袖珍人朱洁个人资料:沉默是金-三代作战飞机的隐身改进

公开展示的国际型大黄蜂模型

 在此次印度航展上，美国波音公司首次展出了F/A-18E/F“超级大黄蜂”国际型战斗机的实做模型，该机以独特的武器吊舱引起外界的关注。

国际大黄蜂和此前波音公司的F-15SE“沉默鹰”战斗机一样，都属于第三代战斗机进行隐身改进，这表明美国也意识到随着国外第四代作战飞机的出现，现有第三代战斗机的作战效能大幅度下降，需要经过改进以确保这些飞机必要的作战能力。

实际上对第三代作战飞机的隐身改进从上世纪90年代就开始了，当时美国空军决定对现有F-16战斗机进行“隐身‘改进以提高这些飞机在超视距空战中的作战能力，主要措施包括在座舱盖涂上金沉积镀层，以反射雷达电波，同时在进气道也涂有吸波材料，这些都在一定程度上降低了飞机的RCS，此后美国一直在进行相关的研究，比如为F-16换装DSI进气道，采用隐身的喷管等，但考虑到成本、及重量等因素，加上美国空军认为潜在威胁如俄罗斯及我国难以在短期内研制出第四代作战飞机，而凭借现有的作战飞机只需要升级航空电子及火控系统、机载导弹就可以应付现有威胁，所以一直没有进行相关的改装，但是新世纪俄罗斯T-50和我国歼-20型隐身作战飞机的研制取得了明显的进展，尽管美国空军拥有180架左右的F-22，具备足够的空中优势作战能力，但是F-35却因为种种问题被拖延，由于F-35是新世纪美国给盟友的主力空战武器，这意味着这些国家在面对中俄第四代作战飞机中处于不利的位置，因此需要一种飞机填补F-35大规模装备前的空白，最快捷、经济的措施莫过于对现有的飞机进行隐身改进。

采用隐身改进的F-16，注意前面那架F-16与众不同的金色座舱罩

F-16进行的隐身改进示意图 

我们知道战斗机隐身有两种方法；一种是外形隐身，就是根本波束控制理论对战斗机外形进行合理设计，以最大限度的降低飞机的RCS，但是对于第三代作战飞机来说，由于其外形一开始就没有考虑到隐身，而战斗机的外形是经过无数次计算、吹风、修改才确定下来的，很难再进行大的改动，所以利用外形隐身对于三代机来说无疑于重新设计，所以很难采用，一种就是涂雷达吸波材料，雷达吸波材料主要把照射到本机的电磁波转换为热能，散发掉，让对方电波无法反射，从而探测不到本机，但是从目前的技术水平来看，雷达吸波材料还存在工作频率窄、效率低的缺点，并且还增加飞机的重量，降低飞机的战术技术性能，同时由于它是将电磁波转换为热能，反而增加了飞机的红外信号特点，这在机载红外搜索与跟踪系统日益普及的今天，显然是一个不小的缺点，所以第三代战斗机的隐身改进需要综合进行考虑。

隐身作战飞机的波束控制概念 

既然无法从整体上达到隐身效果，那么就只能有重点采取隐身措施，对于战斗机来说，前向RCS是关键，这是因为机载火控雷达、雷达制导空空导弹对于迎头飞来的目标，作用距离最大，因此现代空战作战飞机一般都是迎头进入，以最大限度的发挥雷达和导弹的性能，机载雷达发现目标后，应加油门增速，同时保持雷达对目标的截获和跟踪，当目标进入导弹允许发射距离时，先敌发射导弹，并在对导弹进行制导，在导弹命中目标或进入末制导阶段后，做大过载机动规避敌方导弹的攻击。因此从这个角度来说尽可能降低前向RCS是三代机隐身改进的重点。

     对于作战飞机来说，前向RCS有几个重点；雷达、座舱及进气道，还有就是机载武器，三代机大多采有机械扫描雷达，因此雷达天线垂直安装在机头内，加上整流罩采用透波材料，因此形成了镜面反射，同时雷达电波还可以透过座舱玻璃，座舱内的仪表板及座椅都是强反射源，飞机前向RCS最重要的莫过于进气道了，由进气口、进气道内壁和发动机叶片形成一个封闭的腔体结构，而腔体反射正是雷达电波比较强烈的反射形式，相当于一个角反射器，同时发动机叶片本身也是一个雷达电波的强反射源，所以隐身战斗机一般会采用多种手段来消除进气道这个强反射源，此外外挂武器的RCS也不容忽视，因为机载武器的RCS不仅来自自身，雷达电波会在外挂物和机体之间多次反射，形成互反射效应，从而增加飞机的RCS，所以三代战斗机的隐身改进基本上是围绕着这几点来进行的。

F/A-18E/F的进气道格栅，降低了飞机正面的RCS 

首先国际大黄蜂和沉默鹰都采用了机载有源相控阵雷达，这样雷达天线可以向上倾斜安装，可以就让射电波偏离照射方向，座舱玻璃采用金沉积镀层，阻挡雷达电波的进入，进气道的隐身则比较困难，因为进气道是飞机设计的难点，不能轻易改动，否则会影响飞机的总压恢复系数，从而降低发动机的推力，所以无法运用隐身飞机的S形进气道，国际大黄蜂采用的都是进气道格栅技术，就是在进气道内适当的地方安装金属板，迫使雷达电波在进气道和格栅之间多次反射，以最大限度的降低电波的强度，同时加大空腔出口电波的散程程度，以降低正面电波的发射，同时在格栅和进气道内壁涂上吸波材料可以进一步的增强隐身效果，机载武器的隐身也同样令人头疼，隐身战斗机都采用内部弹舱把武器遮蔽起来，但是对于三代机来说，在机身内增加这样一个弹舱难度很大，不过对于F-15来说，倒并不是什么难事，因为它进气道两侧本身就有两个体积较大的保形油箱，正好可以当做武器舱，但是大黄蜂战斗机却没有这么好的先天条件，波音公司另辟蹊径，为国际大黄蜂发展了武器吊舱，就是采用具备隐身外形的武器吊舱来挂载武器，这样就可以降低飞机本身的RCS，通过这些措施的采用，有效的降低了这两种飞机的RCS，有消息指F-15SE的RCS已经下降到1平方米左右，国际大黄蜂可能更低，而F-15的原来的RCS达到10平方米，也就是降低到了10倍，根据雷达探测距离与目标RCS的四次根呈正比的原理，F-15SE可以让对方雷达探测距离降低50%左右，也就是说原来一部雷达可以在100公里探测到F-15的话，那么现在降低到了50公里左右，如果配合电子干扰等措施，还可以进一步降低，应该说这个效果还是比较明显的。

采用保形弹舱的F-15SE  

 F/A-18E/F的武器吊舱使用示意图

经过隐身改进后，沉默鹰和国际大黄蜂面对三代战斗机后期改进型，特别是配备了AESA和以冲压发动机为动力中程空空导弹的那些战斗机，具备了一定的优势，在双方雷达和导弹性能相差不大的情况下，谁的RCS小显然就会占据先机，即使是面对隐身战斗机，也不会象三代机那样单纯的被动挨打，这些因为RCS降低不仅缩小了机载火控雷达的探测距离，也降低了主动雷达制导空空导弹的末制导雷达的探测距离，目前主流空空导弹的末制导雷达对于RCS=5的目标探测距离大约在20-30公里左右，那么对沉默鹰和国际大黄蜂这些的目标可能会降低到大约15-20公里左右，如果配合电子干扰还会更低，这意味着隐身战斗机需要对导弹进行更长时间的导引才能确何末制导雷达开机时能够捕捉到目标，从而增加了自己的暴露概率，当然隐身战斗机也可以从侧面靠近发起攻击，所以沉默鹰采用了倾斜垂尾以降低侧面的RCS，而国际大黄蜂采用了全向导弹告警系统来提高对侧面导弹的报警能力，但这样一来，雷达探测存在着一定的死角，可能会丢失目标；而且侧方攻击时，目标线旋转角速度较大，增加了导弹跟踪目标的难度，会降低导弹的命中率，同时当隐身飞机转向的时候，RCS较大的侧面会暴露，也增加了暴露概率，这些都为沉默鹰和国际大黄蜂提供了机会，此外国际大黄蜂配备了新型光电系统，显然设计者重视光电系统对于隐身飞机的探测能力，对于隐身飞机来说，红外隐身远没有雷达隐身那么彻底，这是比如隐身飞机几乎都采用弯曲进气道来降低RCS，却几乎没有采用弯曲喷口来降低红外信号强度，原因就是后者为损失发动机推力，从而降低飞机性能，另外隐身飞机长时间超音速巡航，机体和空气磨擦生热、以及阳光在机体上的反射等都会增加飞机的红外辐射，所以如果能够有性能较好的光电系统就会增加对隐身飞机的探测概率，特别是隐身飞机转弯，尾喷口暴露的时候，从而进一步提高飞机空战能力。 

国际大黄蜂采用了先进的光电系统（座舱前和机头下） 

不过沉默鹰和国际大黄蜂毕竟属于应急改进性质，因此其性能难以根本性提高，即使国际大黄蜂的RCS能够达到0.5平方米的水平,即三代机标准水平的1/10,也就是说能够把雷达探测距离降低一半,但是由于机载有源相控阵雷达的运用,可以较大的孔径功率之积,仍旧有较大的探测距离,目前机载有源相控阵雷达的探测距离基本在200公里左右,那么对于国际大黄蜂仍旧能够达到100公里左右的探测距离,已经可以支持AIM-120C这样级别的空空导弹的拦射了,沉默鹰和国际大黄蜂即使能够探测对方雷达或者导弹制导信号,那么本机要进行大方向侧面机动, 以增大目标线角速度，迫使导弹增加其跟踪过载，可能使导弹跟踪时因超载而失控,但是如果侧面机动角度过大,本机的雷达也会探测不到目标,从而无法为本机导弹提供制导,并且由于进行闪避机动会消耗飞机较多的能量,如果对方顺势也来一个侧转的话,就会占据正后方的绝对优势位置,这在空战中显然是非常不利的,另外这些措施对飞机本身性能也有一定的影响,比如进气道格栅会影响进气道气流状态,从而影响发动机推力,所以现在有的作战飞机格栅巡航时关闭以降低飞机的RCS,空战格斗时候打开,以满足发动机进气的需要,当这样会增加飞机复杂程度和重量,用保形油箱当做武器舱的时候,会降低飞机的载油量,从而缩短飞机的航程和滞空时间,武器吊舱如果体积较小,则难以起到应用的做用,但如果体积过大的话又会给飞机增加过多的重量和阻力,反而不利于飞机的机动,特别是在闪避对方空空导弹时候,需要做较大过载的机动,可能就不得不扔掉武器吊舱。所以美国空军在自身拥有F-22战斗机的情况下，其F-15升级仅仅包括航空电子方面的升级，而没有隐身方面的升级。

 对于我国空军来说，歼-20虽然已经首飞成功，但是量产服役可能还需要时日，因此在这种情况下，对现有三代作战飞机进行升级，以填补歼-20服役前的空白就显得比较重要，目前我国周边空军都在积考虑引进AESA、更远射程的空空导弹，因此除了配备AESA、冲压发动机主动雷达制导空空导弹外，给我国空军三代作战飞机采取一定的隐身措施也非常值得考虑，象歼-10B这样的飞机已经采用了DSI进气道，具备了一定的隐身能力，因此重点应该放在歼-11系列飞机上面，结合到成本及寿命等问题，笔者认为沉默鹰这样的方案比较适合，国际大黄蜂的RCS虽然更低，但是超级大黄蜂本身就考虑到隐身设计，被称为“准隐身飞机”，可以通过采用AESA、给座舱添加金属镀层、在进气道加装格栅以及在进气道之间和进气道下面增加保形武器吊舱来降低飞机的RCS，提高飞机的作战能力。 

作为我国现役作战飞机的主力，对苏-27/歼-11进行一定的隐身处理似乎可以考虑

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注：

参考资料：

1、战斗机气动布局设计

2、 隐身技术在进气道设计中的研究

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