IEAE-客觀地講一講鴨翼佈局與常規佈局的隱身特性對比

鴨翼佈局不利於隱身的說法由來已久,2000初的中文互聯網上就充斥著這樣的言論,在國產戰機殲-20亮相之後,反對者們也總是拿鴨翼說事,甚至搬出了F-16的設計師希拉剋爾那句著名的:“鴨翼是沒有任何價值的,他最好的安裝位置就是在敵人的飛機上。”

今天我就剖析一下“鴨翼佈局不隱身”這種看法,看看它是否有依據,是否正確。

要談隱身,首先就要講講雷達。

雷達(Radar),英文全稱叫做:radio detection and ranging,意為“無線電探測與測距”。

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本質上就是發射電磁波,然後接收回波,根據收發前後的時間差結合電磁波的傳播速度從而計算出目標的位置。這個過程持續下去,就可以獲得目標的速度,行進方向等等信息,是一種非常有效的探測手段。

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由於可見光就屬於電磁波的一種,所以它們的很多性質是完全相同的。比如說可見光與電磁波的反射機制是相同的,它們都遵循光的反射定律。隱身技術發展的早期階段,技術人員嘗試減少飛機的“可見光反射特徵”,只有才轉向減少“電磁波反射特徵”。

具體到應用層面,就是使用吸波塗料,直接減少反射,這可降低被發現的距離。

通過精心設計的外形,使照射到飛機表面的電磁波反射到次要方向,只要敵方的雷達接受不到反射的電磁波,那就探測不到目標。具體而言,我們希望飛機被雷達照射時表現出鏡面反射的特徵,將反射方向限定在一個範圍內,儘量不反射到敵方雷達的方向。

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控制漫反射,儘可能地讓飛機在受到電磁波照射時表現出鏡面反射的特徵。

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比如F-117,它的表面稜角分明,陽光打在機身上,能看到構成機身的各個面全部都是平面。畢竟吸波塗料並不能完全吸收掉所有電磁波,那麼就要通過鏡面反射的方式,把電磁波反射到次要方向確保不被敵方的雷達接收到。

數十個平面構成了F-117的機身,這種特殊特殊的外形,並不符合空氣動力學的要求。

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當氣流流經機身表面時,各個平面之間並沒有良好過渡,會產生湍流,造成附面層分離的現象。一般的飛機只在大攻角飛行時,機身後半段,機翼後半段出現這種情況。

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但是不一樣,由於機身過渡太過突兀,即使平飛時,機翼內側,從機頭到機尾都有一定程度的附面層分離,所以它的飛行性能特別差,多虧了電傳飛控否則這玩意不可能飛起來。

那為什麼要採用這種設計呢?因為它簡單。既要考慮隱身,還要考慮氣動,整機佈局的設計就會異常複雜,而將飛機外形簡化成數十個平面,這就大大簡化了設計工作。

聰明的人已經想到了:“如果僅僅是為了控制飛機表面的電磁波反射方向,其實並不一定需要把飛機設計成完全由平面構成的外形,甚至可以把構成整個飛機的曲面拆分成無數個平面。”

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就像這樣,圓柱形拆成十邊形

但是這種做法只是理論可行,實際上製造階段完全無法實施。

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但現代隱身戰機的外形設計確實有點這個意思,比如所有隱身戰機都有的菱形機頭,但具體原理上還是有很大區別。

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說回F-117,全部由平面構成的機身和機翼設計,主要是為了降低工作量。當時的各國普遍在航空設計工作中大量使用計算機計算,但當時的計算機性能有限,無法設計綜合隱身與氣動要求的複雜外形。

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這在非隱身飛機上也有體現,輕型戰鬥機計劃的通用動力772號方案就因為當時的技術水平限制而被放棄。當時美國都搞不定複雜的鴨翼佈局氣動設計。

回到正題,隱身戰機的外形設計的第一步,就是要簡化外形,簡化雷達反射特徵。確切地說在這方面鴨翼佈局和常規佈局各有長短。

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常規佈局的水平尾翼與垂直尾翼,緊緊靠在一起,這是一個反射區,即使採用傾斜垂尾,電磁波經過多次平尾-垂尾間的多次散射最終也會有一部分原路範圍被雷達接收到。

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而鴨翼佈局的鴨翼在前,這首先造成了飛機正向反射特徵的複雜化。

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其次,鴨翼是主要的雷達波散射源,具體包括尖點散射,邊緣散射,對縫散射。但這些問題是所有翼面部件都有的,垂尾與水平尾翼的散射原理也與之相同。

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常規四尾佈局在隱身方面相比鴨翼佈局是沒有任何優勢的,至於鴨翼偏轉時RCS增加的問題,那更是無稽之談,難道常規佈局的尾翼偏轉就不會增加RCS嗎?

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在這方面,真正有優勢的是YF-23這種蝶形尾佈局,少一組翼面,雷達反射特徵更好,只是機動性差一些。對此,美軍的選擇是YF-22,這點差別對實際使用也不會造成什麼影響。


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