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1 # 鋒芒FM
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2 # 武研社
自從軍用作戰飛機誕生以來,戰機的效能不斷在提升,換了好幾代。從活塞式到噴氣式,隨著人類對戰機的效能挖掘越來越深入,更多先進的技術踴躍而出。在現在戰爭中,戰鬥機的作用越來越大,為了在未來空戰中獲取制空權,各國都非常重視高效能戰機的發展。未來戰爭是一場技術之間的較量,要想取得戰爭的勝利,必須有更加先進的戰機。
現如今,隱身效能成為現代戰機非常重要甚至首當其衝的關鍵效能,成為新一代戰機的重要設計指標。全球各大軍事強國的戰機設計又不大相同,這些戰機的氣動佈局各有優劣。那麼問題來了,氣動佈局對隱身性影響有多大呢?說出來你可能不信,氣動佈局可以說是直接影響隱身效能。
目前的新一代戰機的出現,採用新的技術在空氣動力學上都有很大的進展,還有就是新的氣動佈局,特別是解決了突破“音障”之後,出現的超音速戰鬥機脫體渦流型的發展,產生了具有高機動性的邊條翼和鴨式佈局的三角翼第三代戰鬥機,代表機型有美國的F-16和中國的殲-10戰機。當然隨著隱身效能的加入,推動了空氣動力學的進展,超音速巡航,隱身能力促使新一代戰機誕生髮展,氣動與隱身兼顧的全新形式是一個新的課題,氣動佈局研究上就要有所創新。
縱觀全球的戰機設計,無外乎以下四種類型:鴨翼-三角翼佈局,水平尾翼佈局,無尾三角翼佈局,三翼面佈局(前掠翼佈局已經被證明不適合飛行,不做表述)。而這四種大的型別中,水平尾翼佈局成為隱身時代最重要的佈局方式。比如美軍的F-22戰機,我們的殲-31戰機,以及俄羅斯的蘇-57戰機,都屬於常規佈局。
常規氣動佈局由於沒有鴨翼的影響,再加上水平尾翼處於主翼的後方,甚至處於垂直尾翼的後方,因此,當兩個翼面處於同一水平位置時,此時的隱身效能是最頂級的。尤其是水平尾翼相對較小,在空中上下襬動的幅度相對也比較小,因此,就算與主翼不是處於同一水平,對隱身效能的影響也比較小。所以,常規氣動佈局,也就是水平尾翼佈局,在隱身戰機上使用的最多。
那麼問題來了,我們的殲-20戰機並不尾於常規的水平尾翼佈局,而是採用鴨式佈局,那如何來保證它的隱身性呢?確實,不得不承認的是,鴨式佈局對於隱身效能的影響很大,因為好不容易設計好的菱形機頭,再加上隱身材料,終於可以使戰機在雷達上只有一個小不點兒,但是,前面的碩大鴨翼,立馬將戰機的雷達反射面積增大許多,戰機的隱身性會遭到嚴重的破壞,這並不符合最初的設計目標。
像蘇-30系列帶有鴨翼的戰機一樣,在機動效能方面,鴨翼確實能起到事半功倍的作用。但是,鴨翼直接破壞隱身效能,讓帶有鴨翼的第三代和第四代戰鬥機,都無法成為隱身戰機。即使塗抹了隱身材料,也並不能改變它們不是隱身戰機的事實。
而我們的殲-20戰機卻並不一樣,採用了特殊的頂尖技術來解決鴨翼不隱身的問題。最初的殲-20戰機也並不是沒有這個問題,只不過隨著其設計越來越成熟,應用的技術越來越頂尖,最終版本的殲-20戰機,鴨翼影響隱身的問題已經解決。在殲-20戰機上,鴨翼作為造型簡單結構連續的平面,比座艙,進氣道,雷達,整體角度和塗層等RCS的量級要小。解決了這些問題之後,再來考慮鴨翼問題更為妥當,而殲-20戰機早已全面考慮,並做了細節模擬與精細調整,力求達到最佳的隱身能力。
比如在殲-20戰機上精心設計的鍍膜座艙蓋,無附面層隔板的S型進氣道,雷達安放的角度調整,邊緣共角等,早已讓殲-20戰機的整體隱身效能得到了質的提升。再加上鴨翼前緣後掠角與主翼平行,在反射峰值角度上跟全機峰值是一致的,並不會在其它角度出現高峰增加被探測的機率。透過與主翼一致的降低RCS的設計方式,再加上其較小的尺寸,因此,殲-20戰機的鴨翼設計,並不會在對方的火控雷達上產生特別明顯的全向反射,不會影響其隱身效能。殲-20戰機的設計十分巧妙,可謂是聚集了我們軍工界的頂級能量,成就了這款世界頂級的新型隱身戰機。
所以說,新一代的戰機在保證良好的氣動基礎上,還要兼顧隱身,在未來,飛機氣動佈局如何掌握氣動與隱身外形綜合最佳化設計技術,這是新的一項挑戰,這也是未來乃至六代機發展需要思考的新方向。
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氣動佈局對隱身戰鬥機的影響特別大,是構成一款戰機隱身能力的主要方面之一。
雷達探測戰鬥機的原理很簡單:向空中發射雷達波,如果空中沒有目標,這些雷達探測波就一去不復返,如果有目標,雷達波觸碰到這些目標後就會反射回來,有雷達波反射就完成了對空中目標的初步探測,接下來就是持續跟蹤並用火控雷達進行鎖定。
戰鬥機的隱身,說白了就是避免照射過來的雷達波反射回去,用什麼方法呢?一是隱身塗層,第二個就是氣動佈局的設計。隱身塗層是一種特殊的塗料,這種塗料對戰鬥機機體沒有保護作用,相反隱身塗層本身還需要昂貴的維護費用,但這種塗層有一個最大的特點就是可以吸收雷達波。雷達波雖然照射到了戰鬥機,但其中的很大一部分都被隱身塗層吸收,無法形成大量反射,自然會降低戰機被探測到的機率。
理論上可以將戰鬥機整個用隱身塗層覆蓋,吸收所有的雷達波即可達到有效隱身,但實際中,雷達有的部位無法覆蓋隱身塗層,如駕駛艙蓋,另一點就是以目前的技術製造出來的隱身塗層還做不到對雷達波百分之百的吸收,因此想要讓戰鬥機有效隱身,就要在其他方面下功夫,氣動佈局此時就顯得非常有必要!
四代戰鬥機有一個共同點,那就是氣動佈局都採用流線型設計。四代機透過採用翼身融合的結構,放緩機身結構的過渡,減小飛機機身易反射雷達波的尖角和平面。採用向外傾斜的垂尾、腹鰭,傳統的天線、感測器以及武器系統要儘可能內建,這種設計的好處一是減少了戰機的反射面積,二是可以將很大一部分照射過來的雷達波進行“漫反射”,也就是將雷達波打亂,不能直接反射回發射機。
出了戰鬥機,當前水面艦艇的隱身化主要也是透過對外形的設計來實現。B2隱身轟炸機的雷達反射面積與一隻小鳥相當,之所以擁有如此好的隱身效果,除了使用隱身塗層外,其中很大一部分得益於B2的氣動佈局,事實上按照B2的外型來看,即便不使用隱身塗層,其隱身效果也比蘇27、F15等三代戰鬥機好的多。當然,依靠氣動佈局的獨特設計和隱身塗層的使用仍然無法讓戰鬥機達到最佳隱身效果,因此還要從降低發動機紅外訊號、採用低可視塗裝等多方面努力,儘可能多的提升四代機的隱身效果,但即便如此,當前的隱身戰機仍無法達到對雷達百分之百的隱身,只是大幅度降低了雷達對其有效探測距離而已。號稱戰鬥機中隱身效能最好的F22,也只能實現在先進防空雷達百公里距離之外的有效隱身。