1. 雷达隐身
王稚、王耿罗

目前,最受重视且发展较快的隐身技术是雷达隐身技术。武器的雷达截面与其外形、材料、雷达波入射角等因素有关。武器实现雷达隐身的主要技术途径如下:

①精心设计武器的外形

外形设计对隐身飞行器隐身性能的贡献占2/3,材料占1/3,需要对隐身性能和飞行器的气动力性能进行折中。现在最具特点的隐身外形是:F-117的"钻石型"和B-2的"飞行翼"型。隐身外形设计的原则是:避免飞行器外形出现任何较大平面和凸状弯曲面、边缘、棱角、尖端、间隙、缺口和垂直交叉的接面,飞行器外形应成为一种平滑过度曲线形体,消除镜面反射和角反射器。隐身外形设计的重点部位是:发动机进气口、排气口、座舱、外挂架、垂尾等。隐身外形设计的具体措施是:A.采用多面体机身或飞行翼外形,增加机翼前缘后掠角和前缘圆滑度,采用内倾式V型双垂尾。B.机(弹)翼与机(弹)身、机舱与机身相融合。C.发动机采用半埋式或完全安装在机内或翼内;发动机的进气道采用S形,进气口采用齐平式。D.尽量消除飞行器的外挂武器、吊舱、副油箱等一切外挂物,采用内嵌式机舱和保形天线。E.将口盖的缝隙设计成锯齿形,以避免直线缝隙形成镜面反射。F.采用导电材料弥合缝隙,或通过紧配合公差消除缝隙,以避免因行波而产生二次辐射。G.采用推力矢量技术可减少或消除飞行器的垂直尾翼。

隐身舰船和坦克、战车的外形设计基本原理和原则与飞行器一样,应尽量减少向后反射雷达波,避免角反射器结构。

②采用雷达吸波材料和透波材料

雷达吸波材料是吸收衰减入射的电磁波,并将电磁能转换成热能而耗散掉,或使电磁波因干涉而消失,或使电磁能量分散到另外方向上的这种材料。按其用途可将其分为涂层和结构型吸波材料;按工作原理可分为干涉型和转换型。干涉型是使雷达波在入射和反射时的相位相反,或材料表面的反射波与底层的反射波发生干涉,相互抵消。转换型是材料与雷达波相互作用时,产生磁滞损耗或介质损耗,使电磁波能量转为热能而散发掉。

A.雷达吸波涂层。这是涂敷在武器表面的一类吸波材料,它由胶粘剂中加入具有特定介质参数的吸收剂制成,吸收剂的特性决定吸波涂层的吸收雷达波的性能。目前采用的吸收剂主要有:一是羟基铁吸收剂--吸收能力强,应用方便,但其重量重,吸收剂体积占空比一般大于40%,面密度大于2千克/米2。二是铁氧体吸收剂--价格低、吸波性能好,在低频、厚度薄的情况下性能仍很好;缺点是比重大。三是金属及其氧化物磁性超细粉末--经过细化的吸收剂粒子的磁、电、光等物理性能发生了质的变化,兼具吸波、透波和偏振电磁波等功能。四是耐高温陶瓷--如碳化硅,耐高温、强度高、膨胀系数小、耐腐蚀、化学稳定性好、密度低、吸波性能好。五是手性材料(chiral material)--是指一种物体与其镜像不存在几何对称性且不能通过任何操作使之与其镜像相重合的现象。具有手性特性的材料,能减少入射电磁波的反射并能吸收电磁波。目前研究的雷达吸波型手性材料,是在基体材料中掺杂手性结构物质形成手性复合材料,尺寸范围为0.01~5毫米更合适。六是导电高聚物材料--主要是电子型导电高聚物,其物理化学性能独特,将它与无机磁损耗物质或超微粒子复合,可望发展成为一种新型的轻质宽频带微波吸收材料。七是纳米隐身材料--包括纳米微粒、纳米纤维、纳米膜和纳米固体。美国研制出的"超黑粉"纳米吸波材料,对雷达波的吸收率达99%;法国研制出一种宽频带纳米吸波涂层,在50MHz至50GHz内具有良好的吸波性能。纳米隐身材料正在向着覆盖厘米波、毫米波、红外、可见光等波段的纳米复合材料方向发展。八是多晶铁纤维吸收剂--这是一种磁性雷达波吸收剂,可在宽频带内实现高吸收率, 比普通的磁性吸收剂轻40%~60%。九是席夫碱视黄基盐类,它含有碳-氮双键结构的有机高分子聚合物,具有很强的极性,能迅速使电磁波转换成热能散发出去。组合不同的盐类,可吸收不同频率的电磁波,因此它吸收频带宽,能使兵器的雷达散射波衰减80%,而重量只有铁氧体的1/10。

B.结构型吸收雷达波材料。这是以非金属为基体(如环氧树脂、热塑料等)填充吸波材料(铁氧体、石墨等)、由低介电性能的特殊纤维(如石英纤维、玻璃纤维等)增强的复合材料,它既能减弱电磁波散射又能承受一定的载荷。与一般金属材料相比,重量轻、刚度强、强度高。结构型吸收雷达波材料有3种类型:一是吸收剂散布型;二是层板型;三是夹芯结构。

C.智能型隐身材料。这种材料能感知和分析不同方位到达的电磁波特性或光波特性,并作出最佳响应,以达到隐身的目的。从结构上看,智能材料实际上是器件和线路的集成。美国研制的一种可见光伪装智能材料,是在聚氨酯分子链中嵌入丁二炔链段而成;美海军正在研究利用智能隐身材料制造能抑制发电机噪声外传的智能结构发电机罩;美空军提出直升机旋翼采用智能隐身材料的方案,隐身能力可提高20倍。

③采用电子措施降低兵器的雷达截面

A.自适应加载技术。在飞行器的金属表面人为地附加集中参数或分布参数负载,例如,开槽缝并接腔体,或接集中参数阻抗对槽缝分流。当受到雷达波照射时,它即产生一个与雷达回波频率相同、极化相同、幅值相等、相位相反的电磁波,与雷达回波相消,从而使兵器避开敌方雷达的探测。这种方法的特点是,当飞行器的特征尺寸(L)与雷达波长(λ)满足0.5<2πL/λ<30关系时,飞行器的雷达截面减缩效果最好。

B.电子对抗措施。隐身兵器若再采用干扰措施,则隐身效果会更好,其生存能力可提高40%以上。目前所采用的干扰措施有有源干扰和无源干扰两种。应用先进的计算机技术来鉴定兵器可能遭到威胁的雷达工作频率,随即发射该工作频率的脉冲;安装干扰机;采用先进诱饵系统,使对方产生误会;投放箔条干扰;采用吸收型无源干扰。

C.采取有源对消技术。采用相干手段使目标散射场和人为引入的辐射场在雷达探测方向相干对消,使敌方雷达接收机始终位于合成方向图的零点,从而抑制雷达对目标反射波的接收。美国的B-2隐身轰炸机所载的ZSR-63电子战设备就是一种有源对消系统,它主动发射电磁波来消除照射在其机体上的雷达能量。

④等离子体隐身技术

等离子体隐身的基本原理是:利用等离子体发生器、发生片,或者放射性同位素在武器表面形成一层等离子云,通过设计等离子体的特征参数,使照射到等离子云上的一部分雷达波被吸收,一部分改变传播方向,从而返回到雷达接收机的能量很少,达到隐身的目的。据报道,采用等离子体隐身技术的飞行器被敌方发现的概率可降低99%。

美国应用等离子体技术,可使一微波反射器的雷达截面在4~14吉赫兹频率范围内平均降低20分贝,即回波的信号强度减小到原来的1%。据报道,俄罗斯已开发出两代等离子体装置,并在飞机上进行过试验。第一代产品是等离子体发生片,其厚度0.5~0.7毫米,将其贴在飞行器的强散射部位,电离空气即可产生等离子体。第二代产品是等离子体发生器,在等离子体发生器中加入易电离的气体,经过"脉冲电晕",即可产生等离子体。第二代产品的重量不到100公斤,它不仅能减弱雷达反射信号,还能向敌方发出一些假信号,以迷惑敌方的探测系统。俄罗斯正在研制第三代产品,它可以利用飞行器周围的静电能量来减小飞行器的雷达截面。

等离子体隐身技术具有吸波频带宽、吸波率高、隐身效果好、使用简便、使用时间长、价格便宜;无须改变飞机的气动外形设计,不影响飞行器的飞行性能;维护费用低等优点。但利用等离子体技术实现隐身还存在一些问题:安装等离子体发生器的部位无法隐身,而且要求电源功率很高,设备大;采用放射性同位素的难点是同位素的剂量难以控制。实现等离子隐身的关键在于如何对等离子体包层的电子密度进行控制。

中国网 2003年11月


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