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隐形飞机为什么会“隐形”

来源:物理好资源网 编辑:秩名 时间:2019-12-28 点击量:
隐形飞机为什么会“隐形”
 
  第一次听到隐形飞机的人一定会认为,隐形飞机就是不会让人看见的飞机。实际并不是这样,人们是可以看得到隐形飞机的,只是它不会让雷达发现。隐形飞机是怎样做到不被雷达发现的呢?这要从雷达技术的原理说起。

  雷达的工作原理和声呐一样。它有一个电磁波发射装置,通过这个装置,雷达发射出高频电磁波,我们把这些高频电磁波称为雷达波。雷达波在传播过程中,如果碰到了像飞机、导弹等飞行目标时,一部分雷达波就会被反射回来。雷达还有一个可以接受雷达波的接收装置,这些接收装置接收到雷达波后,就可以根据接受到的反射雷达波的时间和方位计算出飞行目标的位置。我们通常就说,雷达发现飞行目标了。

  在飞机的研制过程中,人们总是想方设法降低雷达对飞机的可探测性,使飞机不易被敌方的雷达等防空探测器早期发现,避免被敌方拦截、跟踪和攻击。

  飞机要想不被敌方雷达发现,除了超低空飞行避开雷达发射的雷达波的探测范围外,还得想办法降低自身对雷达波的反射,使反射的雷达波(也称雷达回波)的强度降低到到敌方雷达无法辨别的地步。在实际中,有一个衡量飞行器雷达反射波强弱的物理量:雷达散射截面积(英文名称RadarCross- Section,缩写为RCS)。它是指飞机对雷达波的有效反射面积。飞机隐身的方法就是采用各种手段来减小飞机的RCS。像美国的B-52轰炸机的RCS大于100m2,它在飞行时很容易被雷达发现,而与它同类的、采用了隐形技术的轰炸机B-2的RCS约为0.01 m2,一般雷达就很难探测到它。

  目前,用来减少飞机RCS的主要途径有两种:一是改变飞机的外形和结构,二是采用吸收雷达波的涂敷材料和结构材料。

  为了使飞机达到较低的可探测性,隐形飞机在外形设计上采用了非常规布局:设法消除小于或等于90°的外形夹角,发动机进气口置于机身背部或机翼上面,采用矩形设计并朝上翻;两个垂直尾翼均向外斜置,机身与机翼融为一体,使飞机对所有雷达波形成球面反射,减小雷达回波。在材料使用上,机体骨架和蒙皮使用隐形材料、表面隐形涂料、外形隐形结构、降红外辐射技术、降噪声技术、电子干扰技术等。现在,能吸收雷达波的材料有多种,如碳纤维增强树脂复合材料、碳化硅束丝增强铝复合材料等隐形涂料,它们能使照射到飞机上的雷达波的磁损耗加大,起到吸收、透波作用。在离子与电磁波相互作用过程中,吸收雷达波和红外辐射,整机雷达反射面降到1 m2以下。即使这一点点儿反射,也会因为通过等离子体的绕射、散射而造成雷达测量上的误差,从而达到“隐身”的效果。

  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,所以,隐形飞机的外形看起来十分独特。例如,B-2隐形轰炸机的外形是个大扁片,即没有垂直尾翼,也没有独立的机身、机翼,机身和机翼融为一体,不给雷达波以反射的机会。因此,有的人不叫它飞机,而称它为“飞镖”或“飞翼”。

  F-117战斗轰炸机则是另外一种格调。这种飞机基本上是由平面组成的角锥形体,尾翼为V形。B-2隐形轰炸机则是前缘后掠,后缘为大锯齿形,没有独立机身和独立尾翼,整个飞机像一个大飞翼,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。为了进一步减小飞机的RCS,B-2隐形轰炸机的设计工程师还在机翼的前后缘、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。F-117的外表像一块块的板子拼接在一起,有棱有角,像玻璃幕墙一样。这种古怪的形状使雷达伤透了“脑筋”。雷达发出的电磁波碰到它们后,不是被飞机表面的特殊涂料吸收了,就是被镜面一样的“玻璃幕墙”反射到别的地方去了,因此,雷达基本上就收不到回波了。即使能够收到一点点儿,由于散射而造成的雷达测量误差,也会使这种“千里眼”上当。可见,隐形飞机的外表和它所使用的非金属、吸波性材料是其“隐身术”的绝招。

  此外,隐形飞机的发动机还采用了楔形二元喷管,其外壳、机匣采用蜂窝状结构,使红外辐射降低90%,噪声也大为减小,真正做到了不见其身、不闻其声。
 

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