 麥道公司與

15、NASA合作研究的按照1:3.57縮比的隱身戰(zhàn)斗機驗證機；● 目的在于驗證無尾戰(zhàn)斗機在提高飛機敏捷性上的優(yōu)勢及其穩(wěn)定性、操縱性的滿足程度；● 項目開始于1994年2月。,X-36—美國麥道公司,2024年3月18日星期一,隱身技術,37,,,,,,,,,X-47 Pegasus“飛馬”,1:1模型在 灰丘 RCS測試場,2024年3月18日星期一,隱身技術,38,發(fā)展背景：● X-47由Northrop Grumman公司和美國國

16、防高級研究計劃局（DARPA）共同研制，無人駕駛飛機做成箭頭形狀，飛機長度為8.37米，翼展為8.34米；● 目的在于驗證無尾戰(zhàn)斗機在提高飛機敏捷性上的優(yōu)勢及其穩(wěn)定性、操縱性的滿足程度，展示Northrop Grumman公司在前沿高科技上的技術水平以及滿足軍方對無人作戰(zhàn)飛機“可支付性”的需求；●X-47已經通過首批試飛，雖然帶有實驗性質，但它可以為適用于美國空軍和海軍的無人駕駛飛機打下基礎；● 項目開始于2000年7月。,,X-

17、47 Pegasus“飛馬”,2024年3月18日星期一,隱身技術,39,● 翼展69英尺，機長15英尺，機高15英尺，發(fā)動機William Rolls Fj44，最大升限45000英尺，亞音速，造價1000萬美元。,,“Dark star”無人偵察機——洛克希德馬丁及波音公司,2024年3月18日星期一,隱身技術,40,● 翼展2.4米，機長2.4米，空重60kg，最大飛行距離150Km，亞音速馬赫數(shù)0.5。,,,,PETIT隱身驗

18、證機——法國,2024年3月18日星期一,隱身技術,41,隱身無人機,2024年3月18日星期一,隱身技術,42,2024年3月18日星期一,隱身技術,43,YRAH-66 “科曼奇”驗證機隱身型攻擊偵察直升機,2024年3月18日星期一,隱身技術,44,測試,在F-22的整個隱身計劃過程中，共進行了超過10000小時的詳細部件RCS測試以及超過4000小時的全尺寸飛機部件RCS測試還有在1997年建成的全尺寸整機緊縮場進行的

19、整機RCS測試工作，這個工作量是氣動力風洞試驗量的三分之一，與飛行控制系統(tǒng)測試工作量相當。要完成這么大的工作量單必須要有先進的研制手段。,,10000小時的詳細部件RCS測試,,4000小時的全尺寸飛機部件RCS測試,美國國防部F-22飛機研制總結報告關于測試的統(tǒng)計數(shù)據,2024年3月18日星期一,隱身技術,45,1991年秋天就已經在洛克希德·馬丁公司開始使用Helendale測試設備進行雷達截面(RCS)測量。 本計

20、劃中所有模型使用的都是全尺寸模型，從以往研發(fā)計劃中得到的經驗教訓是將縮比模型測試中得到測試結果按比例進行放大時會遇到較大的問題。本測試計劃初期進行的是搭建并測試一個全尺寸進氣道模型、接著進行的是全尺寸雙發(fā)動機尾噴管模型，雷達/雷達罩模型、機翼模型，一個大的帶有艙門平板模型、口蓋板以及天線測試，以及大量的其它組件的測試。通過使用全尺寸飛機部件模型進行測試極大地降低了計劃過程中的風險。 EMD測試計劃在搭建及測試整個全尺寸E

21、MD模型時達到了頂點，這個模型高度逼真地模擬了真實的F-22飛機。這個模型包括了所有重要特征信號驅動器(源)并且包括了大量的生產部件。這個模型包括了一部雷達以及雷達罩；天線組件；進氣道以及發(fā)動機前端面以及前兩級、高度詳細的發(fā)動機尾噴口模型包括渦輪以及渦輪排氣機匣，推力增強裝置部分以及能夠收攏及打開的尾噴口、產品的邊緣、裝拆及飛行開動活門、大氣數(shù)據系統(tǒng)，擋板、密封、導彈發(fā)射探測器窗口、掛架拆裝口蓋、控制面遠程控制機構以及發(fā)動機組件和各種照

22、明燈等。,2024年3月18日星期一,隱身技術,46,,F-22“猛禽”全尺寸測試模型,F-22“猛禽”全尺寸測試模型在緊縮場內場進行測量-1,,F-22“猛禽”全尺寸測試模型在緊縮場內場進行測量-2,2024年3月18日星期一,隱身技術,47,洛克希德HELENDALE測試場介紹,洛克希德馬丁公司Helendale航空電子設備測試場地處美國加利福尼亞州西南部的Mojave沙漠，位于Helendale以北約5英里，在Mojave河西側，

23、占地約9平方英里(超過5700英畝)。 洛克希德公司Helendale測試場的開發(fā)過程可劃分成兩個階段：第一階段開始于1982年，耗資約1500萬~2000萬美元。第一期工程于1983年10月竣工并開始投入使用，包括沿著試驗航向距離測試綜合樓和收發(fā)天線陣列2500英尺和5000英尺的相關目標區(qū)域的建設。,從北端看—Helendale測試場,2024年3月18日星期一,隱身技術,48,洛克希德HELENDALE測試場介紹,Helend

24、ale測試場的第二階段擴建工程在，始于1985年并在當年底完成。該項計劃主要完成了對20號區(qū)域的擴建。這個擴建工程將測試距離增加到8200英尺，新增設了一個目標測試位置并在測試場的末端建筑了一個由結實混凝土構筑的建筑“上層暗室”。 Helendale RCS測試場性能測試場可以進行從120MHz到18GHz的全部頻率，以及35GHz點頻四個不同極化方式(HH、VV、HV、VH)的測試。,2024年3月18日星期一,隱身技術,49,雷

25、達方程,2024年3月18日星期一,隱身技術,50,雷達散射截面和探測距離,,,,,,L,RCS(m2) L(km) 10 100 5 84 1 56 0.1 32 0.01 18,2024年3月18日星期一,隱身技術,51,常用雷達

26、波段,頻段名稱 頻率范圍 中心頻率 波長 UHF 300～1000 MHz 500 MHz 60cm L 1000～2000 MHz 1500 MHz 20cm S 2000～4000 MHz 3000 MHz 10cm C 4000～8000 MHz 6000 MHz 5cm X 8000～12500MHz 10000MHz 3cm Ku 12.5～18 GHz

27、 15 GHz 2cm K 18～26.5GHz 25 GHz 1.2cm Ka 26.5～40 GHz 37.5 GHz 0.8cm,2024年3月18日星期一,隱身技術,52,常用雷達波段統(tǒng)計,雷達種類UHFLSCXKuKa 合計(%)陸基對空警戒 30 54.8 84.8陸基火控制導 33.9 16.1 30.

28、6 80.6機載預警33.3 66.7 100機載火控 82.1 14.3 3.6 100,,2024年3月18日星期一,隱身技術,53,雷達散射截面的定義,,,2024年3月18日星期一,隱身技術,54,雷達散射截面曲線圖,2024年3月18日星期一,隱身技術,55,雷達散射截面的量綱,(dBsm） m2 dBsm

29、 1000 30 100 20 10 10 1 0 0.1 -10 0.01 -20,,,2024年3月18日星期一,隱身技術,56,雷達散

30、射截面和目標體積,2024年3月18日星期一,隱身技術,57,雷達散射截面的實例,B-52 ----150平方米（頭向）B-2 ----0.03平方米（頭向）F-16 ----3平方米（頭向）幻影2000 ----9平方米（頭向）F-117

31、 ----0.02平方米（頭向）F-22 ----0.05平方米（頭向）序號 名 稱 長度 直徑 橫向 頭向 (mm) (mm) RCS(dBsm) RCS(dBsm) 1　 藍翅蝗蟲 20 4 -30 -40 2 工

32、 蜂 13 6 -40 -45 3 綠頭蒼蠅 9 3 -46 -50 4 成年鴨子 12磅 -12dBsm,,,2024年3月18日星期一,隱身技術,58,,,,,,,,,Su-27采取隱身措施后，Su-27可提前48秒攻擊,Su-27采取隱身措施前，F(xiàn)-16可提前14.3秒攻擊,Su-27,F-16,Su-27,F-16,隱身

33、的作用,2024年3月18日星期一,隱身技術,59,,,,,,,,,,隱身的作用,,,SAM導彈的包線,,F-22攜帶激光制導炸彈(JDAM)的最大攻擊距離,,F-15攜帶激光制導炸彈(JDAM)的最大攻擊距離,,安全區(qū),安全區(qū),安全區(qū),無法逃生區(qū),可躲避區(qū),發(fā)射和脫離區(qū),,2024年3月18日星期一,隱身技術,60,與自然目標相比相對小大水鳥的RCS為 0.05平方米F-117 的RCS為 0.02平方米（頭向）回波信號和噪

34、聲相比小于最小信噪比合理的突防戰(zhàn)術應用相對少帶干擾彈,隱身的相對意義,,,,,,,,,,,,2024年3月18日星期一,隱身技術,61,典型金屬幾何體及電磁散射量級,方三面角反射器： 散射最強 三維寬角直兩面角反射器： 散射次強 二維寬角平板： 散射第三強 窄角圓柱： 散射第四強 二維寬角球：

35、 散射第五強 三維寬角直邊緣： 散射第六強 二維寬角直邊緣： 散射第七強 三維寬角尖點和表面波： 散射最弱 寬角,2024年3月18日星期一,隱身技術,62,方三面角反射器,,,,,,,,,,,,,,,三維寬角強散射,a,a,a,2024年3月18日星期一,隱身技術,63,直兩面角反射器,,,,,,,,,,,,二維寬角強散射,,a,a,202

36、4年3月18日星期一,隱身技術,64,平板--對應于翼面等,,,,,,,一維窄角強散射,a,a,,2024年3月18日星期一,隱身技術,65,柱面--對應于機身、彈體等,,二維寬角強散射,,,,b,,a,2024年3月18日星期一,隱身技術,66,,球--對應于機體的任何雙彎曲部位,,三維寬角強散射,,,,a,2024年3月18日星期一,隱身技術,67,,直棱邊--對應于機翼后緣等邊緣,,二維寬角散射,,,a,,,2024年3月18

37、日星期一,隱身技術,68,表面波--對應于多種表面和棱邊,入射波,,,,,散射波,,,,,,,,,,,,,,,入射波,散射波,爬行波,行波,2024年3月18日星期一,隱身技術,69,RCS減縮策略,散射源 散射強度 減縮一個 減縮兩個 減縮全部 減縮1/3 減縮2/3 減縮3/3

38、 減1.8dB 減4.8dB 減?dB 座艙雷達艙進氣道探測距離 100km 90km 76km 0km,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2024年3月18日星期一,隱身技術,70,RCS減縮策略,,散射源 散射強度 減縮弱源 減縮強源 減1/10 減9/1

39、0 減0.5dB 減10dB 強散射源9m2 弱散射源1m2可探測距離 100km 97.4km 56km,,,,,,,,,,,,2024年3月18日星期一,隱身技術,71,飛機的散射源和散射機理,頭向： 座艙、雷達艙、進氣道--腔體散射正側向：機身、立尾--鏡面反射

40、 機翼與機身、立尾與平尾--角反射后向： 噴口--腔體散射斜側向：機翼和平尾前后緣--邊緣繞射其它： 外掛物散射、縫隙繞射、尖點繞射、 表面波繞射,2024年3月18日星期一,隱身技術,72,隱身飛機----機身,,,用具有弱散射特性的外形代替具有強散射特性的外形,2024年3月18日星期一,隱身技術,73,隱身飛機----機翼,減小或消除縫隙機翼活動面和翼梢處整形前后緣采用吸波結構

41、統(tǒng)籌設計前后緣的方向,,,,,,,,,,,,2024年3月18日星期一,隱身技術,74,隱身飛機----外掛物,全埋入機體內（也可以帶外掛）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2024年3月18日星期一,隱身技術,75,隱身飛機----尾翼,無立尾 X-36、 Tier3、B-2（飛翼）斜置立尾 F-117A、 F-22A、SR-71,,,,,,,,,2024年3月18日星期

42、一,隱身技術,76,隱身飛機----雷達艙,頻率選擇表面雷達罩雷達天線（不工作時）斜置雷達天線后使用吸波材料,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,低通濾波器,高通濾波器,多層結構更好！,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2024年3月18日星期一,隱身技術,77,隱身飛機----座艙,整形光電設計,,,水泡形,,,可見光,,,電磁波,鍍金屬膜,,2024

43、年3月18日星期一,隱身技術,78,隱身飛機----進氣道的口面,遮擋雙斜切 F-22A鋸齒型 B-2吸波網口面 F-117A,,,,,,來流,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2024年3月18日星期一,隱身技術,79,隱身飛機----進氣道,S彎雙通道吸波型進氣道,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

44、,,,,吸波材料,,進氣道中加整流吸波格柵,,,,,,,,電磁波通道,,2024年3月18日星期一,隱身技術,80,,,,,隱身飛機----縫隙和邊緣統(tǒng)一安排,散射波峰集中在空 間的少數(shù)幾個方向上邊緣和縫隙在同一 走向上的隨機分布（包括長短和位置）， 產生了相互抵消的效應,2024年3月18日星期一,隱身技術,81,吸波材料,吸波結構吸波涂料,,,,,,,,,,,,0.25*波長,,損耗、對消,透波蒙皮,吸波體

45、,,,2024年3月18日星期一,隱身技術,82,雷達散射截面測試,室外測試室內測試,,,,,,,,,,,,,,,,,2024年3月18日星期一,隱身技術,83,反隱身技術概述（1）,采用雙/多地基雷達（雷達組網）,,,,反：外形隱身的單站特性,,,,,2024年3月18日星期一,隱身技術,84,反隱身技術概述（2）,先進的毫米波雷達,,,反：外形隱身的高頻特性,2024年3月18日星期一,隱身技術,85,反隱身技術概述（3）,超