中国攻克一项最难的隐身技术:歼20的隐身性能一下提高了几百倍

来源:利刃军事 2018-05-25 15:08:27

歼-20作为我国第一款、世界上第三款投入服役的第四代隐身战斗机,自曝光之日起就受到了国内外媒体广泛的关注,而隐身、超机动、超音速巡航这些名词作为集"高精尖"技术于一身的第四代战斗机所具备的典型特征,也频繁的出现在人们的视野中。

这其中,隐身能力无疑是这些四代机所具备的特征中最富代表性的了。所以,在很多场合一提起歼-20,人们更多的会对"这款战机隐身性能如何?"、"歼-20是如何做到隐身的?"这类话题报以更多的关注度。

(人们经常对歼-20隐身性能如何这种问题报以更多的关注度)

大多数人都明白,第四代战斗机之所以能做到在一般的雷达面前"隐身",和它那棱角分明且富有科技感的外形设计有着密不可分的关系。可以说,对于一架具备合格隐身能力的战斗机而言,外形隐身设计处理的因素至少占了9成,其重要性远远高于吸波涂料这类处理手段。

不过,在外形隐身设计这个系统性工程中也存在着很多难点。在隐身战斗机最重要的迎头方向的隐身处理中,除了进气道、座舱盖这些可能影响迎头方向隐身性能的因素外,最大的挑战实际上是来自本机的机载火控雷达。

(隐身战机火控雷达可能带来的对隐身的不利影响,是设计中必须解决的难题)

主要原因还是因为火控雷达为了保证合格的探测性能,它所使用的雷达罩必须保证足够的透波性,这就意味着雷达罩并不能像机身蒙皮一样把入射的雷达波反射到其他的方向去。

虽然隐身战斗机上的雷达罩都普遍采用了可以吸收或反射除X波段以外雷达波的频率选择层材料(FSS),但是考虑到现代战斗机上所使用的火控雷达均工作在X波段,那么在空战中隐身战机面对敌方战机时,不可避免的会出现敌方战机雷达波透过频率选择层雷达罩直接照射到我方机载雷达天线上造成强雷达反射信号的情况,一旦这种情况出现,隐身战机将毫无隐身性能可言。

(正在进行电击测试的F-22战机FSS雷达罩,不过却不能屏蔽火控雷达波段的雷达波)

因此,为了避免这类情况的发生,在机载雷达天线上下功夫就成了最直接的手段,这也是"低雷达截面(RCS)天线阵面系统"这项技术诞生的主要诱因。

作为歼-20隐身战斗机相控阵火控雷达系统的研发单位,中电科14所在相控阵雷达研究领域有着十分丰富的经验与知名度,被誉为"中华神盾"的052C/D型上所装备的346系列有源相控阵雷达就是出自中电科14所之手。

(被誉为"中华神盾"的346型相控阵雷达,正是出自中电科14所之手)

为了解决歼-20配套相控阵火控雷达系统的隐身问题,该所成功突破了"低雷达截面(RCS)天线阵面系统"技术,在采用了斜置天线阵面、天线阵面口径边缘处理、低RCS单元技术等多种手段后,成功的将歼-20相控阵火控雷达天线RCS相比传统雷达天线降低了数百倍,为歼-20配套相控阵火控雷达系统的成功研制立下了赫赫战功。

(中电科14所相关报道中披露的低雷达截面(RCS)天线阵面相关内容)

在上述降低天线阵面RCS的多种技术手段中,"斜置天线阵面"是运用比较广泛和知名度较高的一种。因为其原理和技术要求相对简单,因此除了四代机外,许多三代机所装备的相控阵雷达上也采用了这项技术,如美国超级大黄蜂的APG-79、瑞典JAS-39E的ES-05、我国歼-10B/C、歼-11D等先进第三代机型所装备的相控阵雷达型号。

("超级大黄蜂"及其使用的APG-79火控雷达,可见明显的斜置天线阵面设计)

有关"斜置天线阵面"的具体原理,和隐身战机利用外形设计将入射雷达波反射到其他方向的方式并无二致。由于相控阵天线使用电子扫描的优势,不需要如传统机械扫描雷达那般依靠旋转结构才能完成天线指向与扫描。因此,即使是将整个天线斜置固定也不会对性能产生任何影响。

(通过对比不难发现,斜置天线阵面可以把入射雷达波反射到其他方向)

而"天线阵面口径边缘处理"这项技术主要是为了解决相控阵天线阵面边缘与安装基座以及雷达罩之间可能会出现空腔反射从而对雷达天线反射截面积的控制造成不良影响的问题。

这个技术运用的一个典型例子就是美国F-35战斗机所装备的APG-81相控阵火控雷达,这款雷达通过在雷达天线和安装基座以及雷达罩之间的空隙内填充了大量的雷达吸波材料的方式,有效的控制了因为空腔反射带来的雷达天线反射截面积上升导致破坏了战斗机整体隐身性能的问题。

(APG-81雷达通过使用吸波材料(黑色部分)有效的减小了天线罩内的反射空腔)

至于最后一个"低RCS单元技术",则是为了解决一些相控阵雷达所使用的天线振子单元的雷达反射截面(RCS)过大的问题。

天线振子单元属于雷达天线的最基本的组成部分,在机载有源相控阵雷达的架构中,一个天线振子配合一个收发(T/R)组件才能有效的完成发射或接收雷达波的任务,而一部有源相控阵雷达上至少拥有上千个这样的单元。如果不对其加以处理,也同样容易形成较大的雷达反射截面(RCS)。

(天线振子与T/R组件组成了AESA雷达最基础的单元,图中的凸形金属片就是天线振子)

不过随着一种新型天线振子——微带天线的不断发展成熟,人们发现这种平面状的天线除了重量和体积都更加轻便的优点外,其雷达反射截面(RCS)特征相比其他传统天线振子也更加容易控制,因此在很多近年开始研发的相控阵雷达型号上,微带天线也开始得以比较广泛的运用。

(米格-35装备的甲虫-AE相控阵雷达采用了微带天线的设计,可以有效降低RCS)

通过以上对"低雷达截面(RCS)天线阵面系统"中几个主要技术手段和思路的简单分析,

不难看出我国相关科研人员在歼-20配套相控阵火控雷达的低RCS处理上还是很下功夫的,这几项技术手段的运用,基本让歼-20杜绝了因为机头雷达罩透波而导致整机迎头方向隐身性能下降的问题,对于这款隐身战斗机提升自己的整体隐身性能有着很大的意义。(利刃/QG)

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