四代机基本知识1-之-隐身

(图文并茂）四代机基本知识之隐身来美言这么久，我常长真臻一直苦于不会发图，所以很多帖子都不好发，现在好了，经群里朋友的点拨下，终于会发图了，那么就可以痛快的发帖子了。网上很多网友发的四代图都是自己随性想象画作，并没有很好的理论参照，大多停留在表面。而我发的这帖子，将会有大量的理论数据作为后盾，并同时将进行大量的科普图文讲解，虽然会很长，但绝对不会枯燥。这样美言网友看后，就能明白到为什么要这么设计，并且相信大家看了后对自己的军事知识会有个很大的飞跃。而隐形将最先开讲，因为四代机的隐形太重要了，后面讲的所有内容都是离不开隐形的。好了，下面进入正题。(图文并茂）四代机基本知识之隐身【图文并茂】四代机基本知识之翱翔之翼(图文并茂）四代机基本知识3－－－进气道的故事（1/4）（图文并茂）四代机基本知识4－进气道之XB70女武神的哀伤（图文并茂5）冲压发动机界的恐龙、哥斯拉以及宇宙哥斯拉（图文并茂6）进气道故事之－超燃冲压发动机，乘波器及脉冲爆震发动机四代机之隐身作为一款四代重歼，具备高隐形，高机动，超音速巡航等这些是必备的基本能力。在与美帝F22对抗的过程中，我们必须处于相似的水平，这样才能具备对抗的能力。在四代机中，隐身是非常重要的一个因素，那飞机如何做到隐身呢？现代战场漫天飞舞电磁波，面对复杂电磁环境下，不明真相的群众路过，雷达为了避免复杂电磁环境的干扰，在三个代表的先进思想指导下，采用各种先进的信号处理手段，把那些杂乱的电波和谐掉，只有构建出和谐的电磁天空，才能找到某位外部特征明显的打酱油路过的同志。但那位外部特征明显手里拎着酱油瓶的同志，岂会束手就擒？？于是那位同志经过一番乔装打扮，做了顿面部整容手术后，把手里准备砸人的酱油瓶藏在内衣内裤里。这样在复杂电磁环境下，就能蒙混过关了，或者推迟被发现的时间，给自己争取到足够的时间丢酱油瓶，这样的话，隐身的目地也就达到了。点击查看大图：在这里，这位同志来友情客串。雷达波发射出去了是一回事，回波就又是另外一回事了。事实上，雷达回波的强度跟被照射物体的形状有很大的关系。我们假设一块一平方公尺的方板，但他正面垂直对着雷达时，得到的雷达发射截面大约是一千平方公尺点击查看大图：正面垂直面对雷达如果我们把方板弯个角度，数据就会骤减为0.1平方公尺点击查看大图：事实上，还可以做的更厉害点，把方板斜45度，从正面看像个菱形。点击查看大图：事实上，还是那块方板，面积根本不变，但如果我们把这菱形也弯成一个后倾的角度。那么数据就会降的更厉害，直接成0.001平方公尺点击查看大图：可以看到，同是一块方板，我们把它用不同的角度对准雷达，反射的截面积从1000平方公尺变成0.001平方公尺。变化相差了整整100万倍！！！！！所以，如果把一架飞机的外形，做成像菱形那样。那他的雷达信号会变的极其小，隐身的效果就处来了。因而自然有人想到了这个外形布局。点击查看大图：怎么样，这个外形就是上面讲到的倾斜的菱形。其实这就是洛克希德马丁公司最早的方案。够科幻吧。什么？有些美言老鸟看着有点眼熟？没错，这就是大名鼎鼎的F117夜鹰型隐形飞机最早的方案！！！！点击查看大图：这F117的方案，第一个图的外形就是这么来的，但是后来研究发现这个菱形方块根本飞不起来，所以后来把两侧拉长，加了个内倾尾翼，成了第二张图的模样点击查看大图：这个验证机被称之为HaveBlue，已经有夜鹰的影子了。而上面的第三个就是真正量产型的F117。第四个方案，加了尾翼的是个海军型的，后来项目被取消。点击查看大图：海军型的F117，当然叫海鹰了。F117毕竟是第一代的隐形飞机，这飞机最大的毛病在于为了追求隐身而导致机动性超级差，而且很多地方受当时条件的限制，计算机只能处理二维面，所以处处棱角分明。在南联盟被打下一架后，他的地位就急转直下，因为缺点突出，没几年后就开始退役，到2008年，全部的F117退役，一代名机，就这么匆匆下场，无不让人感慨。。。。。点击查看大图：科索沃战争中，被打下来的F117残骸。点击查看大图：这架F117被拆毁，遇到暴力拆迁队，死都不能落个全尸，真是惨。雷达波也是一种波，所以它具有波的普遍特性。一般而言，波长越长它的频率就越低，而波长越短，他的频率就越高。比如蝙蝠嘴里发射的超声波，就是一种波长短而频率很高的声波，波长短是因为蝙蝠的嘴巴小，只能发出窄的波。高频率的超声波具有指向性好，精度高，不易受干扰，信号回馈速度快，但传播距离短的特点。而低频率的长波则具有相反的特点点击查看大图：古代人天天看星星，于是成了天文学家。天天看河流，于是成了水利学家。天天看石头，成了地质学家。现代人天天看蝙蝠，于是雷达出现了。。。。。。。。囧雷达的工作频率跟他的工作性质密切相关，当频率低于3MHz时。这时候，电磁波可以沿地球表面传播，而不受地球曲率的影响，所以可以传播的很远。由于雷达电线的尺寸跟雷达的波长成正比，所以这种低频的长波雷达尺寸向来十分的巨大。点击查看大图：苏联早期的远程警戒雷达，对比下面的楼房，就可以知道这雷达有多大了。由于雷达天线的尺寸跟波长成正比，所以大家就可以估计这雷达波的波长有多长了。它的传播距离非常远，是用来监视美国的弹道导弹的。点击查看大图：这个是雷达各频段的名称。其中频率低的L波段主要用于远程警戒雷达，S波段用于中程警戒与跟踪，X波段由于体积小，所以用于空中或其他移动场合，多普勒导航雷达也是X波段雷达。由于S波段跟X波段是目前应用最广泛，最主要的工作频段，所以隐形飞机的隐形主要就是针对这些波长做文章。不同波长的电磁波打到飞机上截获的目标截面积RCS（radarcrosssection）的差异很大。总的来讲，主要分三种。1．低频区：当雷达波的波长大于目标尺寸时，入射场的相位跟振幅都没有什么变化。这时候整个目标都参与散射过程。所以他的形状和细节并不重要，主要取决于他的体积。换句话说，任你是李逵还是李鬼都不重要，它只要知道有人来了就行。2．谐振区：当雷达波的波长跟目标尺寸相近时，入射场的相位跟在目标长度上的变化很明显。目标的每一部分都会影响到另一部分的场强，每一点的回波都是由很多部位相互影响的叠加。所以很难预测回波的性质。这时候它还是很难分清李逵和李鬼。3．高频区：当雷达波的波长小于目标尺寸时候，它的散射符合光学定律，目标形状间的相互作用可以忽略不计。它的总散射可以理解为某些局部散射的单独合成。这个时候，它就能分清李逵和李鬼了，并知道了李逵是拿斧头的，李鬼是拿狼牙棒的。由于防空雷达和机载雷达都处于分米波和厘米波段，这些波长都小于目标尺寸，处在高频区。所以隐形飞机的研究主要就是对付这些波长小于目标尺寸的波段。但我们也可以看到，对于波长长的米波雷达等，由于波长大于目标尺寸，所以目标的形状不重要，整个目标都会发生散射，所以能有效提前发现隐形飞机。这是一种预报隐形飞机的很好手段，听群里人讲，我们的远程雷达就曾照射到在日本起飞的F22战斗机。由于雷达有效探测距离和RCS的四次方根呈正比关系。所以要想使探测距离缩短一半，那么目标的雷达截面积（RCS）就要缩小为原来的1/16。换句话说，除非使用隐形手段，否则单纯的依靠减小飞机的尺寸并不能有效减小雷达反射面积。所以要想有效减小雷达反射面积，采取隐形手段才是王道。前面说过，由于目标的散射在高频区，他的总散射场可以分解为某些局部散射场的合成。那么那些局部的点，线，面的散射源就成了要研究的重点。对于散射回波，主要分有镜面散射波，绕射波和行波，爬行波这几个种类。对于镜面散射，当电磁波打到光滑的表面时候，能发生镜面散射，就像初中学的光的反射现象一样，由于镜面散射能把大部分电磁波的能量完整的散射回去，所以是一种很强的散射源。另一种强散射源就是边缘绕射。当电磁波打到棱线的边缘时，镜面反射已不存在，这时候，电磁波会沿着边缘产生无数条绕线。边缘绕射是最常见的散射现象，也是一种较强的散射源。当飞机在雷达区消除了镜面散射后，边缘绕射就成了主要的散射源。点击查看大图：边缘绕射是最常见也是最重要的散射源，当飞机镜面散射消除后，边缘绕射就成了主要的散射源。比如机翼和一些部件的连接处，都容易造成边缘绕射。除此以往还有几种弱散射源，比如尖顶散射。当电磁波打到尖顶，比如飞机机头时候，会在机头出发生绕射，但这是种弱散射源点击查看大图：尖顶散射是种弱散射源还有一种就是行波，当电磁波打到物体表面时，电磁波会沿着物体表面进行爬行。这种爬行波在爬行过程中遇到表面不连续处，不同物质的交界处，缺口出等任何有剧烈变化的地方都会向外散射出电磁波，当它爬到物体末端无处可走时，就会产生绕射波。并同时沿着原路返回，在返回途中，遇到任何不连续处会发出第二次散射。点击查看大图：点击查看大图：可以看到，在表面任何有剧烈变化的地方，都会产生散射。点击查看大图：一个爬行波的走势图，当雷达波打到飞机时，沿着机体表面爬行，从头走到尾到没路的时候，再沿原路返回，并不断发出散射，不幸的是，这返回的行波的散射方向是直对着雷达方向的。所以飞机表面一定要极力避免出现任何不连续处。除了上面的一些反射外，还有两个重要的反射源，那就是角反射跟腔体反射。如果两个面互成90度角，那么入射电磁波会在里面互相反射后成强烈的回波，是个强烈的反射源，而对于腔体，也会有相似的情况，也是个强烈的反射源。点击查看大图：对于飞机机头的雷达整流罩而言，如果是不透波的，那么机头就会有尖顶散射，是种弱散射源。如果是透波的，那么入射雷达波就能“看见”里面各种设备从而构成多角反射器，成了一个强反射源。图上的这个F35用的APG－81雷达，就呈一个斜上的角度固定在那，避免互成90度，来减少反射面积。点击查看大图：对飞机座舱而言，存在腔体反射，是个强反射源。对于此，F22的座舱玻璃罩涂有金属导电层，来减小反射面积。所以F22的玻璃座舱盖有明显的金属感。那么，在雷达面前，飞机要如何修改才能做到隐身呢？我在最开始，介绍了F117的外形布局来源。这说明，外形的修改其实能很大的影响飞机的RCS值，事实上，飞机外形的优化一直是最好的隐形手段。但除此之外，隐形飞机要应该做到：1.飞机表面要尽量的平滑过渡，尽量不要有任何缺口，突出物等任何剧烈改变的地方。点击查看大图：点击查看大图：上面两图可以明显看出，表面的完整跟有缺口的物体对RCS的影响很大。隐形飞机要极力避免出现各类不平滑的地方。2.把强散射源变成弱散射源对于一个球体而言，当雷达波照射过去后，它总存在一个方向，是正对着雷达波，因而会形成一个强烈的镜面反射。解决办法就是把它拍拍扁，再把边缘捏的尖尖的（这不就成了一个UFO了么。哈哈），成了边缘散射或尖劈散射。这样一个强的镜面散射源就变成弱散射源。事实上，圆柱体或纺锤体都会产生镜面散射。普通飞机的机身就可以看成一个圆柱体，它是个强烈的散射源，解决办法就是把机身边缘做的尖尖的，形成尖劈角来减小RCS值点击查看大图：这个样子怪怪东西是诺思罗普为研究隐身而研制的Tacitblue研究机。注意到他下面的边线条了没有？这个边线条的作用就是把强散射源变成弱散射源。通过尖锐的线条，把雷达波“劈开”，并让雷达波一路沿着边线爬到尽头的尖锐角，再让它从尖锐角处呈尖顶散射开来。这样几经折腾，散射出去的能量就非常小了。点击查看大图：飞机的尾喷口是个腔体，也是个强散射源，解决办法就是把喷口做锯齿处理，把强信号特征的边缘绕射改为弱的尖顶绕射，减小反射面积。这架F35B的喷口正在往下转动，锯齿的喷口清晰可见3.对强散射源进行遮挡对发动机口这些无法避免的强散射源，就应该进行一些遮挡来减小RCS，比如对发动机进气口进行遮挡，采用S型进气道，或者像B2那些采用背部进气道，这样地面的防空雷达就照射不到B2的发动机口了，这样就能减少RCS。点击查看大图：F117的发动机不仅放在机背，地面防空雷达无法照到发动机口，而且在进气口有金属格栅，用来遮挡雷达波。4.控制散射方向比如采用大后掠角机翼，这样从前方照射来的雷达波经过大后掠翼后，能把散射的回波传到雷达的非危险区域。F117的后掠翼非常大，这样就能把回波呈大角度的散射开，不易被雷达接收到。对于存在的垂直角反射区域，由