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隐身技术在无人机(jī)上的应用

 

一、隐(yǐn)身技术的工作(zuò)原理与(yǔ)功能

19世(shì)纪发明(míng)的雷达,在第二(èr)次世界大战中首次用于军事。雷达(dá)是一种利用无线电波发现目标并(bìng)测定其(qí)位置的装置。其简(jiǎn)单工作原(yuán)理是:由雷达发(fā)射装置(zhì)发(fā)出(chū)无线电波束(脉冲无线电波束(shù)和(hé)连(lián)续无线(xiàn)电波束);碰到目标后,其中的一(yī)小部分(fèn)波束就反射到(dào)雷达接收装置,由此(cǐ)来测定目标的距(jù)离、方位和高度等参数。雷达(dá)的问世,使人(rén)类的探测技(jì)术和能力跨上了新的台阶;同时,也向反(fǎn)探测技术(shù)提出了新的挑战。人们为了提高目标反雷达探测的(de)能(néng)力(lì),不懈地奋斗了几十年,终(zhōng)于(yú)探索到一条新的隐身途径。与早期的隐身术(shù)——伪(wěi)装(zhuāng)术相比,今天的隐身技术已起了根本(běn)变化,有了质的飞(fēi)跃。下(xià)面从反雷达探测和反红外(热)探测两个(gè)方面简单介(jiè)绍(shào)隐身技术的一些工作原理与隐身功能。

二、反雷达探测

隐身技术的一项主要工作是提高反雷达探测的能力,也(yě)就是提高(gāo)目(mù)标在雷(léi)达(dá)探测下的隐身(shēn)性能,通(tōng)常(cháng)用目标(biāo)的雷达散射截面(RCS)表示。所谓目标的雷达(dá)散射截面是指:目标(biāo)被雷(léi)达发射的(de)电磁波射(shè)中时,其反(fǎn)射电磁(cí)波能量的程度。雷达散(sàn)射(shè)截(jié)面的大小,反映了目标反(fǎn)射(shè)电磁波(bō)能(néng)量的(de)强弱;其越小,雷达(dá)就越不易探测到目标。在无(wú)人机上,常从以下(xià)几方面来(lái)减小RCS:

1.采用(yòng)复(fù)合材料

雷(léi)达发射(shè)的电磁波碰到金属材料(如铝(lǚ)合金(jīn)蒙皮)时,由于其是电导体,在金属材料中易(yì)感应生成相同(tóng)频率的电磁流。电磁流的流动(dòng),会建立起电磁场,向雷达二次辐射能量。复合材料是(shì)由一些非金(jīn)属材料(如碳)和绝(jué)缘材料(liào)(如(rú)环氧树脂)组(zǔ)成,其(qí)导电率要比金属材料低得多。因此,当雷达发射的电磁波碰到复合材料(liào)时,难以感应(yīng)生成电磁流(liú)和建立起电磁场(chǎng),所以向雷(léi)达二(èr)次辐射能量要少得多。无人机的尺寸要比有人飞机小得多(duō);大多数无(wú)人机(jī)的最大尺寸在5米以下。因此,在其机体上,部分或(huò)大部分使用复合材料比有人飞机(jī)要容易实(shí)现。

基于(yú)上述(shù)两点原因,采用(yòng)复合材料就成了无(wú)人机最普遍使用的隐身措施。无人(rén)机上采用的复合材(cái)料主要有:玻璃纤维加强合成(chéng)树脂、石墨与环氧树脂、以芳纶(lún)纤维为基础的凯(kǎi)芙拉、雷达吸波(bō)材料。

雷达吸波材料是一种(zhǒng)多层结(jié)构形(xíng)成的材料。它至少(shǎo)有三层:最外层是透(tòu)波层;中(zhōng)间层(蜂窝芯(xīn)或(huò)泡(pào)沫芯)是电磁(cí)波损耗层;最内层(céng)是基板,具(jù)有反射抵(dǐ)消雷达波的特性(xìng)。当雷(léi)达能量辐射到此材料结构上时(shí),就(jiù)会被大量吸(xī)收和抵消掉。无人机常(cháng)用(yòng)的吸(xī)波结构材(cái)料有(yǒu):聚氨基甲酸酯(zhǐ)泡沫芯和芳纶-环氧树脂蒙皮;聚苯(běn)乙烯泡沫芯和胶合板(bǎn)(尼龙)蒙(méng)皮或碳纤(xiān)维蒙皮(pí);Nomax蜂窝芯和芳纶蒙皮;玻(bō)璃纤(xiān)维蜂窝芯和石墨(mò)复合蒙皮(pí)。

2.避免(miǎn)使(shǐ)用大而(ér)平的垂直面

当雷达的无线(xiàn)电波射入两个互相垂直面中的任一(yī)个(gè)面(miàn)时,由于无线(xiàn)电波的“镜面反射(shè)”效应,就会形成二次(cì)“反(fǎn)弹”,最后以与入射波束(shù)相同的(de)方向反射波束到雷达。无人(rén)机的立尾(wěi)与水平尾翼(yì)、机翼上的垂直安定面(miàn)、机翼下挂架、翼身连接(jiē)处等都会(huì)形成强烈的雷达(dá)反射区域。为减小RCS,在无(wú)人机上采用内倾的双立尾、翼(yì)端(duān)(或翼上(shàng))安定面、机身侧边等构型。

3.采用光洁平(píng)滑的外(wài)形(xíng)

无人机在雷达探测下,其蒙(méng)皮上生成(chéng)电磁流。当这些(xiē)电磁(cí)流流动(dòng)到不连续处时(shí),就被“耗散”或者辐射电磁(cí)能,而(ér)其中一部分电磁(cí)能就会(huì)反(fǎn)射(shè)回(huí)雷(léi)达。因此,无人机形状轮(lún)廓等剧变(biàn)状况,或(huò)是尖(jiān)削的翼后缘(yuán)与(yǔ)翼尖、操(cāo)纵(zòng)面以(yǐ)及机(jī)体连接处等的不连续性(xìng),都会(huì)使其成为雷达能量的良(liáng)好散射体,当不连续处垂直于雷达波(bō)束时,这种效应最(zuì)强(qiáng)。

基于上述原因,无人机在外形(xíng)上采用:机翼、机(jī)身、尾翼和短舱连接处光(guāng)滑地过渡,或机翼(yì)与机身高(gāo)度融合的构型。机翼(yì)为下单翼时,采用平整的翼身组合(hé)下(xià)侧面;平滑的(de)曲面外(wài)形;后掠的(de)机翼(yì)后缘和尾翼后缘。

4.注意凹状结构的(de)隐身

凹状结构具有角反射器的特性。角反(fǎn)射器是由3个互成90度的(de)表面角连接而成。当(dāng)雷达的无线电波射入这3个表(biǎo)面(miàn)中的(de)任一(yī)表面时,可能形成三(sān)次“反弹”,从而在宽的视界角范围内返回(huí)强的电磁波能量到雷达。发动(dòng)机进气道(dào)、尾喷管、排气口等都可(kě)看作凹状结构,具有较大的雷(léi)达信号特征(zhēng)(对发(fā)动机尾喷管来说还有红(hóng)外辐射特征)。因此(cǐ)对这类凹状结构应采(cǎi)取隐身措(cuò)施(shī)。

三、一般采用的隐身方法:遮蔽法

这(zhè)种方法是利用机体的某一(yī)部分遮避发动机的进气(qì)道或(huò)尾喷口,以减小雷达(dá)探(tàn)测的视角范围。例如,将(jiāng)发动机装在机身(shēn)背(bèi)上,由机身挡住发动机(jī)进气道和尾喷(pēn)口,以免(miǎn)上视(shì)雷(léi)达(dá)探测;把发动(dòng)机装于机身中,发动机进气口设在机身顶上或(huò)机翼上方的机(jī)身(shēn)两侧,由(yóu)机身或机(jī)翼挡(dǎng)住进气(qì)口,以(yǐ)免上视雷达探测。

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