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隐(yǐn)身(shēn)技术在(zài)无人机上的应(yīng)用

 

一、隐身技术的(de)工作原理与功(gōng)能

19世纪发明的雷达,在(zài)第二(èr)次世界大战中首次用于军(jun1)事。雷达是一种利用无线电波发现(xiàn)目标并测定其位置的装置。其(qí)简单工作原理是:由雷达发射装(zhuāng)置发出无线电波束(脉冲无线电(diàn)波束(shù)和连续无线电波束);碰到目标后(hòu),其(qí)中的一小部分波束就反射到雷达接(jiē)收装置(zhì),由(yóu)此来测定目(mù)标(biāo)的(de)距离、方(fāng)位和(hé)高度等参数。雷达(dá)的问世(shì),使人类的探测技术和能力跨上了新的台(tái)阶;同时,也向反探测技术提出了新的(de)挑战。人(rén)们(men)为(wéi)了提高目标反雷达探(tàn)测的(de)能力,不懈地奋(fèn)斗了几十年,终于(yú)探索到一条新的隐身途径。与(yǔ)早期的隐身术——伪(wěi)装术相(xiàng)比,今天的隐身技术已(yǐ)起了根本变(biàn)化(huà),有了质的飞跃。下面(miàn)从反雷达探(tàn)测和反红外(热)探测两个方面简单介绍隐身技(jì)术的一些工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)与隐身(shēn)功能。

二、反雷(léi)达探测

隐(yǐn)身技(jì)术的(de)一项主要工作是(shì)提高(gāo)反雷达探(tàn)测的能(néng)力,也就是提高(gāo)目标在雷达探测下的隐身性能,通常用目标的(de)雷(léi)达散(sàn)射截面(RCS)表示(shì)。所(suǒ)谓(wèi)目标的雷达散射截面是指:目(mù)标(biāo)被(bèi)雷达发射的电磁波射中(zhōng)时,其反射电磁波能量的程度。雷达散射截面的大小,反映了目标反射电磁波能量(liàng)的(de)强(qiáng)弱;其越小,雷达就越不易探测到目标。在无人机上,常从以下几方面来(lái)减小(xiǎo)RCS

1.采用复合材料

雷达发射的电磁波碰(pèng)到金属材料(如铝(lǚ)合金蒙皮)时,由(yóu)于其是电导体,在金属材料中易感应生成相同频率的电磁流。电磁流的流动,会建立(lì)起电磁(cí)场,向雷达(dá)二次辐射能(néng)量。复合材料(liào)是由一(yī)些非金(jīn)属(shǔ)材料(如碳)和绝缘材料(如环氧(yǎng)树脂)组成(chéng),其导电率要比(bǐ)金属材料低得多(duō)。因此,当(dāng)雷达发射的电磁波碰(pèng)到复合材料时,难以感应生成电磁流和建立起电磁场,所以向雷达二次辐射能量要少得(dé)多(duō)。无人机的(de)尺寸要(yào)比有人飞(fēi)机小得多(duō);大多数无人机的(de)最大尺(chǐ)寸在5米(mǐ)以(yǐ)下。因(yīn)此,在其机体上,部分或大部分使用复合材料比有人飞(fēi)机要容易实现。

基于上述两点原因,采用(yòng)复合材料就成了无人(rén)机最普(pǔ)遍(biàn)使用的隐(yǐn)身(shēn)措(cuò)施(shī)。无(wú)人机上采用的(de)复合材料主要(yào)有:玻璃纤维(wéi)加强(qiáng)合(hé)成(chéng)树脂(zhī)、石墨与(yǔ)环氧树(shù)脂(zhī)、以芳纶纤维(wéi)为基础(chǔ)的凯芙拉、雷达吸波(bō)材料。

雷达吸波材料是一种多层结(jié)构形成的材(cái)料。它(tā)至少有三层:最外层是透波(bō)层(céng);中间层(蜂窝(wō)芯或泡沫芯)是(shì)电磁波损耗层;最内层是基板,具有反射抵(dǐ)消雷达波的特性。当雷达能量辐射到(dào)此材料(liào)结(jié)构(gòu)上时,就会被大量吸收和抵消掉。无人(rén)机常用的吸波结构(gòu)材料(liào)有:聚氨基甲酸酯泡沫(mò)芯和(hé)芳纶-环氧(yǎng)树脂蒙皮;聚苯乙烯泡沫芯(xīn)和胶(jiāo)合板(尼龙)蒙皮或碳纤维蒙(méng)皮;Nomax蜂窝芯和芳纶蒙皮;玻璃纤维蜂窝芯和石墨(mò)复合蒙皮。

2.避(bì)免使用大(dà)而平的垂直面(miàn)

当(dāng)雷达的无(wú)线电波射入两个互相垂直面中的任(rèn)一个(gè)面时,由于无线电波的“镜面反(fǎn)射”效应(yīng),就会形成二次“反弹”,最后以与入射波束相(xiàng)同的方向反(fǎn)射波束到(dào)雷(léi)达。无人机的立尾与(yǔ)水平尾翼(yì)、机翼上的(de)垂直安定面、机翼下(xià)挂架、翼(yì)身连(lián)接处等(děng)都会形成强烈的雷(léi)达反(fǎn)射区域。为减小RCS,在无人机(jī)上采用内(nèi)倾(qīng)的双立尾、翼(yì)端(或翼(yì)上)安定面(miàn)、机身侧(cè)边等构型。

3.采用光洁平滑的外(wài)形

无人机在雷达探测下,其(qí)蒙(méng)皮上生成电磁流。当(dāng)这些(xiē)电磁流流动(dòng)到(dào)不(bú)连续处时,就被“耗散”或者辐射电磁(cí)能,而其中一部分(fèn)电磁(cí)能就(jiù)会反(fǎn)射回雷达。因此,无人机形状(zhuàng)轮廓等(děng)剧变状况,或是尖削的翼后缘(yuán)与翼尖(jiān)、操纵面(miàn)以及机(jī)体连接处(chù)等(děng)的不连(lián)续性,都会使其(qí)成为(wéi)雷达能量(liàng)的良好散(sàn)射(shè)体,当不连续处垂直于雷达波束(shù)时(shí),这种效(xiào)应最强。

基于上(shàng)述原因,无人机在外形上采用:机翼、机身、尾翼和短舱连接处光滑地过渡,或机(jī)翼与机(jī)身高度融合的构型。机翼(yì)为下单翼时,采用(yòng)平整(zhěng)的翼身组合下侧面(miàn);平滑的曲(qǔ)面外形;后掠(luě)的机翼(yì)后缘和尾翼后(hòu)缘。

4.注意凹状结构的隐身

凹状结构具有角反射器的特(tè)性。角反射器(qì)是由3个互成90度的(de)表面角(jiǎo)连(lián)接而(ér)成。当雷达的(de)无线电波射入这3个(gè)表面中的任一表面时,可(kě)能形(xíng)成(chéng)三次“反弹”,从而在宽(kuān)的视界角范围(wéi)内返回强的电磁(cí)波(bō)能量到雷达。发动机进气道、尾(wěi)喷管(guǎn)、排气口(kǒu)等都可看作凹(āo)状结(jié)构,具有较大的雷(léi)达信号特(tè)征(zhēng)(对发动机尾喷管来(lái)说(shuō)还有红外辐射(shè)特(tè)征)。因此(cǐ)对这类凹状结(jié)构应采取隐身措施(shī)。

三、一般采(cǎi)用的(de)隐身方法(fǎ):遮蔽法

这种方法是利用机体的某一(yī)部分遮(zhē)避发动机的进气道(dào)或尾喷(pēn)口(kǒu),以减小雷(léi)达(dá)探测(cè)的视角范围。例(lì)如,将发动机(jī)装在机身背上,由机身挡住发(fā)动机进(jìn)气(qì)道和尾(wěi)喷口(kǒu),以免上视雷(léi)达探测;把发动机装于机(jī)身中,发动机进气口设在机身顶上或(huò)机翼上方的机身(shēn)两侧,由(yóu)机身或机翼挡住(zhù)进气口,以免(miǎn)上视雷达探测。

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                                ( 美丽的云南昆明劲鹰无人机飞机(jī)场)

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