转贴科普,(“捕食鸟”隐身设计分析)

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 18:18:25
很黄,很强大.:D
传统的隐身飞机(如F-117和B-2)由于过分强调了低可探测性而忽略了可支付性(买得起),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。而且F-117和B-2不具有视觉隐身能力,使隐身的作用出现漏洞。
   未来的隐身飞机则要求在设计中,将低可探测性与飞行性能、可支付性等其他重要性能折衷考虑。"捕食鸟"可以说是这一思想的初步体现。正如波音公司一位高级官员所说的那样:"在'捕食鸟'的研制过程中,我们将可支付性问题视为与飞机的性能和质量同等重要。"
  外形隐身设计
  隐身飞机设计中最关键的问题就是飞机的气动隐身一体化设计。分析"捕食鸟"的外形设计,具有以下一些特点。
   隐身设计上的两大特点
   为了降低飞机的侧向雷达波反射水平,"捕食鸟"采取了无立尾气动布局方案,它与机体共同组成的M型机翼的设计方案,可以说是"捕食鸟"验证机最有独创性的外形设计,它既解决了无立尾飞机的横航向不稳定性和控制问题,也同时提高了隐身能力。机翼分为内、外两段,翼展6.90米;内段为大上反角,外段为大下反角。
   "捕食鸟"的外形设计在隐身特性上具有两大特点。首先,该机的上表面雷达波反射小。
   从隐身飞机的发展现状看,通过F-22和F-35的设计,飞机的前向、侧向和后向的雷达波反射水平已经得到有效的降低,但是飞机上下表面的隐身设计始终是考虑较少的部分。"捕食鸟"作为隐身技术的验证机,通过崭新的机翼形状设计可以有效减小其上表面产生的较高量值的镜面反射,从而避免预警机等飞机从上方探测到该机,大幅度提高隐身性能。
   但是该方案有可能同时牺牲了飞机下表面的隐身性能。由于M型内外两段机翼组成的角反射器可能使其机身下表面在较宽的角度范围内产生大的雷达波反射。当然,采用吸波材料制成的机翼并适当使用吸波涂层,也可以把飞机下表面的雷达波反射水平降低到可以接受的水平。
   第二个特点是,外段机翼采用大下反角设计并且一直延伸到尾喷口后部,可以在侧向和侧后向对尾喷口提供有效的占位遮挡,同时降低尾喷口的电磁及红外特征,这与F-22飞机"尾撑"的使用有异曲同工之处,但是效率更高。
   在"捕食鸟"的设计工作中, 波音公司聘来了原洛克希德·马丁公司F-117A的设计人员,因此,我们能很容易地从"捕食鸟"上找到F-117A的隐身设计的痕迹。
   边缘同向设计
   采取将机翼、尾翼、进气口、座舱底部边缘以及尾喷口的前后边缘设计成朝向同一个方向,则这些"闪烁点"所产生的最大雷达反射波将被集中在一些较窄的区域中。
   具体方案是机头前边条后掠44°,分别与内侧机翼段的前后缘、同侧背部进气口的唇边、对称尾喷口斜切边缘平行。与机身的外形设计相似,座舱底部也采用了相互平行的直线边缘,以便尽量合并而减少雷达反射波峰的数量。而且所有的边缘都极锋利。很黄,很强大.:D
传统的隐身飞机(如F-117和B-2)由于过分强调了低可探测性而忽略了可支付性(买得起),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。而且F-117和B-2不具有视觉隐身能力,使隐身的作用出现漏洞。
   未来的隐身飞机则要求在设计中,将低可探测性与飞行性能、可支付性等其他重要性能折衷考虑。"捕食鸟"可以说是这一思想的初步体现。正如波音公司一位高级官员所说的那样:"在'捕食鸟'的研制过程中,我们将可支付性问题视为与飞机的性能和质量同等重要。"
  外形隐身设计
  隐身飞机设计中最关键的问题就是飞机的气动隐身一体化设计。分析"捕食鸟"的外形设计,具有以下一些特点。
   隐身设计上的两大特点
   为了降低飞机的侧向雷达波反射水平,"捕食鸟"采取了无立尾气动布局方案,它与机体共同组成的M型机翼的设计方案,可以说是"捕食鸟"验证机最有独创性的外形设计,它既解决了无立尾飞机的横航向不稳定性和控制问题,也同时提高了隐身能力。机翼分为内、外两段,翼展6.90米;内段为大上反角,外段为大下反角。
   "捕食鸟"的外形设计在隐身特性上具有两大特点。首先,该机的上表面雷达波反射小。
   从隐身飞机的发展现状看,通过F-22和F-35的设计,飞机的前向、侧向和后向的雷达波反射水平已经得到有效的降低,但是飞机上下表面的隐身设计始终是考虑较少的部分。"捕食鸟"作为隐身技术的验证机,通过崭新的机翼形状设计可以有效减小其上表面产生的较高量值的镜面反射,从而避免预警机等飞机从上方探测到该机,大幅度提高隐身性能。
   但是该方案有可能同时牺牲了飞机下表面的隐身性能。由于M型内外两段机翼组成的角反射器可能使其机身下表面在较宽的角度范围内产生大的雷达波反射。当然,采用吸波材料制成的机翼并适当使用吸波涂层,也可以把飞机下表面的雷达波反射水平降低到可以接受的水平。
   第二个特点是,外段机翼采用大下反角设计并且一直延伸到尾喷口后部,可以在侧向和侧后向对尾喷口提供有效的占位遮挡,同时降低尾喷口的电磁及红外特征,这与F-22飞机"尾撑"的使用有异曲同工之处,但是效率更高。
   在"捕食鸟"的设计工作中, 波音公司聘来了原洛克希德·马丁公司F-117A的设计人员,因此,我们能很容易地从"捕食鸟"上找到F-117A的隐身设计的痕迹。
   边缘同向设计
   采取将机翼、尾翼、进气口、座舱底部边缘以及尾喷口的前后边缘设计成朝向同一个方向,则这些"闪烁点"所产生的最大雷达反射波将被集中在一些较窄的区域中。
   具体方案是机头前边条后掠44°,分别与内侧机翼段的前后缘、同侧背部进气口的唇边、对称尾喷口斜切边缘平行。与机身的外形设计相似,座舱底部也采用了相互平行的直线边缘,以便尽量合并而减少雷达反射波峰的数量。而且所有的边缘都极锋利。
采取上述措施后,使得整架飞机在电磁波的照射下所产生的高幅值、窄方位的反射波"亮点"被集中成4个,而幅值较大、角度很窄的尖峰信号因数量很少是很难被雷达探测及跟踪的。
   进气口的隐身设计
   进气口采用了目前最为隐身的背部方案,扁、长、宽的倒V型进气口位于飞机座舱的后部,可以同时降低进气道腔体反射以及进气口唇边边缘绕射。
   进气口斜切角度的确定要保证各条唇边在重点方位及俯仰角度范围内避免与入射雷达波构成垂直或接近垂直,与电场E的方向构成平行或接近平行。金属镀膜的座舱所具有的各向同性的电磁反射能力能够耗散掉大部分从正前向直接射向进气口的电磁波,对进气口起到"遮挡"作用,但是缺乏对前侧向电磁波的"遮挡"效应。
   为了进一步降低前侧向的电磁反射,进气口的整个前缘使用了雷达吸波结构,并且在进气道的表面也使用了雷达吸波材料。
   前向隐身好
   从飞机的外形和重量较轻(起飞重量3350千克)等情况看,飞机头部没有安装雷达等大型电子设备,可能只有大气探测设备等小型化的探测器(采用与飞机机体共形的无源功能蒙皮),因此其前向雷达反射截面可能比F-22低一个量级左右。
   机身-座舱和机身-机翼的过渡设计
   采用扁菱形机头方案,整个机身带有明显的、一直延伸到后机身的宽边条;机身及座舱盖剖面的上下部分分别采用内倾和外倾的平板形设计;座舱盖截面扁平无明显突起并与前机身光滑过渡。通过仔细设计机头及舱盖的构型,可以有效降低侧向雷达反射截面。
   机身的上表面与翼面的上下表面平滑过渡,利用机身上表面翼身融合,降低角反射体效应。
消除机身表面台阶及缝隙
   研究表明,低雷达反射截面水平的机体表面设计要求所有"边缘"之间的机体必须是平滑过渡的,以使表面电流沿着机体表面不间断地流动。任何机体表面上的断口均会导致能量被反射回雷达,从而增大了飞机的特征信号。在机体光滑表面上的任何断口(如控制面或者口盖)均应与机翼的边缘平行。
   在"捕食鸟"的机身设计中,机身上表面无明显口盖,主要的口盖和开口都被设计在机身下表面,机身表面非常光顺,缝隙数量很少。外段机翼上的方向舵机构,其铰接线和控制面底端用灵活的覆盖物盖住,以降低雷达波反射水平,这是波音公司的技术专利。
   在制造该机时,采用了计算机辅助设计工具、高精度工装、提高零部件精度、表面处理以及控制机体表面波动等措施消除蒙皮对接处的缝隙。飞机上的缝隙均设计成锯齿形或斜缝,且在俯视图中锯齿的边及斜缝均平行于机翼前缘。
  视觉隐身
  种种迹象表明,在"捕食鸟"的设计中,也尝试过视觉隐身措施。例如,飞机的进气道周围采取了反阴影设计,飞机的形状在设计中也有意或无意地避免阴影。
   随着雷达反射截面的降低,视觉特征成为飞机隐身设计中的主要问题,视觉隐身变得更加重要。从技术角度看,目前具备能力使飞机在一定距离时达到视觉隐身,所担心的只是这些技术是否会增加飞机的其他特征。
   1996~1997年间,曾有报道说,美国空军正在评估多种主动反照明技术。早期的视觉隐身系统采用了独特的灯效果,近期的文件则提到了蒙皮材料。视觉隐身或主动伪装与飞行器周围的视觉环境直接相关,其效果随着飞机和观察者的高度而变化。视觉隐身领域目前存在的另一重要问题之一是缺乏测量视觉隐身性能的标准。
  机体表面的导电性设计
  从"捕食鸟"的外形和重量较轻等情况推断,为了减轻重量,飞机使用了大量的复合材料结构件。由于许多复合材料对于雷达波来说是部分透波的,这样会将飞机内部结构、布线以及组件暴露给敌方雷达,而这些部分的反射会叠加成一个极其大的反射信号。
   为了避免这个问题的产生,"捕食鸟"需要在飞机的外表面覆盖一层导电金属涂层,这样雷达波就不能穿透机身表面进入机体内部而是被反射到照射雷达接收不到的方向,所产生的其余表面爬行波则沿着对电流"光滑"的机体表面"流走"。
  座舱的设计
  座舱是飞机的主要特征信号源之一。通过控制外形与使用导电材料的结合,可以获得一种较低雷达反射截面的座舱设计方案。
   防止雷达波进入座舱是减少座舱特征信号的最有效方法。在"捕食鸟"座舱的风挡上喷涂了一种金属涂层(ITO或者其他金属膜),用来防止雷达波能量进入座舱,同时可消除座舱的角反射器效应。
"捕食鸟"风挡与机身外形接合面的前端面和后端面均采用44°斜切角,分别与机翼前后缘平行,将剩余的反射与机翼特征信号峰值合并。
   发动机尾喷口
  在"捕食鸟"的机身尾部采用了角度尖锐和扁平的喷口,采取圆形喷管前段后接延伸斜切的"喙式"喷口,不仅增大了冷却面积,而且有效地遮挡了红外辐射,从而大大减少后向的电磁特征和红外信号特征。加上外段机翼对尾喷口提供了最大限度的占位遮挡作用,从而降低了飞机侧向和侧后向的雷达反射截面。
   为了取得更佳的隐身效果,尾喷口可能采取耐高温的雷达吸波结构和红外抑制器件,限于资料不全不能做进一步分析。
  隐身结构及材料
  现役的隐身飞机广泛采用了雷达吸波材料和雷达吸波结构,其代价是飞机重量明显增加并且牺牲了飞机的飞行性能。
   "捕食鸟"验证机的重要目的之一是采用改进的分析与设计工具,综合广泛的测试手段,在保持低特征信号的同时要求所使用的雷达吸波材料和雷达吸波结构最少,从而可以减轻结构重量并明显降低成本。
   在"捕食鸟"验证机上使,除了使用雷达吸波材料和雷达吸波结构外,还有金属涂层以及防红外涂层。
   具有承力和吸波性能的雷达吸波结构被用来使"捕食鸟"的主要边缘(机翼、边条、进气口以及尾喷口的边缘、进气道管道内壁)产生的雷达波反射最小。
   在"捕食鸟"的机翼、边条及机身四周的棱边等尖锐边缘使用了雷达吸波材料,并用雷达吸波材料来减缩该机机体表面接缝(断口)处产生的反射。
   在座舱的风挡上喷涂了金属涂层,在机体表面覆盖了导电金属涂层。
   估计在"捕食鸟"机体表面的导电金属涂层上涂敷了防红外涂层来降低红外特征信号,同时可确保红外及雷达特征信号之间的平衡。
  维护性设计
   F-117和B-2的使用经验表明,传统隐身飞机的维护是让人极其头痛的。例如B-2飞机每飞行一个小时要花费近50个小时的时间进行隐身特征的维修,并且所要求的维修条件非常苛刻,从而造成飞机出勤率低,并且不容易全球部署。而"捕食鸟"验证机在简化隐身飞机的维护性设计方面采取了以下措施:
   ● 飞机表面尽量减少零件数目,尽可能采用大尺寸整体结构以简化维修工作,同时还可以避免过多接头、缝隙和台阶,减少对雷达波的反射。
   ● 飞机所使用的隐身材料是耐久的和容易维修的,需要的保障设备最少。
   ● "捕食鸟"验证机的机体上表面非常干净,没有布置舱门和口盖。飞机绝大部分子系统的拆装可以通过机体下表面的舱门和口盖来进行,广泛采用快速可达式口盖,口盖采用密封材料粘接。
   制造
  波音公司的"鬼怪"工作队开展"捕食鸟"项目还有一个重要目标是验证原型机快速制造技术,要求以最短的时间和最低的成本将飞机送上天。为此,在"捕食鸟"的制造过程中采用了简化工装及现有飞机的一些零部件。
   控制制造容差以及保证各种功能涂层在飞机上的涂敷精度是确保飞机低可观测性的两个主要因素。
   "捕食鸟"对制造容差比常规飞机更严格。通过零部件的尺寸精度控制、接缝台阶控制、表面处理以及抑制表面波动等措施,基本保证了其机身表面光顺平滑。使用计算机辅助设计工具来进行设计,虚拟电子装配以及使用数控设备进行零件加工,为满足这些严格的要求提供了必要的保证。
   "捕食鸟"应用了不同的涂层,即导电性表面涂敷、雷达吸波材料以及防红外涂层。"捕食鸟"在敷设涂层时使用了可以控制涂敷精度的机器人涂敷设备,其特点是不受环境限制,具有安全性,喷涂等级可调。
我以前画过一个丝带机,大家说象纸飞机,制空不行.:L