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隐身技术在无人机上的应用(yòng)

 

一(yī)、隐身技术(shù)的工作原理与(yǔ)功能

19世纪发明的雷达,在第二次世界大(dà)战中首次用于军事。雷达是(shì)一(yī)种利用无(wú)线电波发现目(mù)标并测定其位置的装(zhuāng)置。其简单工作原(yuán)理(lǐ)是:由雷达发射装置发出无线电波(bō)束(脉冲无线电波束和连续无线电波束(shù));碰到目标后,其中的一小部分波束就(jiù)反射到雷达接收装置,由此来测定目标(biāo)的距离、方位和高度(dù)等参数。雷达(dá)的问世,使人类的探测技术和能力跨上了(le)新的台阶;同时,也(yě)向(xiàng)反探测技术提出了新的挑(tiāo)战。人(rén)们为了提高目标反雷达(dá)探(tàn)测的能力,不懈地(dì)奋斗了几(jǐ)十(shí)年,终于探索到一(yī)条(tiáo)新的隐身途径。与早(zǎo)期的隐身术——伪装术相比,今天的(de)隐身(shēn)技(jì)术已起了(le)根本变(biàn)化,有了(le)质(zhì)的飞(fēi)跃(yuè)。下面从反雷达探测(cè)和反红外(热(rè))探测两(liǎng)个方面简单介绍隐身技术的(de)一些工作原理与隐身功能。

二、反(fǎn)雷达探测

隐(yǐn)身技术的一(yī)项主要(yào)工作是提(tí)高反雷达探测的能力,也就是提高(gāo)目标在雷达探测下的隐身性能,通常(cháng)用目(mù)标(biāo)的雷达散射截(jié)面(RCS)表示(shì)。所谓目标的雷达散射截面是指(zhǐ):目标被雷达(dá)发射的电磁波射(shè)中时,其(qí)反射(shè)电磁波能量(liàng)的(de)程度。雷达散射截(jié)面(miàn)的大小,反映了目标反射(shè)电磁(cí)波能量的强(qiáng)弱;其(qí)越小,雷(léi)达就越不易探测到(dào)目标(biāo)。在无(wú)人机(jī)上,常从(cóng)以下(xià)几方面来(lái)减小RCS

1.采用复合材料

雷达发(fā)射的电磁波碰到金(jīn)属材料(liào)(如铝合金蒙(méng)皮)时,由于其是电(diàn)导体,在金属材料中(zhōng)易(yì)感应生成(chéng)相同频率的电磁流(liú)。电磁(cí)流的(de)流(liú)动,会建立起(qǐ)电磁场,向雷达二次辐射能量。复合材料是由一些非金属材料(liào)(如碳)和绝(jué)缘材料(如环氧树脂)组成,其导电率要比金(jīn)属材(cái)料低得多(duō)。因此,当(dāng)雷达发(fā)射的电(diàn)磁波碰到复合材料时,难(nán)以感应生成电磁流和建立起电磁场,所以向雷(léi)达(dá)二次辐射(shè)能量要少(shǎo)得多。无人机的尺寸(cùn)要比有人飞机小(xiǎo)得多;大多数无人机(jī)的(de)最大尺寸在(zài)5米以下。因此,在其机体上,部(bù)分或大部分使用复合材(cái)料比有人飞机(jī)要容易实现。

基于上述两点原因,采(cǎi)用(yòng)复合材(cái)料就成了无人机(jī)最普遍使用的(de)隐身措施。无人机上采用的复合(hé)材料主要有:玻璃纤(xiān)维加强合成树脂、石墨(mò)与环氧树脂、以芳纶纤维(wéi)为基础的凯芙拉、雷达吸(xī)波材料。

雷达吸波材料是一(yī)种多层结构形(xíng)成的材料。它至(zhì)少有三层:最外层(céng)是透波层;中(zhōng)间层(céng)(蜂(fēng)窝芯或(huò)泡沫芯)是电(diàn)磁波损(sǔn)耗层(céng);最内层是基(jī)板(bǎn),具有反射抵消雷达(dá)波的特(tè)性。当雷达(dá)能量辐(fú)射到(dào)此材料结构上时,就会被(bèi)大量吸(xī)收和(hé)抵消掉。无(wú)人机(jī)常用的吸波结构(gòu)材料(liào)有:聚氨基甲(jiǎ)酸酯泡沫芯和芳纶-环氧树(shù)脂蒙皮;聚苯乙烯泡(pào)沫(mò)芯和胶合板(尼龙(lóng))蒙皮或碳纤维蒙皮(pí);Nomax蜂窝芯和芳(fāng)纶蒙(méng)皮;玻(bō)璃纤维蜂窝(wō)芯和石墨复合蒙皮。

2.避免使用大而平的垂直面

当雷(léi)达的无线电波(bō)射(shè)入两个互相垂直面中(zhōng)的任一个(gè)面时,由于无线(xiàn)电波的“镜(jìng)面反射”效应(yīng),就会(huì)形成二次“反弹(dàn)”,最后以(yǐ)与入(rù)射波束相同的方向反射波束到雷达。无人机的立尾与(yǔ)水平尾翼、机翼上的垂直安定面(miàn)、机翼下挂架、翼身连接处等都会形成强烈的雷达(dá)反射区域(yù)。为减小RCS,在无人(rén)机上采用(yòng)内倾的(de)双立尾(wěi)、翼端(或翼(yì)上)安定面、机身侧边等构(gòu)型。

3.采用光洁平(píng)滑的外(wài)形(xíng)

无人机在雷达探测下,其蒙皮(pí)上生成电(diàn)磁流。当(dāng)这些电磁流流动(dòng)到(dào)不连续处时,就被“耗散(sàn)”或者(zhě)辐(fú)射电磁能,而其中(zhōng)一部分电磁(cí)能就会反(fǎn)射回雷达。因此,无(wú)人(rén)机形状轮廓(kuò)等剧变状况,或是尖削的翼(yì)后缘与翼尖、操纵面以及(jí)机体连接处等的(de)不(bú)连续性,都会使其(qí)成为(wéi)雷达能量的良好(hǎo)散射体,当不(bú)连续处垂直于雷达波束时,这种效应(yīng)最(zuì)强。

基于(yú)上述(shù)原(yuán)因(yīn),无(wú)人机在外形上采用:机翼、机身、尾(wěi)翼和短舱(cāng)连(lián)接处光滑地过渡,或(huò)机翼与机身高度融合的构型。机翼(yì)为下单翼(yì)时,采用平整的(de)翼身组合下侧面(miàn);平滑的(de)曲面外形(xíng);后掠的机翼后缘和尾翼后缘(yuán)。

4.注意凹状结构的(de)隐身

凹(āo)状结(jié)构具有角(jiǎo)反射器的特性。角(jiǎo)反射器是由3个互成90度的表面角连接(jiē)而成。当雷(léi)达(dá)的(de)无(wú)线电(diàn)波射入(rù)这3个表面中的任一(yī)表面时,可能形成三次“反弹”,从而在(zài)宽(kuān)的视界角范围内返回强的电磁波能量(liàng)到雷达(dá)。发动机进气道、尾喷管、排(pái)气口等都可看(kàn)作凹状结构,具(jù)有较大的雷达信号特征(对发动(dòng)机尾喷管来说还(hái)有红(hóng)外辐射特征)。因此对(duì)这类凹状结构应采取(qǔ)隐(yǐn)身措施。

三、一般采用的(de)隐身(shēn)方法:遮(zhē)蔽法

这种(zhǒng)方法是(shì)利用(yòng)机体的某一部(bù)分(fèn)遮(zhē)避(bì)发动机的进(jìn)气道或尾喷口,以减小雷达探测的视(shì)角范围。例如,将发动机装在机身背上,由机身挡住发动机进气道和尾(wěi)喷口,以(yǐ)免上视雷达探测(cè);把(bǎ)发(fā)动(dòng)机装于机(jī)身中,发动机进气口设在机身顶(dǐng)上或机翼(yì)上方的机(jī)身两侧,由机身(shēn)或机翼挡住进(jìn)气口,以免上视雷达探测(cè)。

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