业余观察：黑丝带隐身设计细节推测【原创】

二、进气道：DSI消除了对于前向RCS影响最大的附面层隔板。

这里有三个问题：

一是与F-22相比。有人认为F-22的加莱特进气道的双后掠唇口已经设计得够完美，以至于可以不必考虑其RCS因素了，但是不要忘记它还有附面层夹缝！就图2来看，虽然经过了仔细设计，但是不是真的做到了可以完全等效于“没有这个缝隙”？谨慎的提法似乎应该是：假设其整个前向RCS为0.01，那么这个夹缝的影响大概恰恰是其中主要因素，只是经过精心处理，被控制在不超过要求的范围内了（图2）。

图2  F-22的进气道附面层夹缝内部结构比较复杂（更清晰照片见87楼wangyiw 提供的两张图）


二是为什么F-35用了DSI进气道，它的RCS就不如22低？这个问题还要请高人来解答。俺大致猜测是：
1、成本决定了其他隐身措施（如涂料）等要求低些；
2、对地攻击要求安装光学探测装置等突出物，对外形有影响；
3、机身整体不如22平滑……。
不知哪些因素是主要的？抑或是多种因素的综合？（图3）

图3  F-35的突出部位比较多



三是黑丝的进气道唇口，从已有图片看，没有垂直于机头方向的线条，但是与22的加莱特唇口比，似乎略有不明朗之处（图4）。

图4 黑丝进气道：唇口略带后掠


至于有大佬质疑“鼓包会漫射电磁波”，俺看要明确两点：一是对于X波段而言，这个远大于波长的物体不存在“漫射”问题；二是pinjun 大佬曾“科普”过，类似纺锤体或椭圆体的东东，对于前向射来的电波而言是RCS最小的形状。

二、进气道：DSI消除了对于前向RCS影响最大的附面层隔板。

这里有三个问题：

一是与F-22相比。有人认为F-22的加莱特进气道的双后掠唇口已经设计得够完美，以至于可以不必考虑其RCS因素了，但是不要忘记它还有附面层夹缝！就图2来看，虽然经过了仔细设计，但是不是真的做到了可以完全等效于“没有这个缝隙”？谨慎的提法似乎应该是：假设其整个前向RCS为0.01，那么这个夹缝的影响大概恰恰是其中主要因素，只是经过精心处理，被控制在不超过要求的范围内了（图2）。

图2  F-22的进气道附面层夹缝内部结构比较复杂（更清晰照片见87楼wangyiw 提供的两张图）


二是为什么F-35用了DSI进气道，它的RCS就不如22低？这个问题还要请高人来解答。俺大致猜测是：
1、成本决定了其他隐身措施（如涂料）等要求低些；
2、对地攻击要求安装光学探测装置等突出物，对外形有影响；
3、机身整体不如22平滑……。
不知哪些因素是主要的？抑或是多种因素的综合？（图3）

图3  F-35的突出部位比较多



三是黑丝的进气道唇口，从已有图片看，没有垂直于机头方向的线条，但是与22的加莱特唇口比，似乎略有不明朗之处（图4）。

图4 黑丝进气道：唇口略带后掠


至于有大佬质疑“鼓包会漫射电磁波”，俺看要明确两点：一是对于X波段而言，这个远大于波长的物体不存在“漫射”问题；二是pinjun 大佬曾“科普”过，类似纺锤体或椭圆体的东东，对于前向射来的电波而言是RCS最小的形状。

三、鸭翼：这是黑丝最为质疑者诟病的部分。但是，所谓“鸭翼影响隐身”，其实是在未做任何处理的前提下说的。而相对于主翼，鸭翼由于没有内部的复杂结构制约，因此可以有许多有效的处理方法，使得其对于整个飞机的RCS的影响下降到就像F-22的附面层夹缝一样。在80、90年代，这可能是个问题，但时至今日，相信应该都有了解决方法，国内外对此其实也是有许多研究的。例如国内就有李启鹏、王和平等《鸭翼电磁散射特性分析与RCS减缩方法研究》，和李宏信、沈海军《隐身结构机翼RCS分析与优化设计》，主要措施有四：

1、优化前缘后掠角度和展长（图5）。其实在整个RCS中，各个翼面前缘是主要反射源之一。但是，以“突出物”而论，所有翼面都没有主翼突出吧？那么，既然主翼（加上长长的前缘机动襟翼）放在那里，RCS都可以号称小到0.01，因此似乎没有理由认定比它小得多的鸭翼，其RCS就肯定比主翼还要大。

图5 较大后掠角度+较小的展长不会带来多大RCS


2、优化飞控，使飞机在巡航或突防状态下鸭翼的偏转仅带来较小RCS影响（图6“另一方面”和图7第1-3行红线处）。
图6


3、涂敷吸波涂料（图7）。可以降低RCS约5-10dB。
图7


4、也是最给力的：干脆将鸭翼设计成隐身（吸波）结构！（优化效果见图8红框，可见此时即便鸭翼偏转，对于RCS的影响也极小）
图8


PS：引用上述论文并非想证明黑丝是否就是采用了这样的措施，只是说明处理鸭翼RCS的方法很多而已。

三、鸭翼：这是黑丝最为质疑者诟病的部分。但是，所谓“鸭翼影响隐身”，其实是在未做任何处理的前提下说的。而相对于主翼，鸭翼由于没有内部的复杂结构制约，因此可以有许多有效的处理方法，使得其对于整个飞机的RCS的影响下降到就像F-22的附面层夹缝一样。在80、90年代，这可能是个问题，但时至今日，相信应该都有了解决方法，国内外对此其实也是有许多研究的。例如国内就有李启鹏、王和平等《鸭翼电磁散射特性分析与RCS减缩方法研究》，和李宏信、沈海军《隐身结构机翼RCS分析与优化设计》，主要措施有四：

1、优化前缘后掠角度和展长（图5）。其实在整个RCS中，各个翼面前缘是主要反射源之一。但是，以“突出物”而论，所有翼面都没有主翼突出吧？那么，既然主翼（加上长长的前缘机动襟翼）放在那里，RCS都可以号称小到0.01，因此似乎没有理由认定比它小得多的鸭翼，其RCS就肯定比主翼还要大。

图5 较大后掠角度+较小的展长不会带来多大RCS


2、优化飞控，使飞机在巡航或突防状态下鸭翼的偏转仅带来较小RCS影响（图6“另一方面”和图7第1-3行红线处）。
图6


3、涂敷吸波涂料（图7）。可以降低RCS约5-10dB。
图7


4、也是最给力的：干脆将鸭翼设计成隐身（吸波）结构！（优化效果见图8红框，可见此时即便鸭翼偏转，对于RCS的影响也极小）
图8


PS：引用上述论文并非想证明黑丝是否就是采用了这样的措施，只是说明处理鸭翼RCS的方法很多而已。

除此之外，鸭翼与进气道（机身）结合处可能借鉴了F-22前缘襟翼接缝的设计，而且俺觉得黑丝的鸭翼还相当注意对转轴的“隐藏”，一是转轴处有朝向机身的“凹陷”；二是前面还有一个小三角边条起正向的遮挡作用（图9）。

图9 借鉴了F-22前缘襟翼接缝的设计（见图右下角）；转轴处（2个红箭头处）有朝向机身的“凹陷”；前面还有一个小三角边条起正向的遮挡作用


——如果确实采取了上述多项措施，俺觉得鸭翼对于前向RCS的影响，应该没有理由比F-22的附面层夹缝更大。

除此之外，鸭翼与进气道（机身）结合处可能借鉴了F-22前缘襟翼接缝的设计，而且俺觉得黑丝的鸭翼还相当注意对转轴的“隐藏”，一是转轴处有朝向机身的“凹陷”；二是前面还有一个小三角边条起正向的遮挡作用（图9）。

图9 借鉴了F-22前缘襟翼接缝的设计（见图右下角）；转轴处（2个红箭头处）有朝向机身的“凹陷”；前面还有一个小三角边条起正向的遮挡作用


——如果确实采取了上述多项措施，俺觉得鸭翼对于前向RCS的影响，应该没有理由比F-22的附面层夹缝更大。

四、机身：黑丝总体平滑，除了符合高速飞行的细长比外，基本没有影响RCS的不必要的凹凸不平。侧向基本是一个倾斜而完整的整体，机腹则是现有四代中最干净的。可以说，就整个机身的大部分而言，黑丝是目前四代机中设计得最理想的。至少和T-50F-35相比，其机身在低阻和隐身方面有明显优势。

图10  T-50波浪起伏的机腹


图11 F-35也并非省油的灯


图12 对比一下黑丝光洁的肚皮和侧面，高下立判


四、机身：黑丝总体平滑，除了符合高速飞行的细长比外，基本没有影响RCS的不必要的凹凸不平。侧向基本是一个倾斜而完整的整体，机腹则是现有四代中最干净的。可以说，就整个机身的大部分而言，黑丝是目前四代机中设计得最理想的。至少和T-50F-35相比，其机身在低阻和隐身方面有明显优势。

图10  T-50波浪起伏的机腹


图11 F-35也并非省油的灯


图12 对比一下黑丝光洁的肚皮和侧面，高下立判

五，尾翼、尾撑和腹鳍：这是另一个引起争论的焦点。

首先，外倾全动垂尾的角度与机身下侧方倾斜角度一致，符合侧向隐身要求。至于有人担心其转轴的强度，应该说从二代机起就大量采用了全动平尾，无论是超音速还是大坡度盘旋，从来没听说这个转轴出过问题。值得一提的是，与鸭翼一样，对垂尾转轴也采用了类似的隐身措施（图13）。

图13 全动垂尾


其次，看似并不起眼的尾撑，却精心做了菱形的隐身处理，可见611对于隐身的细节“抠”到了怎样的程度。而且由图14可见：尾撑与垂尾、腹鳍之间没有90度夹角，并无任何所谓“角反射器”效应（图14）。

图14 菱形尾撑


再次就是腹鳍了，这是又一个引起争论的设计。

有人认为，T-50也是全动垂尾，为何就没有用腹鳍来保持方向的安定性呢？所以认为这个腹鳍其实是可以拿掉的。但俺觉得，就大攻角和超音速方向安定性而言，当然是有腹鳍为好，哪怕T-50也是一样。只是毛子大概觉得够了，而TG的要求也许更高而已（这些是否属于“追求过分”？可以讨论）。还有人认为可以起到遮挡尾喷管的作用，这个，俺倒觉得未必。

问题主要是其对于隐身究竟有多大影响？对此俺觉得：

1、腹鳍是做了角度处理的，前向有后掠，对RCS应该没大影响。而侧面有倾角，与另一侧机身、垂尾倾斜角度相同，所以应该也符合通常所谓隐身要求。（图15）

2、况且，这个东东并没有什么活动机件，完全可以使用整体的透波材料（例如玻璃纤维+环氧树脂）做成，强度、绝缘性俱佳，又不是神马高科技，所以，俺们就不必皱着眉头大费心思啦。

图15 腹鳍的倾斜角度与另一侧机身、垂尾相关


五，尾翼、尾撑和腹鳍：这是另一个引起争论的焦点。

首先，外倾全动垂尾的角度与机身下侧方倾斜角度一致，符合侧向隐身要求。至于有人担心其转轴的强度，应该说从二代机起就大量采用了全动平尾，无论是超音速还是大坡度盘旋，从来没听说这个转轴出过问题。值得一提的是，与鸭翼一样，对垂尾转轴也采用了类似的隐身措施（图13）。

图13 全动垂尾


其次，看似并不起眼的尾撑，却精心做了菱形的隐身处理，可见611对于隐身的细节“抠”到了怎样的程度。而且由图14可见：尾撑与垂尾、腹鳍之间没有90度夹角，并无任何所谓“角反射器”效应（图14）。

图14 菱形尾撑


再次就是腹鳍了，这是又一个引起争论的设计。

有人认为，T-50也是全动垂尾，为何就没有用腹鳍来保持方向的安定性呢？所以认为这个腹鳍其实是可以拿掉的。但俺觉得，就大攻角和超音速方向安定性而言，当然是有腹鳍为好，哪怕T-50也是一样。只是毛子大概觉得够了，而TG的要求也许更高而已（这些是否属于“追求过分”？可以讨论）。还有人认为可以起到遮挡尾喷管的作用，这个，俺倒觉得未必。

问题主要是其对于隐身究竟有多大影响？对此俺觉得：

1、腹鳍是做了角度处理的，前向有后掠，对RCS应该没大影响。而侧面有倾角，与另一侧机身、垂尾倾斜角度相同，所以应该也符合通常所谓隐身要求。（图15）

2、况且，这个东东并没有什么活动机件，完全可以使用整体的透波材料（例如玻璃纤维+环氧树脂）做成，强度、绝缘性俱佳，又不是神马高科技，所以，俺们就不必皱着眉头大费心思啦。

图15 腹鳍的倾斜角度与另一侧机身、垂尾相关

六、喷管：这是黑丝最不确定的设计。至少现在这个东东，不如F-35，仅相当于毛五。

黑丝后续改进还要观察，如果能够像F-35一样在喷口鱼鳞片上做一圈锯齿，那么侧后方的RCS将进一步改善。（图16）

图16 鱼鳞片也做成锯齿状


当然，如果被对手咬到了接近6点钟位置，那么哪怕F-22都没有什么低RCS可言——涡轮叶片和加力燃烧室历历在目（图17）：

图17  接近6点钟方向看猛禽：PP内部花花肠子



七、起落架舱盖锯齿等：事无巨细，一一处理到位。（感谢TSQ网友提醒新加，图18、19、20）

图18 黑丝起落架舱盖的锯齿


图19 可能还采用了“整体壁板”工艺，俺曾有转帖探讨（这个与隐身关系不太大，就是铆钉可能少些，且强度大、重量轻）


图20 围绕喷口有两圈锯齿（箭头处）


六、喷管：这是黑丝最不确定的设计。至少现在这个东东，不如F-35，仅相当于毛五。

黑丝后续改进还要观察，如果能够像F-35一样在喷口鱼鳞片上做一圈锯齿，那么侧后方的RCS将进一步改善。（图16）

图16 鱼鳞片也做成锯齿状


当然，如果被对手咬到了接近6点钟位置，那么哪怕F-22都没有什么低RCS可言——涡轮叶片和加力燃烧室历历在目（图17）：

图17  接近6点钟方向看猛禽：PP内部花花肠子



七、起落架舱盖锯齿等：事无巨细，一一处理到位。（感谢TSQ网友提醒新加，图18、19、20）

图18 黑丝起落架舱盖的锯齿


图19 可能还采用了“整体壁板”工艺，俺曾有转帖探讨（这个与隐身关系不太大，就是铆钉可能少些，且强度大、重量轻）


图20 围绕喷口有两圈锯齿（箭头处）

结论——对黑丝的隐身性能总体乐观，尚有改进空间。

尚需向MD学习之处：

尾喷口：


襟翼、平尾转动轴等形成的缝隙处的处理（用类似柔性蒙皮封住缝隙）




结论——对黑丝的隐身性能总体乐观，尚有改进空间。

尚需向MD学习之处：

尾喷口：


襟翼、平尾转动轴等形成的缝隙处的处理（用类似柔性蒙皮封住缝隙）

非常不错的技术分析文章，支持一下。

顶一下，最近在核版块打酱油看热闹居多，空版的文章看的少了，嘿嘿~~

mark。慢慢看！

分析的有理，与俺的想法很接近。

楼主高手啊！

ellickdai 发表于 2011-3-19 20:58
错啦，完全业余，所见无非皮毛而已！

楼主同学对于后机身比较HKC，我个人觉得后机身还会有改变。不过看得出J20在隐身上并不是粗枝大叶的，很多小的细节都可以看得出整架飞机对隐身的追求，至于说和F22和F35比如何，我个人比较BKC，毕竟咱们隐身飞机这是第一架，很多工程经验正在积累，如果正向危险区域能达到F35的水平我觉得就很好了。期待完整版的J20！

楼主同学对于后机身比较HKC，我个人觉得后机身还会有改变。不过看得出J20在隐身上并不是粗枝大叶的，很多小的细节都可以看得出整架飞机对隐身的追求，至于说和F22和F35比如何，我个人比较BKC，毕竟咱们隐身飞机这是第一架，很多工程经验正在积累，如果正向危险区域能达到F35的水平我觉得就很好了。期待完整版的J20！

不过偶个人还是认为黑丝的尾部的RCS比较悲剧

相当不错。T50机复凸起的会不会跟翼刀作用类似？

确实相当业余，照你这么解释就不好说明为什么F35隐身性能远不如F22。

俺在2楼试着推测了一下（三方面因素），似乎主要与其对地功能的要求和成本有关？

见图3: F-35的突出部位比较多（此图为35C），与F-22、黑丝肚皮不能比。

确实相当业余，照你这么解释就不好说明为什么F35隐身性能远不如F22。
李鹤帅 发表于 2011-3-19 21:15

俺在2楼试着推测了一下（三方面因素），似乎主要与其对地功能的要求和成本有关？

见图3: F-35的突出部位比较多（此图为35C），与F-22、黑丝肚皮不能比。

yawen 发表于 2011-3-19 21:14
翼刀的作用是阻止后掠翼的气流涌向翼尖造成失速，和腹部的东东应该不是一回事吧。

貌似黑丝的喷口上也是有锯齿设计的

如果改进到矩形喷口就完美了

但这样就比较难做到三维矢量了。


好像只有围绕喷口有两圈锯齿，喷口本身没有。

如果改进到矩形喷口就完美了
aslkit 发表于 2011-3-19 21:31

但这样就比较难做到三维矢量了。

貌似黑丝的喷口上也是有锯齿设计的
saodong 发表于 2011-3-19 21:29

好像只有围绕喷口有两圈锯齿，喷口本身没有。

非常不错的技术分析文章

后机身处理反正现在肯定是F22最好了，到现在为止，F35和F22的正面RCS都是我们军迷在胡扯，不过我们需要注意的一点是，在F35成本不断上升的情况下，美帝面对毛子和中国的四代依然选择F35和研制新型低成本轰炸机，F22传说中的能力貌似没有被认可不是么？美帝空军根本不缺少空对面的火力，所以就光说F22制空太强对地太差，我觉得这是个伪命题。从现实的情况判断，我觉得我们不应该高看了F22而小看了F35，我的个人观点。应为180+的F22和几千架的F35的比例太不可失意了，而作为高低搭配的典型，F15和F16的差距并没有这么悬殊。也许是我想多了。

后机身处理反正现在肯定是F22最好了，到现在为止，F35和F22的正面RCS都是我们军迷在胡扯，不过我们需要注意的一点是，在F35成本不断上升的情况下，美帝面对毛子和中国的四代依然选择F35和研制新型低成本轰炸机，F22传说中的能力貌似没有被认可不是么？美帝空军根本不缺少空对面的火力，所以就光说F22制空太强对地太差，我觉得这是个伪命题。从现实的情况判断，我觉得我们不应该高看了F22而小看了F35，我的个人观点。应为180+的F22和几千架的F35的比例太不可失意了，而作为高低搭配的典型，F15和F16的差距并没有这么悬殊。也许是我想多了。

楼主观点和我比较一致，我对丝带的隐身性能比较HKC，包括后向

我也觉得奇怪，为什么黑丝的喷口和机身相接处有锯齿，但最末端却没有锯齿

二元喷口也是可以做成三维矢量的。

青之六 发表于 2011-3-19 21:55
受教！

回复 20# 海客


    比如说吧，同样是突出物，鸭翼、作动筒、垂直安定面与ISRT、不平整的机腹对隐身的影响谁大谁小？F22的附面层隔道对隐身不利，歼20的进气道唇口不符合平行法则对隐身也不利，怎样评价其影响？

俺觉得后向现在还不能太HKC。

当然是指侧后。接近6点钟位置时，哪怕F-22都不隐身啦。（见7楼图）

楼主观点和我比较一致，我对丝带的隐身性能比较HKC，包括后向
ddsdm 发表于 2011-3-19 21:51

俺觉得后向现在还不能太HKC。

当然是指侧后。接近6点钟位置时，哪怕F-22都不隐身啦。（见7楼图）

EliyaSylphid 发表于 2011-3-19 21:54


    外面的套好改，但是里面的不好改。

绝大部分同意楼猪的观点，有二点似乎可以再改进：首先是属喷口、其次是腹鳍，改了，稳身绝对超过35，超过22也不是没有可能。

恩。准专业水准了。

35的突出物见2楼（图3）和5楼（图11），无遮无拦，与黑丝的作动筒相比不遑多让；而黑丝的作动筒大小，与F-22、T-50的作动筒相比只有数量级的区别，似乎不必特意拿出来说的。

问题就是鸭翼。俺的认识是：其实在整个RCS中，各个翼面前缘是主要反射源之一。但是，以“突出物”而论，所有翼面都没有主翼突出吧？那么，既然主翼放在那里，加上长长的前缘机动襟翼，RCS都可以小到0.001，因此似乎没有理由认定比它小得多的鸭翼，其RCS就肯定比主翼还要大。（关于翼面的后掠与展长对RCS的影响，见3楼图5：展长与RCS成正比。）

因此俺觉得大家把鸭翼“突出”的问题夸张了。就鸭翼而言，只要后掠且前缘不是浑圆的，就不会比主翼的RCS更大。加上鸭翼的RCS还有各种有效的处理方法（见3楼）。至于与机身的接缝、转轴，俺前面都说过了（见4楼），欢迎指正。

黑丝的进气道唇口俺在前面也说道过了，虽然也有后掠，但确实“交代”得没有加莱特那么清晰，整个还要观察。

回复  海客
    比如说吧，同样是突出物，鸭翼、作动筒、垂直安定面与ISRT、不平整的机腹对隐身的影响谁大谁小？F22的附面层隔道对隐身不利，歼20的进气道唇口不符合平行法则对隐身也不利，怎样评价其影响？...
李鹤帅 发表于 2011-3-19 21:57

35的突出物见2楼（图3）和5楼（图11），无遮无拦，与黑丝的作动筒相比不遑多让；而黑丝的作动筒大小，与F-22、T-50的作动筒相比只有数量级的区别，似乎不必特意拿出来说的。

问题就是鸭翼。俺的认识是：其实在整个RCS中，各个翼面前缘是主要反射源之一。但是，以“突出物”而论，所有翼面都没有主翼突出吧？那么，既然主翼放在那里，加上长长的前缘机动襟翼，RCS都可以小到0.001，因此似乎没有理由认定比它小得多的鸭翼，其RCS就肯定比主翼还要大。（关于翼面的后掠与展长对RCS的影响，见3楼图5：展长与RCS成正比。）

因此俺觉得大家把鸭翼“突出”的问题夸张了。就鸭翼而言，只要后掠且前缘不是浑圆的，就不会比主翼的RCS更大。加上鸭翼的RCS还有各种有效的处理方法（见3楼）。至于与机身的接缝、转轴，俺前面都说过了（见4楼），欢迎指正。

黑丝的进气道唇口俺在前面也说道过了，虽然也有后掠，但确实“交代”得没有加莱特那么清晰，整个还要观察。

AbanDoneeR 发表于 2011-3-19 21:11


    楼主可是蜀黍级别的哦。隐身设计当中本来就是细节决定成败的，凭外形能降10dB的话另外20dB就都在细节上呢。

嘿嘿，本蜀黍其实并不很胖……:D

绝大部分同意楼猪的观点，有二点似乎可以再改进：首先是属喷口、其次是腹鳍，改了，稳身绝对超过35，超过22 ...
ymx654321 发表于 2011-3-19 22:00

嘿嘿，本蜀黍其实并不很胖……:D

嘿嘿 好 楼主用科学道理证明了我对j20的偏爱

俺认为J-20死扣各个细节。连些不起眼的地方都不放过。所以隐身能力应该很好。起码正面没有问题。如果整体都不行抠这些细节真没有多大作用。
后面俺也不担心。突防用隐身前面和侧面够了。等到目视空战了后面隐身做的好也没有用。而且如果能够超巡的话即使从后面被发现了也不用太担心。