雷达和隐形飞机
http://www.newdu.com 2024/11/28 08:11:54 人民教育出版社 佚名 参加讨论
雷达和隐形飞机 湖北省枣阳市兴隆二中 谢江涛 丁照明 一、雷达 雷达是利用电磁波发现目标，并测定其位置的电子设备。发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。  雷达由天线系统、发射装置、接收装置、防干扰设备、显示器、信号处理器和电源等组成。其中，天线是雷达实现天空域、多功能、多目标扫描的技术关键；信号处理器是雷达的核心组件。雷达发射出的无线电波碰到飞机会被反射，并重新被雷达接收，通过处理即可显示飞机的方位。上世纪五十年代，国际上便研制出脉冲多普勒雷达，可以探寻超音速飞机。其中用到的一个重要原理就是多普勒效应，即反射回来的无线电波的频率会随飞机移动状态而变化。  二、隐形飞机的原理 隐形飞机被形象地喻为“空中幽灵”，它们行踪诡秘，能有效地躲避雷达跟踪。从原理上来说，隐形飞机的隐形并不是让我们的肉眼都看不到，它的目的是让雷达无法侦察到飞机的存在。隐形飞机之所以能“隐身”，主要是通过降低飞机的电、光、声这些可探测特征，使雷达等防空红外探测器不能够早期发现来实现的。采用两种技术，便能够减少雷达接收到的有效信号。隐形飞机最重要的两种技术是形状和材料。  1．外形设计上隐形 首先，隐形飞机的外形上避免使用大而垂直的垂直面，最好采用凹面，这样可使散射的信号偏离力图接收它的雷达。飞机在外形设计上采用了非常规布局，消除小于或等于90°的外形夹角，发动机进气口置于机身背部或机翼上面，采用矩形设计并朝上翻。2个垂直尾翼均向外斜置，机身与机翼融为一体，使飞机对所有雷达波形成镜面反射，减小雷达回波。例如，SR-71“黑鸟”飞机和B-1隐形轰炸机采用的弯曲机身；贝尔AH-1s“眼镜蛇”直升机最先采用的扁平座舱盖；在海湾战争中发挥重要的F-117A“大趋势”隐形战斗机采用的多面体技术；美国波音F-111实验机上的任务自适应机翼等。这些飞机的造型之所以较一般飞机古怪，就是因为特种的形状能够完成不同的反射功能。  2．材料使用上隐形 其次，在材料使用上，大量采用宽波段吸波性轻质耐热复合材料，并在表面涂覆放射性同位素涂层，红外探测器通过同位素放射高能粒子，使周围空气形成等离子屏障。在离子与电磁波相互作用过程中，吸收雷达波和红外辐射，整机雷达反射面降到1平方米以下。即使这一点反射，也因通过等离子体的绕射、散射而造成雷达测量上的误差，从而达到“隐身”的效果。 隐形飞机主要采用非金属材料或者雷达吸波材料，吸收掉而不是反射掉来自雷达的能量。雷达吸波材料分两大类，一类是谐振型，一类是宽频带型。其中谐振型雷达吸波材料是为了某一频率而设计的、以磁性材料为基础、能把相消干涉和衰减结合起来的吸波材料。宽频带雷达吸波材料通常通过把碳-耗能塑料材料加到聚氨酯泡沫之类的基体中制成，它在一个相当宽的频率范围内保持有效性。把雷达吸波材料与雷达能量可以透过的刚性物质相结合，形成雷达吸波结构材料，这种材料还属于保密的吸波材料之一。运用最新的材料，隐形飞机在雷达上反射的能量几乎能够做到和一只麻雀的反射能量相同，仅仅通过雷达就想分辨出隐形飞机是非常困难的。  例如，美国间谍飞机SR-71“黑鸟”机体表面的活性成分中，就使用了一种直径不到一微米的玻璃球。玻璃球的表面上被覆盖着一层金属的铁氧体，形成一种磁性涂层。这些球体就像低效的微型无线电天线一样能吸收电磁波，并在电磁波反射前就耗尽其能量——电磁波的能量是被磁性涂层中的电子吸收了。再如美制F-117“夜鹰”的机体表面，除了覆盖磁性涂层外，还在机翼等处使用了大量的石墨碳纤维复合材料和铝合金。 3．机械部件上隐形 另外，应尽量减少机身的强反射点或者说是“亮点”、发动机的噪声以及机体本身的热辐射等，因为这些方面的存在也容易“出卖”飞机的存在。此外，发动机还采用了楔形二元喷管。外壳、机匣采用蜂窝状结构，使红外辐射降低90%，噪声也大为减小，真正做到不见其身、不闻其声。例如，SR-71黑鸟飞机就采用闭合回路冷却系统，把机身的热传给燃油，或把热在大气不能充分传导的频率下散发掉。  三、反隐形技术 有隐形就有反隐形，随着对隐形技术的不断了解，各个国家同时也在不断寻求反隐形的技术。反隐形技术是对付隐形技术的方法和措施，反隐形技术主要用于军事上。由于隐形技术的迅速发展，对战略和战术防御系统提出了严峻挑战，迫使军事科研人研究反隐形技术，用于摧毁隐形兵器。 目前，反隐形技术的发展重点是针对雷达的。雷达实现反隐形的技术途径主要有以下三个方面：提高雷达本身的探测能力；利用隐形技术的局限性，削弱隐形兵器的隐身隐形；开发能摧毁隐形兵器的新武器。  虽然隐形飞机的材料和形状十分巧妙，但是还是不可避免地在雷达上会留下一点痕迹。而且，隐形飞机为了隐形，牺牲了另外的一些技术性能，比如F-117A这种先进的战机的速度就远远低于普通的战机，而且飞行高度甚至在肉眼观察范围之内，这样地面发现成为了这种隐形战机的敌人，而且已经有通过地面火炮成功击落F-117A的战例。目前，隐形飞机从最早的美国20世纪60年代的TR-1型飞机，发展到20世纪90年代的F-117“夜鹰”隐形战斗机、F-22型先进战术战斗机和A-12“复仇者”海军舰载隐形攻击机等，隐形和反隐形的不断较量将使未来飞机的结构设计和性能进一步优化。 四、隐形战机未来发展方向 等离子体是继固体、液体、气体之后的第四种特质形态，因而也被称为物质第四态。大量的实验说明，当雷达的电磁波照射到等离子云团以后会产生两种现象：首先，一部分电磁波的能量被等离子体云团吸收。这是因为电磁波在穿越等离子云团时与等离子体的带电离子互相作用，这时电磁波将一部分能量传递给了带电离子，而自身能量则大大衰减。其次，等离子云团能使电磁波产生绕射，并且，当电磁波绕过等离子云团后是继续向前辐射而不是产生反射。因此，雷达的接受机是无论如何都接受不到反射回波了。  等离子体对无线电波具有折射与吸收作用。通过在飞行器的某些部位放置一些等离子发生器，飞行过程中释放等离子流，在飞行器周围形成一种等离子电磁屏蔽层，这个屏蔽层可以让雷达所产生的波进入后与等离子相互作用，减弱或者改变返回方向，或者直接绕开，总之把飞行器 “屏蔽”起来，使雷达无法发现。据称，俄罗斯已经能够通过等离子体隐形技术和美国抗衡。 (责任编辑：admin) |