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隐形飞机的“隐身”技术原理是什么?

科普小知识2022-04-19 12:09:36
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那些第一次听说隐形飞机的人肯定会认为隐形飞机是一种我们看不见的飞机。事实上,它不是,隐形飞机只是不能被雷达探测到。如何不被雷达发现?这从它的技术原理开始。雷达的测量方法是先发射高频电磁波。当有物体时,物体会将电磁波反射回来。雷达装有接收装置,根据物体的回波可以找到物体。在飞机研制过程中,雷达的可探测性降低,使得敌人的雷达和其他防空探测器很难早期探测到,从而进行拦截、跟踪和攻击。目前,隐身飞机的研究重点是雷达隐身技术和外形隐身技术,主要是通过降低电磁回波、红外光波和声波的可探测性来“隐身”飞机。

隐形飞机的“隐身”技术原理是什么?

俄罗斯陆基GAMMA-DE有源相控阵雷达

雷达是一种利用无线电波找到目标并确定其位置的装置。由于无线电波具有恒速和定向传播的规律,当雷达波遇到飞机和导弹等飞行目标时,一些雷达波会被反射回来,飞行目标的位置可以根据反射的雷达波的时间和方位来计算。由此可以看出,如果一架飞机不被雷达探测到,除了在超低空飞行以避开雷达波的探测范围之外,它还必须想办法减少雷达波的反射,使反射的雷达波足够弱,以至于敌人无法分辨它们。有一个物理量来测量飞机的雷达回波强度:雷达散射截面(缩写为RCS),它是指飞机对雷达波的有效反射面积。雷达隐身的方法是通过各种手段降低飞机的雷达散射截面。例如,美国的B-52轰炸机的雷达散射截面超过100平方米,这很容易被雷达探测到,而使用隐形技术的类似轰炸机B-2的雷达散射截面约为0.01平方米,这很难被普通雷达探测到。

隐形飞机的“隐身”技术原理是什么?

波音B-52平流层堡垒

目前,降低飞机的雷达散射截面主要有两种方法:一种是改变飞机的形状和结构,另一种是使用吸收雷达波的涂层材料和结构材料。

为了使飞机达到低探测能力,隐身飞机在外形设计上采用非常规布局,消除小于或等于90°的外形夹角。发动机进气口位于机身后部或机翼上,采用矩形设计并向上翻转。两个垂直尾翼都向外倾斜,机身和机翼合二为一,使飞机对所有雷达波形成球面反射,减少雷达回波。在材料的使用方面,人体骨架和皮肤使用隐身材料、表面隐身涂层、形状隐身结构、红外辐射降低技术、降噪技术、电子干扰技术等。可以吸收雷达波的材料有很多种,如碳纤维增强树脂复合材料、碳化硅梁增强铝复合材料和其他不可见涂层,它们可以增加雷达波辐射的磁损耗,起到吸收和传播波的作用。在离子与电磁波相互作用的过程中,雷达波和红外辐射被吸收,整机的雷达反射面下降到1平方米以下。由于等离子体的衍射和散射,即使这种反射也会在雷达测量中引起误差,从而达到“隐身”的效果。

隐形飞机的“隐身”技术原理是什么?

B-2隐形轰炸机

由于一般飞机形状的复杂性,总是有许多部分能够强烈地反射雷达波,例如发动机的进气道和尾喷管、飞机上的突起和外挂物、飞机各部分的边缘和尖端以及所有能够产生镜面反射的表面。因此,飞机的形状和结构必须大大改进,所以隐形飞机的形状非常独特。例如,B-2隐形轰炸机的外形是一个大的扁平部件,即没有垂直尾翼,也没有独立的机身、机翼。机身和机翼是一体的,没有机会反射电磁波。因此,有些人不称它为飞机,而是“飞镖”或“飞翼”。

F-117战斗轰炸机是另一种风格。平面基本上是一个角锥,由带有V形尾翼的平面组成。另一方面,B-2在前缘后掠,在后缘有一个大的锯齿形。没有独立的机身和尾翼。整架飞机看起来像一个巨大的飞翼。其发动机进气口布置在机体上方,没有外部存储器突出到机体外部。此外,为了进一步降低飞机的雷达散射截面,其设计工程师还采用了能够在机翼前后边缘和进气道边缘吸收雷达波的材料,飞机的整个表面都涂有黑色雷达波吸收涂层。F-117看起来像拼接在一起的边缘和角落,像玻璃幕墙。这种奇怪的形状让雷达击碎了大脑。雷达发射的电磁波要么被飞机表面的特殊涂层吸收,要么被镜子般的“玻璃幕墙”反射到其他地方。因此,雷达基本上没有接收到任何回波。即使你能接收到一点点,由散射引起的雷达测量误差也会使这个“千里眼”上当。可以看出,隐形飞机的外部以及它所使用的非金属和吸波材料是其“隐身”的独特技能。

隐形飞机的“隐身”技术原理是什么?

F-117隐形飞机

此外,隐形飞机的发动机还采用了楔形二维喷管,其外壳和外壳采用蜂窝结构,红外辐射降低90%,噪音大大降低,真正做到了不见身体,听不见声音。