北京航空航天大学：飞机总体设计-雷达散射截面控制
直升机雷达散射截面计算与试验验证
总第170期2012年第1期直升机技术H E L I C O PT E R T E C H N I Q U ET ot a l N o．170N O．12012文章编号：1673—1220(2012)01-025-06直升机雷达散射截面计算与试验验证武庆中1，招启军2(1．中国直升机设计研究所，江西景德镇333001；2．南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室，江苏南京210016)摘要采用高频预估法，建立了一套基于“面元边缘”的直升机R C S计算方法，然后对某型直升机进行了R C S计算分析以及R C S测试。
最后，对比分析直升机机身雷达散射试验和理论计算结果，得出了一些减缩直升机R C S的外形设计特征。
结果表明：在设计要求许可的情况下，改变武器挂架长度比改变后掠角缩减R C S效果要明显；直升机头部鼻锥部位使用锥形结构，可以减小头向方位R C S；直升机主桨毅采用圆台形代替圆柱形，可以减缩头向和侧向方位的RC S。
关键词高频；直升机；R C S；减缩中图分类号：V218文献标识码：AT he C a l c ul at i on and t he E xper i m ent al V al i dat i on of t heR adar C r os s Se ct i on f or H el i copt erW U Q i ngzhon91，ZH A O Q i j un2(1．C hi na H el i c opt er R es ear ch and D evel opm ent I ns t i t ut e，Ji ngde zhen333001，C hi na；2．N at i ona l K ey Labor a t ory of R ot or cr af t A er om echani cs，N锄j i ng U ni ver s i t y of A er onaut i cs a nd A st ronaut i cs，N柚j i ng210016，C hina)A bs t r act T hi spa pe r s et upt he R C S cal cul at i on m et hod of hel i copt er bas ed o n sur f ace c el l ande dge adopt i ng t he hi gh—f r eque nc y pr edi ct i on m et hod．A nd t hen，t he R C S char act er i s t i cs of a cer—t ai n ar m ed hel i copt er w e r e cal cu l at ed and exper i m ent al r esea r ch o n ar m ed hel i copt er f us el age w asconduct ed．Fi na l l y，t he exper i m e nt a l r es ul t s w er e com par ed w i t h t he cal cul at i on r es ul ts，and s om es ha pe desi gn f eat u r es r e duc i ng t he R C S of hel i copt er ha ve been obt ai ne d．The concl usi on di spl a yedt hat cha ngi ng l engt h of t he w eapon gi rder com pared w i t h s w eepback angl e had bet t er ef f ect i n r educ—i ng R C S and us i ng t he t aper s ha pe coul d r e duce R C S i n t he head di r ect i on and t he hub adopt i ng t her ound de s k s ha pe com par ed w i t h t he col um n s ha pe coul d r e duc e R C S i n t he he a d di r ect i on and t hel at eral di re ct i on．K ey w or ds hi gh—f r e que ncy；hel i copt er；R C S；r e duci ng收稿日期：2012-01-06作者简介：武庆中(1976一)，男，山西太谷人，硕士，高级工程师，主要研究向：直升机总体设计。
北京航空航天大学航空航天概论课件第四章 机载设备
3、测距差无线电导航 为飞行器提供经纬度位置。 甚低频，10KHz~14KHz，作用距离约1000Km以上。
C
A
B
4.2.2 惯性导航系统 惯性导航是通过安装在飞行器上的加速度计测量 飞行器的加速度经运算处理而获得飞行器当时的速度 和位置的方法进行导航的。 由于不依赖外界信息，所以是完全自主导航。 完全自主导航 由于测量误差随时间积累，要求制造精度高，或 加其它方法修正。 平台式惯导： X，Y 两个加速度计安装在陀螺平台上。 优点是陀螺平台不受飞机姿态的影响。 捷联式惯导：在飞机不同部位上安装多个加速度计， 测量轴与机体轴一致，对测量的参数进 行姿态修正后经计算得出导航参数。
（1） 仪表着陆系统
下滑信标 组成下滑面
跑道 航向信标组成航向面
航向信标：与跑道中心线相垂直的无线电方向航道信号 下滑信标：与跑道成 一定仰角的无线电下滑航道信号 指点信标：提供至跑道端头距离的地标位置信号
航向台
跑道
90Hz
150Hz
外指点信标
中指点信标
内指点信标
1公里 6.44--11.27公里
2. 微波着陆系统 以很窄的薄片形波束在一定范围内来回扫描， 飞机通过两次收到信号的时间间隔计算出自己的方 位和仰角。 航向扫描 俯仰扫描
4.4
其它机载设备
4.4.1 雷达设备 通过天线发射无线电波并接收被测物体的回波来 确定标的位置和速度。 合成孔径雷达和相控阵雷达。
B
C
D
A
4.4.3 防护和救生系统 1、座舱环境控制系统 座舱通风，温度、气压、氧气含量等控制 2、飞行员个体防护系统 个体防护包括：飞行服、抗过载服、氧气面罩 头盔等设备。
4.2.3 卫星导航系统 美国卫星全球定位系统GPS 俄罗斯全球导航卫星网Glonass 欧洲空间局“伽利略”导航卫星系统 中国“北斗”导航定位卫星系统 以GPS为例： 1、组成：地面站、卫星系统和飞行器上的接收机。 2、导航原理 从原理看，卫星向地面发射的信息有卫星位置、 时钟、发射信息的时刻等高频信息。 工作频率2200~2300MHz，覆盖全球。
基于电阻型频率选择表面吸波体的低雷达散射截面微带天线设计
基于电阻型频率选择表面吸波体的低雷达散射截面微带天线设计随赛;常红伟;马华;庞永强;王甲富;屈绍波【摘要】基于拓扑优化方法设计了一种轻质、宽带、大入射角的频率选择表面吸波体,并将其应用于微带天线以缩减雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS).吸波体在6.3～20 GHz频段内的吸收率大于90％,并且在TE和TM两种极化下,当入射角增加至50°时仍保持在80％以上.将该吸波体以盖板形式加载到微带天线,在保证天线原有辐射特性不变的情况下,天线RCS的缩减在6.3～20 GHz频带内大于3 dBsm,在10.6～12 GHz频带(天线工作频段:10.37～10.90 GHz)内大于10 dBsm.此外,由于选用泡沫材料作为基体,密度仅为0.35g/cm3,加载微带天线后增重很小.实验结果证明:与加载其他吸波材料的低散射截面微带天线相比,该微带天线不仅具有宽带RCS缩减特性,还具有重量小的优势.【期刊名称】《空军工程大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(017)001【总页数】5页(P46-50)【关键词】超材料;拓扑优化;RCS缩减;微带天线【作者】随赛;常红伟;马华;庞永强;王甲富;屈绍波【作者单位】空军工程大学理学院,西安,710051;空军工程大学理学院,西安,710051;空军工程大学理学院,西安,710051;西安交通大学电子与陶瓷教育部重点实验室,西安,710049;空军工程大学理学院,西安,710051;空军工程大学理学院,西安,710051【正文语种】中文【中图分类】V243.2;TN820DOI 10.3969/j.issn.1009-3516.2016.01.009近年来，超材料完美吸波体作为一种新型的吸波材料已被应用到雷达散射截面(Radar Cross Section, RCS)的缩减中，天线的RCS缩减就是其中之一。
Volakis和Pan等采用分布式填充和集总原件吸波材料的方式实现RCS的缩减[1-2]；Zhao等采用分型结构完美吸波体实现天线带内(窄带)的RCS缩减[3]。
飞行器设计新技术
飞行器设计新技术军用飞机发展很快，从20世纪50年代的第一代超音速战斗机起，到目前已经发展到第四代超音速战斗机，第三第四代战机采用了一系列新技术，下面就不同的方面浅谈一下飞行器设计中的新技术一、气动布局技术（一）近距耦合鸭式布局没有水平尾翼，但在机翼（亦称主翼）前面装有水平小翼的飞机称为鸭式布局飞机。
机翼前面水平小翼称为前翼或鸭翼。
鸭式布局有以下优点：1．前翼不受流过机翼的气流的影响，前翼操纵效率高。
2．飞机以大迎角飞行时，正常式飞机平尾的升力为负升力（向下），这样就减少了飞机的总升力（有人称它为挑式飞机，即机翼升力不仅要平衡飞机的重量，而且还要克服平尾的负升力），从而不利于飞机的起飞着陆和大迎角时的机动性能。
而鸭式飞机与此相反，前翼在大迎角飞行时提供的是正升力，从而使飞机总升力增大（有人称它为抬式飞机，即前翼与机翼共同平衡飞机重量），这样就有利于减小飞机起飞着陆速度，改善起飞着陆性能，同时也可以提高大迎角时的机动性能。
3．鸭式飞机配平阻力小，因而续航能力好。
鸭式飞机虽有上述优点，但是由于还存在不少问题有待解决，使鸭式飞机的主要优点（即鸭翼与机翼都产生正升力）的发挥受到很大的影响，因此在很长一段时间内，鸭式布局使用不广泛。
针对这一问题，航空界进行了一系列的研究工作。
所谓近距耦合鸭式布局飞机，就是这方面研究的成果。
近距耦合鸭式布局飞机（简称近距耦合鸭式飞机）是指前翼与机翼距离很近的一种鸭式飞机，这种飞机往往采用小展弦比大后掠的前翼，此时前翼形成的脱体涡流经主翼表面，使主翼升力提高，而前翼也将受到主翼上洗气流的影响而增加升力。
同时，主翼表面的低压抽气作用，又提高了前翼涡流的稳定性。
因此，前翼与主翼近距耦合的结果，既增加了飞机的升力，也推迟了飞机的失速。
近距耦合鸭式布局的研究成功，使鸭式布局在战斗机上重新流行。
（二）边条机翼边条机翼是一种组合机翼，它是由中等后掠角和中等展弦比的基本机翼和位于翼根前部的大后掠角、小展弦比尖前缘的边条组成。
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隐身技术
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电子干扰机：ALQ99E
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隐身技术
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隐身飞机
隐身飞机的产生和 发展是国际政治格局 的变化、飞机作战环 境的变化(尤其是雷 达和电子战技术的爆 炸性发展)及隐身技 术的进步等多种因素 综合的结果。
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隐身技术
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隐身飞机的发展
从二十世纪六十年代开始，由于隐身概念的引入和 逐渐发展对传统的航空器的设计、制造和使用均带来 了巨大的变革。由于传统的隐身飞机如F-117和B-2过 分强调低可见性而忽略了可负担性，从而造成飞机的 使用和维护费用过高，降低了飞机的使用效率。从以 F-22为代表的第四代和X-45为代表的第五代隐身航空 器，通过提高隐身设计技术水平，在隐身与飞机性能 、可负担性等其它重要性能之间取得了最佳的折衷。
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隐身技术
武器装载性能
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F-35飞机——洛克希德马丁
发展背景： ● 与F-22飞机进行“高低搭配”，更加 突出“低成本”的概念； ● 不寻求隐身性能的突破，而是把重点 放在减少生产和维护费用； ● 主要技术要求放在进一步降低隐身维 修需求上，使每次出动所需要的维修量 不到0.5工时。
光隐身 热隐身 声隐身 电隐身
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隐身技术
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可见光控制--迷彩伪装
降低目标和背景的可见光反差
上下表面的迷彩不一致
向下看不见
向上看不清
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隐身技术
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红外抑制--吸热冷却装置
降低目标和背景的热辐射反差 分形技术
I like this
3—5微米的喷流热辐射抑制 8--12微米的分形技术
飞机目标动态RCS仿真技术研究
飞机目标动态RCS仿真技术研究齐玉涛;张馨元;林刚;李建周【摘要】针对飞行器目标在实际飞行过程中由于飞行姿态变化对目标电磁散射截面(radar cross section,RCS)的影响,提出了一种新的动态目标电磁散射建模方法.首先,对飞行器目标精确建模问题,提出了利用激光扫描方法对真实目标进行外形扫描,再通过逆向重构技术得到目标精确几何外形;然后利用实际飞行过程中测试数据,将获取的目标相对于雷达视向角信息代入仿真程序中,使用一体化电磁散射计算软件对一定航路上运动目标进行仿真计算,消除飞行姿态扰动对仿真数据的影响,使动态目标电磁散射建模更加符合实际飞行情况.仿真结果表明,本文方法可快速、准确获取飞机目标动态RCS仿真结果,具有很好的工程应用价值.%In consideration of the influence of moving target to the target radar cross section (RCS), an exact RCS modeling method of moving target based on the measured data is proposed in this paper. Firstly, we use laser scanning method to build the precise geometric model of the real target. Secondly, we extract the parameters of the target motion characteristics in the actual flight and use the attitude angle in simulated program. Finally, we develop integration software to calculate the electromagnetic scattering, and eliminate the effect of attitude angle variation to make simulated results coincide with actual situation. The results show that it can obtain high accuracy results of aircraft dynamic RCS quickly, and have stronger applicability in engineering.【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2019(034)001【总页数】7页(P97-103)【关键词】动态目标;逆向工程;雷达散射截面(RCS);电磁散射【作者】齐玉涛;张馨元;林刚;李建周【作者单位】中国飞行试验研究院, 西安, 710089;中国飞行试验研究院, 西安, 710089;中国飞行试验研究院, 西安, 710089;西北工业大学电子信息学院, 西安, 710072【正文语种】中文【中图分类】TN957引言目标电磁散射特性在隐身与反隐身技术中有着重要的研究价值,也是雷达信息系统的一个重要组成部分．其中目标的雷达散射截面(radar cross section,RCS)反映了目标对照射电磁波的散射能力,是表征目标特性最基本、最重要的参数[1]．在实际情况中,目标总是处于运动状态,因此,对动态目标电磁散射特性研究具有非常高的实际价值．外场测量是获取动态目标电磁散射特性的主要手段,但外场测量试验需耗费大量的人力、物力及时间．因此,需对动态目标高精度电磁散射建模技术进行研究．目前,对于复杂目标静态电磁散射特性仿真已经做了大量研究,但对动态目标的仿真计算相对比较欠缺．文献[2]分析了气流对飞行姿态扰动的影响,基于准静态法分析了目标的RCS特性;文献[3-4]根据目标航迹解算了雷达视线角信息,并对姿态扰动采用了正态分布随机数进行修正,解算了目标动态RCS仿真值;文献[5]研究了静态数据获取动态特性过程中的坐标变换和姿态一致性问题．上述文献都是从理论上针对目标姿态变化对电磁散射特性影响进行分析,不能全面反映目标在运动状态下相对于测量雷达视向变化情况,且目标姿态扰动模型还需进一步验证[6];目标几何模型方面,现有研究普遍精度不足,进而影响仿真计算精确性,也不能对仿真算法的改进提供支撑．本文基于真实目标激光扫描数据和实际飞行测试数据,提出一种新的动态目标电磁散射建模方法．首先利用激光扫描方法获取目标外形扫描点云,采用逆向几何建模技术,获取目标高精度几何模型,然后利用实际飞行过程中测试数据,将获取的目标相对于雷达视向角信息代入仿真程序中,最后利用一体化的电磁散射计算软件进行仿真计算,从而获取典型运动状态下复杂目标电磁散射特征．本文研究成果既可对现有装备进行建模仿真,提高测试效率,也可对非合作目标进行电磁散射预估．1 复杂目标精确几何建模复杂目标精确几何模型是电磁散射建模的基础,以往研究过程中往往由于复杂目标几何模型不够精细,仿真计算结果不能准确反映目标散射特征．几何模型误差是电磁散射建模主要的误差源之一．为保证建模精确度,获取复杂目标精确三维模型,本文采用逆向重构技术对真实目标进行扫描建模．逆向工程技术[7]是进行产品开发、设计以及改进的重要技术手段,通常包括数据采集、数据处理和CAD(computer aided design)模型重建三个主要环节．数据采集是利用全站仪、手持式扫描仪、三维激光扫描仪等设备对真实目标表面进行扫描,测出目标表面的若干组点的几何坐标,为全面获取目标扫描数据,可多次对目标进行扫描．飞机目标点云数据采集采用激光三角法和激光束极坐标法两种方法进行测量,激光三角法对曲面曲率较大部位进行测量,激光束极坐标法对测量范围较大、曲面可测性好的曲面进行测量．图1为模型飞机机翼扫描点云．图1 某型飞机机翼扫描点云Fig.1 The point cloud data of aerofoil shape在逆向测量过程中,飞机目标采集的点云数据量一般都很大,而且不可避免地会引入噪音点,为提高建模效率,提升建模质量,需要对测量数据进行处理．对测量噪音点,采用高斯滤波算法、均值滤波算法或中值滤波算法,可有效去除测量毛刺．对测量数据采样处理,采用文献[7]中局部迭代插值方法进行处理,用较少的点云数据完整表达被测对象的特征信息．由于飞机目标点云数据量大,因此在建模前可对点云模型进行区域划分,然后利用三维建模软件(如CATIA、UG等)重构各区域外形曲面,最后将各部分曲面在三维建模软件中进行装配、合并,从而获取高精度飞机CAD模型．图2为获取的模型飞机三维几何模型．图2 某型飞机三维几何模型Fig.2 The 3D model of plane2 目标动态特征获取飞机目标动态测量主要采用地面测量雷达对目标进行跟踪测量,动态测量数据区别于静态数据,主要包括[8]:1) 目标运动时由于相对位置的实时变化而引入的姿态角变化．2) 在飞行过程中,由于气流或风力作用导致的飞机姿态扰动．这两个因素导致了飞机目标在飞行过程中姿态不断变化,对于复杂目标,由于散射机理复杂,微小的姿态扰动都会导致电磁散射特性产生较大变化,因此,需要对动态目标姿态精确计算．目标姿态角包含方位角和俯仰角二维信息．文献[3, 9]等是用飞机目标全空域静态RCS数据库,根据飞机性能参数和空气动力学原理生成航线,再通过插值生成航线上动态RCS序列.该方法一方面需要计算4π立体角内足够密集的目标RCS数据,仿真效率较低;另一方面,航线数据计算和引入的随机扰动模型不能精确描述真实目标运动特征．本文针对上述问题,通过真实试验测量数据确定飞机目标在典型飞行状态下测量雷达照射的姿态角信息,通过计算,得到一定航线上目标运动过程中的姿态角变化．由于是利用飞机和地面测量雷达实时记录的数据进行目标姿态角计算,测量误差对计算结果影响有限,能够比较准确地描述目标运动特征．对于非合作目标,可采用基于航迹及飞行动作对目标航向角、俯仰角和横滚角预估,结合测量雷达信息获取较高精度的目标运动特性．飞机姿态角常利用飞机上安装的惯性导航系统测量记录飞机的航向角、俯仰角和横滚角,然后利用雷达测量的方位角和高低角在同一时标下进行合成计算．若地面测量雷达在飞机机体坐标系中坐标为(xt(t),yt(t),zt(t)),可用式(1)和式(2)解算出雷达视线在目标坐标系中方位角φ(t)和俯仰角θ(t)．雷达坐标系与目标坐标系关系如图3所示．有关坐标系变换关系,可参考文献[10]相关部分,本文不再赘述．(1)(2)图3 机体坐标与雷达坐标关系Fig.3 The relation of radar coordinate systems and plane coordinate systems3 一体化电磁散射计算对于飞机等大型复杂目标,由于目标尺寸大,散射机理复杂,在现有电磁散射计算方法中,若要满足计算精度要求,往往计算周期较长,而且对计算资源要求比较高,若采用物理光学法(physical optics,PO)等高频算法,现有计算软件往往忽略了边缘绕射及目标腔体散射,计算精度不足,而且缺乏一体化分析计算环境,这些都制约了电磁散射建模技术的工程应用．针对上述问题,本文以UG(Unigraphics)建模软件为开发平台,将研究开发的图形电磁计算(graphical electromagnetic computing, GRECO)方法、增量长度绕射系数(incremental length diffraction coefficients, ILDC)及弹跳射线(shootingand bouncing ray, SBR)法集成到UG软件中,形成一套集众多散射机理计算于一体的综合分析计算环境,具有计算速度快、精度高的特点,能够满足复杂目标电磁散射计算的需要．图4为本文计算用一个边长0.866 m,高1.5 m的三棱柱,入射波频率1 GHz,垂直极化．本文方法的具体实现算法可参考文献[11]和文献[12]．图4(a)为三棱柱模型与文献结果,文献分别给出了PO、PO+MEC(等效电磁流)以及MoM(矩量法)计算结果．图4(b)为本文计算结果与电磁仿真商业软件FEKO计算结果的对比,FEKO设置为PO计算,从结果可看出,本文计算方法在偏离镜面反射区也可有较高精度．计算步进为0.5°,本文计算耗时为2分钟55秒,FEKO计算耗时3分钟23秒,从计算效率来说,本文计算方法也比较好．(a) 三棱柱及文献结果(a) Model of triangular prism and the results in the literature(b) 仿真结果对比(b) Comparison of simulation results图4 三棱柱及计算结果Fig.4 Triangular prism and simulation result目前很多被广泛使用的三维CAD软件(如CATIA、Pro/E等)都可以方便地导入到UG中去,因此高精度动态目标几何模型就可方便地使用一体化软件打开,并精确反映目标模型细节．利用UG提供的应用程序接口UG/Open 和UG/Open++,可将实际飞行过程中目标相对测量雷达姿态角信息在计算程序中进行设置,并根据其变化情况设置模型动态信息,就可对目标动态特性精确建模仿真．本文动态目标电磁散射建模技术研究流程图如图5所示．图5 动态目标电磁散射计算流程图Fig.5 The flow chart of moving target’s modeling4 计算结果对图2所示目标,选取飞机相对于地面测量雷达侧站平飞状态进行仿真计算．飞机飞行高度H=5 km,飞行速度260 m/s,航线投影与原点垂直距离8 km,测量雷达位置为坐标原点,模拟单脉冲测量雷达,仿真入射波频率为9.5 GHz,垂直极化．飞行航迹示意图如图6所示．图6 飞机飞行航迹示意图Fig.6 The diagram of airline依据飞机姿态信息与雷达测量角度,可得出飞机方位视向角和俯仰视向角,如图7所示．(a) 方位角(a) Angles of azimuth(b) 俯仰角(b) Angles of pitch图7 目标方位视向角和目标俯仰视向角Fig.7 Target’s angles o f azimuth and pitch目标飞行过程中RCS仿真结果如图8所示．图8 目标动态RCS仿真数据Fig.8 The simulation result of target’s RCS由于复杂目标RCS是姿态敏感的,姿态角的微小变化都会造成RCS的剧烈变化,本文仿例中,由于目标运动引起的观测视角变化,RCS动态范围达40 dB以上,RCS的动态特性比较符合实际测量情况．在计算效率方面,100个计算点,共耗时4分钟32秒,并且省去了网格剖分过程,实现了快速、高效计算．对图9所示F-35模型进行动态特性仿真,模型尺寸为13.4 m×10.7 m×3.5 m,模型按纯金属模型处理,入射波频率为10 GHz,VV极化．以真实飞机飞行过程中航线作为仿真数据来源,计算出目标方位视向角和俯仰视向角信息如图10所示,RCS仿真结果如图11所示．图9 F-35飞机三维模型Fig.9 Three-dimensional model of F-35 aircraft(a) 方位角(a) Angles of azimuth(b) 俯仰角(b) Angles of pitch图10 目标视向角度信息Fig.10 The angles of target图11 F-35飞机仿真数据Fig.11 The simulation result of F-35 aircraft5 结论本文提出了一种动态目标电磁散射建模的新方法．首先基于真实目标激光扫描点云数据和逆向重构技术获取目标高精度几何模型,再根据实际测试获取的目标姿态信息采用一体化电磁散射计算软件对目标动态RCS特性进行仿真,具有快速、高效的特点．本文研究方法是外场动态测量试验的重要补充,可为飞行试验航线设计和飞行方法制定提供重要参考,也可对非合作目标动态电磁散射特性进行预估,具有重要的实际工程应用价值．参考文献【相关文献】[1] 黄培康, 殷红成, 许小剑.雷达目标特性[M].北京:电子工业出版社,2005.HUANG P K, YIN H C, XU X 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飞行器雷达隐身性能评估研究
K ey w ord s: detection probab ility; exposed range; stea lth perform ance; evaluation
隐身性能对于现代军用飞机特别是战斗机来 说具有十分重要的意义。对于目前军用飞机面临 的越来越危险的作战环境, 隐身是降低其作战损 失、提高生存率的重要手段。
对于飞机模型, 一般采用 Sw erlling C ase 1所 描述的发现概率与信噪比的关系。虚警概率通常 取 10- 6。
根据式 ( 8) 求得 的信噪比, 通 过关系曲线就 可以得到一定高度和距离下, 雷达对目标的发现
概率。
1 4 飞行器临界散射截面的确定
文献 [ 1] 中提出 临界目标 的概念: 这种 目标的散射截面 cr 时刻随着目标至天线的距离 R 的变化而变化。其变化规律是使探测它的雷达的
作用距离 R 时刻处于最大可探测距离上, 即保证
相同的探测概率。 在雷达最大作用距离规 定的发现概率 P^ 下,
处在任意位置的目标为了保证雷达的探测概率为
^
P,
那么目标的临界截面
R4L
= C F cr(P^)
4 s( P^ )
( 10)
对于任意的发现 概率 P i , 可由式 ( 11 ) 计算
对应的临界散射截面:
第 27卷 第 4期 2007年 08月
文章编号: 1673- 4599 ( 2007) 04- 0006- 04
飞机设计 A IRCRA FT D ESIG N
飞行器雷达隐身性能评估研究
Vo l 27 N o 4 A ug 2007
刘德力, 张云飞, 高瑜忠
(北京航空航天大学 航空科学与工程学院, 北京 100083)
低RCS目标雷达散射特性增强方法研究
航空科学技术Aeronautical Science &TechnologyMay 252021Vol.32No.0539-43低RCS 目标雷达散射特性增强方法研究徐顶国1，*，魏子豪2，骆盛1，刘钧圣1，王军1，赵军民11.西安现代控制技术研究所，陕西西安7100652.北京航空航天大学，北京100191摘要：隐身飞机的出现对导弹的作战能力提出了更高的要求，增大敌方目标自身雷达散射特性是未来导弹反隐身技术发展的一个重要方向。
为了实现低RCS 目标电磁增强，本文拟针对典型隐身飞机，基于电磁理论和导弹反隐身技术，设计了几种不同的目标RCS 增强方案；利用基于多层快速多极子算法（MLFMM ）的FEKO 软件，计算、分析不同增强方案在低RCS 目标载体上的RCS 特性和增强效果，其结论为未来导弹反隐身技术和智能化导弹的发展提供参考。
关键词：隐身飞机；反隐身；雷达截面积；多层快速多极子算法中图分类号：TN02文献标识码：ADOI ：10.19452/j.issn1007-5453.2021.05.006目前，美、日等国家已开始批量装备第五代（美、俄称谓）隐身战斗机F -22、F -35，俄罗斯的第五代战斗机苏-57也已经服役，该类作战飞机的最大优势就是具有先进的隐身性能，不仅可以减小被发现的距离，还使全机的雷达散射特性大幅度减小，导致来袭导弹的脱靶率大大增大。
以F -22为例，如图1所示，取F -22的前向RCS 为0.01m 2，与前向0.1m 2的作战目标比较，在其他条件相同的情况下，前者的超视距空战效能比后者高出5倍左右。
因此，迫切需要破解以F -22为代表的第五代战斗机的隐身性能，快速提升对F -22等隐身飞机的防御、打击和威慑能力。
对于极低RCS 的隐身飞机而言，导弹如何能准确地实现搜索、跟踪、攻击低可探测性目标，增大敌方低RCS 目标的散射特性是未来导弹反隐身技术和智能化导弹的一个重要发展方向。
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隐身技术
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从SR71为代表的第二代飞机开始，隐身就
作为关键技术被引入到飞机设计当中。随着
飞机发展到第五代，对隐身技术的认识也走
过了一个不断深化发展的过程，隐身技术在
飞机设计上的应用也有了四次大的飞越。
这四次技术飞越的代表性飞机为：
SR71黑鸟(第二代飞机)→F117、B2(第
F-22
F-35
隐身与飞机性能、可 负担性等取得折衷
捕食鸟 X-45A ……
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X-47A Dark star
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SR-71飞机
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发展背景： ● 冷战时期； ● 美国的国家战略需 要一种侦察机对“华约” 国家进行战略战役侦察； ● 对隐身技术的认识 还属于初级阶段，飞机 的隐身还处于次要地位， 主要依靠高空高速来获 得高的生存力； ● 前向角域±60°RCS 1m2以上
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SR-71飞机
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F117 ——洛克希德
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F117 ——洛克希德
发展背景：
● 冷战后期；
● 美国的国家战略需要一种可以不依靠其它飞机支援就可以遂 行作战任务的隐身飞机，以达到对敌方战略战术目标进行突然 精确打击的目标；
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E-2C鹰眼
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鹰眼的雷达图
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电子干扰--也是广义上的一种隐身
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电子干扰机：ALQ99E
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隐身飞机
隐身飞机的产生和 发展是国际政治格局 的变化、飞机作战环 境的变化(尤其是雷 达和电子战技术的爆 炸性发展)及隐身技 术的进步等多种因素 综合的结果。
飞行器隐身技术
--雷达散射截面控制
航空科学与工程学院
飞行器隐身技术
❖关于隐身概念 ❖关于雷达探测的几个基本概念 ❖关于雷达散射截面的定义和基本概念 ❖隐身飞机和隐身技术综述 ❖飞机的散射源和散射机理 ❖雷达散射截面的减缩策略 ❖隐身关键技术 ❖反隐身关键技术概述
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B2全尺寸模型外场RCS测试
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B-2飞机专用恒温机库
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F-22飞机——洛克希德马丁
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F-22飞机——洛克希德马丁
发展背景：
● 冷战后期，美国成为世界 唯一超级大国，对国际事物 进行“积极干涉”；
三代飞机)→F-22、F-35(第四代飞机)→X-36
、X-45、X-47(第五代飞机)，另外还包括捕
食鸟这样的隐身技术验证机。
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第二代 第三代
SR-71
四次技术飞越
初具隐身性能
F-117 B-2
强调隐身万能，牺牲其它性能
第四代 第五代
X-36
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国外隐身航空器的发展与现状
隐身性能的重要意义：
降低飞机的RCS可以在两个方面降低飞机的敏感性 1) 可以降低飞机被发现概率、被跟踪概率以及被导 弹等成功发射、制导并击中的概率； 2) 可降低有源干扰装置所需要的干扰机功率及无源 干扰机所需要箔条重量、红外干扰弹的重量，从而 大大提高飞机的生存力。
●美国的国家战略需要一种 可以在21世纪前三十年具有 绝对制空优势的先进隐身战 斗机，可以不依靠其它飞机 支援遂行作战任务，以达到 对敌方战略战术目标进行突 然精确打击的目标和取得空 中优势；
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武器装载性能
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F-35飞机——洛克希德马丁
发展背景： ● 与F-22飞机进行“高低搭配”，更加 突出“低成本”的概念； ● 不寻求隐身性能的突破，而是把重点 放在减少生产和维护费用； ● 主要技术要求放在进一步降低隐身维 修需求上，使每次出动所需要的维修量 不到0.5工时。
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雷达截面控制
低可探测技术
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雷达站
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预警机：E-3C
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预警机：E-3C
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隐身技术
隐身技术的广义范畴
❖光隐身 ❖热隐身 ❖声隐身 ❖电隐身
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可见光控制--迷彩伪装
❖降低目标和背景的可见光反差
上下表面的迷彩不一致
向下看不见
向上看不清
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红外抑制--吸热冷却装置
❖降低目标和背景的热辐射反差 ❖分形技术
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捕食鸟"Bird of Prey"—波音公司
发展背景：
● 冷战结束，美国一强独大，为 了适应其干涉世界事务的需求， 并且要满足“非接触、零伤亡” 局部战争的需求，需要一种飞行 速度更快、更加隐身、制造工艺 更加便利、研制和维护成本更低 、储存和部署更加容易的第五代 飞机(无人作战飞机UCAV)；
3—5微米的喷流热辐射抑制 8--12微米的分形技术
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夜间拍摄的红外图象
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噪声控制
❖直升机的噪声控制问题 ❖低空低速无人机的噪声控制问题 ❖潜艇的的噪声控制问题
▪ 螺旋桨—泵喷 ▪ 浮筏技术 ▪ 管道消声 ▪ 消声瓦技术 ▪ 外形
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隐身技术
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隐身飞机的发展
从二十世纪六十年代开始，由于隐身概念的引入和 逐渐发展对传统的航空器的设计、制造和使用均带来 了巨大的变革。由于传统的隐身飞机如F-117和B-2过 分强调低可见性而忽略了可负担性，从而造成飞机的 使用和维护费用过高，降低了飞机的使用效率。从以 F-22为代表的第四代和X-45为代表的第五代隐身航空 器，通过提高隐身设计技术水平，在隐身与飞机性能 、可负担性等其它重要性能之间取得了最佳的折衷。
● 该战略造成过分突出和迷信隐身性能，使用特殊的飞机外形 和全面使用吸波材料，牺牲了飞机的机动性等其它综合性能。
● 隐身技术进一步发展，有工程化的隐身气动设计工具和吸波 材料供使用；
● 主要针对雷达波隐身，对红外和可见光隐身的考虑只占很小 的比例。
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B2
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