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鴨翼用複合材料能隱身?F-22隱身總師解析其中真相
送交者: 嵐少爺 2019年02月01日00:12:59 於 [軍事天地] 發送悄悄話

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  關於殲-20,一直以來有人質疑其鴨式布局的隱身效果。關於該機的隱身性能,其實不光受到鴨翼的影響,還包括那個大型的邊條。不過,也有人認為,鴨翼、邊條用複合材料不就可以了嗎?複合材料作為透波材料,鴨翼和邊條在雷達面前不久相當於不存在嗎?

  其實,關於複合材料對隱身的作用,專業刊物早有定論。這裡,我們看一看洛克希德·馬丁公司F-22項目特殊技術部經理、F-22 低可觀測性綜合產品團隊負責人Brett Haisty撰寫的《負擔得起的隱身》。這篇發表於18年前的文獻首次公開討論了成功開發低可探測性空中優勢戰鬥機所必需的技術和技巧。可以說,對當時一些仍然在隱身技術領域苦苦探索的國家,起到了借鑑作用。那麼,他關於F-22A戰鬥機的隱身技術,是怎麼說的呢?殲-20依次標準衡量,隱身性能究竟如何呢?

  複合材料不會讓飛機隱身。一個常見的誤解是使用複合材料蒙皮會使飛機隱身。實際上,許多複合材料對雷達是部分透明的,這會將飛機的內部結構、線路和組件暴露給雷達,這是低可觀測設計者需要解決的最後一件事。這些組件加起來會形成非常大的信號。大多數隱身飛機,飛機的外表面塗有金屬塗料,因此雷達波無法穿透飛機。

  在F-22上使用了幾種特殊材料和結構,包括雷達吸波材料(RAM)、雷達吸波結構(RAS)和紅外線(IR)塗層。 RAS用於讓尖銳邊緣的散射降低至最小,而RAM用於減少表面裂縫導致的散射。 IR 塗層用於減少紅外信號,確保雷達和紅外信號的平衡。早期的低可探測性項目廣泛使用RAM和RAS,導致對重量產生重大影響。分析和設計工具的改進以及廣泛的測試,使得F-22上RAM的使用降低到最低,同時保持低信號特徵。結果是F-22使用的材料遠遠少於上一代隱身飛機,從而顯着減輕了重量並節省了成本。

  因此,F-22的隱身特性的關鍵在於其塗層的應用,即導電塗層、RAM和紅外防護塗層。機器人噴塗設備已經開發出來,可以精確地應用這些塗層。機器人噴塗設備具有環境可控、安全的特點,這要求高度精密的機器噴塗機庫和子部件噴塗室,以及安裝在軌道上的噴塗機器人。

  外形錯誤將無法修正。為了開發隱身飛機,必須考慮到雷達波可以到達的飛機的任何部分。在設計過程中要考慮的第一個、也是最關鍵的因素是飛機的外形。這一因素必須從一開始就被考慮到飛機設計上。如果外形錯誤,無論使用多少材料處理也不能修正這一錯誤。試圖將隱身裝置改裝到傳統飛機上是不可能取得很大進展的,這是一個根本原因。

  觀察F-22,你會發現已經非常小心地儘量讓所有邊緣相平行,即機翼、尾翼、進氣道唇口和噴管邊緣,以便讓它們的最大雷達信號都指向相同的幾個方向。這導致在雷達散射截面積(RCS)分布上出現一些相對較大、但很窄的尖峰,由於這些尖峰很窄、很少,難以被雷達穩定的追蹤。而這些尖峰之間的信號是非常小的,又很難被雷達所檢測到。同樣,飛機的垂直尾翼和機身側面也要傾斜,以避免直接反射回雷達。

  進一步檢查表明,F-22的邊緣之間的所有表面都是平滑順暢的,確保電流在表面上流動而不會中斷。表面上的任何中斷(縫隙)都會將能量反射回雷達,從而增大了飛機的信號特徵。光滑表面上的所有不得已的中斷,如控制面或艙門,都要與機翼邊緣對齊。

  精心處理駕駛艙。常規飛機上最大的信號來源之一是駕駛艙。飛行員的頭部和頭盔、座椅以及駕駛艙內的所有控制和顯示設備都增大了飛機的雷達反射信號。減少駕駛員雷達信號的最有效方法是阻止雷達能量進入駕駛艙。F-22座艙蓋上的金屬膜層可防止雷達波進入駕駛艙,消除了對駕駛艙的擔憂。而且座艙可以平滑地融入到飛機的外形中,以最大限度地減少任何雷達波的反射。

  F-22 “猛禽”座艙蓋的透明件是當時最大的整體聚碳酸酯材料件。它沒有風擋弓形框,並為飛行員提供良好的光學特性。F-22的座艙蓋長約140英寸,寬45英寸,高27英寸,重約360磅。座艙蓋必須耐化學/生物環境侵蝕,並成功地承受了4磅重的鳥以350節的速度的衝擊,它還可以保護飛行員免受雷擊。其設計挑戰是平衡低可探測性、光學(視覺透射率和反射率)、耐腐蝕性、耐久性和結構要求,包括彈射要求。外形和導電材料的組合使得低可探測性設計師致力於可知、容易控制的外表面設計。

西方提出的一些鴨式五代機方案,最終都無果而終。西方提出的一些鴨式五代機方案,最終都無果而終。
  發動機是個大麻煩。傳統戰鬥機的進氣口和發動機通常是其雷達信號的主要貢獻者之一。發動機是主要信號源,其次是進氣口邊緣,以及用於調節氣流的可變幾何形狀的控制面。對於發動機來說,其高速旋轉的風扇葉片對雷達波形成鏡面效應,而F-22設計通過將發動機隱藏在S形進氣道後面來降低發動機雷達反射信號,這一技術被稱為“視線阻擋”。

  百分之百的視線阻擋意味着無法從飛機外部看到發動機的前部。“猛禽”的發動機進氣口設計基於大量風洞試驗。“猛禽”有一個固定的加萊特進氣道,進氣口有固定斜板;進氣口自身的穩定性特徵和可變旁路在整個飛行包線上提供穩定的氣流,不用對油門或機動做出限制。進氣道入口邊緣設計與機翼前緣對齊,可減少反射信號。

  飛機的發動機還是飛機後向的主要雷達信號貢獻者。F-22使用兩台普·惠 F119發動機和二維推力矢量噴管。將兩台高功率、高溫發動機集成到機身中是一項極其困難的設計挑戰。發動機的後端很大程度上暴露在雷達之下(其高速旋轉的渦輪對雷達波的反射類似於前端的風扇)。由噴管腔和噴管活動部分引起的多次反射效應,以及由熱膨脹和噴嘴的運動導致的較大間隙,使情況複雜化。技術人員在全尺寸雙噴管模型上進行了廣泛的測試,以進行設計妥協並形成最終設計。


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