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隐身技术在无人(rén)机上(shàng)的应用

 

一、隐身技术的工作原(yuán)理与功能

19世纪(jì)发明(míng)的雷达,在(zài)第二次世界大战中首次(cì)用于军事。雷(léi)达是一种利用无线电波发现(xiàn)目标并(bìng)测定(dìng)其(qí)位置(zhì)的(de)装置(zhì)。其简单工作(zuò)原理是:由雷达(dá)发射装置发出无线电波束(脉(mò)冲(chōng)无线电波束和连(lián)续无线电波(bō)束);碰到目标后(hòu),其中的(de)一小部分波束就反射到雷达接收装(zhuāng)置,由此来(lái)测定目标的距离、方位和(hé)高(gāo)度等(děng)参数。雷达的问世,使人类(lèi)的探测技术和能力(lì)跨上了新的(de)台阶;同(tóng)时(shí),也(yě)向反探测技术提(tí)出(chū)了新(xīn)的挑战。人们(men)为(wéi)了(le)提高目标反雷达探测的能力,不懈地奋斗了几十年,终于探索(suǒ)到一条新的隐身途径。与早(zǎo)期的(de)隐身术——伪装术相比,今天的(de)隐身技术已起了根本变(biàn)化,有了质的飞跃(yuè)。下面从反雷(léi)达探(tàn)测和反(fǎn)红外(热)探测两个方面简单(dān)介绍隐身技(jì)术(shù)的一些工作原理(lǐ)与隐身功能(néng)。

二、反雷达探测

隐身技术的(de)一项主要工(gōng)作是提高反雷达探测的能力,也就是(shì)提(tí)高目标在雷达探测(cè)下的隐身性能,通(tōng)常用目标(biāo)的雷达散射截面(miàn)(RCS)表示。所谓目(mù)标的雷达散射截(jié)面(miàn)是(shì)指:目标(biāo)被雷达发射的电磁波射中(zhōng)时,其反射(shè)电磁波能量(liàng)的程度。雷达散(sàn)射截面的大小,反映了目标反射电磁波能(néng)量的强弱;其越小,雷(léi)达就越不(bú)易探(tàn)测到目标。在无人机上,常(cháng)从以(yǐ)下几(jǐ)方面来减小RCS

1.采用复合材料

雷达(dá)发射(shè)的电磁波碰到金(jīn)属材料(liào)(如铝合金(jīn)蒙皮)时(shí),由于其是电导体,在金(jīn)属材料中(zhōng)易感应生成(chéng)相同频率的电磁(cí)流。电(diàn)磁流(liú)的流(liú)动,会建立起电(diàn)磁场,向(xiàng)雷达二次辐射能量。复(fù)合材料是由一(yī)些(xiē)非金属材料(如碳)和绝缘材料(如环(huán)氧树(shù)脂)组(zǔ)成,其导电率要比(bǐ)金属材料低得多。因此,当雷达发射的电磁波(bō)碰到复合材料时,难以感应生成电磁(cí)流和(hé)建立起电磁场(chǎng),所以(yǐ)向雷达二(èr)次辐射能量要少得多。无人机(jī)的尺寸要比有(yǒu)人飞机小(xiǎo)得多;大(dà)多数(shù)无人机的最(zuì)大(dà)尺寸(cùn)在5米以下(xià)。因此,在其机体上,部分或大(dà)部分使(shǐ)用(yòng)复(fù)合材料比(bǐ)有人(rén)飞机要容(róng)易实现。

基于上(shàng)述两点原因,采用复合材料就成了无(wú)人机最(zuì)普遍使用的(de)隐身措施(shī)。无人(rén)机上采用的(de)复合材料主要有:玻璃纤维加(jiā)强合成树脂、石墨与环氧树(shù)脂、以芳纶纤维(wéi)为基(jī)础(chǔ)的凯芙拉、雷达吸波材料。

雷达吸波(bō)材料是一种(zhǒng)多层结构形成的材料(liào)。它至(zhì)少有三层:最外层是透波(bō)层;中间层(蜂窝芯或(huò)泡(pào)沫芯)是电磁(cí)波损耗层;最内层是(shì)基板,具(jù)有反射抵消雷达波的特(tè)性。当雷达能(néng)量(liàng)辐(fú)射到(dào)此材料结构上(shàng)时,就会被大(dà)量吸(xī)收和抵消掉。无人机常用的(de)吸波(bō)结构材料有:聚氨基甲酸(suān)酯泡沫芯和芳纶-环氧树脂蒙(méng)皮;聚苯乙烯泡沫芯和胶合板(尼龙)蒙皮(pí)或碳(tàn)纤维蒙皮;Nomax蜂窝芯和芳纶蒙皮;玻璃(lí)纤维蜂窝(wō)芯和石墨复(fù)合蒙皮(pí)。

2.避免使用(yòng)大而(ér)平的垂(chuí)直面

当雷达(dá)的无(wú)线电波射入两个互相垂直面中的任一个面时,由于无线电波的“镜面反射”效应(yīng),就会形成二次(cì)“反(fǎn)弹”,最后(hòu)以与入射波束相同的方向(xiàng)反射波束到雷达。无人机的立尾与水平尾翼、机翼上(shàng)的垂直安定面、机翼下挂架、翼(yì)身连(lián)接处等都会形成强烈(liè)的雷达反射区域。为减小RCS,在无人(rén)机上采用内倾的双立尾(wěi)、翼端(或翼上)安定面、机(jī)身(shēn)侧边等构型。

3.采用(yòng)光洁平滑的外(wài)形

无人机在雷达探测下,其蒙(méng)皮上生成电磁(cí)流。当这些电(diàn)磁流流动到不(bú)连续处时,就(jiù)被(bèi)“耗散”或者辐射电磁(cí)能,而其中一部分电磁能就会反射回雷达。因此(cǐ),无人机(jī)形状轮廓等(děng)剧变状况,或是尖削的翼后缘与翼尖、操纵(zòng)面以及机体连接处等的不连(lián)续性(xìng),都(dōu)会使其(qí)成为雷达能(néng)量的良好散射(shè)体(tǐ),当不连续处垂(chuí)直(zhí)于雷达波束时,这种(zhǒng)效应最强。

基(jī)于上(shàng)述原因,无人机在(zài)外形上采用:机翼、机身(shēn)、尾(wěi)翼和短舱(cāng)连(lián)接处光滑地过渡,或机(jī)翼与机(jī)身高度融合的构型(xíng)。机(jī)翼为下单(dān)翼时,采(cǎi)用平整的翼身(shēn)组(zǔ)合下侧面;平(píng)滑的曲面(miàn)外形;后掠的(de)机(jī)翼后缘和尾翼(yì)后缘。

4.注意(yì)凹状结(jié)构(gòu)的隐身

凹状结构具有角反(fǎn)射(shè)器的特(tè)性。角(jiǎo)反射(shè)器是由3个互成90度的表(biǎo)面角连接而成。当雷达的无线(xiàn)电波射(shè)入这(zhè)3个表面中的(de)任一表面时,可能形成(chéng)三次“反弹”,从而在(zài)宽(kuān)的视界角(jiǎo)范围内(nèi)返回强的电磁(cí)波能(néng)量到雷(léi)达。发动机进气(qì)道、尾喷管、排(pái)气口等都可看(kàn)作凹状结构,具有较大的雷达(dá)信号特征(zhēng)(对发(fā)动(dòng)机尾(wěi)喷管来(lái)说还有(yǒu)红外辐射特征)。因(yīn)此对这类凹状(zhuàng)结构(gòu)应采取(qǔ)隐身措施(shī)。

三、一般采用的隐身方法(fǎ):遮蔽法

这种方(fāng)法是利用机体的某一部分(fèn)遮避发动机的进(jìn)气道或尾喷口,以减(jiǎn)小雷达探测的视角范围。例如,将发动(dòng)机(jī)装(zhuāng)在(zài)机身背上(shàng),由机身挡住发动机进气道和尾喷口,以免(miǎn)上(shàng)视雷达(dá)探测;把发动机装于机身中,发动机进气(qì)口(kǒu)设在(zài)机(jī)身顶上(shàng)或机翼上方(fāng)的机身(shēn)两侧,由机身(shēn)或机翼挡住进气口,以免上视雷(léi)达(dá)探测。

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                                ( 美丽(lì)的云南昆明劲鹰无人机飞机场)

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