生活中的初中物理（3）——隐形飞机为什么会“隐形”

那些第一次听说隐形飞机的人肯定会认为隐形飞机是没人能看见的飞机。事实并非如此。人们可以看到隐形飞机，但它不会被雷达探测到。雷达是如何探测不到隐形飞机的？这从雷达技术的原理开始。

雷达的原理和声纳一样。它有一个电磁波发射装置，雷达通过它发射高频电磁波，我们称之为雷达波。在雷达波的传播过程中，如果遇到飞机和导弹等飞行目标，一些雷达波会被反射回来。雷达还有一个能接收雷达波的接收装置。在接收到雷达波之后，这些接收设备可以根据接收到的反射雷达波的时间和方向来计算飞行目标的位置。我们通常说雷达已经找到了飞行目标。

在飞机研制过程中，人们总是想方设法降低雷达对飞机的探测能力，使飞机在早期不易被敌人的雷达和其他防空探测器探测到，从而避免被敌人拦截、跟踪和攻击。

为了不被敌方雷达发现，飞机除了在超低空飞行以避开雷达发射的雷达波的探测范围之外，还必须找到减少其雷达波反射的方法，从而将反射的雷达波(也称为雷达回波)的强度降低到敌方雷达无法识别的程度。实际上，有一个物理量来测量飞机雷达反射波的强度: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。飞机隐身的方法是通过各种手段降低飞机的雷达散射截面。就像美国B-52轰炸机的RCS大于100m2一样，它在飞行时很容易被雷达探测到，而类似的具有隐身技术的B-2轰炸机的RCS约为0.01 m2，一般雷达很难探测到。

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。

为了使飞机达到较低的可探测性，隐身飞机在外形设计上采用非常规布局:尽量消除小于或等于90°的外形夹角，发动机进气道置于机身后部或机翼上，采用矩形设计并向上转弯；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。目前，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等，这些材料可以增加雷达波照射到飞机上的磁损耗，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，整机雷达反射面降至1 m2以下。由于等离子体的衍射和散射，即使这一点点反射也会在雷达测量中造成误差，从而达到“隐身”的效果。

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，例如发动机的进气口和尾部排气口、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。因此，隐形飞机的形状看起来非常独特。例如，B-2隐形轰炸机的外形是一个大的扁平部件，也就是说，它没有垂直尾翼，也没有独立的机身、机翼。机身和机翼是一体的，这使得雷达波没有机会反射。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。这种飞机基本上是由平面组成的角锥，尾翼是V形的。B-2隐形轰炸机有一个后掠前缘和一个大锯齿后缘。它没有独立的机身和尾部。整架飞机看起来像一个巨大的飞翼。其发动机进气口设置在机体上方，机体外部没有外部存储器突出。为了进一步降低飞机的雷达散射截面，B-2隐形轰炸机的设计工程师还采用了能够在机翼前后边缘和进气口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平面上的特殊涂层吸收，要么被镜面状的“玻璃幕墙”反射到其他地方，所以雷达基本上无法接收到回波。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。

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。