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超声速飞行器:隐身 是一种怎样的飞行体验?

转载 2016-05-10 08:33 来源:中国航空新闻网

作为现代飞行器发展的一个重要方向,超声速飞行器凭借其速度优势及军事应用价值,早已受到世界各国的重视。相比于传统亚声速飞行器,这种超声速飞行器不仅飞得快,打得准,现在还学会一项新技能?——隐身!今天推出的这篇重磅好文,将为大家详细讲述超声速飞行器究竟为什么要隐身,以及未来的超声速飞行器隐身技术将有哪些发展趋势。赶紧来一睹为快!

1、超声速飞行器现在发展得怎么样?

二战结束后,美苏等国就已开始了对超声速飞行器的研究,但由于战略发展方向的偏重有所不同的原因,美苏等国超声速飞行器的研制与装备现状有着较大的差异。

美国在导弹方面,由于在20世纪70年代之前偏重于对战略弹道导弹的研制与装备,所以对巡航导弹的研制项目起步较晚,且基本为亚声速巡航导弹,并未装备超声速巡航导弹。20世纪末至21世纪初,美国虽然启动了一些超声速巡航导弹研制计划,但最终因研究成本或技术风险等方面的原因,不得不予以放弃,比如JSSCM,LRASM-B等。尽管如此,美国在超声速飞航式导弹方面的技术基础仍是十分雄厚,于20世纪四五十年代就已研制并装备了超声速面空导弹,比如黄铜骑士舰空导弹等。在军用飞机方面,美国先后研制并装备了SR-71高空高速侦察机、F-22战斗机等多型具备超声速巡航能力的著名军用飞机。其中,SR-71具有一定的隐身能力,F-22则采用了大量先进隐身技术,具备优异的隐身性能。

二战结束后,苏联海军战略是优先发展战略核潜艇,以潜艇和超声速反舰导弹对付美国航母。因此,苏联经过几十年的努力,研制并装备了多个系列超声速飞航式反舰导弹,比如玄武岩、花岗岩、白蛉、宝石等超声速反舰导弹。虽然由于苏联解体等原因,超声速导弹项目基本被中止,但随着21世纪初俄罗斯经济复苏,其超声速导弹研制进程得以继续,并开始在其中应用隐身技术,进一步提升其突防能力。在军用超声速巡航飞机方面,俄罗斯则要落后于美国,其第五代战机T-50,不仅在研制进程上明显落后于美国,而且在战机的整体性能以及隐身性能方面,从外界的评价来看,很有可能也要逊色于美国的F-22。

此外,世界其他军事大国也都有超声速飞行器研制计划,或者已装备有超声速飞行器。比如,法国独立研制的中程超声速空对地导弹ASMP-A,其飞行速度可达马赫数3,射程可达600km;在宝石超声速反舰导弹基础上,俄印联合研制的布拉莫斯超声速反舰导弹,能够实现从陆、海、舰、空多种平台发射,并能够实现掠海突防,是一种性能先进的现代超声速反舰导弹;欧洲MBDA公司2011年对外公布的英仙座超声速巡航导弹项目,预计将于2030年左右问世。

2、飞得快,打得准,为啥还要隐身?

随着超声速飞行器技术的发展与日益成熟,超声速飞行器防御技术早已受到了各国的重视。经过数十年的发展,世界主要军事强国特别是美国,已逐步具备了对超声速飞行器的拦截能力,甚至是对超低空突防超声速巡航导弹的超视距拦截能力。

比如,美国的THAAD系统、爱国者系列地空导弹、标准系列舰空导弹,俄罗斯的S-400防空导弹系统等,均具有一定的对超声速飞行器拦截能力。

据新华美通2015年6月17日报道,美国海军陆上模拟舰发射了1枚雷锡恩公司的标准-6导弹,对一视距之外的超低空突防中程超声速目标进行拦截,并成功击中该模拟超视距威胁的目标。


针对现代以及未来防御系统拦截威胁,如何继续保持超声速飞行器突防能力优势,已成为各国在发展超声速飞行器过程中共同关注的问题。而隐身技术作为一项重要的突防技术手段,已逐渐应用到超声速飞航导弹以及超声速飞机的研制之中,可以大大缩短防御系统的预警时间,提升其拦截难度,降低其拦截概率。

相比于亚声速飞行器,超声速飞行器在受到雷达或者红外探测器的探测时,其目标特征信号以及被发现距离、被识别概率、被跟踪稳定性等存在着不同程度的差异。由于飞行速度快,超声速飞行器的雷达目标回波信号有着更为明显的多普勒频移。同时,较大的飞行速度和较强的机动性也会对探测系统对目标飞行轨迹的预测、稳定跟踪产生不利影响。但从目前探测技术水平及发展趋势来看,解决这些探测技术问题的难度并不太大,未来探测器必然能够具备对非隐身超声速飞行器足够的探测、跟踪能力。


标准-6作战示意图

此外,对于高空突防的超声速飞行器,地面或舰载雷达对其视距较远,最远可达数百公里;由于飞行速度快,气动加热比较显著,超声速飞行器往往会有着比较明显的红外辐射特征,很可能在较远的距离被红外探测器捕获。因此,对于远程超声速飞行器,如果不采取隐身措施,在其突防过程中,很可能会受到严重的预警探测威胁,在足够远的距离被对方探测器发现,从而受到对方防御系统的拦截威胁。

因此,现代以及未来用于实战的超声速飞行器除了足够快的速度和足够高的机动性外,很可能还需拥有足够高的隐身性能。此外,当超声速飞行器采取隐身措施时,还会使得防御方的探测、拦截成本大大增加,从而取得更为丰厚的“效益”。总之,隐身技术应用于超声速飞行器,不仅可以大幅提升飞行器自身突防效能,还能够增加防御方的防御难度和成本,具有很高的军事应用价值。

3、未来超声速飞行器隐身技术趋势有哪些?

随着超声速飞行器的发展及其对隐身技术需求的提出,超声速飞行器隐身技术已成为隐身技术发展的一大重要方向。近年来,国外虽然已开展了超声速飞行器隐身技术的研究,并取得了一定的研究成果,但仍然存在着很多问题有待解决。根据超声速飞行器本身特点、隐身技术体系以及隐身设计需求,可应用于未来超声速飞行器的隐身技术很可能会包含以下几个方向。

隐身外形技术

隐身外形技术在很大程度上决定了超声速飞行器的隐身性能。隐身外形设计的难点主要在于解决与气动、结构、动力等之间的矛盾,需要予以必要的取舍并进行必要的综合优化设计。

对于超声速飞行器乃至高超声速飞行器,简洁、流畅的气动外形设计,机翼以及弹翼的大后掠角设计,翼身融合、边条翼布局设计,为减小气动阻力而采取的尖劈或者尖锥外形设计等,刚好与隐身外形设计“不谋而合”,而隐身外形技术中合理的非圆截面设计也并不会对气动性能产生严重的不利影响。因此,在超声速飞行器上应用隐身外形技术是存在很大可行性的,并有取得优异隐身性能的潜能。


SR-72外形

但需要指出的是,超声速飞行器的进气道设计将会是气动设计与隐身外形设计过程中需要重点解决的一大难题。超声速飞行器一般多采用外露式进气道,以保证足够的进气效率,而外露式进气道往往会在前向产生很强的散射波峰,必须要对其采取隐身设计。但由于超声速飞行器的流场特征以及较为苛刻的推力要求,采用隐身外形设计中的埋入式进气道或者S型进气道的技术难度较大,因此,超声速隐身进气道设计很可能将会是超声速飞行器隐身外形设计技术中的一个重要研究方向。

耐高温吸波材料与吸波结构技术

吸波材料和吸波结构是隐身设计技术中的另一种重要技术手段,常常是在隐身外形设计的基础上进一步降低RCS散射强度的必要措施,也是对一些强散射源的必要控制手段。

由于超声速飞行器的表面温度很高,甚至可达到600℃以上,且气动载荷相对较大,因此除了要求吸波材料与吸波结构必须具备良好的吸波性能之外,还需拥有足够的耐高温性能和力学性能,以保证不被高温气体烧蚀,以及在高温条件下良好的吸波性能。


应用陶瓷基耐高温吸波材料的F-35尾喷管

国外对耐高温吸波材料与吸波结构的研究起步较早,发展较为成熟,已在多型飞机和导弹上进行了应用,且RCS减缩效果良好。比如美国研制的隐身/防热/承载一体化功能的陶瓷基雷达吸波材料,在8GHz~18GHz频段内材料反射率可达-10dB,并可耐受1000℃高温。

耐高温隐身天线罩技术


无论是对于亚声速还是超声速飞行器,雷达舱都是一个十分重要的散射源,很可能会对飞行器的前向RCS产生十分显著的影响。一方面,由于雷达天线收发电磁波的需求,要求天线罩必须具有良好的透波性能;另一方面,为避免防御方雷达发射的电磁波透过天线罩进入雷达舱,产生明显的后向回波散射,要求天线罩能够尽可能地屏蔽或者吸收电磁波。

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