飞机隐身说明和小部分气动原理11文档格式.docx
《飞机隐身说明和小部分气动原理11文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《飞机隐身说明和小部分气动原理11文档格式.docx（56页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
在南联盟被打下一架后，他的地位就急转直下，因为缺点突出，没几年后就开始退役，到2008年，全部的F117退役，一代名机，就这么匆匆下场，无不让人感慨。
。
雷达波也是一种波，所以它具有波的普遍特性。
一般而言，波长越长它的频率就越低，而波长越短，他的频率就越高。
比如蝙蝠嘴里发射的超声波，就是一种波长短而频率很高的声波，波长短是因为蝙蝠的嘴巴小，只能发出窄的波。
高频率的超声波具有指向性好，精度高，不易受干扰，信号回馈速度快，但传播距离短的特点。
而低频率的长波则具有相反的特点
雷达的工作频率跟他的工作性质密切相关，当频率低于3MHz时。
这时候，电磁波可以沿地球表面传播，而不受地球曲率的影响，所以可以传播的很远。
由于雷达电线的尺寸跟雷达的波长成正比，所以这种低频的长波雷达尺寸向来十分的巨大。
苏联早期的远程警戒雷达，对比下面的楼房，就可以知道这雷达有多大了。
由于雷达天线的尺寸跟波长成正比，所以大家就可以估计这雷达波的波长有多长了。
它的传播距离非常远，是用来监视美国的弹道导弹的
这个是雷达各频段的名称。
其中频率低的L波段主要用于远程警戒雷达，S波段用于中程警戒与跟踪，X波段由于体积小，所以用于空中或其他移动场合，多普勒导航雷达也是X波段雷达。
由于S波段跟X波段是目前应用最广泛，最主要的工作频段，所以隐形飞机的隐形主要就是针对这些波长做文章。
不同波长的电磁波打到飞机上截获的目标截面积RCS（radarcrosssection）的差异很大。
总的来讲，主要分三种。
1．低频区：
当雷达波的波长大于目标尺寸时，入射场的相位跟振幅都没有什么变化。
这时候整个目标都参与散射过程。
所以他的形状和细节并不重要，主要取决于他的体积。
换句话说，任你是李逵还是李鬼都不重要，它只要知道有人来了就行。
2．谐振区：
当雷达波的波长跟目标尺寸相近时，入射场的相位跟在目标长度上的变化很明显。
目标的每一部分都会影响到另一部分的场强，每一点的回波都是由很多部位相互影响的叠加。
所以很难预测回波的性质。
这时候它还是很难分清李逵和李鬼。
3．高频区：
当雷达波的波长小于目标尺寸时候，它的散射符合光学定律，目标形状间的相互作用可以忽略不计。
它的总散射可以理解为某些局部散射的单独合成。
这个时候，它就能分清李逵和李鬼了，并知道了李逵是拿斧头的，李鬼是拿狼牙棒的。
由于防空雷达和机载雷达都处于分米波和厘米波段，这些波长都小于目标尺寸，处在高频区。
所以隐形飞机的研究主要就是对付这些波长小于目标尺寸的波段。
但我们也可以看到，对于波长长的米波雷达等，由于波长大于目标尺寸，所以目标的形状不重要，整个目标都会发生散射，所以能有效提前发现隐形飞机。
这是一种预报隐形飞机的很好手段，听群里人讲，我们的远程雷达就曾照射到在日本起飞的F22战斗机。
由于雷达有效探测距离和RCS的四次方根呈正比关系。
所以要想使探测距离缩短一半，那么目标的雷达截面积（RCS）就要缩小为原来的1/16。
换句话说，除非使用隐形手段，否则单纯的依靠减小飞机的尺寸并不能有效减小雷达反射面积。
所以要想有效减小雷达反射面积，采取隐形手段才是王道。
前面说过，由于目标的散射在高频区，他的总散射场可以分解为某些局部散射场的合成。
那么那些局部的点，线，面的散射源就成了要研究的重点。
对于散射回波，主要分有镜面散射波，绕射波和行波，爬行波这几个种类。
对于镜面散射，当电磁波打到光滑的表面时候，能发生镜面散射，就像初中学的光的反射现象一样，由于镜面散射能把大部分电磁波的能量完整的散射回去，所以是一种很强的散射源。
另一种强散射源就是边缘绕射。
当电磁波打到棱线的边缘时，镜面反射已不存在，这时候，电磁波会沿着边缘产生无数条绕线。
边缘绕射是最常见的散射现象，也是一种较强的散射源。
当飞机在雷达区消除了镜面散射后，边缘绕射就成了主要的散射源。
边缘绕射是最常见也是最重要的散射源，当飞机镜面散射消除后，边缘绕射就成了主要的散射源。
比如机翼和一些部件的连接处，都容易造成边缘绕射
除此以往还有几种弱散射源，比如尖顶散射。
当电磁波打到尖顶，比如飞机机头时候，会在机头出发生绕射，但这是种弱散射源.
尖顶散射是种弱散射源~~~~~~
还有一种就是行波，当电磁波打到物体表面时，电磁波会沿着物体表面进行爬行。
这种爬行波在爬行过程中遇到表面不连续处，不同物质的交界处，缺口出等任何有剧烈变化的地方都会向外散射出电磁波，当它爬到物体末端无处可走时，就会产生绕射波。
并同时沿着原路返回，在返回途中，遇到任何不连续处会发出第二次散射。
可以看到，在表面任何有剧烈变化的地方，都会产生散射
一个爬行波的走势图，当雷达波打到飞机时，沿着机体表面爬行，从头走到尾到没路的时候，再沿原路返回，并不断发出散射，不幸的是，这返回的行波的散射方向是直对着雷达方向的。
所以飞机表面一定要极力避免出现任何不连续处。
除了上面的一些反射外，还有两个重要的反射源，那就是角反射跟腔体反射。
如果两个面互成90度角，那么入射电磁波会在里面互相反射后成强烈的回波，是个强烈的反射源，而对于腔体，也会有相似的情况，也是个强烈的反射源。
对于飞机机头的雷达整流罩而言，如果是不透波的，那么机头就会有尖顶散射，是种弱散射源。
如果是透波的，那么入射雷达波就能“看见”里面各种设备从而构成多角反射器，成了一个强反射源。
图上的这个F35用的APG－81雷达，就呈一个斜上的角度固定在那，避免互成90度，来减少反射面积。
就飞机座舱而言，则存在舱体反射。
所以F22在座舱盖上涂上了金属导电层，以减少反射面积。
那么，在雷达面前，飞机要如何修改才能做到隐身呢？
我在最开始，介绍了F117的外形布局来源。
这说明，外形的修改其实能很大的影响飞机的RCS值，事实上，飞机外形的优化一直是最好的隐形手段。
但除此之外，隐形飞机要应该做到：
1.飞机表面要尽量的平滑过渡，尽量不要有任何缺口，突出物等任何剧烈改变的地方
上面两图可以明显看出，表面的完整跟有缺口的物体对RCS的影响很大。
隐形飞机要极力避免出现各类不平滑的地方。
2.把强散射源变成弱散射源
对于一个球体而言，当雷达波照射过去后，它总存在一个方向，是正对着雷达波，因而会形成一个强烈的镜面反射。
解决办法就是把它拍拍扁，再把边缘捏的尖尖的（这不就成了一个UFO了么。
哈哈），成了边缘散射或尖劈散射。
这样一个强的镜面散射源就变成弱散射源。
事实上，圆柱体或纺锤体都会产生镜面散射。
普通飞机的机身就可以看成一个圆柱体，它是个强烈的散射源，解决办法就是把机身边缘做的尖尖的，形成尖劈角来减小RCS值.
这个样子怪怪东西是诺思罗普为研究隐身而研制的Tacitblue研究机。
注意到他下面的边线条了没有？
这个边线条的作用就是把强散射源变成弱散射源。
通过尖锐的线条，把雷达波“劈开”，并让雷达波一路沿着边线爬到尽头的尖锐角，再让它从尖锐角处呈尖顶散射开来。
这样几经折腾，散射出去的能量就非常小了.
飞机的尾喷口是个腔体，也是个强散射源，解决办法就是把喷口做锯齿处理，把强信号特征的边缘绕射改为弱的尖顶绕射，减小反射面积。
这架F35B的喷口正在往下转动，锯齿的喷口清晰可见.
3.对强散射源进行遮挡
对发动机口这些无法避免的强散射源，就应该进行一些遮挡来减小RCS，比如对发动机进气口进行遮挡，采用S型进气道，或者像B2那些采用背部进气道，这样地面的防空雷达就照射不到B2的发动机口了，这样就能减少RCS。
4.
F117的发动机不仅放在机背，地面防空雷达无法照到发动机口，而且在进气口有金属格栅，用来遮挡雷达波。
4.控制散射方向
比如采用大后掠角机翼，这样从前方照射来的雷达波经过大后掠翼后，能把散射的回波传到雷达的非危险区域。
F117的后掠翼非常大，这样就能把回波呈大角度的散射开，不易被雷达接收到。
对于存在的垂直角反射区域，由于垂直尾翼跟尾翼呈90度，是个强烈的散射源，所以可以改成V型垂尾，避免角反射。
事实上，隐形飞机的任何部位都要避免互成90度的夹角。
F117的V型垂尾，这样避免了和机身成90度的夹角。
而且F117的垂尾，机翼和机身各部分后掠的非常大，雷达波从前面照射来，都被反弹到了那遥远的远方。
事实上，还有一种方法，就是集中把回波的能量控制在很窄的几个方位内。
就好像黑夜里你打开大灯，对面有人拿镜子对你晃一下，你只会看到一闪而过的光线。
这样就算你看到了闪过的光线，但你还是无法确认他的方位
注意划红线的部分，所有的红线都是平行的，这样就把控制面集中在同一个方向上。
B2的特殊外形布局，把散射面集中控制在4个方向角上，这样就算在某点被雷达照射到了，但由于一晃而过，RCS值瞬间又变的急剧小，在雷达屏幕上就只出现一晃而过的点，雷达并不能准确捕获到他。
F22也是这样，请注意它的棱线。
都一致集中在几个方向上，整齐划一。
连尾喷口都做了相同的处理。
甚至他表面所有的锯齿都不是胡乱开的，方向性都保持一致。
对每一个细节都不放过。
吸波材料
由于飞机的隐身特殊布局会受到空气动力学的限制，它的作用是有限的。
要想进一步降低雷达的RCS，另一个有效方法就是用吸波材料。
因为隐身不仅跟物体的外形有关，而且也和物体的电磁特性有关。
吸波材料的基本功能就要求当电磁波穿过材料时候，电磁能被损耗，转化成热能并散失掉。
怎么样，有点像电流经过电阻时的能量损耗吧？
其实吸波材料依据的就是这个原理。
吸波材料又分两种，一种是涂上去的，另一种是结构型材料（如复合材料）。
早期的隐形飞机F117和B2，用的都是吸波涂料，所以每飞一次回来，就要重新涂上一遍，而且飞机还要付出额外的重量代价，很不划算
35楼
U2其实最早使用了吸波涂料，用的是铁氧体涂料。
黑色的铁氧体吸波性能好，据说F117用的也是铁氧体涂料。
只可惜他们都被打下来过。
对于复合材料，由于他本身就具有一定的透波性和吸波性，而且复合材料比金属材料的强度好，抗疲劳度高等优点，所以现代战斗机越来越喜欢用复合材料.
这张图片清楚显示了F35的尾翼，V型垂尾，主翼后襟及机身下部很多地方都大量使用了复合材料.
复合材料也受民航欢迎，波音787直接用复合材料来作为机身，波音787全身使用了高达50％多的复合材料。
但如此大规模使用复合材料的效果如何，还存在争议。
高级跑车也喜欢用复合材料，因为复合材料强度好，重量轻，易做成各种形状。
复合材料虽然价格高，但对高端跑车来说，这不是问题。
这辆帕加尼风之子Cinque全球仅10辆。
性能直接捅死兰博基尼。
复合材料的大规模应用像瘟疫一样蔓延到游艇上，这艘Wally118就是全复合材料打造，造价1400万英镑。
由于全复合材料打制，这么大艘游艇36米长，30米宽，却才95吨重。
配上3台5600马力的大功率发动机，能跑60节速度！
比咱们的022导弹艇还快。
怎么样，外形很科幻吧。
这家伙，可是在法拉利实验室的风洞里吹过风洞的。
除此以外，还有一种技术就比较火星了，叫什么阻抗加载技术，反正我常长真臻实在是不明白这名字的意思。
大概的方法就是在表面开各种槽，槽里面塞进各种腔体或有特种参数的东西。
这样雷达波照上来后，反射出振幅相当，而相位相反的回波，来相互干涉，从而把电磁波的能量相互抵消掉。
真是够火星的了。
所以这技术目前还处于理论中
这叫无源阻抗加载技术，既然有无源那就必然有有源的了，其实有源的就已经是属于电子对抗的范畴了，通过电子对抗装置，出动发射出跟入射雷达波振幅相同，但相位相反的波，来互相抵消，这样就能达到隐形的效果。
相比而言，这主动式的还是比较有点谱，美帝已经有这方面相关的技术了。
红外隐身技术
红外线其实也是一种电磁波，当物体具有一定温度的时候，就开始向外发出红外辐射。
在红外频谱中，红外辐射的高频段与可见光相连，而红外辐射的低频段与无线电波的“极高频段”相连。
这个“极高频段”就是大家所说的微波波段。
大家厨房里的微波炉就是种极高频段的波。
在这里给大家进行些小科普。
电磁波的频率从高到地的顺序分别是
γ射线>
X射线>
紫外线>
红外线>
微波>
无线电波等波段
他们的波长分别是从短到长。
我们太阳光的频谱是个复合频谱，一般而言，他夹杂在紫外线和红外线中间。
那么为什么早上和傍晚的太阳是红色的？
因为早上和傍晚我们离太阳的距离远，那些频率高的紫外线能量衰减的厉害，透过地球大气后只有红外线能剩下来，所以我们就看到了红太阳。
而中午的时候由于离太阳近，紫外线就能穿透，所以我们就能看到白色的太阳。
而在天文学上，有种红移现象。
人们在观察天体时候，发现他的电磁辐射由于某种原因而出现波长增加，在光谱上表现为向红外线波段移动，所以叫红移。
这和多普勒效应是一样的，我们在火车站听远处的火车声是沉闷的低音，火车越来越近，声音就越来越尖。
火车发出的声音在近处是种高频的声波，扩散到远处后就减弱成低频的声波。
既然如此，天文学家自然能联想到这个天体是发生了移动，而且是离我们地球越来越远。
红移现象，当天体离我们越来越远时候，电磁波传播过程中频率变慢，波长变长，从可见光区向红外线区移动。
相反，若天体离我们越来越近，则波长变短，频率升高，如同火车呼啸而来一样，声音变尖锐，光谱朝蓝光段移动，我们称为蓝移。
简而言之，就是看见红移了，说明距离变长了，看见蓝移了，说明距离变短了。
这个星体的红移现象是由哈勃最早发现的。
我们看天体图的时候，经常能看到红色的亮点，其实这就说明它发生了红移。
由于发现了星体的红移现象，而且是普遍现象，天文学家认识到我们的宇宙是不断膨胀的。
既然是膨胀的，那么把时间倒推过来，宇宙在很久以前比现在的就要小，时间再往前，宇宙更小，那么早晚存在一个时间点，宇宙是被缩小成很小的一个奇点。
也就是说，在很久很久很久很久很久很久很久。
以前，大概137亿年以前，宇宙小到只有一个点。
我们现在宇宙中所有的物质当时都被高度浓缩在那个小点内。
那时候，没有空间，没有黑暗，四周啥都没有，就只有这个奇点，也就是处于传说中的inthemiddleofnoway.
我们甚至不知道那奇点是刚刚产生的，还是一直默默无闻等在那里，非要等到那个日子的到来。
什么日子？
―――――――轰的一声，宇宙大爆炸的日子。
扯远了。
重新回到隐形科普上：
前面说过，物体只要温度上升到一定程度，就会发出红外线。
由于红外线是种高频电磁波，频率高于任何一种雷达的频率，几乎不可能用电子手段进行干扰。
所以要想降低红外信号，降低温度才是王道。
对飞机而言，热源有飞机的气动加热，太阳光的照射加热，但最大的红外辐射源就是发动机的喷口，所以降低红外信号的隐形手段就是对发动机喷口进行处理。
B2的尾喷口被压的扁扁的，这样与空气的接触面就大了，而且接触的更均匀。
使发动机排出的热气能更快更多的与空气混合来降温。
而且B2内部还有强制引射装置，使得发动机的排气强迫与引射的冷空气混合，降低红外特征。
还可以用挡板对排气口进行遮挡，比如YF23黑寡妇的排气口：
上面讲的所有隐形修行都是在能够看的见的地方，还有就是看不见的地方，就是从机体结构处下手。
因为不同材料的电磁特性不同，有些材料具有一定的透波性，能够穿透机表进入内部，在内部的腔内经过反射后再透出来。
所以在有些地方机体结构也要进行一定的优化
看这机翼的修形，由于雷达波能穿透某些材料，所以某些特殊的地方，在内部也要进行隐形优化，后面的图中显示了内部也进行了锯齿处理。
由于对这些内部结构的隐形处理网上的资料实在是少，目前能知道的就是对一些部位进行锯齿处理。
另一种就是敷隐形蒙皮，而且是整大张的隐形蒙皮，这样就能尽可能的减小需要链接的地方
等离子隐身
有迹象表明，我们的四代机会采用部分等离子体隐身技术。
等离子体是由大量自由电子，自由离子和中性离子混合成的一个体系。
高中物理知识告诉我们，当原子获得大量能量后，里面的电子运动变快速，达到一定程度就会逃逸出来。
普通气体在受到外界高能作用后，部分电子获得大量能量而脱离原子核的束缚，成为自由电子。
而那原子因为失去了电子而成为带正电的离子，这时候，气体就有导电性质。
航天飞机或飞船在降落地球大气层的过程中，由于与空气产生剧烈的摩擦，温度急速上升，空气被极化，也会产生等离子体。
由于等离子对电磁波有极大的吸收和衰减的作用，隐身效果非常好，而且等离子的胃口也不挑剔，对各个波段都通吃。
使得所有的通讯都无法正常进行，这就是所谓的“黑障”。
也就是说，要想使空气等离子化，必需要给空气很高的能量
航天飞机降落地球时，由于速度非常快，与大气剧烈摩擦，空气被极化，成为等离子体。
这时候通讯中断，就是我们常说的“黑障”。
等航天飞机的降落速度慢下来后，空气摩擦减小，等离子体消失，便又恢复了通讯。
目前的等离子隐身技术主要有开发式和封闭式两种。
对于开放式，就是把等离子云“涂抹”在飞机表面。
但对于开放式而言，飞机飞速而过，等离子能不能稳定的附着在飞机表面还是个问题。
而且需要电源以高频高压的方式放电，击穿空气成为等离子体，这过程需要消耗大量的电力，对战斗机而言，这么大量的电力来源就很成问题。
虽然等离子吸收外界电磁波的效果极佳，但他却是个高能量体，自身也会放出红外辐射！
会被红外探测装置探测到。
这些事目前等离子隐身没有突破的障碍。
所以即使航天飞机处于黑障区，无法通讯，但航天飞机还是能被红外探测装置观察到，所以我们看新闻，经常能看到红外观察装置拍摄到的航天飞机返回图像。
而另一种封闭式，就是采用双层结构，外层用玻璃钢等高强度的透波材料，把惰性气体或容易电离的气体灌到双层蒙皮中间。
把这东西结合到需要隐形的重点部位，需要隐形时就对里面放电产生等离子。
这样做不仅电力需求小，而且不会受外界的干扰，红外信号也小，而且能跟飞机结合成一体。
把它结合在某些容易产生散射的地方，就能极大的减小雷达信号，这实在是上佳的选择。
所以我们的四代重歼很可能使用这种封闭式的部分等离子隐形技术。
由于这种封闭式的等离子隐身造价高昂，而且会付出额外的重量，所以飞机不可能大量使用，只能在某些部位使用，这样的话，就必需好钢用在刀刃上。
对一些难以进行隐身处理的地方采用，比如飞机机翼的根部，这样就能大大的减小飞机的总体RCS。
从这图中可以看出，在飞机进气口，机翼根部前后缘处，都是强信号源。
所以可以在这些地方做等离子隐身处理。
机身侧面也是大的反射源，但这个就比较大而且难处理了，侧面主要还是靠外形修形
结语
目前来看，隐形最好的方法还是外形隐形，我在最开始讲F117的时候，已经很直观的用图文讲解了，同一个物体，只是改变下方位，隐形的效果就能相差非常多。
但这是理想状态下，事实上，四代飞机不仅要考虑隐形，他同样受飞机气动布局的限制，所以会存在很多的热点，对于这些热点，就需要一点一点的进行处理。
对雷达波而言，波长长的电磁波可以传播的很远，而且通常波长大于战斗机的尺寸，对战斗机的外形不挑剔，都能发生一定的散射。
因为民航的交通管制雷达大多是米波雷达，所以经常有民航雷达发现参加航展的F117和B2的情况。
但由于长波雷达频率低，分辨率差，而且信号的更新速度慢，不能跟踪快速移动的飞行目标。
所以对分辨率要求高的火控雷达和机载雷达都选用高频的短波雷达。
隐形飞机的隐形处理也就集中在对付这些短波雷达上。
我们在对付F22的时候，单靠一部或一种雷达是很难发现的，当可以多种雷达同时使用。
比如使用长波雷达进行远程预警，然后靠多部短波雷达配合预警机进行协同跟踪。
这样就能有效对付F22。
飞机的隐形处理其实是个很系统的工程，尤其是细节的处理，就好比100个喇叭都发出70分贝声，加在一起，也只不过70分贝左右（排除声音的共振等因素）。
但这里面只要有1个发出85分贝的声音，那么接收到的就是85分贝。
所以隐形的处理不能放过每一个细节。
接下来是气动部分
气动：
“Foraplanetoflywell,itmustbebeautiful.”一架飞的好的飞机，必定是架漂亮的飞机。
这话还真给说对了，从最初莱特兄弟的骨架式飞机，到第一架实用的喷气式战机Me262，再到今天闪着无数高科技第四代的F22，这飞机真是越来越耐看了。
得益于人们对空气性质的不断深入了解，人们设计的飞机越来越符合空气动力的要求。
自然飞机的性能是越来越好。
飞机该有什么样的翅膀，什么样的外形，这跟它作什么样的功用密切相关。
最初人们是通过观察鸟类的翅膀来一点一点进行摸索的。
毕竟在没有任何可用的经验面前，模仿鸟类是最保险的。
鸟儿在大自然里生活了千百万年能适应下来，必然有他的道理。
早期的时候人们走了歪路，朝扑翼机的方向发展，把翅膀拍上拍下的，他们也不想想他们那时候是什么破材料科技。
直到后来搞固定翼飞机，才算进了门道。
说起鸟人，其实做个鸟人还真一直是很多人的梦想，不过现代的鸟人不再傻呵呵的煽翅膀了，换上了固定翼，再加上几个发动机，于是。
终于。
现代鸟人，此公名叫罗西，是前瑞士战斗机飞行员。
他于08年5月穿着这套鸟人装成功飞越阿尔卑斯山。
对飞机机翼而言，翼型的选择对飞机的气动性能有直接的影响，这里有几个基本知识可以作为参考。
这里面，大家只要知道下展弦比。
展弦比大的，机翼一般都是又细又长，这种机翼的升力很大，低空低速性能很好，但缺点是阻力大。
而展弦比小的，一般机翼很短，比如三角翼，展弦比小的高速性能好，一般的战斗机都采用小展弦比机翼。
滑翔机的机翼就是典型的大展弦比机翼，它又细又长，这样就能获得最大的升力，反正滑翔机追求的不是速度，大展弦比的低速性能很好，借助气流，可以飞很远。
而对于高速飞行的飞机，波阻占很大比例，要想使波阻系数降低，就应该减小展弦比。
总的来说，对于亚音速的飞机，应该采用大展弦比的机翼，而超音速飞机则应该采用小展弦比。
还有一个是根稍比，就是机翼的翼根与翼尖之比。
对亚音速飞机而言，还要考虑诱导阻力的影响。
根稍比越大，诱导阻力的影响越大，根稍比越小
升级会员 