武裝直升機(jī)隱身技術(shù)

樊亦婷　吳建國(guó)　王文志　盛寶民

摘要：本文重點(diǎn)闡述了武裝直升機(jī)防目視、噪聲、雷達(dá)、紅外等探測(cè)的各類隱身技術(shù)手段，降低其被各類武器識(shí)別、定位、跟蹤的概率，盡可能地提高武裝直升機(jī)在戰(zhàn)場(chǎng)上的作戰(zhàn)性能和生存能力。

[關(guān)鍵詞]隱身技術(shù) 雷達(dá) RCS 紅外

隨著高科技在航空領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，隱身技術(shù)已不再顯得神秘莫測(cè)。導(dǎo)彈技術(shù)和電子探測(cè)技術(shù)發(fā)展迅速，極大地考驗(yàn)著武裝直升機(jī)的隱身能力以及作戰(zhàn)能力。為了更好地適應(yīng)未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)的壞境，"隱身能力"已經(jīng)成為武裝直升機(jī)的作戰(zhàn)技術(shù)指標(biāo)之一。

直升機(jī)隱身技術(shù)是通過(guò)反探測(cè)技術(shù)，降低直升機(jī)的可探測(cè)信號(hào)特征，使其在一定距離范圍內(nèi)難以被敵方探測(cè)設(shè)備所識(shí)別、定位、跟蹤以及攻擊的綜合性技術(shù)。目前探測(cè)直升機(jī)的技術(shù)手段主要有：光波、聲波、雷達(dá)、紅外、電磁波。

武裝直升機(jī)的隱身技術(shù)和固定翼飛機(jī)的隱身技術(shù)相比，有利之處在于雷達(dá)難以探測(cè)到山頭背面^飛行的直升機(jī)，當(dāng)直升機(jī)緊貼地面飛行時(shí)，地形雜波能夠更好地掩蔽直升機(jī);不利之處在于直升機(jī)速度低，雷達(dá)可以有充足的時(shí)間報(bào)警。為了躲避敵方的探測(cè)和跟蹤，在設(shè)計(jì)和使用武裝直升機(jī)時(shí)，需要采用相應(yīng)的“隱身技術(shù)”。它們主要包括：

1視覺隱身

直升機(jī)的外形尺寸越大，顏色與外部環(huán)境色彩對(duì)比度越明顯，作戰(zhàn)時(shí)就越容易被敵方發(fā)現(xiàn)?？s小外形尺寸，在直升機(jī)外部涂抹與外部環(huán)境色彩相接近的偽裝材料，可收起起落架設(shè)計(jì)，縮小旋翼尺寸，都可降低我方直升機(jī)被敵方發(fā)現(xiàn)的概率。

2降低噪聲

直升機(jī)的噪聲來(lái)源主要是旋翼和尾槳的氣動(dòng)噪聲、發(fā)動(dòng)機(jī)及輔助系統(tǒng)噪聲、傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲以及滑油散熱風(fēng)扇產(chǎn)生的噪聲等。噪聲來(lái)源復(fù)雜，幾乎覆蓋20Hz-20000Hz。如何降低直升機(jī)噪聲，將噪音降至汽車水平？實(shí)現(xiàn)方法主要有以下三種：結(jié)構(gòu)消音、被動(dòng)式消音和主動(dòng)式消音，控制噪聲在直升機(jī)結(jié)構(gòu)內(nèi)擴(kuò)散，最終達(dá)到降低噪音的目標(biāo)。結(jié)構(gòu)消音的關(guān)鍵是主副旋翼、尾槳的特殊設(shè)計(jì)，其中包括主旋翼的葉片翼梢結(jié)構(gòu)采用彎角結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)更好的消音效果。

3雷達(dá)隱身

直升機(jī)國(guó)外雷達(dá)隱身的典型是美國(guó)的RAH-66"科曼奇"隱身武裝直升機(jī)（圖1），該型機(jī)全方位應(yīng)用了針對(duì)目視探測(cè)、紅外探測(cè)、雷達(dá)探測(cè)、音響探測(cè)的隱身技術(shù)，RAH-66還加裝了雷達(dá)干擾機(jī)，紅外抑制器，可以干擾敵方。雖然因?yàn)檠邪l(fā)延期和經(jīng)費(fèi)超支等原因?qū)е缕渥罱K下馬，但是科曼奇的全方位隱身設(shè)計(jì)對(duì)直升機(jī)隱身技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展起到了推動(dòng)作用。國(guó)內(nèi)，第三代雙座直十武裝直升機(jī)的設(shè)計(jì)綜合了中外各方面的優(yōu)點(diǎn)，武器性能、電子裝備都有了質(zhì)的飛躍。通過(guò)涂抹隱形材料降低雷達(dá)、紅外的可探測(cè)率，具備隱身能力。如圖2所示。

雷達(dá)，是利用無(wú)線電的傳播方法探測(cè)目標(biāo)并定位目標(biāo)所在位置的設(shè)備，當(dāng)雷達(dá)波在傳播過(guò)程中遇到障礙物時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生反射和繞射（通常把反射和繞射稱為散射）。武裝直升機(jī)在作戰(zhàn)時(shí)，雷達(dá)波會(huì)對(duì)直升機(jī)全機(jī)身進(jìn)行照射，并接受這些散射返回的信號(hào)，即發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，因此，直升機(jī)相對(duì)于雷達(dá)發(fā)射的電磁波是一個(gè)散射源。

雷達(dá)對(duì)直升機(jī)照射所產(chǎn)生的散射回波強(qiáng)度通常是用雷達(dá)散射面積（RadarCrossSection，RCS）來(lái)表示，采用物理光學(xué)法（PO）計(jì)算面元散射，結(jié)合等效電磁流法（MEC）計(jì)算邊緣繞射。

RCS平方根物理光學(xué)（PO）表達(dá)式為：

其中，S為目標(biāo)受到雷達(dá)照射的局部面積;r為局部原點(diǎn)到表面單元dS的矢量;允為物體表面的單位法矢量;@表示接受裝置電極化方向單位矢量。

等效電磁流（MEC）計(jì)算邊緣散射表達(dá)式為：

其中，t為強(qiáng)制邊緣單位矢量方向;θ為入射線i與t的夾角;s為散射方向單位矢量。

總目標(biāo)的散射場(chǎng)是面元散射場(chǎng)和邊緣散射場(chǎng)的疊加，其雷達(dá)散射面積RCS是所有n個(gè)面元和m個(gè)邊緣的RCS求和：

計(jì)算直升機(jī)RCS計(jì)算流程框圖（見圖3）。雷達(dá)散射面積是目標(biāo)受到雷達(dá)電磁波照射后，向雷達(dá)接收器散射的電磁回波能力的量度，它反映了目標(biāo)被雷達(dá)探測(cè)到或發(fā)現(xiàn)的程度，也決定了目標(biāo)與雷達(dá)之間的距離。直升機(jī)的航向、被探測(cè)到的部位、雷達(dá)照射方位的不同，也會(huì)改變直升機(jī)的RCS響應(yīng)特性。直升機(jī)在空中時(shí)，由于航向變化，被探測(cè)到的部位不同，導(dǎo)致RCS均值不同，在S（3GHz）、C（6GHz）、X（10GHz）、Ku（15GHz）4個(gè)波段內(nèi)將機(jī)體尾部與機(jī)身的RCS均值進(jìn)行了對(duì)比。見表1。

側(cè)向方位下，直升機(jī)尾部的RCS均值約為3.5dBm2，遠(yuǎn)小于機(jī)體RCS均值，尾向方位下，則相反。

雷達(dá)隱身主要針對(duì)敵方的各種探測(cè)、跟蹤雷達(dá)。直升機(jī)對(duì)雷達(dá)的隱身，指的是直升機(jī)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的概率小于某個(gè)特定值（門限值）的情況。直升機(jī)的隱身性能的實(shí)現(xiàn)與其散射特性息息相關(guān)，所以開展對(duì)直升機(jī)雷達(dá)散射特性的研究和雷達(dá)散射截面RCS縮減研究具有重大意義。

對(duì)于雷達(dá)探測(cè)器，RCS主要取決于直升機(jī)的幾何外形和材料的物理特性。因此，減小直升機(jī)雷達(dá)散射面積RCS的方法主要有：

（1）通過(guò)對(duì)機(jī)體進(jìn)行外延設(shè)計(jì)，將強(qiáng)散射源改為弱散射源，從而降低直升機(jī)的雷達(dá)散射面積RCS。例如，將機(jī)頭略微向外延長(zhǎng)，玻璃采用具有全反射特性的導(dǎo)電鍍膜，機(jī)身設(shè)計(jì)為多面體和曲面組成的窄機(jī)身，機(jī)體設(shè)計(jì)時(shí)盡量將柱面體、橢球體所形成的鏡面反射改為尖劈形所產(chǎn)生的邊緣繞射，都可以有效降低RCS;

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道和尾噴管也是強(qiáng)收射源。通過(guò)把發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口設(shè)計(jì)成菱形，將發(fā)動(dòng)機(jī)藏在機(jī)身內(nèi)，有效降低直升機(jī)的雷達(dá)反射截面積;

（3）旋翼、尾槳、起落架都是直升機(jī)的強(qiáng)散射源，使用雷達(dá)吸波材料以及復(fù)合材料，或者吸波結(jié)構(gòu)以降低整機(jī)RCS的數(shù)值;

（4）起落架藏于機(jī)身內(nèi)部，在尾槳和槳葉根部加裝整流罩，折線式垂直尾翼設(shè)計(jì)。低RCS原則結(jié)合武裝直升機(jī)設(shè)計(jì)通用外形設(shè)計(jì)特點(diǎn)，提出通用直升機(jī)隱身模型（見圖4）。

隱身技術(shù)本身也是一門綜合性技術(shù)，需從外形、結(jié)構(gòu)、材料、電子對(duì)抗設(shè)備等方面進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，才能有效減小雷達(dá)散射面積。在現(xiàn)實(shí)作戰(zhàn)環(huán)境下，鑒于雷達(dá)測(cè)距和紅外跟蹤的綜合優(yōu)勢(shì)，雷達(dá)、紅外探測(cè)技術(shù)協(xié)同應(yīng)用。4紅外隱身

在最近幾年的戰(zhàn)爭(zhēng)中，地（空）一空導(dǎo)彈對(duì)直升機(jī)的炸毀率高達(dá)94%，由紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈所擊落的直升機(jī)占了多半，以海灣戰(zhàn)爭(zhēng)為例，多國(guó)部隊(duì)損失的直升機(jī)中，僅有少數(shù)為雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈所擊中，其余均被紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈擊中。直升機(jī)雖然可以通過(guò)緊貼地面低空飛行躲避敵方雷達(dá)的識(shí)別和探測(cè)，但是對(duì)紅外特性的抑制卻相當(dāng)有限。直升機(jī)飛行過(guò)程中，機(jī)身各個(gè)部位溫度不同，因此紅外輻射特征即輻射強(qiáng)度、輻射波長(zhǎng)和輻射能量分布也不盡相同。溫度最高的部位是發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴口以及從尾噴口噴出的廢棄噴流溫度極高，紅外輻射強(qiáng)度很大，集中于0.76～5μm的近紅外區(qū)段，紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈就是針對(duì)于直升機(jī)熾熱的發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴口進(jìn)行探測(cè)、跟蹤和攻擊。

為了避免紅外制導(dǎo)地對(duì)空導(dǎo)彈構(gòu)成的威脅，我們必須采取有效措施加以應(yīng)對(duì)。除了更強(qiáng)大的裝甲保護(hù)外，先進(jìn)的技術(shù)在對(duì)抗紅外制導(dǎo)地對(duì)空導(dǎo)彈方面也非常有用。例如，在直升機(jī)機(jī)身上安裝紅外抑制器以降低紅外輻射強(qiáng)度，從而有效降低紅外輻射特征，達(dá)到紅外隱身的目的。在尾噴口處加裝紅外擋板，最大程度上屏蔽紅外輻射。降低直升機(jī)表面的溫度，通過(guò)涂抹紅外偽裝涂料進(jìn)行隔熱，降低太陽(yáng)能吸收率，使直升機(jī)表面的溫度盡可能接近周邊的環(huán)境溫度，從而降低直升機(jī)和周邊環(huán)境的輻射對(duì)比度，不易被紅外探測(cè)，達(dá)到隱身目的。

5聲學(xué)隱身

噪聲，也是直升機(jī)的可探測(cè)信號(hào)，直升機(jī)低空航行執(zhí)行任務(wù)時(shí)，對(duì)地面的噪聲輻射極大，在作戰(zhàn)中易于被敵方發(fā)現(xiàn)，聲學(xué)隱身就是通過(guò)采用工程技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)降噪，所以針對(duì)直升機(jī)開展聲學(xué)隱身至關(guān)重要。降低直升機(jī)噪聲，主要通過(guò)采用低噪音的動(dòng)力裝置、滑油冷卻裝置，后掠式旋翼槳尖的低噪音旋翼系統(tǒng)，大截面根尖比多片主槳葉，使聲納探測(cè)系統(tǒng)難以探測(cè)或增加探測(cè)距離。

6結(jié)論

隱身武裝直升機(jī)具備強(qiáng)大的突防能力，是現(xiàn)代武裝直升機(jī)未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。直升機(jī)的隱身性能與它在戰(zhàn)場(chǎng)上的作戰(zhàn)能力和生存率密不可分。為了進(jìn)一步地提高武裝直升機(jī)的作戰(zhàn)對(duì)抗性能，世界各國(guó)都開始將隱身技術(shù)作為一項(xiàng)關(guān)乎國(guó)家戰(zhàn)略安全的新興技術(shù)進(jìn)行跟蹤和攻關(guān)。除了文章中研究的幾種隱身技術(shù)外，還有阻抗加載、共形天線、等離子體技術(shù)等隱身技術(shù)，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，各類隱身技術(shù)將全方位應(yīng)用于武裝直升機(jī)，改變戰(zhàn)術(shù)模式，未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)將成為“看不見”的戰(zhàn)爭(zhēng)。

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