北京航空航天大学：飞机总体设计-雷达散射截面控制

飞行器隐身技术--雷达散射截面控制航空科学与工程学院2020年9月25日星期五隐身技术2飞行器隐身技术关于隐身概念关于雷达探测的几个基本概念关于雷达散射截面的定义和基本概念隐身飞机和隐身技术综述飞机的散射源和散射机理雷达散射截面的减缩策略隐身关键技术反隐身关键技术概述2020年9月25日星期五隐身技术3隐身技术的广义范畴光隐身热隐身声隐身电隐身2020年9月25日星期五隐身技术4可见光控制--迷彩伪装降低目标和背景的可见光反差上下表面的迷彩不一致向下看不见向上看不清2020年9月25日星期五隐身技术5红外抑制--吸热冷却装置降低目标和背景的热辐射反差分形技术Ilikethis3—5微米的喷流热辐射抑制8--12微米的分形技术2020年9月25日星期五隐身技术6夜间拍摄的红外图象2020年9月25日星期五隐身技术7噪声控制直升机的噪声控制问题低空低速无人机的噪声控制问题潜艇的的噪声控制问题螺旋桨—泵喷浮筏技术管道消声消声瓦技术外形2020年9月25日星期五隐身技术8雷达截面控制低可探测技术2020年9月25日星期五隐身技术9雷达站2020年9月25日星期五隐身技术10雷达监视屏2020年9月25日星期五隐身技术11预警机：E-3C2020年9月25日星期五隐身技术12预警机：E-3C2020年9月25日星期五隐身技术13E-2C鹰眼2020年9月25日星期五隐身技术14鹰眼的雷达图2020年9月25日星期五隐身技术15电子干扰--也是广义上的一种隐身2020年9月25日星期五隐身技术16电子干扰机：ALQ99E2020年9月25日星期五隐身技术17隐身飞机的产生和发展是国际政治格局的变化、飞机作战环境的变化(尤其是雷达和电子战技术的爆炸性发展)及隐身技术的进步等多种因素综合的结果。隐身飞机2020年9月25日星期五隐身技术18从二十世纪六十年代开始，由于隐身概念的引入和逐渐发展对传统的航空器的设计、制造和使用均带来了巨大的变革。由于传统的隐身飞机如F-117和B-2过分强调低可见性而忽略了可负担性，从而造成飞机的使用和维护费用过高，降低了飞机的使用效率。从以F-22为代表的第四代和X-45为代表的第五代隐身航空器，通过提高隐身设计技术水平，在隐身与飞机性能、可负担性等其它重要性能之间取得了最佳的折衷。隐身飞机的发展2020年9月25日星期五隐身技术19隐身性能的重要意义：降低飞机的RCS可以在两个方面降低飞机的敏感性1)可以降低飞机被发现概率、被跟踪概率以及被导弹等成功发射、制导并击中的概率；2)可降低有源干扰装置所需要的干扰机功率及无源干扰机所需要箔条重量、红外干扰弹的重量，从而大大提高飞机的生存力。国外隐身航空器的发展与现状2020年9月25日星期五隐身技术20从SR71为代表的第二代飞机开始，隐身就作为关键技术被引入到飞机设计当中。随着飞机发展到第五代，对隐身技术的认识也走过了一个不断深化发展的过程，隐身技术在飞机设计上的应用也有了四次大的飞越。这四次技术飞越的代表性飞机为：SR71黑鸟(第二代飞机)→F117、B2(第三代飞机)→F-22、F-35(第四代飞机)→X-36、X-45、X-47(第五代飞机)，另外还包括捕食鸟这样的隐身技术验证机。2020年9月25日星期五隐身技术21SR-71F-117B-2F-22F-35X-36捕食鸟X-45AX-47ADarkstar……第二代第三代第四代第五代初具隐身性能强调隐身万能，牺牲其它性能隐身与飞机性能、可负担性等取得折衷四次技术飞越2020年9月25日星期五隐身技术22发展背景：●冷战时期；●美国的国家战略需要一种侦察机对“华约”国家进行战略战役侦察；●对隐身技术的认识还属于初级阶段，飞机的隐身还处于次要地位，主要依靠高空高速来获得高的生存力；●前向角域±60°RCS1m2以上SR-71飞机2020年9月25日星期五隐身技术23SR-71飞机2020年9月25日星期五隐身技术24F117——洛克希德2020年9月25日星期五隐身技术25发展背景：●冷战后期；●美国的国家战略需要一种可以不依靠其它飞机支援就可以遂行作战任务的隐身飞机，以达到对敌方战略战术目标进行突然精确打击的目标；●该战略造成过分突出和迷信隐身性能，使用特殊的飞机外形和全面使用吸波材料，牺牲了飞机的机动性等其它综合性能。●隐身技术进一步发展，有工程化的隐身气动设计工具和吸波材料供使用；●主要针对雷达波隐身，对红外和可见光隐身的考虑只占很小的比例。F117——洛克希德2020年9月25日星期五隐身技术26B22020年9月25日星期五隐身技术27B2全尺寸模型外场RCS测试2020年9月25日星期五隐身技术28B-2飞机专用恒温机库2020年9月25日星期五隐身技术29F-22飞机——洛克希德马丁2020年9月25日星期五隐身技术30发展背景：●冷战后期，美国成为世界唯一超级大国，对国际事物进行“积极干涉”；●美国的国家战略需要一种可以在21世纪前三十年具有绝对制空优势的先进隐身战斗机，可以不依靠其它飞机支援遂行作战任务，以达到对敌方战略战术目标进行突然精确打击的目标和取得空中优势；武器装载性能F-22飞机——洛克希德马丁2020年9月25日星期五隐身技术31发展背景：●与F-22飞机进行“高低搭配”，更加突出“低成本”的概念；●不寻求隐身性能的突破，而是把重点放在减少生产和维护费用；●主要技术要求放在进一步降低隐身维修需求上，使每次出动所需要的维修量不到0.5工时。F-35飞机——洛克希德马丁2020年9月25日星期五隐身技术32发展背景：●冷战结束，美国一强独大，为了适应其干涉世界事务的需求，并且要满足“非接触、零伤亡”局部战争的需求，需要一种飞行速度更快、更加隐身、制造工艺更加便利、研制和维护成本更低、储存和部署更加容易的第五代飞机(无人作战飞机UCAV)；●为了验证隐身设计的新概念，一架体现特殊的设计、研制和生产的验证机必不可少。捕食鸟BirdofPrey—波音公司2020年9月25日星期五隐身技术33X-45—波音公司2020年9月25日星期五隐身技术34发展背景：●美国正式提出了可以向世界任何地方发动“先发制人”打击的国家战略，同时还要满足“非接触、零伤亡”的需求，需要一种飞行速度更快、更加隐身、制造工艺更加便利、研制和维护成本更低、储存和部署更加容易的第五代飞机(无人作战飞机UCAV)；●强调全面的隐身概念，在第四代飞机基本解决雷达隐身问题之后，红外隐身和可见光隐身在第五代飞机的设计上被放在更重要的位置。X-45—波音公司2020年9月25日星期五隐身技术35X-45—波音公司2020年9月25日星期五隐身技术36发展背景：●麦道公司与NASA合作研究的按照1:3.57缩比的隐身战斗机验证机；●目的在于验证无尾战斗机在提高飞机敏捷性上的优势及其稳定性、操纵性的满足程度；●项目开始于1994年2月。X-36—美国麦道公司2020年9月25日星期五隐身技术37X-47Pegasus“飞马”1:1模型在灰丘RCS测试场2020年9月25日星期五隐身技术38发展背景：●X-47由NorthropGrumman公司和美国国防高级研究计划局（DARPA）共同研制，无人驾驶飞机做成箭头形状，飞机长度为8.37米，翼展为8.34米；●目的在于验证无尾战斗机在提高飞机敏捷性上的优势及其稳定性、操纵性的满足程度，展示NorthropGrumman公司在前沿高科技上的技术水平以及满足军方对无人作战飞机“可支付性”的需求；●X-47已经通过首批试飞，虽然带有实验性质，但它可以为适用于美国空军和海军的无人驾驶飞机打下基础；●项目开始于2000年7月。X-47Pegasus“飞马”2020年9月25日星期五隐身技术39●翼展69英尺，机长15英尺，机高15英尺，发动机WilliamRollsFj44，最大升限45000英尺，亚音速，造价1000万美元。“Darkstar”无人侦察机——洛克希德马丁及波音公司2020年9月25日星期五隐身技术40●翼展2.4米，机长2.4米，空重60kg，最大飞行距离150Km，亚音速0.5马赫。PETIT隐身验证机——法国2020年9月25日星期五隐身技术41隐身无人机2020年9月25日星期五隐身技术422020年9月25日星期五隐身技术43YRAH-66“科曼奇”验证机隐身型攻击侦察直升机2020年9月25日星期五隐身技术44测试在F-22的整个隐身计划过程中，共进行了超过10000小时的详细部件RCS测试以及超过4000小时的全尺寸飞机部件RCS测试还有在1997年建成的全尺寸整机紧缩场进行的整机RCS测试工作，这个工作量是气动力风洞试验量的三分之一，与飞行控制系统测试工作量相当。要完成这么大的工作量单必须要有先进的研制手段。10000小时的详细部件RCS测试4000小时的全尺寸飞机部件RCS测试美国国防部F-22飞机研制总结报告关于测试的统计数据2020年9月25日星期五隐身技术451991年秋天就已经在洛克希德·马丁公司开始使用Helendale测试设备进行雷达截面(RCS)测量。本计划中所有模型使用的都是全尺寸模型，从以往研发计划中得到的经验教训是将缩比模型测试中得到测试结果按比例进行放大时会遇到较大的问题。本测试计划初期进行的是搭建并测试一个全尺寸进气道模型、接着进行的是全尺寸双发动机尾喷管模型，雷达/雷达罩模型、机翼模型，一个大的带有舱门平板模型、口盖板以及天线测试，以及大量的其它组件的测试。通过使用全尺寸飞机部件模型进行测试极大地降低了计划过程中的风险。EMD测试计划在搭建及测试整个全尺寸EMD模型时达到了顶点，这个模型高度逼真地模拟了真实的F-22飞机。这个模型包括了所有重要特征信号驱动器(源)并且包括了大量的生产部件。这个模型包括了一部雷达以及雷达罩；天线组件；进气道以及发动机前端面以及前两级、高度详细的发动机尾喷口模型包括涡轮以及涡轮排气机匣，推力增强装置部分以及能够收拢及打开的尾喷口、产品的边缘、装拆及飞行开动活门、大气数据系统，挡板、密封、导弹发射探测器窗口、挂架拆装口盖、控制面远程控制机构以及发动机组件和各种照明灯等。2020年9月25日星期五隐身技术46F-22“猛禽”全尺寸测试模型F-22“猛禽”全尺寸测试模型在紧缩场内场进行测量-1F-22“猛禽”全尺寸测试模型在紧缩场内场进行测量-22020年9月25日星期五隐身技术47洛克希德HELENDALE测试场介绍洛克希德马丁公司Helendale航空电子设备测试场地处美国加利福尼亚州西南部的Mojave沙漠，位于Helendale以北约5英里，在Mojave河西侧，占地约9平方英里(超过5700英亩)。洛克希德公司Helendale测试场的开发过程可划分成两个阶段：第一阶段开始于1982年，耗资约1500万~2000万美元。第一期工程于1983年10月竣工并开始投入使用，包括沿着试验航向距离测试综合楼和收发天线阵列2500英尺和5000英尺的相关目标区域的建设。从北端看—Helendale测试场2020年9月25日星期五隐身技术48洛克希德HELENDALE测试场介绍Helendale测试场的第二阶段扩建工程在，始于1985年并在当年底完成。该项计划主要完成了对20号区域的扩建。这个扩建工程将测试距离增加到8200英尺，新增设了一个目标测试位置并在测试场的末端建筑了一个由结实混凝土构筑的建筑“上层暗室”。HelendaleRCS测试场性能测试场可以进行从120MHz到18GHz的全部频率，以及35GHz点频四个不同极化方式(HH、VV、HV、VH)的测试。2020年9月25日星期五隐身技术49雷达方程410min2max)4(BLFkTNSGAPRNet2020年9月25日星期五隐身技术50雷达散射截面和探测距离LRCS(m2)L(km)101005841560.1320.01182020年9月25日