隱身巡航導彈的發展及主要隱身技術分析!

巡航導彈本身RCS就已經很小了只有0.1~0.05

在做隱身處理 以這個基礎比F-22還要更隱身.....降到RCS............0.001

防空系統要探測到會很難


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自第二次世界大戰初期開始對隱身技術探索至今,隱身技術已走過了探索研究(60年代以前)、全面發展(60~70年代)和技術應用(80年代至今)三個主要發展階段。特別是進入20世紀90年代後,隱身兵器幾乎應用到所有的陸、海、空三軍武器裝備中,出現了隱身車輛/坦克 /裝甲車、隱身艦艇(如美製海影號試驗艇、法制拉菲耶特級輕型護衛艦、以色列薩爾5級輕型護衛艦,英制海魂號護衛艦、瑞典的斯米蓋試驗艇和YS2000輕型護衛艦等)和隱身飛機/導彈/魚雷(如F-117A、B-2等隱身飛機,美國的戰斧Block Ⅳ巡航導彈、AGM-129A先進巡航導彈、法國的多用途巡航導彈、英國的飆影巡航導彈、日本的 ASM-2反艦導彈等)等各種隱身兵器。尤其是在1991年爆發的海灣戰爭中,首次用於實戰的F-117A隱身戰鬥機,在整個戰爭中僅出動了2%的架次,卻攻擊了伊拉克40%的戰略目標,且無一傷亡,其出色表現再一次引起了人們對研究隱身技術的極大熱情。

  可以說隱身技術是當今陸、海、空、天、電磁五位一體的立體化戰爭中最重要、最有效的突防戰術技術措施之一。作為高技術武器的巡航導彈如果再應用隱身技術,其突防性能將得到極大的提高,同時大大增加對方的攔截難度,從而取得顯著的軍事和經濟效益。

美AGM-129

俄羅斯KH-65C3


  隱身巡航導彈的發展及其對未來戰爭產生的深刻影響

  1.隱身巡航導彈的發展

  美國在隱身技術研製領域處於世界領先地位,因此美國隱身導彈的發展更有代表性。

  在60年代以前,主要是探索隱身技術,並將初步研究成果應用在SR-71、U-2等高空偵察機上進行驗證試驗。如SR-71曙光高空偵察機的氣動外型就採用了雷達隱身技術,主要措施為採用傾斜式雙垂尾、翼身融合體外型、機體塗黑色塗料以及在機身邊條和機翼的前後沿採用塑料蜂窩結構材料。我們所熟悉的U-2高空偵察機則採用了擋板來改變紅外輻射方向,這是紅外隱身的雛形。

  在60~70年代隱身技術的全面發展時期,美國對該技術進行了有計劃、有步驟的試驗與研究工作,基本上完成了隱身技術的基礎研究和先期開發工作。如加強對電磁散射機理和雷達截面(RCS)預估等方面的基礎研究;加大對雷達吸波材料的研究力度;建設大型試驗外場、微波暗室用於測試複雜形體目標;開展對目標紅外輻射特徵的基礎研究等。美國國防高級研究項目局(DARPA)在1975年正式將隱身技術列為開發性預研計劃,以便加大開發力度。70年代末開始採用系統工程的方法進行隱身技術綜合應用研究,隱身技術相關學科的綜合研究受到重視,縮短了將先進技術轉化為先進武器的週期。在這一時期,美國空軍進行了巡航導彈先進氣動外形和低目標特徵外形方案研究以及隱身技術與其它技術的綜合應用研究。

  從80年代至今,為了增加武器系統的突防能力,美國開始在新設計的各種武器系統上廣泛採用隱身技術,並將目標特徵控制(隱身技術)列入22項關鍵技術中。在先進巡航導彈(ACM)計劃中,將隱身技術列為武器系統戰術技術要求的重要組成部分。之後,美國空軍和海軍分別對隱身巡航導彈進行了研製,空軍主要採用特殊賦形隱身技術來設計ACM,以便減小RCS值。DARPA對ACM進行了一系列突防評估,以便確保低速ACM的突防率和命中率。後來由於美蘇中導條約的簽署,美國空軍、海軍和DARPA不再單獨開展各自的計劃,而是三方聯合發展遠程常規巡航導彈(LRCCM)。這種導彈採用隱身技術和先進材料及渦扇發動機。在90年代,美國對AGM-129A/B巡航導彈、戰斧Block Ⅳ巡航導彈等進行了隱身設計。隱身技術的採用將使AGM-129A/B巡航導彈及戰斧Ⅳ巡航導彈的RCS值從0.05~0.1m2 減小到0.005~0.01m2。

  除了美國之外,俄羅斯在X-65C3等反艦導彈上首先採用隱身技術;日本也開發出了ASM-2隱身反艦導彈;英國研製了飆影、海鷹隱身巡航導彈;法國研製出了高性能的強盜以及後繼型強盜-C型多用途隱身巡航導彈;德國與法、瑞、韓等國合作研製強盜、獨眼巨人等隱身巡航導彈等。
  2.對未來戰爭產生的影響
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  巡航導彈在過去的幾次高技術局部戰爭中的重要作用已清晰可見,但由於速度低、機動性較差、進襲路線相對固定,因此其突防性能受到一定製約。如果巡航導彈採用隱身技術,則可明顯改善這一不利狀態,大大提高突防性能,這將對未來戰爭產生深刻影響。
  (1)採用隱身技術後,將使巡航導彈的RCS顯著減小
  通過特殊賦形技術、雷達吸波材料和結構材料以及紅外隱身等各種隱身技術的綜合應用,將使巡航導彈RCS顯著減小。
  (2)採用隱身技術後,巡航導彈突防能力得以提高,守方的防禦難度增大)
  由於被探測概率下降,因此巡航導彈突防能力得到提高,使反導武器系統攔截巡航導彈的時間大大減少。如導彈的RCS從0.1m2降到0.001m2,則可將對方的探測器捕獲和跟蹤目標的距離與反導武器系統攔截目標的反應時間都縮短80%以上。
  (3)採用隱身技術後,巡航導彈進攻效費比大大提高
  由於巡航導彈突防能力的提高,在增加了守方的防禦難度的同時促使守方必須增加防禦成本。據報導,為了防禦隱身巡航導彈,保衛單個目標的防禦費用將提高 2.25倍,保衛大城市將增加4.8 倍。
  (4) 隱身技術可顯著提高電子戰作戰效能

  巡航導彈採用隱身技術後,不僅使導彈的RCS大大降低,而且使電子戰效能得到提高。如降低10dB,則敵方雷達探測距離就降低到原來的56%,面搜索能力降低到原來的32%,體搜索能力降低到原來的18%,同時使敵方雷達的燒穿距離減小68%,或在敵方雷達燒穿距離一定時我方電子干擾機的功率只需原來的1/10即可,因此電子干擾機的體積可大大減小,而我方的電子戰能力大大提高。

  由此可見,隱身技術所帶來的影響絕不限於導彈本身,它將打破現有的攻防平衡,對未來戰爭產生重要影響。
  隱身巡航導彈採用的主要隱身技術分析

  隱身技術是指通過對目標特徵的有效控制,使其處在一定的遙感探測環境中能降低目標的可探測性,在一定範圍內難以被發現的技術。從廣義上講,隱身技術包括雷達隱身、紅外隱身、可見光隱身及聲波隱身技術等,當前重點發展的是雷達隱身以及紅外隱身技術,特別是雷達隱身技術,這也是狹義上的隱身技術。本文主要對導彈採用的雷達隱身技術和紅外隱身技術加以分析。

  1.雷達隱身技術
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  雷達隱身技術是通過減弱、抑制、吸收、偏轉目標的雷達回波強度,降低其RCS值,使其在一定範圍內難以被敵方雷達識別和發現的技術。雷達隱身技術又可分為電磁對消技術、目標外表的特殊賦形技術及隱身複合材料技術。電磁對消技術在國外已有較長時間的理論研究,但到目前鮮見實際應用的報導,後兩種技術主要是要減小目標的RCS技術。
  (1)目標外表的特殊賦形技術

  當雷達波照射到巡航導彈上時,將形成反射波。反射波強度與多種因素有關,如雷達入射波的方向、巡航導彈外形等,因此在滿足基本戰術技術要求的情況下,要綜合設計巡航導彈的氣動佈局和外形。分析和試驗表明,降低RCS 值的非常實用的外形設計準則主要包括:①消除產生角反射器效應的外形組合,如採用翼身融合體、內傾或外傾式單、雙垂尾設計等;②機/彈體外形採用組合的三維曲度和不斷改變的曲率半徑,避免長而恆定的曲線,以避免仰視和俯視雷達回波;③進氣道採用S形、內傾式或背負式等,合理安排進氣/排氣口,以減弱回波強度;④飛行器翼面設計應合理調整其後掠角、展弦比、根梢比等參數,以減少散射源和用邊緣衍射代替鏡面反射;⑤用某一部件對另一部件進行遮擋,減少機體突出物,儘可能去掉機/彈上外掛物或設計成可收入機內的吊架、雷達天線、風速管等,採用保形設計;⑥儘量縮小機體尺寸。通過以上外形設計,可將RCS值大大降低。據報導,在空氣動力學、動力裝置沒有重大突破的前提下,可將 RCS值減少75%~90%;在上述兩方面有重大突破後,可將RCS值減少90%~99%;如再提高隱身能力則需將外形技術、機載天線技術與材料技術結合起來,RCS值可減少99%~99.9%或更高。如美國的戰斧BlockⅣ、AGM-129A、法國的強盜-C型巡航導彈均採用以上多項隱身技術。

  (2)隱身複合材料技術.
  隱身複合材料技術主要指雷達吸波材料、透波材料與導電材料的應用技術。它利用隱身(吸波)複合材料的特殊電磁特性,將入射的電磁波能量轉化成熱能而耗損掉,以縮減飛行器某些關鍵部位的雷達回波強度。它是重要的隱身措施之一。

  隱身複合材料包括涂敷性吸波材料、結構型復合吸波材料及有源吸波材料等。吸波材料的機理是使入射電磁波能量在分子水平上產生振盪,轉化為熱能,有效地衰減雷達回波強度。按吸收機理不同,可分為吸收型、諧振型和衰減型三大類。

  1)涂敷性吸波材料.
  涂敷性吸波材料是用於塗在機體表面的一種吸收雷達波的塗料。80年代廣泛應用的吸波塗料是各種鐵氧體吸波材料,如用於釐米波段的鎚-鎬鐵氧體,用於毫米波段的鎳-鋅鐵氧體,加寬頻帶的有鎚-鋅鐵氧體。F-1l7A、B-2、F-22隱身飛機主要採用了鐵氧體吸波塗層。1987年美國還研製出一種非鐵氧體基吸波材料,它是由多種視黃基席夫鹼鹽組成的含雙鍵的聚合物,其吸波性能良好,重量僅為鐵氧體的1/10,對雷達波的衰減可達80%以上。美國研製出的另一種新型「鐵球狀」吸波塗層,其特點是價格便宜,涂敷方便,可耐 5000℃高溫。此外,國外還正在研製含有放射性同位素的塗料和半導體塗料,其特點是吸收頻帶寬,反射衰減率高,使用壽命長,能較好地滿足超音速飛行的氣動要求。

  2)結構型吸波材料%

  結構型吸波材料是一種既可作承力部件,又具有優良的電磁波吸收性能的複合材料。目前國外研製的大致有吸收劑散佈型、層板型和夾心結構型三種。吸收劑散佈型是由熱塑性PEEK、PPS等樹脂紡成單絲和復絲分別和碳纖維、玻璃纖維等特殊纖維按一定比例交替混雜成紗束,再將其編織成織物與同類樹脂製成複合材料(F-117的V形垂尾、F-22的機身和機翼蒙皮採用了此吸波材料)。層板型是將複合材料製成多層結構,最外層為透波材料,中間層為電磁損耗層,最內層則由具有反射雷達波性能的材料構成。夾心結構型是用透波性良好且強度高的複合材料作面板,以蜂窩結構、波紋結構或錐形結構作芯子,再用石墨、磁粉、泡沫吸收材料填充而製成的複合材料。由於夾心結構型複合材料重量輕、比剛度、比強度高,易做成複雜曲線結構,因此該型複合材料在隱身飛機上已得到廣泛應用。例如A-12、F-19、B-lB、B-2、YF-23等飛機上均不同程度地採用了該種材料,其中B-lB飛機上運用的該種材料竟佔整個結構材料的30%。

  3)其它新型隱身材料
  目前,國外還在不斷研究新的吸波材料,如具有螺旋結構、旋光性結構並利用其旋光色散特性吸收電磁波能量的手性聚合材料;具有極好吸波特性的納米隱身材料;具有輕質寬頻帶特性的導電高聚物材料;靠渦流損耗和磁滯損耗來降低電磁波輻射的多晶鐵纖維吸收材料;可具有感知功能、信號處理功能、自我指令並對信號作出最佳響應的新型智能型隱身材料等。總之,在不久的將來,新型吸波材料及其相關技術可能會有新的突破。
  (3)電磁對消技術

  由於飛行器反射由雷達發射到飛行器上的電磁波,因此雷達會發現該飛行器。那麼人們自然會想到,如果利用電磁對消技術,使飛行器等效為一個無反射體,那麼飛行器就不會被雷達發現了,這便實現了雷達隱身。

  實現電磁對消可採用無源對消技術,即阻抗(或電抗)加載技術以及有源對消技術,或稱有源加載技術。
  無源對消技術就是在目標表面引進另一個回波源,例如在表面開槽或開孔,通過合理設計,使其散射場和原散射場相抵消。這種方法的優點是不破壞原有外形,不增加自重,結構簡單,製造容易,經濟性好等,但這種方法只對簡單形體容易實現,而對有眾多散射中心的複雜目標,實現起來比較困難。此外無源對消技術不可能覆蓋所有頻率。

  有源對消技術是建立在逆反射基礎上的,目標必須能預知本身的電磁散射特性,然後發射一幅度與之相等、相位與之相反的電磁波,使之與目標本身的散射場相對消。要實現對消就要對目標本身成像,這就要求設計出一套先進的系統,該系統應具有多種功能,響應速度快,以便調整本機信號源的幅度和相位。顯然,有源對消只能作為一種希望得到的方法,待將來時機成熟時再予以考慮。

  2.紅外隱身技術

  紅外隱身主要是抑制武器系統在敵方紅外探測系統方向上的紅外輻射強度。紅外輻射源主要來自發動機本身的熱輻射、尾噴管噴出的高溫尾焰、武器系統表面氣動加熱、對環境輻射的反射等。對於巡航導彈來講,主要的紅外輻射源為發動機的噴口和尾焰,其次是蒙皮輻射和尾後羽狀廢氣氣柱的紅外輻射等,如戰斧系列海射型巡航導彈BGM-109A/C/D/E/F、Block 3、Block 4採用 F-107-WR-103/400渦扇發動機和MK106-0固體火箭助推器,其渦輪進口溫度為2033℃,噴管排氣溫度為315℃,燃氣溫度為 3200℃。尾焰是指發動機噴管噴出的熾熱火球,其大小、輻射強度與巡航導彈發動機推力、燃料種類、導彈飛行距離、飛行高度、飛行速度等參數有關,射程在600~1000km的巡航導彈,其尾焰長度在20m以上,在真空時其紅外尾焰可達到300m以上,而洲際導彈的紅外尾焰在真空時可達900m以上。巡航導彈蒙皮的溫度隨導彈速度的增加而呈指數規律上升,而紅外輻射能量與溫度成4次方的關係,因此其紅外輻射強度將急劇增加。因此應將改進發動機結構形式、降低尾焰溫度及其空間分佈作為實現紅外隱身的重點。

  抑制這些紅外輻射的技術主要包括:①選用渦扇發動機,降低發動機及其尾焰的輻射強度。②採用合理的外形技術;在採用低輻射發動機的同時,改變發動機及其噴管的外形結構,利用兼顧低輻射與動力要求的外形,來大大抑制其紅外輻射程度。③運用材料技術降低紅外輻射。在燃油中摻入添加劑,在噴焰中加入吸收劑和冷卻劑,一方面改變紅外輻射頻段,另一方面通過尾氣與大氣的迅速混合及冷卻劑的作用,達到快速降溫和降低輻射強度的目的。④採用噴塗吸收紅外及使用隔熱泡沫塑料等材料來降低紅外輻射。在高速飛行器表面噴塗吸收紅外的迷彩和使用隔熱泡沫塑料以及中遠紅外偽裝塗層,可以大大降低高速飛行器的紅外輻射強度。⑤採用陶瓷複合材料製造噴管,並將噴管安放在彈體上方,遮擋向前下方的紅外輻射,並在彈尾安裝紅外擋板。⑥採用二元噴管,降低排氣紅外輻射。⑦採用波瓣混合噴管,降低排氣溫度,改善溫度分佈。 ⑧採用紅外干擾技術。⑨對於彈道導彈,再入段氣動加熱是其紅外隱身的重點。因為彈道導彈再入大氣層時,因劇烈氣動加熱、頭部燒蝕及周圍空氣電離而形成的電離層尾跡能產生很強的電磁輻射。為減小輻射,提高導彈突防能力,美、俄等國都研製了採用添加易電離材料的推進劑的小型固體火箭發動機,通過控制推進劑配方,使發動機噴焰產生的電離尾跡的電磁輻射強度與真彈頭的相近,以保護真彈頭突防。另據報導,美國在核彈頭上還採用了球形隱身罩和灰體塗層,使彈頭在中段和再入段具有多種隱身功能。

  3.等離子體隱身技術

  所謂等離子體是指當任何不帶電的普通氣體在受到外界高能作用後(如對氣體施加高能粒子轟擊、激光照射、氣體放電、熱致電離等方法),部分原子中電子吸收的能量超過原子電離能後脫離原子核的束縛而成為自由電子,同時原子因失去電子而成為帶正電的離子,這樣原中性氣體因電離將轉變成由大量自由電子、正電離子和部分中性原子組成的與原氣體具有不同性質的新氣體,且在整體上仍表現為近似中性的電離氣體。這種氣體又被稱為物質的第四態或等離子態。任何物質只要加熱到足夠高的溫度,均能電離而成為等離子體。

  等離子體在整體上呈電中性,但具有很好的導電性。等離子體的重要指標是其頻率特性。如普通氣體中有0.1%的氣體被電離,這種氣體就具有了很好的等離子體性質,如果電離氣體增加到1%,這樣的等離子體便成為導電率很大的理想導電體。

  等離子體隱身技術與美國研究的「降低識別特徵」的常規隱身技術完全不同。這種隱身技術不需要改變飛行器的外形結構便可大幅度降低飛行器的RCS值,使被發現的概率幾乎為0。其隱身的基本原理是:利用等離子體發生器、發生片或放射性同位素在飛行器表面形成一層等離子云,控制等離子體的能量、電離度、震盪頻率等特徵參數,使照射到等離子體云上的雷達波在遇到等離子體的帶電離子後,兩者發生相互作用,電磁波的一部分能量傳給帶電粒子,被帶電粒子吸收,而自身能量逐漸衰減,另一部分電磁波受一系列物理作用的影響而繞過等離子體或產生折射改變傳播方向,因而返回到雷達接收機的能量很小,使雷達難以探測,以便達到隱身目的。等離子體還能通過改變反射信號的頻率,使敵雷達測出錯誤的飛行器位置和速度數據以實現隱身。彈道導彈可採用等離子體包進行隱身,即在彈頭外包一個密封的氣包,氣包內充滿等離子體。還可以在彈道導彈的彈頭和飛機關鍵部位採用等離子體塗料隱身。

  等離子體隱身技術研究始於20世紀60年代,目前俄羅斯處於世界領先水平。俄羅斯在20世紀80年代初就重點對高空超音速飛行器採用等離子體隱身技術進行了實驗,現在俄羅斯克爾德什研究中心已開發研製出第二代等離子體隱身產品。其第一代等離子體隱身技術產品是厚度為0.5~0.7mm、電壓幾千伏、電流零點幾毫安的等離子發生片。該發生片可貼在飛行器的強散射部位,以減弱電磁波,改變信號長度。其第二代等離子體隱身技術產品為等離子體發生器,在等離子發生器裡加入了易電離的氣體。它除具備第一代隱身繫統的功能外,還能向敵人發出假信號,使敵人判斷錯誤。這兩代等離子體隱身技術產品已進行了成功實驗,並獲准出口。目前俄羅斯正在研製第三代等離子體隱身繫統。據預測,該隱身繫統可能利用飛行器周圍的靜電能量來減小飛行器的截面積。此外值得一提的是等離子體隱身技術的研製和裝備費用都十分低廉,這對於降低研製和裝備費用是十分有利的

abc003 wrote:
自第二次世界大戰初期...(恕刪)


在台灣不叫隱身
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