飞机隐身及气动科普

一：四代机之隐身





作为一款四代重歼，具备高隐形，高机动，超音速巡航等这些是必备的基本能力。在与美帝F22对抗的过程中，我们必须处于相似的水平，这样才能具备对抗的能力。在四代机中，隐身是非常重要的一个因素，那飞机如何做到隐身呢？
现代战场漫天飞舞电磁波，面对复杂电磁环境下，不明真相的群众路过，雷达为了避免复杂电磁环境的干扰，在三个代表的先进思想指导下，采用各种先进的信号处理手段，把那些杂乱的电波和谐掉，只有构建出和谐的电磁天空，才能找到某位外部特征明显的打酱油路过的同志。但那位外部特征明显手里拎着酱油瓶的同志，岂会束手就擒？？于是那位同志经过一番乔装打扮，做了顿面部整容手术后，把手里准备砸人的酱油瓶藏在内衣内裤里。这样在复杂电磁环境下，就能蒙混过关了，或者推迟被发现的时间，给自己争取到足够的时间丢酱油瓶，这样的话，隐身的目地也就达到了。
C:\Users\Administrator\Desktop
在这里，这位同志来友情客串。

雷达波发射出去了是一回事，回波就又是另外一回事了。事实上，雷达回波的强度跟被照射物体的形状有很大的关系。我们假设一块一平方公尺的方板，但他正面垂直对着雷达时，得到的雷达发射截面大约是一千平方公尺

如果我们把方板弯个角度，数据就会骤减为0.1平方公尺

事实上，还可以做的更厉害点，把方板斜45度，从正面看像个菱形。

事实上，还是那块方板，面积根本不变，但如果我们把这菱形也弯成一个后倾的角度。那么数据就会降的更厉害，直接成0.001平方公尺
可以看到，同是一块方板，我们把它用不同的角度对准雷达，反射的截面积从1000平方公尺变成0.001平方公尺。变化相差了整整100万倍！！！！！所以，如果把一架飞机的外形，做成像菱形那样。那他的雷达信号会变的极其小，隐身的效果就处来了。因而自然有人想到了这个外形布局。


怎么样，这个外形就是上面讲到的倾斜的菱形。其实这就是洛克希德马丁公司最早的方案。够科幻吧。什么？眼熟？没错，这就是大名鼎鼎的F117夜鹰型隐形飞机最早的方案！！！！

这F117的方案，第一个图的外形就是这么来的，但是后来研究发现这个菱形方块根本飞不起来，所以后来把两侧拉长，加了个内倾尾翼，成了第二张图的模样

这个验证机被称之为Have Blue，已经有夜鹰的影子了。而上面的第三个就是真正量产型的F117。第四个方案，加了尾翼的是个海军型的，后来项目被取消。

海军型的F117，当然叫海鹰了。

F117毕竟是第一代的隐形飞机，这飞机最大的毛病在于为了追求隐身而导致机动性超级差，而且很多地方受当时条件的限制，计算机只能处理二维面，所以处处棱角分明。在南联盟被打下一架后，他的地位就急转直下，因为缺点突出，没几年后就开始退役，到2008年，全部的F117退役，一代名机，就这么匆匆下场，无不让人感慨。。。。。
[img][/img]
这架F117被拆毁，遇到暴丅力拆迁队，死都不能落个全尸，真是惨。
雷达波也是一种波，所以它具有波的普遍特性。一般而言，波长越长它的频率就越低，而波长越短，他的频率就越高。比如蝙蝠嘴里发射的超声波，就是一种波长短而频率很高的声波，波长短是因为蝙蝠的嘴巴小，只能发出窄的波。高频率的超声波具有指向性好，精度高，不易受干扰，信号回馈速度快，但传播距离短的特点。而低频率的长波则具有相反的特点


古代人天天看星星，于是成了天文学家。天天看河流，于是成了水利学家。天天看石头，成了地质学家。现代人天天看蝙蝠，于是雷达出现了。。。。。。囧

雷达的工作频率跟他的工作性质密切相关，当频率低于3MHz时。这时候，电磁波可以沿地球表面传播，而不受地球曲率的影响，所以可以传播的很远。由于雷达电线的尺寸跟雷达的波长成正比，所以这种低频的长波雷达尺寸向来十分的巨大。

苏联早期的远程警戒雷达，对比下面的楼房，就可以知道这雷达有多大了。由于雷达天线的尺寸跟波长成正比，所以大家就可以估计这雷达波的波长有多长了。它的传播距离非常远，是用来监视美国的弹道导弹的



这个是雷达各频段的名称。其中频率低的L波段主要用于远程警戒雷达，S波段用于中程警戒与跟踪，X波段由于体积小，所以用于空中或其他移动场合，多普勒导航雷达也是X波段雷达。由于S波段跟X波段是目前应用最广泛，最主要的工作频段，所以隐形飞机的隐形主要就是针对这些波长做文章。
不同波长的电磁波打到飞机上截获的目标截面积RCS（radar cross section）的差异很大。总的来讲，主要分三种。
1．低频区：当雷达波的波长大于目标尺寸时，入射场的相位跟振幅都没有什么变化。这时候整个目标都参与散射过程。所以他的形状和细节并不重要，主要取决于他的体积。换句话说，任你是李逵还是李鬼都不重要，它只要知道有人来了就行。
2．谐振区：当雷达波的波长跟目标尺寸相近时，入射场的相位跟在目标长度上的变化很明显。目标的每一部分都会影响到另一部分的场强，每一点的回波都是由很多部位相互影响的叠加。所以很难预测回波的性质。这时候它还是很难分清李逵和李鬼。
3．高频区：当雷达波的波长小于目标尺寸时候，它的散射符合光学定律，目标形状间的相互作用可以忽略不计。它的总散射可以理解为某些局部散射的单独合成。这个时候，它就能分清李逵和李鬼了，并知道了李逵是拿斧头的，李鬼是拿狼牙棒的。

由于防空雷达和机载雷达都处于分米波和厘米波段，这些波长都小于目标尺寸，处在高频区。所以隐形飞机的研究主要就是对付这些波长小于目标尺寸的波段。但我们也可以看到，对于波长长的米波雷达等，由于波长大于目标尺寸，所以目标的形状不重要，整个目标都会发生散射，所以能有效提前发现隐形飞机。这是一种预报隐形飞机的很好手段，听群里人讲，我们的远程雷达就曾照射到在日本起飞的F22战斗机。

由于雷达有效探测距离和RCS的四次方根呈正比关系。所以要想使探测距离缩短一半，那么目标的雷达截面积（RCS）就要缩小为原来的1/16。换句话说，除非使用隐形手段，否则单纯的依靠减小飞机的尺寸并不能有效减小雷达反射面积。

所以要想有效减小雷达反射面积，采取隐形手段才是王道。前面说过，由于目标的散射在高频区，他的总散射场可以分解为某些局部散射场的合成。那么那些局部的点，线，面的散射源就成了要研究的重点。对于散射回波，主要分有镜面散射波，绕射波和行波，爬行波这几个种类。
对于镜面散射，当电磁波打到光滑的表面时候，能发生镜面散射，就像初中学的光的反射现象一样，由于镜面散射能把大部分电磁波的能量完整的散射回去，所以是一种很强的散射源。另一种强散射源就是边缘绕射。当电磁波打到棱线的边缘时，镜面反射已不存在，这时候，电磁波会沿着边缘产生无数条绕线。边缘绕射是最常见的散射现象，也是一种较强的散射源。当飞机在雷达区消除了镜面散射后，边缘绕射就成了主要的散射源。


边缘绕射是最常见也是最重要的散射源，当飞机镜面散射消除后，边缘绕射就成了主要的散射源。比如机翼和一些部件的连接处，都容易造成边缘绕射

除此以往还有几种弱散射源，比如尖顶散射。当电磁波打到尖顶，比如飞机机头时候，会在机头出发生绕射，但这是种弱散射源

尖顶散射是种弱散射源

还有一种就是行波，当电磁波打到物体表面时，电磁波会沿着物体表面进行爬行。这种爬行波在爬行过程中遇到表面不连续处，不同物质的交界处，缺口出等任何有剧烈变化的地方都会向外散射出电磁波，当它爬到物体末端无处可走时，就会产生绕射波。并同时沿着原路返回，在返回途中，遇到任何不连续处会发出第二次散射。


可以看到，在表面任何有剧烈变化的地方，都会产生散射

一个爬行波的走势图，当雷达波打到飞机时，沿着机体表面爬行，从头走到尾到没路的时候，再沿原路返回，并不断发出散射，不幸的是，这返回的行波的散射方向是直对着雷达方向的。所以飞机表面一定要极力避免出现任何不连续处。

除了上面的一些反射外，还有两个重要的反射源，那就是角反射跟腔体反射。如果两个面互成90度角，那么入射电磁波会在里面互相反射后成强烈的回波，是个强烈的反射源，而对于腔体，也会有相似的情况，也是个强烈的反射源

对于飞机机头的雷达整流罩而言，如果是不透波的，那么机头就会有尖顶散射，是种弱散射源。如果是透波的，那么入射雷达波就能“看见”里面各种设备从而构成多角反射器，成了一个强反射源。图上的这个F35用的APG－81雷达，就呈一个斜上的角度固定在那，避免互成90度，来减少反射面积。

对飞机座舱而言，存在腔体反射，是个强反射源。对于此，F22的座舱玻璃罩涂有金属导电层，来减小反射面积。所以F22的玻璃座舱盖有明显的金属感
那么，在雷达面前，飞机要如何修改才能做到隐身呢？我在最开始，介绍了F117的外形布局来源。这说明，外形的修改其实能很大的影响飞机的RCS值，事实上，飞机外形的优化一直是最好的隐形手段。但除此之外，隐形飞机要应该做到：
1. 飞机表面要尽量的平滑过渡，尽量不要有任何缺口，突出物等任何剧烈改变的地方


上面两图可以明显看出，表面的完整跟有缺口的物体对RCS的影响很大。隐形飞机要极力避免出现各类不平滑的地方。

2.
把强散射源变成弱散射源

对于一个球体而言，当雷达波照射过去后，它总存在一个方向，是正对着雷达波，因而会形成一个强烈的镜面反射。解决办法就是把它拍拍扁，再把边缘捏的尖尖的（这不就成了一个UFO了么。哈哈），成了边缘散射或尖劈散射。这样一个强的镜面散射源就变成弱散射源。
事实上，圆柱体或纺锤体都会产生镜面散射。普通飞机的机身就可以看成一个圆柱体，它是个强烈的散射源，解决办法就是把机身边缘做的尖尖的，形成尖劈角来减小RCS值

这个样子怪怪东西是诺思罗普为研究隐身而研制的Tacit blue研究机。注意到他下面的边线条了没有？这个边线条的作用就是把强散射源变成弱散射源。通过尖锐的线条，把雷达波“劈开”，并让雷达波一路沿着边线爬到尽头的尖锐角，再让它从尖锐角处呈尖顶散射开来。这样几经折腾，散射出去的能量就非常小了

飞机的尾喷口是个腔体，也是个强散射源，解决办法就是把喷口做锯齿处理，把强信号特征的边缘绕射改为弱的尖顶绕射，减小反射面积。这架F35B的喷口正在往下转动，锯齿的喷口清晰可见

3.对强散射源进行遮挡

对发动机口这些无法避免的强散射源，就应该进行一些遮挡来减小RCS，比如对发动机进气口进行遮挡，采用S型进气道，或者像B2那些采用背部进气道，这样地面的防空雷达就照射不到B2的发动机口了，这样就能减少RCS。

F117的发动机不仅放在机背，地面防空雷达无法照到发动机口，而且在进气口有金属格栅，用来遮挡雷达波。

4.控制散射方向
比如采用大后掠角机翼，这样从前方照射来的雷达波经过大后掠翼后，能把散射的回波传到雷达的非危险区域。F117的后掠翼非常大，这样就能把回波呈大角度的散射开，不易被雷达接收到。对于存在的垂直角反射区域，由于垂直尾翼跟尾翼呈90度，是个强烈的散射源，所以可以改成V型垂尾，避免角反射。事实上，隐形飞机的任何部位都要避免互成90度的夹角。

F117的V型垂尾，这样避免了和机身成90度的夹角。而且F117的垂尾，机翼和机身各部分后掠的非常大，雷达波从前面照射来，都被反弹到了那遥远的远方。。。。。。

事实上，还有一种方法，就是集中把回波的能量控制在很窄的几个方位内。就好像黑夜里你打开大灯，对面有人拿镜子对你晃一下，你只会看到一闪而过的光线。这样就算你看到了闪过的光线，但你还是无法确认他的方位

注意划红线的部分，所有的红线都是平行的，这样就把控制面集中在同一个方向上。B2的特殊外形布局，把散射面集中控制在4个方向角上，这样就算在某点被雷达照射到了，但由于一晃而过，RCS值瞬间又变的急剧小，在雷达屏幕上就只出现一晃而过的点，雷达并不能准确捕获到他。

F22也是这样，注意看他所有的棱线，都一致集中在几个方向上，整齐划一。连尾喷口都做了相同的处理。甚至他表面所有的锯齿都不是胡乱开的，方向性都保持一致。对每一个细节都不放过。


吸波材料

由于飞机的隐身特殊布局会受到空气动力学的限制，它的作用是有限的。要想进一步降低雷达的RCS，另一个有效方法就是用吸波材料。因为隐身不仅跟物体的外形有关，而且也和物体的电磁特性有关。吸波材料的基本功能就要求当电磁波穿过材料时候，电磁能被损耗，转化成热能并散失掉。怎么样，有点像电流经过电阻时的能量损耗吧？其实吸波材料依据的就是这个原理。
吸波材料又分两种，一种是涂上去的，另一种是结构型材料（如复合材料）。早期的隐形飞机F117和B2，用的都是吸波涂料，所以每飞一次回来，就要重新涂上一遍，而且飞机还要付出额外的重量代价，很不划算

U2其实最早使用了吸波涂料，用的是铁氧体涂料。黑色的铁氧体吸波性能好，据说F117用的也是铁氧体涂料。只可惜他们都被打下来过。

而对于复合材料，由于他本身就具有一定的透波性和吸波性，而且复合材料比金属材料的强度好，抗疲劳度高等优点，所以现代战斗机越来越喜欢用复合材料

这张图片清楚显示了F35的尾翼，V型垂尾，主翼后襟及机身下部很多地方都大量使用了复合材料

复合材料也受民航欢迎，最新的波音787直接用复合材料来作为机身，波音787全身使用了高达50％多的复合材料。但如此大规模使用复合材料的效果如何，还存在争议。

高级跑车也喜欢用复合材料，因为复合材料强度好，重量轻，易做成各种形状。复合材料虽然价格高，但对高端跑车来说，这不是问题。这辆帕加尼风之子Cinque全球仅10辆。性能直接捅死兰博基尼。

复合材料的大规模应用像瘟疫一样蔓延到游艇上，这艘Wally118就是全复合材料打造，造价1400万英镑。由于全复合材料打制，这么大艘游艇36米长，30米宽，却才95吨重。配上3台5600马力的大功率发动机，能跑60节速度！！！！！比咱们的022导弹艇还快。怎么样，外形很科幻吧。这家伙，可是在法拉利实验室的风洞里吹过风洞的。

红外隐身技术

红外线其实也是一种电磁波，当物体具有一定温度的时候，就开始向外发出红外辐射。在红外频谱中，红外辐射的高频段与可见光相连，而红外辐射的低频段与无线电波的“极高频段”相连。这个“极高频段”就是大家所说的微波波段。大家厨房里的微波炉就是种极高频段的波。
在这里给大家进行些小科普。电磁波的频率从高到地的顺序分别是

γ射线 > X射线 > 紫外线 > 红外线 > 微波 > 无线电波等波段

他们的波长分别是从短到长。我们太阳光的频谱是个复合频谱，一般而言，他夹杂在紫外线和红外线中间。

那么为什么早上和傍晚的太阳是红色的？

因为早上和傍晚我们离太阳的距离远，那些频率高的紫外线能量衰减的厉害，透过地球大气后只有红外线能剩下来，所以我们就看到了红太阳。而中午的时候由于离太阳近，紫外线就能穿透，所以我们就能看到白色的太阳。

而在天文学上，有种红移现象。人们在观察天体时候，发现他的电磁辐射由于某种原因而出现波长增加，在光谱上表现为向红外线波段移动，所以叫红移。这和多普勒效应是一样的，我们在火车站听远处的火车声是沉闷的低音，火车越来越近，声音就越来越尖。火车发出的声音在近处是种高频的声波，扩散到远处后就减弱成低频的声波。既然如此，天文学家自然能联想到这个天体是发生了移动，而且是离我们地球越来越远。

红移现象，当天体离我们越来越远时候，电磁波传播过程中频率变慢，波长变长，从可见光区向红外线区移动。相反，若天体离我们越来越近，则波长变短，频率升高，如同火车呼啸而来一样，声音变尖锐，光谱朝蓝光段移动，我们称为蓝移。简而言之，就是看见红移了，说明距离变长了，看见蓝移了，说明距离变短了。这个星体的红移现象是由哈勃最早发现的。

这就是埃德文，哈勃。一副忧郁的表情

我们看天体图的时候，经常能看到红色的亮点，其实这就说明它发生了红移。

由于发现了星体的红移现象，而且是普遍现象，天文学家认识到我们的宇宙是不断膨胀的。既然是膨胀的，那么把时间倒推过来，宇宙在很久以前比现在的就要小，时间再往前，宇宙更小，那么早晚存在一个时间点，宇宙是被缩小成很小的一个奇点。也就是说，在很久很久很久很久很久很久很久。。。。。。。。以前，大概137亿年以前，宇宙小到只有一个点。我们现在宇宙中所有的物质当时都被高度浓缩在那个小点内。那时候，没有空间，没有黑暗，四周啥都没有，就只有这个奇点，也就是处于传说中的in the middle of no way.
我们甚至不知道那奇点是刚刚产生的，还是一直默默无闻等在那里，非要等到那个日子的到来。什么日子？―――――――轰的一声，宇宙大爆炸的日子。

NASA想象的宇宙大爆炸示意图，可以清楚看到，从最初奇点的大爆炸开始，宇宙一下子就炸出了我们现在所知宇宙80％的大小，然后开始缓慢的膨胀
―――――――――宇宙科普完毕，回归到隐形技术――――――――――――

前面说过，物体只要温度上升到一定程度，就会发出红外线。由于红外线是种高频电磁波，频率高于任何一种雷达的频率，几乎不可能用电子手段进行干扰。所以要想降低红外信号，降低温度才是王道。对飞机而言，热源有飞机的气动加热，太阳光的照射加热，但最大的红外辐射源就是发动机的喷口，所以降低红外信号的隐形手段就是对发动机喷口进行处理。

B2的尾喷口被压的扁扁的，这样与空气的接触面就大了，而且接触的更均匀。使发动机排出的热气能更快更多的与空气混合来降温。而且B2内部还有强制引射装置，使得发动机的排气强迫与引射的冷空气混合，降低红外特征。

还可以用挡板对排气口进行遮挡

YF23的尾喷口，就有长长的挡板进行遮挡。它的尾翼也从侧面进行遮挡

上面讲的所有隐形修行都是在能够看的见的地方，还有就是看不见的地方，就是从机体结构处下手。因为不同材料的电磁特性不同，有些材料具有一定的透波性，能够穿透机表进入内部，在内部的腔内经过反射后再透出来。所以在有些地方机体结构也要进行一定的优化

看这机翼的修形，由于雷达波能穿透某些材料，所以某些特殊的地方，在内部也要进行隐形优化，后面的图中显示了内部也进行了锯齿处理。
由于对这些内部结构的隐形处理网上的资料实在是少，目前能知道的就是对一些部位进行锯齿处理。另一种就是敷隐形蒙皮，而且是整大张的隐形蒙皮，这样就能尽可能的减小需要链接的地方

等离子隐身

有迹象表明，我们的四代机会采用部分等离子体隐身技术。等离子体是由大量自由电子，自由离子和中性离子混合成的一个体系。高中物理知识告诉我们，当原子获得大量能量后，里面的电子运动变快速，达到一定程度就会逃逸出来。普通气体在受到外界高能作用后，部分电子获得大量能量而脱离原子核的束缚，成为自由电子。而那原子因为失去了电子而成为带正电的离子，这时候，气体就有导电性质。航天飞机或飞船在降落地球大气层的过程中，由于与空气产生剧烈的摩擦，温度急速上升，空气被极化，也会产生等离子体。由于等离子对电磁波有极大的吸收和衰减的作用，隐身效果非常好，而且等离子的胃口也不挑剔，对各个波段都通吃。使得所有的通讯都无法正常进行，这就是所谓的“黑障”。也就是说，要想使空气等离子化，必需要给空气很高的能量


航天飞机降落地球时，由于速度非常快，与大气剧烈摩擦，空气被极化，成为等离子体。这时候通讯中断，就是我们常说的“黑障”。等航天飞机的降落速度慢下来后，空气摩擦减小，等离子体消失，便又恢复了通讯。
目前的等离子隐身技术主要有开发式和封闭式两种。对于开放式，就是把等离子云“涂抹”在飞机表面。但对于开放式而言，飞机飞速而过，等离子能不能稳定的附着在飞机表面还是个问题。而且需要电源以高频高压的方式放电，击穿空气成为等离子体，这过程需要消耗大量的电力，对战斗机而言，这么大量的电力来源就很成问题。虽然等离子吸收外界电磁波的效果极佳，但他却是个高能量体，自身也会放出红外辐射！！会被红外探测装置探测到。所以即使航天飞机处于黑障区，无法通讯，但航天飞机还是能被红外探测装置观察到，所以我们看新闻，经常能看到红外观察装置拍摄到的航天飞机返回图像。
而另一种封闭式，就是采用双层结构，外层用玻璃钢等高强度的透波材料，把惰性气体或容易电离的气体灌到双层蒙皮中间。把这东西结合到需要隐形的重点部位，需要隐形时就对里面放电产生等离子。这样做不仅电力需求小，而且不会受外界的干扰，红外信号也小，而且能跟飞机结合成一体。把它结合在某些容易产生散射的地方，就能极大的减小雷达信号，这实在是上佳的选择。所以我们的四代使用的就是封闭式的部分等离子隐形技术。
由于这种封闭式的等离子隐身造价高昂，而且会付出额外的重量，所以飞机不可能大量使用，只能在某些部位使用，这样的话，就必需好钢用在刀刃上。对一些难以进行隐身处理的地方采用，比如飞机机翼的根部，这样就能大大的减小飞机的总体RCS。

从这图中可以看出，在飞机进气口，机翼根部前后缘处，都是强信号源。所以可以在这些地方做等离子隐身处理。机身侧面也是大的反射源，但这个就比较大而且难处理了，侧面主要还是靠外形修行

结语

目前来看，隐形最好的方法还是外形隐形，我在最开始讲F117的时候，已经很直观的用图文讲解了，同一个物体，只是改变下方位，隐形的效果就能相差非常多。但这是理想状态下，事实上，四代飞机不仅要考虑隐形，他同样受飞机气动布局的限制，所以会存在很多的热点，对于这些热点，就需要一点一点的进行处理。
对雷达波而言，波长长的电磁波可以传播的很远，而且通常波长大于战斗机的尺寸，对战斗机的外形不挑剔，都能发生一定的散射。因为民航的交通管制雷达大多是米波雷达，所以经常有民航雷达发现参加航展的F117和B2的情况。但由于长波雷达频率低，分辨率差，而且信号的更新速度慢，不能跟踪快速移动的飞行目标。所以对分辨率要求高的火控雷达和机载雷达都选用高频的短波雷达。隐形飞机的隐形处理也就集中在对付这些短波雷达上。我们在对付F22的时候，单靠一部或一种雷达是很难发现的，当可以多种雷达同时使用。比如使用长波雷达进行远程预警，然后靠多部短波雷达配合预警机进行协同跟踪。这样就能有效对付F22。
对于我们的四代，通过对隐形知识的了解，我们就可以有个大致的概念。机身平滑，棱角分明，线条流畅完整，各个方向整齐划一，机头机尾尖角突出，开口的地方有大量的平行锯齿，部分等离子隐身。
飞机的隐形处理其实是个很系统的工程，尤其是细节的处理，就好比100个喇叭都发出70分贝声，加在一起，也只不过70分贝左右（排除声音的共振等因素）。但这里面只要有1个发出85分贝的声音，那么接收到的就是85分贝。所以隐形的处理不能放过每一个细节。




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一：四代机之隐身





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现代战场漫天飞舞电磁波，面对复杂电磁环境下，不明真相的群众路过，雷达为了避免复杂电磁环境的干扰，在三个代表的先进思想指导下，采用各种先进的信号处理手段，把那些杂乱的电波和谐掉，只有构建出和谐的电磁天空，才能找到某位外部特征明显的打酱油路过的同志。但那位外部特征明显手里拎着酱油瓶的同志，岂会束手就擒？？于是那位同志经过一番乔装打扮，做了顿面部整容手术后，把手里准备砸人的酱油瓶藏在内衣内裤里。这样在复杂电磁环境下，就能蒙混过关了，或者推迟被发现的时间，给自己争取到足够的时间丢酱油瓶，这样的话，隐身的目地也就达到了。
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在这里，这位同志来友情客串。

雷达波发射出去了是一回事，回波就又是另外一回事了。事实上，雷达回波的强度跟被照射物体的形状有很大的关系。我们假设一块一平方公尺的方板，但他正面垂直对着雷达时，得到的雷达发射截面大约是一千平方公尺

如果我们把方板弯个角度，数据就会骤减为0.1平方公尺

事实上，还可以做的更厉害点，把方板斜45度，从正面看像个菱形。

事实上，还是那块方板，面积根本不变，但如果我们把这菱形也弯成一个后倾的角度。那么数据就会降的更厉害，直接成0.001平方公尺
可以看到，同是一块方板，我们把它用不同的角度对准雷达，反射的截面积从1000平方公尺变成0.001平方公尺。变化相差了整整100万倍！！！！！所以，如果把一架飞机的外形，做成像菱形那样。那他的雷达信号会变的极其小，隐身的效果就处来了。因而自然有人想到了这个外形布局。


怎么样，这个外形就是上面讲到的倾斜的菱形。其实这就是洛克希德马丁公司最早的方案。够科幻吧。什么？眼熟？没错，这就是大名鼎鼎的F117夜鹰型隐形飞机最早的方案！！！！

这F117的方案，第一个图的外形就是这么来的，但是后来研究发现这个菱形方块根本飞不起来，所以后来把两侧拉长，加了个内倾尾翼，成了第二张图的模样

这个验证机被称之为Have Blue，已经有夜鹰的影子了。而上面的第三个就是真正量产型的F117。第四个方案，加了尾翼的是个海军型的，后来项目被取消。

海军型的F117，当然叫海鹰了。

F117毕竟是第一代的隐形飞机，这飞机最大的毛病在于为了追求隐身而导致机动性超级差，而且很多地方受当时条件的限制，计算机只能处理二维面，所以处处棱角分明。在南联盟被打下一架后，他的地位就急转直下，因为缺点突出，没几年后就开始退役，到2008年，全部的F117退役，一代名机，就这么匆匆下场，无不让人感慨。。。。。
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这架F117被拆毁，遇到暴丅力拆迁队，死都不能落个全尸，真是惨。
雷达波也是一种波，所以它具有波的普遍特性。一般而言，波长越长它的频率就越低，而波长越短，他的频率就越高。比如蝙蝠嘴里发射的超声波，就是一种波长短而频率很高的声波，波长短是因为蝙蝠的嘴巴小，只能发出窄的波。高频率的超声波具有指向性好，精度高，不易受干扰，信号回馈速度快，但传播距离短的特点。而低频率的长波则具有相反的特点


古代人天天看星星，于是成了天文学家。天天看河流，于是成了水利学家。天天看石头，成了地质学家。现代人天天看蝙蝠，于是雷达出现了。。。。。。囧

雷达的工作频率跟他的工作性质密切相关，当频率低于3MHz时。这时候，电磁波可以沿地球表面传播，而不受地球曲率的影响，所以可以传播的很远。由于雷达电线的尺寸跟雷达的波长成正比，所以这种低频的长波雷达尺寸向来十分的巨大。

苏联早期的远程警戒雷达，对比下面的楼房，就可以知道这雷达有多大了。由于雷达天线的尺寸跟波长成正比，所以大家就可以估计这雷达波的波长有多长了。它的传播距离非常远，是用来监视美国的弹道导弹的



这个是雷达各频段的名称。其中频率低的L波段主要用于远程警戒雷达，S波段用于中程警戒与跟踪，X波段由于体积小，所以用于空中或其他移动场合，多普勒导航雷达也是X波段雷达。由于S波段跟X波段是目前应用最广泛，最主要的工作频段，所以隐形飞机的隐形主要就是针对这些波长做文章。
不同波长的电磁波打到飞机上截获的目标截面积RCS（radar cross section）的差异很大。总的来讲，主要分三种。
1．低频区：当雷达波的波长大于目标尺寸时，入射场的相位跟振幅都没有什么变化。这时候整个目标都参与散射过程。所以他的形状和细节并不重要，主要取决于他的体积。换句话说，任你是李逵还是李鬼都不重要，它只要知道有人来了就行。
2．谐振区：当雷达波的波长跟目标尺寸相近时，入射场的相位跟在目标长度上的变化很明显。目标的每一部分都会影响到另一部分的场强，每一点的回波都是由很多部位相互影响的叠加。所以很难预测回波的性质。这时候它还是很难分清李逵和李鬼。
3．高频区：当雷达波的波长小于目标尺寸时候，它的散射符合光学定律，目标形状间的相互作用可以忽略不计。它的总散射可以理解为某些局部散射的单独合成。这个时候，它就能分清李逵和李鬼了，并知道了李逵是拿斧头的，李鬼是拿狼牙棒的。

由于防空雷达和机载雷达都处于分米波和厘米波段，这些波长都小于目标尺寸，处在高频区。所以隐形飞机的研究主要就是对付这些波长小于目标尺寸的波段。但我们也可以看到，对于波长长的米波雷达等，由于波长大于目标尺寸，所以目标的形状不重要，整个目标都会发生散射，所以能有效提前发现隐形飞机。这是一种预报隐形飞机的很好手段，听群里人讲，我们的远程雷达就曾照射到在日本起飞的F22战斗机。

由于雷达有效探测距离和RCS的四次方根呈正比关系。所以要想使探测距离缩短一半，那么目标的雷达截面积（RCS）就要缩小为原来的1/16。换句话说，除非使用隐形手段，否则单纯的依靠减小飞机的尺寸并不能有效减小雷达反射面积。

所以要想有效减小雷达反射面积，采取隐形手段才是王道。前面说过，由于目标的散射在高频区，他的总散射场可以分解为某些局部散射场的合成。那么那些局部的点，线，面的散射源就成了要研究的重点。对于散射回波，主要分有镜面散射波，绕射波和行波，爬行波这几个种类。
对于镜面散射，当电磁波打到光滑的表面时候，能发生镜面散射，就像初中学的光的反射现象一样，由于镜面散射能把大部分电磁波的能量完整的散射回去，所以是一种很强的散射源。另一种强散射源就是边缘绕射。当电磁波打到棱线的边缘时，镜面反射已不存在，这时候，电磁波会沿着边缘产生无数条绕线。边缘绕射是最常见的散射现象，也是一种较强的散射源。当飞机在雷达区消除了镜面散射后，边缘绕射就成了主要的散射源。


边缘绕射是最常见也是最重要的散射源，当飞机镜面散射消除后，边缘绕射就成了主要的散射源。比如机翼和一些部件的连接处，都容易造成边缘绕射

除此以往还有几种弱散射源，比如尖顶散射。当电磁波打到尖顶，比如飞机机头时候，会在机头出发生绕射，但这是种弱散射源

尖顶散射是种弱散射源

还有一种就是行波，当电磁波打到物体表面时，电磁波会沿着物体表面进行爬行。这种爬行波在爬行过程中遇到表面不连续处，不同物质的交界处，缺口出等任何有剧烈变化的地方都会向外散射出电磁波，当它爬到物体末端无处可走时，就会产生绕射波。并同时沿着原路返回，在返回途中，遇到任何不连续处会发出第二次散射。


可以看到，在表面任何有剧烈变化的地方，都会产生散射

一个爬行波的走势图，当雷达波打到飞机时，沿着机体表面爬行，从头走到尾到没路的时候，再沿原路返回，并不断发出散射，不幸的是，这返回的行波的散射方向是直对着雷达方向的。所以飞机表面一定要极力避免出现任何不连续处。

除了上面的一些反射外，还有两个重要的反射源，那就是角反射跟腔体反射。如果两个面互成90度角，那么入射电磁波会在里面互相反射后成强烈的回波，是个强烈的反射源，而对于腔体，也会有相似的情况，也是个强烈的反射源

对于飞机机头的雷达整流罩而言，如果是不透波的，那么机头就会有尖顶散射，是种弱散射源。如果是透波的，那么入射雷达波就能“看见”里面各种设备从而构成多角反射器，成了一个强反射源。图上的这个F35用的APG－81雷达，就呈一个斜上的角度固定在那，避免互成90度，来减少反射面积。

对飞机座舱而言，存在腔体反射，是个强反射源。对于此，F22的座舱玻璃罩涂有金属导电层，来减小反射面积。所以F22的玻璃座舱盖有明显的金属感
那么，在雷达面前，飞机要如何修改才能做到隐身呢？我在最开始，介绍了F117的外形布局来源。这说明，外形的修改其实能很大的影响飞机的RCS值，事实上，飞机外形的优化一直是最好的隐形手段。但除此之外，隐形飞机要应该做到：
1. 飞机表面要尽量的平滑过渡，尽量不要有任何缺口，突出物等任何剧烈改变的地方


上面两图可以明显看出，表面的完整跟有缺口的物体对RCS的影响很大。隐形飞机要极力避免出现各类不平滑的地方。

2.
把强散射源变成弱散射源

对于一个球体而言，当雷达波照射过去后，它总存在一个方向，是正对着雷达波，因而会形成一个强烈的镜面反射。解决办法就是把它拍拍扁，再把边缘捏的尖尖的（这不就成了一个UFO了么。哈哈），成了边缘散射或尖劈散射。这样一个强的镜面散射源就变成弱散射源。
事实上，圆柱体或纺锤体都会产生镜面散射。普通飞机的机身就可以看成一个圆柱体，它是个强烈的散射源，解决办法就是把机身边缘做的尖尖的，形成尖劈角来减小RCS值

这个样子怪怪东西是诺思罗普为研究隐身而研制的Tacit blue研究机。注意到他下面的边线条了没有？这个边线条的作用就是把强散射源变成弱散射源。通过尖锐的线条，把雷达波“劈开”，并让雷达波一路沿着边线爬到尽头的尖锐角，再让它从尖锐角处呈尖顶散射开来。这样几经折腾，散射出去的能量就非常小了

飞机的尾喷口是个腔体，也是个强散射源，解决办法就是把喷口做锯齿处理，把强信号特征的边缘绕射改为弱的尖顶绕射，减小反射面积。这架F35B的喷口正在往下转动，锯齿的喷口清晰可见

3.对强散射源进行遮挡

对发动机口这些无法避免的强散射源，就应该进行一些遮挡来减小RCS，比如对发动机进气口进行遮挡，采用S型进气道，或者像B2那些采用背部进气道，这样地面的防空雷达就照射不到B2的发动机口了，这样就能减少RCS。

F117的发动机不仅放在机背，地面防空雷达无法照到发动机口，而且在进气口有金属格栅，用来遮挡雷达波。

4.控制散射方向
比如采用大后掠角机翼，这样从前方照射来的雷达波经过大后掠翼后，能把散射的回波传到雷达的非危险区域。F117的后掠翼非常大，这样就能把回波呈大角度的散射开，不易被雷达接收到。对于存在的垂直角反射区域，由于垂直尾翼跟尾翼呈90度，是个强烈的散射源，所以可以改成V型垂尾，避免角反射。事实上，隐形飞机的任何部位都要避免互成90度的夹角。

F117的V型垂尾，这样避免了和机身成90度的夹角。而且F117的垂尾，机翼和机身各部分后掠的非常大，雷达波从前面照射来，都被反弹到了那遥远的远方。。。。。。

事实上，还有一种方法，就是集中把回波的能量控制在很窄的几个方位内。就好像黑夜里你打开大灯，对面有人拿镜子对你晃一下，你只会看到一闪而过的光线。这样就算你看到了闪过的光线，但你还是无法确认他的方位

注意划红线的部分，所有的红线都是平行的，这样就把控制面集中在同一个方向上。B2的特殊外形布局，把散射面集中控制在4个方向角上，这样就算在某点被雷达照射到了，但由于一晃而过，RCS值瞬间又变的急剧小，在雷达屏幕上就只出现一晃而过的点，雷达并不能准确捕获到他。

F22也是这样，注意看他所有的棱线，都一致集中在几个方向上，整齐划一。连尾喷口都做了相同的处理。甚至他表面所有的锯齿都不是胡乱开的，方向性都保持一致。对每一个细节都不放过。


吸波材料

由于飞机的隐身特殊布局会受到空气动力学的限制，它的作用是有限的。要想进一步降低雷达的RCS，另一个有效方法就是用吸波材料。因为隐身不仅跟物体的外形有关，而且也和物体的电磁特性有关。吸波材料的基本功能就要求当电磁波穿过材料时候，电磁能被损耗，转化成热能并散失掉。怎么样，有点像电流经过电阻时的能量损耗吧？其实吸波材料依据的就是这个原理。
吸波材料又分两种，一种是涂上去的，另一种是结构型材料（如复合材料）。早期的隐形飞机F117和B2，用的都是吸波涂料，所以每飞一次回来，就要重新涂上一遍，而且飞机还要付出额外的重量代价，很不划算

U2其实最早使用了吸波涂料，用的是铁氧体涂料。黑色的铁氧体吸波性能好，据说F117用的也是铁氧体涂料。只可惜他们都被打下来过。

而对于复合材料，由于他本身就具有一定的透波性和吸波性，而且复合材料比金属材料的强度好，抗疲劳度高等优点，所以现代战斗机越来越喜欢用复合材料

这张图片清楚显示了F35的尾翼，V型垂尾，主翼后襟及机身下部很多地方都大量使用了复合材料

复合材料也受民航欢迎，最新的波音787直接用复合材料来作为机身，波音787全身使用了高达50％多的复合材料。但如此大规模使用复合材料的效果如何，还存在争议。

高级跑车也喜欢用复合材料，因为复合材料强度好，重量轻，易做成各种形状。复合材料虽然价格高，但对高端跑车来说，这不是问题。这辆帕加尼风之子Cinque全球仅10辆。性能直接捅死兰博基尼。

复合材料的大规模应用像瘟疫一样蔓延到游艇上，这艘Wally118就是全复合材料打造，造价1400万英镑。由于全复合材料打制，这么大艘游艇36米长，30米宽，却才95吨重。配上3台5600马力的大功率发动机，能跑60节速度！！！！！比咱们的022导弹艇还快。怎么样，外形很科幻吧。这家伙，可是在法拉利实验室的风洞里吹过风洞的。

红外隐身技术

红外线其实也是一种电磁波，当物体具有一定温度的时候，就开始向外发出红外辐射。在红外频谱中，红外辐射的高频段与可见光相连，而红外辐射的低频段与无线电波的“极高频段”相连。这个“极高频段”就是大家所说的微波波段。大家厨房里的微波炉就是种极高频段的波。
在这里给大家进行些小科普。电磁波的频率从高到地的顺序分别是

γ射线 > X射线 > 紫外线 > 红外线 > 微波 > 无线电波等波段

他们的波长分别是从短到长。我们太阳光的频谱是个复合频谱，一般而言，他夹杂在紫外线和红外线中间。

那么为什么早上和傍晚的太阳是红色的？

因为早上和傍晚我们离太阳的距离远，那些频率高的紫外线能量衰减的厉害，透过地球大气后只有红外线能剩下来，所以我们就看到了红太阳。而中午的时候由于离太阳近，紫外线就能穿透，所以我们就能看到白色的太阳。

而在天文学上，有种红移现象。人们在观察天体时候，发现他的电磁辐射由于某种原因而出现波长增加，在光谱上表现为向红外线波段移动，所以叫红移。这和多普勒效应是一样的，我们在火车站听远处的火车声是沉闷的低音，火车越来越近，声音就越来越尖。火车发出的声音在近处是种高频的声波，扩散到远处后就减弱成低频的声波。既然如此，天文学家自然能联想到这个天体是发生了移动，而且是离我们地球越来越远。

红移现象，当天体离我们越来越远时候，电磁波传播过程中频率变慢，波长变长，从可见光区向红外线区移动。相反，若天体离我们越来越近，则波长变短，频率升高，如同火车呼啸而来一样，声音变尖锐，光谱朝蓝光段移动，我们称为蓝移。简而言之，就是看见红移了，说明距离变长了，看见蓝移了，说明距离变短了。这个星体的红移现象是由哈勃最早发现的。

这就是埃德文，哈勃。一副忧郁的表情

我们看天体图的时候，经常能看到红色的亮点，其实这就说明它发生了红移。

由于发现了星体的红移现象，而且是普遍现象，天文学家认识到我们的宇宙是不断膨胀的。既然是膨胀的，那么把时间倒推过来，宇宙在很久以前比现在的就要小，时间再往前，宇宙更小，那么早晚存在一个时间点，宇宙是被缩小成很小的一个奇点。也就是说，在很久很久很久很久很久很久很久。。。。。。。。以前，大概137亿年以前，宇宙小到只有一个点。我们现在宇宙中所有的物质当时都被高度浓缩在那个小点内。那时候，没有空间，没有黑暗，四周啥都没有，就只有这个奇点，也就是处于传说中的in the middle of no way.
我们甚至不知道那奇点是刚刚产生的，还是一直默默无闻等在那里，非要等到那个日子的到来。什么日子？―――――――轰的一声，宇宙大爆炸的日子。

NASA想象的宇宙大爆炸示意图，可以清楚看到，从最初奇点的大爆炸开始，宇宙一下子就炸出了我们现在所知宇宙80％的大小，然后开始缓慢的膨胀
―――――――――宇宙科普完毕，回归到隐形技术――――――――――――

前面说过，物体只要温度上升到一定程度，就会发出红外线。由于红外线是种高频电磁波，频率高于任何一种雷达的频率，几乎不可能用电子手段进行干扰。所以要想降低红外信号，降低温度才是王道。对飞机而言，热源有飞机的气动加热，太阳光的照射加热，但最大的红外辐射源就是发动机的喷口，所以降低红外信号的隐形手段就是对发动机喷口进行处理。

B2的尾喷口被压的扁扁的，这样与空气的接触面就大了，而且接触的更均匀。使发动机排出的热气能更快更多的与空气混合来降温。而且B2内部还有强制引射装置，使得发动机的排气强迫与引射的冷空气混合，降低红外特征。

还可以用挡板对排气口进行遮挡

YF23的尾喷口，就有长长的挡板进行遮挡。它的尾翼也从侧面进行遮挡

上面讲的所有隐形修行都是在能够看的见的地方，还有就是看不见的地方，就是从机体结构处下手。因为不同材料的电磁特性不同，有些材料具有一定的透波性，能够穿透机表进入内部，在内部的腔内经过反射后再透出来。所以在有些地方机体结构也要进行一定的优化

看这机翼的修形，由于雷达波能穿透某些材料，所以某些特殊的地方，在内部也要进行隐形优化，后面的图中显示了内部也进行了锯齿处理。
由于对这些内部结构的隐形处理网上的资料实在是少，目前能知道的就是对一些部位进行锯齿处理。另一种就是敷隐形蒙皮，而且是整大张的隐形蒙皮，这样就能尽可能的减小需要链接的地方

等离子隐身

有迹象表明，我们的四代机会采用部分等离子体隐身技术。等离子体是由大量自由电子，自由离子和中性离子混合成的一个体系。高中物理知识告诉我们，当原子获得大量能量后，里面的电子运动变快速，达到一定程度就会逃逸出来。普通气体在受到外界高能作用后，部分电子获得大量能量而脱离原子核的束缚，成为自由电子。而那原子因为失去了电子而成为带正电的离子，这时候，气体就有导电性质。航天飞机或飞船在降落地球大气层的过程中，由于与空气产生剧烈的摩擦，温度急速上升，空气被极化，也会产生等离子体。由于等离子对电磁波有极大的吸收和衰减的作用，隐身效果非常好，而且等离子的胃口也不挑剔，对各个波段都通吃。使得所有的通讯都无法正常进行，这就是所谓的“黑障”。也就是说，要想使空气等离子化，必需要给空气很高的能量


航天飞机降落地球时，由于速度非常快，与大气剧烈摩擦，空气被极化，成为等离子体。这时候通讯中断，就是我们常说的“黑障”。等航天飞机的降落速度慢下来后，空气摩擦减小，等离子体消失，便又恢复了通讯。
目前的等离子隐身技术主要有开发式和封闭式两种。对于开放式，就是把等离子云“涂抹”在飞机表面。但对于开放式而言，飞机飞速而过，等离子能不能稳定的附着在飞机表面还是个问题。而且需要电源以高频高压的方式放电，击穿空气成为等离子体，这过程需要消耗大量的电力，对战斗机而言，这么大量的电力来源就很成问题。虽然等离子吸收外界电磁波的效果极佳，但他却是个高能量体，自身也会放出红外辐射！！会被红外探测装置探测到。所以即使航天飞机处于黑障区，无法通讯，但航天飞机还是能被红外探测装置观察到，所以我们看新闻，经常能看到红外观察装置拍摄到的航天飞机返回图像。
而另一种封闭式，就是采用双层结构，外层用玻璃钢等高强度的透波材料，把惰性气体或容易电离的气体灌到双层蒙皮中间。把这东西结合到需要隐形的重点部位，需要隐形时就对里面放电产生等离子。这样做不仅电力需求小，而且不会受外界的干扰，红外信号也小，而且能跟飞机结合成一体。把它结合在某些容易产生散射的地方，就能极大的减小雷达信号，这实在是上佳的选择。所以我们的四代使用的就是封闭式的部分等离子隐形技术。
由于这种封闭式的等离子隐身造价高昂，而且会付出额外的重量，所以飞机不可能大量使用，只能在某些部位使用，这样的话，就必需好钢用在刀刃上。对一些难以进行隐身处理的地方采用，比如飞机机翼的根部，这样就能大大的减小飞机的总体RCS。

从这图中可以看出，在飞机进气口，机翼根部前后缘处，都是强信号源。所以可以在这些地方做等离子隐身处理。机身侧面也是大的反射源，但这个就比较大而且难处理了，侧面主要还是靠外形修行

结语

目前来看，隐形最好的方法还是外形隐形，我在最开始讲F117的时候，已经很直观的用图文讲解了，同一个物体，只是改变下方位，隐形的效果就能相差非常多。但这是理想状态下，事实上，四代飞机不仅要考虑隐形，他同样受飞机气动布局的限制，所以会存在很多的热点，对于这些热点，就需要一点一点的进行处理。
对雷达波而言，波长长的电磁波可以传播的很远，而且通常波长大于战斗机的尺寸，对战斗机的外形不挑剔，都能发生一定的散射。因为民航的交通管制雷达大多是米波雷达，所以经常有民航雷达发现参加航展的F117和B2的情况。但由于长波雷达频率低，分辨率差，而且信号的更新速度慢，不能跟踪快速移动的飞行目标。所以对分辨率要求高的火控雷达和机载雷达都选用高频的短波雷达。隐形飞机的隐形处理也就集中在对付这些短波雷达上。我们在对付F22的时候，单靠一部或一种雷达是很难发现的，当可以多种雷达同时使用。比如使用长波雷达进行远程预警，然后靠多部短波雷达配合预警机进行协同跟踪。这样就能有效对付F22。
对于我们的四代，通过对隐形知识的了解，我们就可以有个大致的概念。机身平滑，棱角分明，线条流畅完整，各个方向整齐划一，机头机尾尖角突出，开口的地方有大量的平行锯齿，部分等离子隐身。
飞机的隐形处理其实是个很系统的工程，尤其是细节的处理，就好比100个喇叭都发出70分贝声，加在一起，也只不过70分贝左右（排除声音的共振等因素）。但这里面只要有1个发出85分贝的声音，那么接收到的就是85分贝。所以隐形的处理不能放过每一个细节。




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