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隐身技(jì)术在无人机上(shàng)的应用(yòng)

 

一、隐身技术的工作(zuò)原理与功(gōng)能

19世纪发(fā)明的雷达,在第二次(cì)世界大战中首(shǒu)次用于军事。雷达是一种利用无线电(diàn)波发现目标并测定其位置的装置(zhì)。其简单工作原理是(shì):由雷达发射装置发出无线电(diàn)波(bō)束(脉冲无(wú)线电波束和连续无线电波束);碰到目(mù)标后,其中的一小部分波束(shù)就反射到雷达接收装(zhuāng)置,由此来测定目标的(de)距(jù)离、方位和高(gāo)度等参数。雷达的问世,使人类的探(tàn)测技术和能力跨(kuà)上了新的(de)台(tái)阶;同时(shí),也向(xiàng)反探(tàn)测技术(shù)提出了(le)新(xīn)的挑战。人们(men)为了提(tí)高目标(biāo)反雷达探测(cè)的能力,不懈地奋斗了几十年(nián),终于探索(suǒ)到一条新的隐身途径。与早期的(de)隐身术(shù)——伪装术相比,今天(tiān)的隐身技术已起了根(gēn)本变化,有了质的飞跃。下(xià)面从反雷(léi)达探测和反红外(热(rè))探测两个方面简单介绍隐身技术的一些工(gōng)作原理(lǐ)与(yǔ)隐身功能。

二、反雷(léi)达探测

隐身技术的一项主要工作是提高反雷达探测的能力,也就是提高目标(biāo)在雷达探(tàn)测下的隐(yǐn)身性能,通常用目标(biāo)的雷达散射截面(RCS)表示。所(suǒ)谓目标的雷达散射(shè)截面是指:目标被(bèi)雷(léi)达发(fā)射的电磁波(bō)射中时,其反射电磁波能量的(de)程度(dù)。雷达散射截(jié)面的大(dà)小(xiǎo),反映了目标反射电磁波能量的强弱;其越小,雷达就越不易探(tàn)测到(dào)目标。在无(wú)人机(jī)上,常从以下几方面来减小RCS

1.采(cǎi)用复合材料

雷达发射的电磁波碰到金属材料(如铝合金蒙皮)时,由于其(qí)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(cí)流的(de)流动,会建立起电磁场,向雷达二次辐(fú)射能量。复合(hé)材料是由一(yī)些非金(jīn)属材料(如碳)和绝缘材料(如环氧树(shù)脂)组成,其导电率要比金属材料低得多。因此,当雷达发(fā)射的电磁波碰到复合材(cái)料时,难以感(gǎn)应生成电磁(cí)流和建立起电磁场,所以向(xiàng)雷达(dá)二次辐射能量要(yào)少得多。无人机的尺寸(cùn)要比有人飞机小得(dé)多;大多数无人机(jī)的(de)最(zuì)大尺寸在(zài)5米以下。因(yīn)此,在其机体(tǐ)上,部分或大(dà)部分使用复合材(cái)料比(bǐ)有人(rén)飞机要容易实现。

基于上述两点原因,采用复合(hé)材料就成了无人机最普(pǔ)遍使用的隐身措施。无人机上采用的复合材料主要有:玻璃纤维加强合成树脂、石墨与环(huán)氧树脂(zhī)、以芳(fāng)纶(lún)纤(xiān)维(wéi)为基础的(de)凯芙拉、雷达吸波材料。

雷达吸波材料是一种(zhǒng)多层结构形成的材料。它至少有三层:最(zuì)外层是透波层;中间层(蜂窝芯或泡沫芯)是电磁波损耗层(céng);最内层是基板,具有反射抵消雷达波的特性。当雷达能量辐射到此材料结构(gòu)上时,就会被大量吸收和抵消掉。无人机常用(yòng)的吸波结构(gòu)材料有:聚氨基甲酸酯泡(pào)沫芯(xīn)和芳(fāng)纶-环氧树(shù)脂蒙皮(pí);聚苯乙(yǐ)烯泡沫(mò)芯和胶合板(bǎn)(尼龙)蒙皮或碳纤维蒙皮;Nomax蜂窝芯和芳纶蒙皮;玻璃纤维蜂(fēng)窝芯(xīn)和石墨复合蒙皮。

2.避免使(shǐ)用大(dà)而(ér)平的(de)垂直面

当雷达的无线电波射入两个互相垂直面中(zhōng)的任一个面时,由于无线电波的(de)“镜面反(fǎn)射”效应,就会(huì)形(xíng)成二(èr)次(cì)“反弹(dàn)”,最后以与入射波束相同的方向反(fǎn)射波(bō)束到雷达。无人机的立(lì)尾与水(shuǐ)平尾翼、机(jī)翼上的垂直安定(dìng)面、机翼下挂架、翼身连接处等(děng)都会(huì)形成强烈的雷达反射区域。为减小RCS,在无人机上采用内倾的双立尾、翼端(duān)(或翼上)安定面、机身侧边等构型。

3.采用光洁平滑的外形

无人机在雷达探测下,其蒙皮上(shàng)生成电磁流。当这些电磁流流动(dòng)到不(bú)连续处时,就被(bèi)“耗散”或者辐射电磁能,而(ér)其中(zhōng)一部分电磁能就会反射(shè)回雷达。因此,无人(rén)机形状轮廓(kuò)等剧(jù)变(biàn)状(zhuàng)况,或是尖削的翼后缘与(yǔ)翼尖、操纵(zòng)面以及机体连接处等的不连续(xù)性,都会使其成为雷(léi)达能量的良好散射体,当不连续处垂直于雷达波束时,这种(zhǒng)效应最强。

基于上述(shù)原(yuán)因,无(wú)人机在(zài)外形上(shàng)采用:机翼、机身、尾翼(yì)和短舱连接处光滑地过渡(dù),或(huò)机翼与机身高度(dù)融合的构型。机翼(yì)为下单翼时,采用平整(zhěng)的翼(yì)身组(zǔ)合下侧面(miàn);平滑的曲(qǔ)面外形;后(hòu)掠(luě)的机翼后缘和尾翼后缘。

4.注意(yì)凹状结构的隐(yǐn)身

凹状结构具有角(jiǎo)反射器(qì)的特性。角反射器是由(yóu)3个互成90度的表面角连接而成。当雷达(dá)的无线电波射入这3个(gè)表面中(zhōng)的任(rèn)一表(biǎo)面(miàn)时,可能形成三次“反弹(dàn)”,从而在宽的视界角(jiǎo)范围内返回强的电磁波能量(liàng)到雷达。发动机进气(qì)道、尾喷管、排气口等都(dōu)可看(kàn)作凹(āo)状结构,具有(yǒu)较大的雷达信号特征(对发动机尾喷管来说还有红外辐射特(tè)征)。因此对这类凹状结构应采取隐身措施。

三、一般采用的隐身方(fāng)法:遮蔽法

这(zhè)种方法是利用机(jī)体的某一部分遮避发动机的进气道或尾喷口,以减小雷达探(tàn)测(cè)的视角范围。例如,将(jiāng)发动机装在(zài)机(jī)身背(bèi)上,由(yóu)机(jī)身挡住发动机进气道(dào)和尾喷口,以免(miǎn)上视雷达探(tàn)测;把发动机装(zhuāng)于机身(shēn)中,发动机进气口设在机身顶(dǐng)上或机翼上方的机身(shēn)两侧,由机身或机翼挡住进气口,以免上视雷达探测。

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