2018-07-27 20:00:00 三少說事

作者剪水鸌

來自知乎

隱形設計的效果與雷達波長密切相關。以擁有完美導電錶面的球體為例，若其半徑 x 2 π 達到雷達波長的 10 倍以上，則回波遵循光學散射模式，信號強度/雷達反射截面與球體面積成正比 (上圖右)。如果只需考慮光學散射區，則表面積越小，雷達反射截面也越小。

然而與波長遠小於肉眼最大分辨能力，也就是說比日常被觀察物體的最小尺寸短得多的可見光不同，許多雷達的工作波長接近，甚至超過了被照射目標的典型線性尺度，回波模式相應移出了光學散射區而進入共振散射區 (繼續以完美導電錶面球體為例，半徑 x 2 π 為雷達波長的 1-10 倍，見上圖中) 和瑞利散射區 (半徑 x 2 π 為雷達波長的 0.1-1 倍，見上圖左)。

進入共振散射區後，爬行/繞射波強度迅速增大，與直接反射回波相互疊加，導致回波強度劇烈波動 (上圖中)。繞射波與直接回波的相位關係取決於波長與目標尺寸之比，相位相同時形成有利干擾，信號強度增加，相位相反時出現有源對消，回波強度減低。在共振散射與瑞利散射區交界處，反射信號強度達到頂峰，RCS 值可比球體實際截面積高出半個數量級。此後隨著波長相對目標尺寸繼續增加，回波強度迅速下降，最終絕大多數雷達波輻射能量將直接繞過目標，對其視而不見。

雷達隱形主要依賴外形設計，而能夠通過外形設計精確控制回波方向，將主要威脅錐內的信號強度成數量級降低的，只有光學散射區。共振散射區內外形設計基本失效，瑞利散射區內外形設計完全失效。因此，隱形飛機尾噴管的最小線性尺度需儘可能加大，以有效反制工作於不同波段的各類雷達。

F-117A，極其扁平的矩形橫截面噴管，雷達隱形性能極佳。其噴口周長遠大於相同截面積的圓形噴管，有利於噴流與周圍的冷空氣迅速混合，從而大幅度降低戰機後向紅外特徵。

B-2A，扁平的矩形橫截面噴管，寬高比沒有 F-117A 的誇張，位置更加靠前以挫敗上視雷達及紅外傳感器。

F-22A，矩形橫截面俯仰推力矢量噴管。與問世更早的 F-117A 與 B-2A 相比，F-22A 的尾噴管設計部分犧牲了雷達與紅外隱形性能以減少推力損失並確保超音速俯仰控制能力。該機水平尾翼處於機翼下洗流中，升力效率偏低，在無矢量狀態超音速飛行時還需產生負升力以平衡機翼升力中心的移動，控制權限進一步下降。試飛證明，F-22A 在喪失推力矢量時無法達到美國空軍提出的超音速性能指標。

YF-23A，可變橫截面積矩形非矢量噴管，雷達及紅外隱形性能優於 F-22A 的矢量噴管而弱於 F-117A 及 B-2A 的固定式扁平形噴管。“黑寡婦” II 依靠進一步放寬靜穩定度和寬闊尾部較強的引射增升效應平衡氣動中心的變化趨勢，蝶形尾力臂較長且處於乾淨流場中，無需推力矢量輔助即已滿足美國空軍提出的全部機敏性指標。

X-32，矩形橫截面俯仰推力矢量噴管。

A-12 “復仇者” II，矩形橫截面噴管。

F-35 “閃電”II 選擇圓形橫截面尾噴管的原因包括: 1) 降低成本，2) 與 F-35B 的垂直舉升系統更好地兼容，3) 隱形要求遠不及 ATA (A-12 “復仇者” II)，ATB (B-2A)，ATF (F-22A, YF-23A) 嚴格，尤其是基本無視較低波段防空雷達的存在 (注意在大國對抗背景下，即使對於失去空中支援就不知道該怎麼打仗的美軍而言，隱形縱深打擊飛機 ATA 的優先級仍然遠高於F-35 這樣的隱形前線打擊飛機。中國的第二種隱形戰術飛機應該是什麼樣子因此不言而喻)。此外，即使進行了隱形化設計之後，圓形橫截面尾噴管的推力損失仍低於矩形橫截面尾噴管，這對於推重比糟糕的 F-35 而言也算是雪中送炭。

中國的全向軸對稱矢量噴管類似地存在減少推力損失的考慮。此外，與矩形橫截面尾噴管相比，圓形橫截面尾噴管的熱負荷與機械負荷分佈較為均勻，對於結構設計與材料技術的要求相對寬鬆，也就更容易實現與大推力高推重比發動機的結合。與 F-35 的尾噴管類似，該型噴管的鋸齒形隱形處理只能對抗工作波長極短的戰鬥機雷達，空空導彈尋的頭等威脅。配備該型噴管後 J-20 的隱形性能將有所改善，但仍遠未釋放出其優秀整體設計的全部潛力。