飞机的隐身措施

飞机的隐身研究及措施

隐形对于一般人来说都不陌生，虽然这些说法大多数来自小说和神话，但是在现实生活中也不乏隐形的例子。比如说变色龙就能够通过改变自己的颜色来进行隐形。人们通过研究仿生学，并且应用了最新的技术和材料，终于在庞大的飞机上也实现了隐形。从原理上来说，隐形飞机的隐形并不是让我们的肉眼都看不到，它的目的是让雷达无法侦察到飞机的存在。隐形飞机在现阶段能够尽量减少或者消除雷达接收到的有用信号，虽然是最为秘密的军事机密之一，隐形技术已经受到了全世界的极大关注。

一．飞机的隐身研究

隐身技术定义是：在飞机研制过程中设法降低其可探测性，使之不易被敌方发现、跟踪和攻击的专门技术，当前的研究重点是雷达隐身技术和外形隐身技术。简言之，隐身就是使敌方的各种探测系统（如雷达等）发现不了己方的飞机，无法实施拦截和攻击。早在第二次世界大战中，美国便开始使用隐身技术来减少飞机被敌方雷达发现的可能。雷达隐身技术避开雷达是实现隐身的关键。雷达隐身技术是怎样实现的呢？首先我们得分析雷达的工作方式，雷达是利用无线电波发现目标，并测定其位置的设备。由于无线电波具有恒速、定向传播的规律，因此，当雷达波碰到飞行目标飞机、导弹等时，一部分雷达波便会反射回来，根据反射雷达波的时间和方位便可以计算出飞行目标的位置。由此可见，飞机要想不被雷达发现，除了超低空飞行避开雷达波的探测范围外，就得想办法降低对雷达波的反射，使反射雷达波弱到敌人无法辨别的地步。衡量飞行器雷达回波强弱的物理量为雷达散射截面积（英文名称RadarCross-Section，缩写为RCS），是指飞机对雷达波的有效反射面积，雷达隐身的方法便是采用各种手段来减小飞机的RCS。例如美国的B-52轰炸机的RCS大于100平方米，很容易被雷达发现，而与其同类的采用了隐身技术的轰炸机B-2的RCS约为0.01平方米，一般雷达很难探测到它。

二．飞机的隐身措施

1．可见光隐身（运用隐蔽色降低肉眼可视度。）

最早的隐身----迷彩是一种光学隐身。在飞机的表面涂抹各种保护迷彩和

变形迷彩，降低飞机与背景之间颜色和亮度的反差，或歪曲飞机的原有外形，使各种光学侦察器材难以发现和辨认，并对飞机的闪光、发光、喷气、喷火尾迹进行处理和控制。在视觉上我们很难分清原来的形状，如飞机背上涂迷彩的草绿色，很容易跟草地的颜色混淆；而机腹涂成天蓝色，跟天空的颜色一致，这样无论它在地上还是天上，都很难看清楚。第二次世界大战期间，当时的一些飞机采用了经大量试验的迷彩涂料，目的就是为了降低飞机与天空背景的对比度，以减小飞机的目视特征，实际上这是一种最简单的隐身技术。在“二战”初期，德军战斗机的标志十分醒目，色彩鲜艳，可是他们很快意识到这并非明智之举。因为他们发现，盟军的飞机大多采用深绿、褐、灰或蔚蓝色，这些颜色常常和蓝天、大地等背景混为一片，找起来着实费劲，于是，德军战机很快改为由四五种颜色组成的密集网伪装图案，这就是早期的飞机可见光隐身技术。事实上，很多情况下，人们在寻找空中飞机时，首先见到的往往不是机身，而是拖在飞机后面长长的尾迹--“拉烟”。拉烟是喷气燃料燃烧后的残渣与水蒸气的混合物。解决拉烟问题的有效办法是采用新型燃油喷嘴，使燃油充分燃烧，或在燃料中添加氯氟黄酸等抗凝剂，消除或减弱飞机的冷凝尾迹，这些技术已被美国B-2隐形飞机使用。改善飞机外形的光反射特征也可提高可见光隐身性能。如，将座舱罩设计成多面体，用小平面多向散射取代反射效果与镜面反射相差无几的大曲面反射，从而将太阳光向四周散射出去。这种技术多用于直升机，最典型的是美国陆军的AH-1S'‘眼镜蛇”直升机，该机的座舱为由7个小平面组成的多面体，其隐蔽性明显得到增强。

2.利用外形技术隐身：

由于一般飞机的外形比较复杂，总有许多部分能够强烈反射雷达波，像发动机的进气道和尾喷口、飞机上的凸出物和外挂物、飞机各部件的边缘和尖端以及所有能产生镜面反射的表面，因此必须对飞机的外形和结构做较大的改进。合理地设计飞机外形，以达到降低目标的RCS，或使目标回波偏离侦察雷达视向是外形隐身技术的目的。研究表明，要获得低的RCS，飞机应具有光滑平坦的外形，机头截面要小；机身应尽量减少有垂直于入射波的平面和圆筒式锥形表面；应避免尖锐边缘、陡角(如机身和机翼转折点)和看得见的腔体(如发动机进气道)；发动机应埋入结构内部，进气口和尾口必须经特殊设计；采用大后掠角机翼、V形

双垂尾以及翼身融合的外形布局；尽量减少外挂设备等等。我们可以看到隐身飞机的外形十分独特，如美国研制的全天候单座隐身战斗机F-117“夜鹰”，更有其奇特的外形结构，它采用独特的多面体外形。基本上是由平面组成的角锥形体，尾翼为V形；

图1.F-117“夜鹰”

的多面体外形。基本上是由平面组成的角锥形体，尾翼为V形。F117的多棱折面使雷达波到达折面后，会向其他方向反射。利用折面的设计，实现对雷达波的反射，达到隐形的目的，这种技术反映了较早的隐形思想。但是对于飞机来说，平面的设计会使飞机的阻力增大，升力减少，机动性变差。而20世纪80年代美国研制了B-2“幽灵”战略隐身轰炸机，它的外形隐身措施更具有特色。首先，它的机身、机翼、发动机舱交接处采用弧面连接，融为一体，整个外形呈三角形飞翼结构，蒙皮表面平整，克服了雷达波绕射大的倾向。飞机上干脆不设置垂直尾翼，消除了尾翼和机身间的角反射器效应。发动机隐藏在机体内的背部，没有吊舱，机体后缘呈锯齿形，外侧机翼伸出很多。它的尾喷管呈V形，处在机体的背部，大大降低被雷达和红外探测的机会。

图2.B-2战斗机

B-2前缘后掠、后缘为大锯齿形，没有机身和尾翼，整个飞机像一个大的飞翼，其发动机进气道布置在机体上方，没有外挂物突出在机体外面。此外，为了进一步减小飞机的RCS，还在机翼的前后缘、进气道唇口部分采用了能够吸收雷达波的材料，整个飞机表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料。

3.利用阻抗加载技术隐身

所谓阻抗加载技术，就是根据电磁波干涉原理，产生一附加波来抵消入射波，以实现隐身的一种技术。最常见的一种方法是在机身上适当地“开口子”或“拉槽”，人为地产生一些“谐振腔”，这些谐振腔会在入射波的激励下自动产生一抵消入射波的附加波：另一种做法是通过飞机内部的专门装置来产生附加波，该附加波的空间分布与飞机周围散射(反射)电磁波的分布相同，幅值相等，但相位相反，因而附加波和散射电磁波可以相互抵消。

4.等离子体隐身

等离子体是由电子、正负离子、中性气体分子和原子等粒子混合而成的物质。是继固体、液体、气体三种形态之后的第四态物质。等离子可以通过专门的等离子体发生器来产生，也可以通过物体表面涂敷放射性同位素来产生。不管何种产生方式，只要飞机表面形成一层具有足够电离密度和厚度的等离子体，雷达辐射的电磁辐射就会有一部分被等离子体吸收，另一部分则在等离子体层中发生绕射，或改变传输方向，而不产生有效反射。这就是所谓的等离子体隐身技术。近年来，等离子体隐身技术在俄、美等国已取得了突破性进展。例如，B2上面涂

了一种能够产生等离子体的涂料，在飞行中，该涂料把周围的空气电离，形成一

层带电薄膜(物理上把这层膜叫等离子体鞘)蒙在飞机的周围。使射来的雷达波或者被散射或者被吸收。但由于此涂料是靠它的辐射来产生电离，因而对人体有害，一般用在无人机上。这是一种利用或者是人为地制造等离子体的隐身技术。有人驾驶的B2上的人造等离子体是用高压、高温产生的。它的机翼前缘加有高电压，尾喷流里面加有负离子，因而它的机翼前缘到机翼后缘之间能产生几十万伏甚至是上千万伏的电位差，使它机翼的表面气流电离，产生等离子体。此时飞机已经不在空气里飞行，而是在等离子体里飞行，等离子体的密度和空气的密度是不一样的，它的升力、阻力都会发生很大变化，如果设计得好，它的机动性能可以有较大幅度的改善。美国应用等离子体技术，可使一微波反射器的雷达截面在4～14吉赫兹频率范围内平均降低20分贝，即回波的信号强度减小到原来的1％。据报道，俄罗斯已开发出两代等离子体装置，并在飞机上进行过试验。第一代产品是等离子体发生片，其厚度0.5～0.7毫米，将其贴在飞行器的强散射部位，电离空气即可产生等离子体。第二代产品是等离子体发生器，在等离子体发生器中加入易电离的气体，经过"脉冲电晕"，即可产生等离子体。第二代产品的重量不到100公斤，它不仅能减弱雷达反射信号，还能向敌方发出一些假信号，以迷惑敌方的探测系统。俄罗斯正在研制第三代产品，它可以利用飞行器周围的静电能量来减小飞行器的雷达截面。

等离子体隐身技术具有吸波频带宽、吸波率高、隐身效果好、使用简便、使用时间长、价格便宜；无须改变飞机的气动外形设计，不影响飞行器的飞行性能；维护费用低等优点。但利用等离子体技术实现隐身还存在一些问题：安装等离子体发生器的部位无法隐身，而且要求电源功率很高，设备大；采用放射性同位素的难点是同位素的剂量难以控制。实现等离子隐身的关键在于如何对等离子体包层的电子密度进行控制。

5.电子隐身

“电子隐身”的反雷达探测技术也应运而生。该技术通过减少飞机上的无线电设备、减小电缆的电磁辐射、对机载电子设备进行屏蔽等办法，来抑制飞机本身的电磁辐射，降低被雷达侦察到的概率。电子隐身的最好办法就是电磁辐射源的数量，即尽可能的减少无线电设备。对于一些必须采用的无线设备可以采用发射功率自动管理技术，频率捷变技术和被动雷达技术等措施来提高隐身性能。研究

采用这种技术的有美国的第四代战机F-22等。

6.红外隐身

随着红外侦察、探测、制导与热成像处理技术的发展，任何飞机的热辐射都将成为明显的暴露征兆。因此，飞机采取降低红外遮挡与衰减装置、涂敷红外掩饰涂料、使用特殊燃料和燃料添加剂、在不影响推进效率的情况下降低红外辐射强度，使对方红外探测器失灵等隐形技术极为重要。发动机尾喷管、尾气和飞机表面气动加热是现代作战飞机的三大热辐射源。这些热辐射源产生的热(红外)辐射常常使得飞机很容易被红外探测系统发现，或者被红外制导导弹“盯梢”，从而给飞机招来灭顶之灾。红外隐身技术的实质就是想方设法降低飞机的热辐射，减小飞机与背景之间的温差，使红外探测系统看不见或看不清。现代飞机喷气发动机尾喷管排气的温度大约在1000℃左右，是飞机上最强的热辐射源。降低尾喷管热辐射的根本措施是降低发动机的排气温度。为此，飞机可以采用一种所谓的矩形二元尾喷管，加大尾喷管和冷空气的接触面，以利于尾喷管散热以及燃气射流与冷空气的混合，．降低红外幅射。‘这种技术已经应用在美国的F—117A、F-22战斗机和B一2隐形轰炸机上。除了使用矩形二元尾喷管外，有效控制发动机加力(飞机在使用涡轮喷气发动机或涡轮风扇发动机后面的加力燃烧室所获得的附加推力，加力能提高飞机航速)也可降低飞机尾喷口的热辐射。飞行员在使用飞机发动机加力时，高温燃气中普遍缺氧，加力燃料室中喷出的油料不能充分燃烧，常常随燃气射流排到大气中去。剩余燃料遇到充足的氧气后会继续燃烧，形成高温尾焰，其红外特征异常明显。因此，可以考虑使用不带加力燃烧室的涡扇发动机，如，美国的F-117A、B一2隐形轰炸机就采用了这种发动机。此外，用机身、机翼或尾翼遮挡尾喷管，让尾喷管的红外辐射更具方向性，使红外探测器不能从地面探测到飞机，也不失为一种红外隐身的有效方法。当飞机以超音速飞行时，其表面因受到空气强烈摩擦而发热，使飞机表面温度急剧升高。这种现象叫做空气动力加热。有资料表明，当飞行速度达到3倍音速时，飞机表面温度可达到300℃。在作战飞机表面涂敷红外隐身涂料，则可以有效地降低机体的红外辐射强度，进而提高飞机的红外隐身特性。如美军的A-10等战斗机、攻击机的表面就都涂有这种红外隐身涂料。

7.声波隐身技术。

低空飞行曾一度被认为是飞机实施突防的重要手段，然而，飞机在飞行过程中，发动机通常会发出130～160分贝的轰鸣声，飞机在运动中发出的各种声音是一种明显的暴露征兆。不见其人，先闻其声，这也往往使得飞机过早地被发现。因此，声波隐身技术对于低空突防的飞机来讲是一个十分重要的问题。声波隐身技术主要用于对抗敌人的声波侦查。采用技术包括改进发动机和辅助机的设计，减小运动介质的振动噪声，减少共振和使用阻尼材料等。利用各种消声技术，降低声波的传播强度，是隐形手段的一项重要技术领域。如，美国的F-117A隐形飞机采用了全新设计的F-404型发动机，有良好的隔音效果，在跑道上距离其30米处，它所发出的声音不高于蜜蜂发出的嗡嗡声，因而赢得了“耳语喷气机”的美效。事实上，飞机的噪声源除了发动机外，还包括机体附面层气流起伏引起的结构振动等。要降低这些噪音，飞机声波隐身技术目前采用的主要措施有两项，一是采用低噪声发动机，如，F—117在跑道上滑行时，600米以外的人几乎听不到它的声响：二是采用像B-2轰炸机那样的锯齿形后缘，降低飞机在高速飞行时引起的轰鸣声。

8.利用材料隐身

隐形飞机采用非金属材料或者雷达吸波材料，吸收掉而不是反射掉来自雷达的能量。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。雷达吸波材料分两大类，一类是谐振型，一类是宽频带型。其中谐振型雷达吸波材料是为了某一频率而设计的、以磁性材料为基础、能把相消干涉和衰减结合起来的吸波材料。这种吸波材料只在一个很窄的频率范围内有效，不过只要雷达波频率在该材料的设计范围内，它的效率就非常高。宽频带雷达吸波材料通常通过把碳-耗能塑料材料加到聚氨酯泡沫之类的基体中制成，吸波材料制造的涂料含铁酸盐粒子可将轰炸机表面“吸收”的雷达波作为热量散发掉，这种材料可降低雷达的“可见度”，并可在一个宽广的雷达波频率范围内使用。把雷达吸波材料与雷达能量可以透过的刚性物质相结合，形成雷达吸波结构材料，这种材料还属于保密的吸波材料之一。雷达吸波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。运用最新的材料，隐形飞机在雷

达上反射的能量几乎能够做到和一只麻雀的反射能量相同。仅仅通过雷达就想分辨出隐形飞机是非常困难的。

三．总结

作为电磁场与微波方向专业的一名学生，《电磁散射与隐身技术》这门课无疑是非常重要的。在这门课上我第一次认识了很多先进的隐形飞机，这让从不接触和关心先进武器发展的我对隐形飞机发展及未来产生了浓厚兴趣，也让我对我国先进武器的发展充满期待。这堂课上老师讲了很多关于飞机散射的原理及来源和隐身的原因及措施，使我深深的感觉到隐形武器的发展在未来战争中的重要性。当然老师的认真负责和他对学生的及不厌其烦也是我深深喜欢这门课的原因之一。感谢老师在这一学期对我们的帮助！

参考文献：

1.杨永和形形色色的隐形飞机期刊《现代物理知识》2010-01-18

2.汪焕心解析我国吸波涂料技术的发展趋势

3.廖国平飞机的隐身技术期刊《发明与创新》2012-09-10