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雷达隐身技术的发展及应用


电 子 科 技 大 学 学 报

Journal of University of Electronic Science and Technology of China

雷达隐身技术的发展及应用
彭淼 2013030304003 电子科技大学 微电子与固体电子学院 电子科学与技术系 成都 四川 610054

>擅要:在现代战争中,伴随高技术武器投入使用,雷达隐身技术的发展 得到了迅速提升,并逐渐成熟,在各类武器装备研制中的应用也越来越多,可 以预见在不远的未来,隐身技术必将有更好的发展与应用。
关键词:隐身技术;发展;应用

1 引言
在现代战争中,雷达要在监视和搜索敌方的同时,不被敌方侦察和电子支援系统发现, 来消除反辐射导弹和隐身目标的威胁。 从这一层面说, 兼具隐身与反隐身特性的雷达才能在 现代战场环境中立足。 海湾战争中, 联合部队的第一轮打击几乎摧毁了所有伊拉克雷达。 在失去了雷达情报的 劣势下,伊拉克的空军的作战能力基本丧失。因此,雷达及其隐身特性已成为左右现代战争 战局的重要因素之一。此外,由于现代隐身技术被广泛应用于军事领域,雷达低可视目标就 此出现,如美国的 F-117A,B-2 等。当下雷达在确保自身隐蔽的同时,又要有足以侦测到敌 方目标,这样雷达技术就面临了一个新课题——探索反隐身技术。 隐身技术的应用致使战场军事装备偏向隐身化。 由于各种精确制导武器和新型探测系统 相继出现,隐身兵器变得越发重要,隐身技术得到各军事强国的积极研究,并取得了重大进 展,部分已经投入战场,在战争中显示出巨大威力。本文在这里加以探讨。 隐身技术, 其实质是指运用各种技术、 手段、 措施来削弱、 改变、 降低兵器原有的声波、 电磁波、辐射等信息特征。其重点是缩减红外辐射功率和雷达反射功率等。由于各种精确制 导武器和新型探测系统相继出现, 隐身技术的研发和应用取得了突破性进展, 研制出隐身战 斗机、隐身轰炸机、隐身舰船、隐身巡航导弹和隐身装甲车等。隐身技术的迅速发展对战略 和战术防御系统提出了严峻挑战,迫使人们考虑如何摧毁隐身兵器并研究反隐身对抗技术。 隐身技术与反隐身对技术的发展,是相互制约、相互促进的;无论哪一方有新的突破,都将 引起另一方的重大变革。 隐身技术,又被称隐形技术或目标信号特征的“低可探测技术” 。它采用形状隐身、结 构隐身、材料隐身等反雷达探测技术,以及反红外探测、反可见光探测和反声学探测多种隐 身技术手段,控制目标的电、光、声等可探测特征,降低或消除目标被各种侦察探测系发现 的概率。隐身技术的发展及应用于战场将进一步对战争产生深刻的影响。 雷达隐身技术途径可归纳为三个方面, 即雷达散射截面(RCS)减缩技术、 干扰雷达技术(有 源于扰和无源干扰等)及战术隐身技术。而我们通常所说的狭义上的雷达隐身技术仅是指雷 达散射截面减缩术。它又可分为以下几方面: 隐身外形技术:是隐身技术的主要内容之一。一般而言,目标尺寸越大,其 RCS 可能越 大。但理论分析和实验证明,目标的几何形状对 RCS 的影响更为显著。因此,合理设计目标 外形,对于减小其 RCS 具有决定性的作用。 隐身材料技术: 是被目前各种战斗平台普遍采用的一种简单易行的反雷达探测隐身技术。 隐身材料可分为涂料型和结构型两大类。 其中结构型隐身材料把吸收电磁波的性能与承载的 机械性能有机地结合起来,是今后隐身材料研究的一个主要方向。 对消技术: 通过改变目标表面电流分布或利用有源技术产生与雷达反射波等频率、 等振

幅但相位相反的电磁波,与反射波发生相消干涉,从而消除散射信号。对消技术分为无源对 消(自适应阻抗加载技术)和有源对消两种。

2 雷达隐身技术的发展趋势
由于隐身外形技术受到气动外形及战术技术性能等诸多因素的制约, 因而就很难再有进 一步的发展。预计在今后一段时间内,隐身技术的发展将主要有以下几个方向。

2.1 新型隐身材料技术
美国卡内基-梅隆大学 1987 年发现一种新型吸波材料, 是由多种视黄基席夫碱盐组成的 含双键的聚合物,在受到雷达波照射时,其原予会进行一种轻微短暂的重新排列,从而吸收 电磁能量。它的吸波性能优于铁磁型材料,重量仅是其 1/10,目前正在研制中。在研的还 有含有放射性同位素的涂料和半导体涂料,其特点是吸收频带宽,反射衰减率高,使用寿命 长,能较好地满足超音速飞行的气动要求。

2.2 无源对消和有源对消
无源对消技术又称自适应阻 抗加载技术。它通过精密机加工 在目标表面形成洞、腔体 或缝隙, 在不影响气动外形的前提下,改 变蒙皮表面的电流分布,被动地 产生与雷达回波 频率、振幅相等 但相位相反的附加波,与雷达回 波相互抵消;或者在缝隙中接上 分布或集 中参数的电阻、 电容元 件, 以控制其二次辐射, 使其表面 的负载阻抗与自由空间波的阻抗 相 匹配,使雷达波无反射地经过 目标继续在空间传播,从而使雷 达散射截面积减小。由于飞 行器 外形复杂和雷达频率范围很宽等 因素,用这种方法减缩飞行器的 雷达散射截面积是十 分复杂和困 难的。 有源对消技术是指在飞行器 上装备有源对消电子设备,以产 生适合对消的电磁波,通过 相消 干涉减弱或消除反射波。这种方 法比无源对消具有通用性,能极 为有效地减缩飞行器 的雷达散射 截面积,是一种具有发展前景的 隐身技术。但它要求飞行器上具 有能够测出入 射雷达波频率、入 射角、波形和强度的高性能传感 器等对消电子设备,并能实时地 产生对 消所需要的电磁波信号, 因此技术难度比较高,到目前为 止尚未有实际应用。

2.3 雷达吸波结构材料
雷达吸波结构材料是由吸波材料和能透过雷达波的刚性材料相组合而成。 它是将非金属 蜂窝结构表面用碳或其它耗电磁能材料加以处理, 然后再把金属蒙皮粘结在其表面而制成的 刚性板料。它既能吸收高频雷达波,又能吸收低频雷达波。非金属透波蒙皮通常用玻璃纤维 和芳纶纤维的树脂基复合材料制成,表面喷涂 吸波材料,蜂窝芯网通常用含有碳粉类耗电 磁能添加剂的树脂浸渍,从而得到特定的阻抗。 它与涂敷型雷达吸波材料相比,除了有吸 波和承载功能外,还有其它显著的特点,如有助于拓宽吸波频带,不增加飞行器的重量等, 所以它有逐步取代涂敷型 雷达吸波材料的趋势。 雷达复合结构材料已经历了由玻璃纤维增 强到碳纤维及其混杂纤维、由次承力件到主承力件、 由热固性树脂到热塑性树脂的发展过 程。 随着先进复合材料在飞行器上应用的不断扩大, 采用吸波结构材料已成为新一代军用飞 行器材料研究的重要方向。 可以这样说, 吸波材料的发展在很大程度上影响着隐身材料乃至 整个隐身技术未来的发展趋势。

2.4 其它技术
大气温度、湿度等变化能使雷达波束的传播发生畸变,使其覆盖范围产生“空隙”和波 瓣延伸。同时雷达波在大气层传播时会形成“传输波道” ,其能量集中于波道内,波道外几 乎没有能量。 美国海军航空系统司令部和英国费兰蒂计算机有限公司正在研究的微波传播指 示技术, 就是利用计算机测雷达波束在不同大气条件下的覆盖范围, 从而指示飞行器突防的 较为安全的途径。这也可能是隐身技术的发展方向之一。 目前,单独使用隐身技术的效果还不能令人满意,如果能与电子对抗联合,其效益将发

生质的变化。 美国一公司对突防时的飞机损失率用系统工程观点作了分析, 当 RCS 减缩技术 与电子对抗联合使用时,直到 200 公里处,飞机的损失率都为 0,即实现了全航线的安全突 防。

3 雷达隐身技术在新装备上的应用
由于世界各主要军事大国对隐身技术的重视, 使得雷达隐身技术得以迅速发展, 并进一 步走向成熟,越来越普遍地应用于各类武器装备的研制上。现在,隐身性能已经成为新型武 器装备的设计者所必须考虑的基本要素之一。

3.1 隐身飞机
F—117A 是第一种按低可探测性技术设计原则研制的实用隐身战斗机,其 RCS 仅为 0.01~0.1 平方米,比常规飞机的 RCS 缩小 2~3 个数量级。 在外形设计上,F—117A 采用了独特韵三角形飞翼式前三点起落架布局。机翼下表面与 机身上表面是由许多块小平面组成一体的三角面锥,机翼的前缘就是机身前缘线的延伸。 F-117A 机身表面和转折处的设计,使反射波集中于水平面内的几个窄波束,而不是像常规 飞机那样全方向散射,这样就能使两个波束之间的“微弱信号”与背景噪声难以区别,这种 波束很窄, 以致使雷达不能得到足够的连续回波信号, 从而难以确定是一个实在目标还是仅 为一种瞬变器声。为了防止雷达信号接触到具有高反射性的发动机风扇,F-117A 采用“网 状格栅隐蔽式”进气口,保证了进气口对于 10 厘米或更长波长的雷达几乎是不可见的。为 了隐身的需要,F-117A 不设外挂架,不挂副油箱,武器全装在机身内部。 F-117A 的机翼采用了吸波复合材料结构,机身下表面也涂覆了吸波材料。 B-2 独特的外形设计、隐身结构设计和大量采用吸波材料使得其隐身性能远远超过以往 的战略轰炸机,RCS 仅为 0.3 平方米,因此被称为先进技术轰炸机(ATB)。 B-2 采用了新的飞翼气动外形。飞翼是一种没有平尾、翼身融合的布局形式。早期的飞 翼,大多数都有立尾。而 B-2 连立尾也没有,整个飞机外形呈光滑曲线,进气道是 s 形,前 后端均呈扇贝状, 发动机排出的燃气通过扇形二元喷管, 从机翼上表面与后缘锯齿口的交汇 处排出。如此复杂的设计都是为了减小电磁波的反射强度和红外信号。除了外形设计以外, B-2 还大量使用了隐身材料。 1996 年 1 月,RAH-66“科曼奇”隐身直升机首次试飞成功,它是世界上第一架综合应 用了隐身技术的武装直升机。RAH-66 的 RCS 比目前其他任何直升机的都小,仅为 AH-64 的 1/630、OH-58D 的 1/250,其良好的隐身性能主要是通过采用隐身外形设计、广泛使用复 合材料以及采用先进的制造工艺和拼装接缝处的紧公差实现的。

3.2 隐身舰艇
隐身技术在舰艇上的应用没有飞行器广泛和成熟。 一些发达国家在许多的舰艇上都采用 了隐身技术,如美国的 DDG-51 驱逐舰、前苏联的基洛夫巡洋舰、德国的 MEKO 及以色列的 萨尔-5 护卫舰,在结构设计上大都采取了减少 RCS 的措施,但真正的隐身舰艇大多处于实 验阶段,如瑞典的“司米奇”号、美国的“海影”号。 1996 年 10 月,在 96 欧洲海军展览会上展出的英国“海幽灵”隐身护卫舰,其隐身性 能远远超出现有军舰。 “海幽灵” 的舰面上除前后各设鼍一座平顺圆滑且可上下伸缩的锥形塔台和各一座隐身 火炮外,几乎未布置其它任何多余的设施,舰面显得光洁而平整。该舰整体呈光滑的流线型 结构,舰体各个部分均由规则的倾斜多面体组成,各中相交面做成圆弧状。从侧面看, “海 幽灵”的舰首为坡度极大的锥形体,其尖锐的头部直插水中,好似一枚穿波破浪的弹头,从 正面看则物如耕田之犁。 “海幽灵” 还在前后的塔台上装有雷达角反射器, 并且能根据需要上下伸缩和左右移动,

有选择性地改变雷达反射面积和反射角度, 欺骗和迷惑敌方的探测系统, 从而能更有效地对 付常规雷达的跟踪和探测。此外;该舰还在关键部位使用了吸波和透波材料,进一步提高了 舰艇的隐身能力。据称, “海幽灵”的 RCS 只相当于一艘小的渔船。

3.3 隐身坦克
80 年代中期以来,美国国防高级研究计划局和陆军战车制造部门,一直在进行坦克隐 身技术的研究,英国陆军也在研制具有隐身能力的 2000 年的主战坦克。 据称, 美国已研制成功一种高强度复合材料, 用来制造 M-2 “布雷德利” 步兵战车车体。 日本和德国所使用的无炮塔战车以及在坦克两侧加履带盖的考虑, 可能也是出于隐身的目的。 另据英国新闻媒介报道,1997 年 3 月,英国研制成功一种履带式隐身装甲侦察车,在 1997 阿布扎比国际防务展上亮相,并作了现场表演。 自 80 年代以来,隐身技术获得了迅速发展。海湾战争中,F-117A 的成功运用,使人们 充分认识到了隐身技术对现代战争的深远影响,必将导致对隐身及反隐身技术的深入研究。 相信在不久的将来。隐身技术及其武器装备一定会有新的突破和进展。

参 考 文 献
【1】钟华,李自力著《隐身技术》 ,国防工业出版社北 京.1999.04 【2】隐身技术发展现状与趋势 夏新仁 【3】宋效军,李大刚等著《隐身技术与无形战争》 ,军事谊 文出版社.北京.2001.0l 【4】董长军,国力著《现代战争的障眼术》 .国防科技大学 出版杜.长沙 2000.08 【5】王克昌,匡兴华等著《军事高技术知识教材》.解放军 出版社.1995.10


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