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军事论坛 >  善隐者,上隐于九天——热点战机隐身性能分析

发表于 2017-09-22 06:36    IP属地:未知


图 7、尾部设计效果对比(图片来自网络)


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发表于 2017-09-22 06:36    IP属地:未知

  立尾面积大小和形状显著影响 RCS(约与面积平方成正比),因此除外倾外,减小立尾面积甚至取消立尾,是下一代战机获得最佳隐身效果的目标方向之一。F-22 为解决大迎角偏航稳定性问题,立尾设计得十分高大,歼-20 和 T-50 在具备鸭翼或前机动边条差动能力的情况下,放宽了偏航静稳定性,减轻了立尾压力,采用了面积缩小一半的全动式小立尾。歼-20 的全动立尾翼根有菱形切角,前向和侧面 RCS 较 T-50 稍优。但由于立尾缩小,立尾对发动机喷口的遮挡作用范围也随之减小,T-50 因发动机喷口超出较多,遮挡效果较差。歼-20 的腹鳍起到了对喷口侧面遮挡作用,这无论对雷达波还是红外隐身而言都是完全有必要的措施,同时立尾和腹鳍是必然要采取吸波结构设计的。由于 歼-20 立尾加腹鳍的总侧面积仍然小于 F-22,结合翼身融合占位比高的有利条件,虽然 F-22 尾段翼身融合最优,但歼-20侧面 RCS 仍能稍占优势。同样的问题 T-50 要解决则需要对机身结构和气动进行修改,难度较大。

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发表于 2017-09-22 06:39    IP属地:未知


图8 歼-20立尾与主翼和腹鳍的相对关系


  需要特别澄清的是,歼-20 的外倾立尾和主翼、腹鳍间并不构成直角型角反射体效应,如图8所示。有实验数据表明,当两面体间夹角超出 90 度内外 6 度以上时,角反射体宽范围强反射效应就会骤减,并趋近于正常的单平面反射特征,因此 歼-20 尾段无需担心角反射问题。但因为腹鳍向内缩进以避免与襟翼偏转空间冲突,因此形成一条纵向浅沟,造成该区域侧面边缘绕射和反射场的复杂化,有可能存在需要实测优化的地方。

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发表于 2017-09-22 06:39    IP属地:未知

(四)双斜切进气口
  进气道的雷达波反射场景比较复杂,总的来说其散射可归纳为三种:进气道唇口的边缘绕射回波、腔体散射回波、与相邻机体部件间的耦合散射回波。其中唇口边缘绕射回波在入射波电极化方向与唇口边缘平行时较强;腔体散射回波包括了直射入进气道照射到发动机叶片、经过道壁多次反射照射到发动机叶片、唇口绕射波部分进入进气道等几种场景;耦合散射主要是从相邻的机身、机翼等表面反射后耦合进入进气道的场景。

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发表于 2017-09-22 06:39    IP属地:未知

  实验证明,在对战机威胁最大的前向小角度范围内,四代机普遍采用的双外切 Caret 进气道(即双压缩斜板 Caret 式进气道)较普通矩形或单斜切矩形进气道唇口的绕射回波低 15~25dB,这是由于边缘双斜切,前向上没有与水平或垂直极化波平行的边缘。缺点是在前向十几度威胁角范围内,腔体散射部分因入射波大部分直射入道内,RCS 较高,当侧入射角继续增大超过进气口平面的法向角度外,进气道收集入射波的有效截面逐步减少,腔体 RCS 逐步降低。在采用 S 形进气道、涂覆 RAM 吸波涂层和在发动机前增加吸波导流板后,在非正对进气口平面的法向入射范围,典型的腔体散射部分 RCS 最大可降低 20~25dB,退居次席地位,此时边缘唇口绕射强度上升为首要回波源,特别是考虑普通 Caret 进气道仍需保留附面层隔离板和间隙,唇口总体绕射 RCS 会较 DSI 设计高。不过,应用双外切进气道设计时,经机身上相邻部件反射耦合进入进气道的机会较少是一个优点。Caret 进气道宽高比不宜过大,0.6~0.8 之间对隐身和进气效率平衡较有利。

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发表于 2017-09-22 06:44    IP属地:未知

  歼-20 采用的是 DSI 和双内切进气口结合的设计,较之双外切进气道,在唇口边缘绕射方面特性相似,但没有附面层隔离板的问题,而且形成腔体散射的入射波可进入范围明显缩窄。正面由于 BUMP 鼓包遮挡了相当面积的直接入射波,因此唇口绕射和腔体散射均小于相同进口面积的普通双外切 Caret 进气道。因鼓包的存在和唇口前掠,在某些特定的前侧向入射角,经相邻机身和鼓包反射耦合进入的雷达波会有所增加,但这个角度范围较小,倾角稍增大或缩小就会演变成主要向进气道外反射的有利局面。当侧视角继续增大超过斜切角度以外时,侧唇口会完全遮挡进气道避免直接入射,侧面遮挡范围远优于双外切进气道。总体来看,DSI+双内切进气道前半球综合 RCS 较双外切 Caret 会有较明显的下降,更适合搭配隐形战机外形设计,与机身或机翼的耦合效果好,有助于减少机身浸润面积降低迎头阻力。我们可以看到生产型 F-35 的 DSI 进气口已经改成与 歼-20 类似设计了,预计这类设计也将在下一代战机设计上得到普遍采用。由于 歼-20 还有进气道较长累积吸波效果更好的优势,笔者推算前半球进气道部分相对 F-22 的综合 RCS 优势会在 5dB 左右。

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发表于 2017-09-22 06:45    IP属地:未知

  T-50 的进气口也双斜切,但不确定是否应用了Caret 式激波压缩的原理,从某些图片报道看进气道内似乎还存在类似 Su-27 系列的大面积压缩调节板,因此可能还不属于 Caret 进气道,但仅从隐身角度看双斜切唇口削弱前向绕射回波的目的是相同的。T-50 的进气口远退到前机动边条之后的下方,对于低空隐蔽进入的作战模式而言,面对前上方雷达波下视搜索能够提供较好的遮挡效果,同时也掩盖了下半机身缺乏隐身设计的缺陷,这也是该机的一个设计特色。不过由于进气道偏短直,为保障超音速性能又不便安置大型吸波整流结构,所以正前方和仰视方向的腔体散射会比较突出,即使在进气道壁和发动机叶片采用吸波或绝缘涂层等措施,其 RCS 也很难抑制到 0.5~1 m2 以下。

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发表于 2017-09-22 06:45    IP属地:未知


图 9、进气道设计对比(图片来自网络)


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发表于 2017-09-22 06:46    IP属地:未知

(五)行波效应
  当入射波沿小角度掠向机身表面时会引起导电机身表面感应出行波,行波沿机身和翼面展向前行,遇到导电率不连续的边缘返回,同时在入射波方向形成二次反射。典型三代机前后向 10 度范围内表面行波反射 RCS 可能大于1 m2,机表的小台阶、缝隙或导电率不同的材料交接处都会显著增强行波反射 RCS,不进行处理的话可能增大 10dB 左右,因此必须谨慎抹平或缓降台阶、减少开口和缝隙,包括对机身、翼面端面和各种开口、缝隙倾斜或锯齿设计。此外,端面如果呈钝圆形行波反射较弱,但这会显著增加端面的镜面反射,两相比较当以抑制镜面反射 RCS 为重。

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发表于 2017-09-22 06:46    IP属地:未知

  机身长细比对行波 RCS 也有影响,长取机头至尾喷口长度,宽取机身横截面最宽处。长细比 8 比 10 的减少 2.3dB,长细比 6 再减少 1.1dB,越往下差距越小。过于细长的机身设计从隐身角度来讲并不可取。F-22、歼-20、T-50 虽然都偏长,但由于双发和外倾的缘故机身比较宽,因此长细比都在 4~5 左右,歼-20 最大为 5,行波 RCS 差距不超过 1dB。

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