四代機的成功與失敗


候知健

1月11日 · 優質軍事領域創作者

在戰鬥機的前向隱身中,三大來源分別是進氣道、雷達天線、座艙。因此在涉及到殲20的隱身設計中,《中航工業首席專家技術叢書——雷達天線罩性能設計技術》,也是必須要讀的著作之一。

該書的作者在前言中簡述了自己的工作經歷:“經歷了二代機單脈衝火控雷達罩、三代機脈衝多普勒火控雷達罩、四代機寬帶相控陣隱身控火雷達罩的研製歷程”,對於“頻率選擇表面與隱身設計”開展了大量研究和探索工作。(注:很多國內的老技術人員,依然習慣將F22為代表的飛機稱為四代機,而不是五代機)

四代機的成功與失敗

圖:F35的雷達

五代機在實現前向隱身的過程中,通常會採用多種措施:比如採取向上傾斜的天線平面,即使是有對方的雷達波照射過來,也會向上方反射,把自己的暴露概率減低到最小。除此之外,最重要的措施,就是在雷達天線罩上實現選擇性的透過:

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自己雷達發射出的無線電波,無論是從內部發射出去、還是從目標上反射回來,都可以有效的自由穿透雷達罩。而敵人發射過來的雷達波——無論是來自地面、預警機、還是戰鬥機,統統都不能穿過雷達罩,只能乖乖的按戰鬥機設計好的隱身外形、反射到無法被原雷達天線接收的方向上去。

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而目前辨識雷達波是敵是我的關鍵,就在於頻率。如果把雷達波比喻成一個人,那麼頻率就是他的身份證件;而頻率選擇表面天線罩,就相當於自帶門衛的大門一樣——頻率不對就是身份證件不符標準,根本進不了門。

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頻率選擇表面(FSS)技術的最早研究起源,要追溯到美國在1785年的研究;不過運用到通信、探測領域,則已經晚到20世紀70年代早期。目前應用最廣泛的頻率選擇技術,最基本的原理是這樣的:

四代機的成功與失敗


四代機的成功與失敗

首先設計出一些不同形狀的金屬單元,並進行週期性的排列——它可以是一些小的金屬薄片規律性的鋪在介質板上,也可以是一塊完整的金屬薄板上規律性的挖開特性形狀的縫隙。

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由於波的衍射作用,不同頻率的電波照射在這些單元上,就會出現不同的諧振效果——部分電波可以完全暢通無阻的從金屬片單元之間的縫隙、空洞中傳過去;而部分電波就會被完全性的反射,無法通過。

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這些金屬單元最簡單的構型可以採用片狀結構,但也能夠採用三維立體結構——當然後者的設計加工和要遠遠複雜、昂貴的多。而單元與單元之間,還可以進一步通過加裝電容、電感、電阻等器件,進行針對性的特性調整——這甚至能使FSS的頻率選擇是能夠在一定範圍內,隨時主動調整的。

四代機的成功與失敗

圖:多層FSS

而在一個完整的FSS天線罩中,這些單元可能只佈設了一層,也可能佈設了相同設計、或者不同設計的多層結構。類似F22和殲20這些五代機,其雷達罩雖然看著很簡單,但實際上卻是整個飛機系統中,結構最為複雜的部件之一。

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在隱身飛機的設計中,類似這種又要讓自己的雷達波自由進出、又讓把別人的雷達波堅決拒之門外的衝突性要求很多,但都可以依靠更先進的理論和技術進行緩解和消弭。

比如隱身戰機要探測對手、要和己方單位通訊,就必須要發射電磁波——在三代機時代,這就像黑夜裡打開手電筒亂掃一樣。

四代機的成功與失敗

圖:F-35已經可以在保持隱身的狀態下進行電子戰,施放強力電子干擾,這就是技術進步帶來的變化,在以往是不可想象的

但是在五代機上,就能通過被動偵聽對手的各種信號,先進行大致定位,只發射非常窄的雷達波進行掃描;而且這些雷達波還特別隱蔽,頻率等特徵偽裝的和遍佈大氣層空間的噪聲信號一樣,功率還特別低。

以俄國航空學術界頂級權威費得索夫為代表的一批人,一口咬死隱身設計一定會嚴重破壞飛行性能、無法執行復雜任務的原因就在這裡:

俄羅斯時代,原有科研和工業體系的崩解、持續性的經濟困難,使得俄國在電子等領域的差距越來越大,很多新興的領域和技術體系也無力投資、深入建設。他們根本無法獲得與美國人接近的、解決設計衝突的能力,最後當然就只能靠嘴硬和自欺欺人,來完成理論自信和新型號研發上的彎道超車。

四代機的成功與失敗

圖:蘇57,俄式道路自信、彎道超車的典型產物

總有些人喜歡說俄國飛機設計師不是傻瓜——難道美國飛機設計師就是傻瓜?能被俄羅斯人用差得多的技術基礎,輕易抗衡甚至實現壓制


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