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漫谈飞机的雷达截面积(兵器知识 2007年第6期)

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美国F-22隐身战斗机进驻日本冲绳,隐身轰炸机B-2也可驻扎关岛。对隐身飞机作战问题的热烈讨论,带热了一个词——飞机雷达截面积。  
  雷达截面积是个人为的参数,牵涉因素很多,而且因为它关系到飞机作战效能,因此所有国家都不会公开自己飞机的精确数值,或发表一些模糊的误导宣传值,所以人们从报刊或正式文献上看到的数据差别很大。本文将粗略地谈一谈有关这个参数的问题。  



1楼2007-10-06 14:06回复
    飞机RCS与雷达波长有一定关系。同一架飞机.对于波长较长的雷达,其RCS值就会稍大一些,但两者并不定是线性关系。例如某型飞机对X波段雷达(波长3.2厘米)水平极化,前方±45°平均RCS是0.4米2而对L波段雷达(波长23厘米),RCS增大到0.8米2。 
      更为复杂的是,在试验室内或室外,一部雷达对同一种飞机测量RCS值时重复性差,这表明RCS是一个随机变数,需要测量很多次再用统计方式表达。当然,实际上测量次数也不可能太多,否则科研费承受不了。所以飞机的RCS值并非一个十分精确的参数,变化幅度有可能达到0.5甚至1米2。而对于计算机模拟作战来说,有双方飞机的较全面的RCS数值是很必要的。


    3楼2007-10-06 14:06
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      2025-11-07 01:27:36
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       此外还有飞机表面各种不连续处,例如飞机上各检查口盖边缘。即使其表面对气流来说是光滑过渡,但由于介质不同,导电性能不同或有缝隙,都会产生散射。 
        当然飞机的几何尺寸大小是一个基本的决定因素,尺寸越大RCS也越大。如果飞机外露的物体尺寸与雷达波波长相近或者是雷达波长的倍数,都可能会形成一个强散射源。所以隐身飞机外面一般都没有什么外露物体,更没有现役飞机那些猫耳朵式的小进气口。 
        根据测试,现代新式战斗机各散射源对前方RCS的“贡献”比例约为:各种平面10%~20%;进气道15%~25%;翼面前缘35%~45%;座舱10%~25%。当然,这种影响大小与各部分的位置、尺寸、设计考虑以及是否采用降身技术有关。般来说,翼面前缘、进气口(含进气道)和座舱是需要特别关注的部位。


      4楼2007-10-06 14:07
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        RCS的测试及表达方法 
           
          飞机RCS的测定可以用直接测量方法,也可以用理论计算方法。前者还可分为两种:直接用飞机进行室外测量和电磁波暗室测量。关键在于是否有合适的测试设备和手段。 
          当然,也可用几何外形相似的模型来进行测试,但最好是和飞机一样大小的1:1比例模型,否则要考虑“比例效应”。例如拟测试10厘米波长雷达的飞机RCS,模型只有原飞机一半大小,则测试要用5厘米波长雷达。所以当模型太小时,例如1:10,如模拟3厘米波长雷达,试验时要用0.3厘米波长雷达。这种雷达不好找,就不好进行测试。当然,实在没有合适的雷达,将测试结果作理论修正也是可以的。 
          与此同时,模型表面反射雷达波的特性要与飞机相同或很相近。所以木制模型外表要贴金属片。另外测试所用模型可分用和不用雷达吸波涂料两种,这就可以知道用或不用涂料的效果。如果要模拟的飞机除使用吸波材料外还用雷达吸波结构(RAS),则模型的制造就更复杂了。例如B-2飞机的机翼前缘除表面有吸波材料外,内部为吸波锯齿形结构。一般遇到这情况只好不模拟雷达吸波结构的作用,所得数值还要进行这方面的人工修正。 
          没有条件测试RCS时.也可用计算方法求得。根据目标尺寸与雷达波长的关系,通常分为三个区:低频区、谐振区和高频区。目标在各区的雷达波反射特性不同。现代飞机受到的主要威胁是厘米波雷达,因此应关注飞机在高频区的RCS数值。目标在高频区的雷达散射特点是散射的独立性和局部性,即可以忽略各部分散射的相互作用。这一特点为飞行器等复杂目标RCS的计算提供了方便,即可以先进行各部分单独计算.再求其总值。目前,几何光学法(GO)、物理光学法(PO)、几何绕射理论(GTD)、物理绕射理论(PTD)和等效电磁流法(MEC)等高频分析方法已发展得比较成熟。其中几何光学法和物理光学法是最常用的方法,计算结果与实测结果相当一致。


        5楼2007-10-06 14:08
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          美国在研制F-117前即已发展出一套计算方法,到设计B-2时更为完善。苏联也有自己的计算法。近年俄罗斯研发出种计算复杂形状物体电磁波散射的数学工具。例如对具有全部外挂导弹武器的苏-35,将其分解为局部的小型反射体,同时考虑电磁波的边缘绕射和表面电流,即可求出苏-35全机的RCS值。 
            我国还有一种计算方法是“经验统计法”。该方法是选出几种影响RCS最重要的强反射源,用统计估算方法求出各反射源的相应数值,来得出飞机的总RCS。其中应用了一些相关经验系数。如果掌握的不同飞机的确切RCS值更多一些,用该方法估算出的结果可以更准确一些。不过该方法只能求出飞机前方、侧方和后方的近似平均值。 
            测出飞机的RCS后表示方法有三种,即极坐标法、直角坐标法和表格法。如果把飞机作为一个点来考虑,它的RCS值只用前方、侧方和后方各一个数字表达即可。但实际上该方式不够全面。较科学的表示方法是用飞机作中心的极坐标图。在俯仰角变化不大的条件下,不同照射方位角的RCS值可以清晰地表示出来(图1)。如果俯仰角改变不大.这种极坐标图随俯仰角改变而引起的变化很小。但很多时候,为简便起见用普通直角坐标表示,横坐标表示照射方位角,纵坐标表示RCS(图2)。此外也可以用表格的方法来表示。 
            实际上常见的资料只给一个数字,也不附加其它说明。一般理解,这是飞机前方RCS值。但到底是前方一定角度的平均值或某一点的特定值,就只好靠猜想了。 
            从图1可以看出,如果只取一点的RCS值,例如用前方48°的RCS值6db-sm(4米2来代表F/A-18C战斗机前方RCS值并没有多大意义。但也确有这个数字。如用前方±30°平均值,该型飞机的RCS约为9dbsmc(7.9米2。所以较实际的表达应该用一定角度范围平均值。 
            图2对某型飞航式武器RCS值测试结果用直角坐标表示。从曲线可以看到,这型武器的前方+30°的平均RCS值约为-15dbsm,即0.03米2。


          6楼2007-10-06 14:08
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            与RCS有关的主要因素 
               
              飞机的RCS值是由飞机上许多散射中心或称局部散射源决定的。这些散射源分布在飞机机体的各部分,是一个三维的分布。如要减少RCS,必须将各散射源弄清楚,先着手改进最强的反射源。飞机主要散射源有五种。 
              镜面反射——如机身侧面、外挂架、垂直尾翼等产生的反射; 
              边缘散射——飞机表面不连续处引起的散射,如机身机翼及尾翼的连接处以及翼面前后缘等; 
              尖顶散射——如机头前端、空速管、副油箱前端等处引起的散射: 
              凹腔体散射——主要为座舱、进气道、尾喷管等处产生的很强的散射; 
              蠕动波散射——入射波经过物体后部又传播到前面来形成的散射,各种外挂物可能对一定波长的雷达产生这种散射。


            7楼2007-10-06 14:09
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