歼20学习F22精髓:不起眼的雷达罩,是最复杂的关键隐身部件

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歼20学习F22精髓:不起眼的雷达罩,是最复杂的关键隐身部件

2024-07-10 06:07| 来源: 网络整理| 查看: 265

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在战斗机的前向隐身中,三大来源分别是进气道、雷达天线、座舱。因此在涉及到歼20的隐身设计中,《中航工业首席专家技术丛书——雷达天线罩性能设计技术》,也是必须要读的著作之一。

该书的作者在前言中简述了自己的工作经历:“经历了二代机单脉冲火控雷达罩、三代机脉冲多普勒火控雷达罩、四代机宽带相控阵隐身控火雷达罩的研制历程”,对于“频率选择表面与隐身设计”开展了大量研究和探索工作。(注:很多国内的老技术人员,依然习惯将F22为代表的飞机称为四代机,而不是五代机)

图:F35的雷达

五代机在实现前向隐身的过程中,通常会采用多种措施:比如采取向上倾斜的天线平面,即使是有对方的雷达波照射过来,也会向上方反射,把自己的暴露概率减低到最小。除此之外,最重要的措施,就是在雷达天线罩上实现选择性的透过:

自己雷达发射出的无线电波,无论是从内部发射出去、还是从目标上反射回来,都可以有效的自由穿透雷达罩。而敌人发射过来的雷达波——无论是来自地面、预警机、还是战斗机,统统都不能穿过雷达罩,只能乖乖的按战斗机设计好的隐身外形、反射到无法被原雷达天线接收的方向上去。

而目前辨识雷达波是敌是我的关键,就在于频率。如果把雷达波比喻成一个人,那么频率就是他的身份证件;而频率选择表面天线罩,就相当于自带门卫的大门一样——频率不对就是身份证件不符标准,根本进不了门。

频率选择表面(FSS)技术的最早研究起源,要追溯到美国在1785年的研究;不过运用到通信、探测领域,则已经晚到20世纪70年代早期。目前应用最广泛的频率选择技术,最基本的原理是这样的:

首先设计出一些不同形状的金属单元,并进行周期性的排列——它可以是一些小的金属薄片规律性的铺在介质板上,也可以是一块完整的金属薄板上规律性的挖开特性形状的缝隙。

由于波的衍射作用,不同频率的电波照射在这些单元上,就会出现不同的谐振效果——部分电波可以完全畅通无阻的从金属片单元之间的缝隙、空洞中传过去;而部分电波就会被完全性的反射,无法通过。

这些金属单元最简单的构型可以采用片状结构,但也能够采用三维立体结构——当然后者的设计加工和要远远复杂、昂贵的多。而单元与单元之间,还可以进一步通过加装电容、电感、电阻等器件,进行针对性的特性调整——这甚至能使FSS的频率选择是能够在一定范围内,随时主动调整的。

图:多层FSS

而在一个完整的FSS天线罩中,这些单元可能只布设了一层,也可能布设了相同设计、或者不同设计的多层结构。类似F22和歼20这些五代机,其雷达罩虽然看着很简单,但实际上却是整个飞机系统中,结构最为复杂的部件之一。

在隐身飞机的设计中,类似这种又要让自己的雷达波自由进出、又让把别人的雷达波坚决拒之门外的冲突性要求很多,但都可以依靠更先进的理论和技术进行缓解和消弭。

比如隐身战机要探测对手、要和己方单位通讯,就必须要发射电磁波——在三代机时代,这就像黑夜里打开手电筒乱扫一样。

图:F-35已经可以在保持隐身的状态下进行电子战,施放强力电子干扰,这就是技术进步带来的变化,在以往是不可想象的

但是在五代机上,就能通过被动侦听对手的各种信号,先进行大致定位,只发射非常窄的雷达波进行扫描;而且这些雷达波还特别隐蔽,频率等特征伪装的和遍布大气层空间的噪声信号一样,功率还特别低。

以俄国航空学术界顶级权威费得索夫为代表的一批人,一口咬死隐身设计一定会严重破坏飞行性能、无法执行复杂任务的原因就在这里:

俄罗斯时代,原有科研和工业体系的崩解、持续性的经济困难,使得俄国在电子等领域的差距越来越大,很多新兴的领域和技术体系也无力投资、深入建设。他们根本无法获得与美国人接近的、解决设计冲突的能力,最后当然就只能靠嘴硬和自欺欺人,来完成理论自信和新型号研发上的弯道超车。

图:苏57,俄式道路自信、弯道超车的典型产物

总有些人喜欢说俄国飞机设计师不是傻瓜——难道美国飞机设计师就是傻瓜?能被俄罗斯人用差得多的技术基础,轻易抗衡甚至实现压制?

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