只能改變設(shè)計人員的工作內(nèi)容、工作方式和組織形式,而他們的主動性和創(chuàng)造性是不會被取代的。就當(dāng)前情況來說,飛機(jī)結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化設(shè)計工作困難較多,很難用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)方法有效處理,因而結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化設(shè)計需要設(shè)計人員更大程度的參與,相應(yīng)的程序系統(tǒng)要有很強(qiáng)的人機(jī)交互圖形顯示功能,以便能利用設(shè)計人員的經(jīng)驗和創(chuàng)造性,又能利用系統(tǒng)的高質(zhì)量和高效率的性能。
第二節(jié) 飛機(jī)隱身技術(shù)及其一體化綜合設(shè)計
“隱身”的含義在于隱蔽和掩護(hù)自身,從而提高自身的生存能力達(dá)到有效打擊敵方的目的。自然界中有許多動植物即利用自身顏色與背景的協(xié)調(diào)融合借以隱蔽自己。人類早期應(yīng)用于軍事的隱身技術(shù)方法即是從自然界中得到的啟迪,利用光學(xué)偽裝和誘騙方法使得對方難以識別與探測。例如,利用地形、地貌及能見度不良等天然條件,隱蔽目標(biāo)或降低目標(biāo)的顯著性;再如,設(shè)置人工遮障、利用迷彩偽裝、煙幕偽裝以及設(shè)置假目標(biāo)等。
軍用飛機(jī)作為有效的軍事武器,為了提高其生存力和戰(zhàn)斗力而采用“隱身技術(shù)”亦就應(yīng)運(yùn)而生。但隨著航空電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,各種新型雷達(dá)、先進(jìn)探測器以及精確制導(dǎo)武器的問世,跨學(xué)科的復(fù)雜綜合方向發(fā)展。
“隱身技術(shù)”也愈來愈向著高技術(shù)、它涉及到電磁原理、材料、能量轉(zhuǎn)化、信息處理以及大量高難度動態(tài)測試等方面的問題。需要各專業(yè)之間的密切協(xié)作與技術(shù)的綜合應(yīng)用。這就要運(yùn)用系統(tǒng)工程設(shè)計方法,并在設(shè)計初期把“隱身”作為一項重要的技術(shù)指標(biāo),綜合應(yīng)用技術(shù)兵器、動力裝置和電子對抗等技術(shù),統(tǒng)籌協(xié)調(diào)有關(guān)專業(yè)間的關(guān)系,謀求性能的最佳化。隱身技術(shù)的成就不在于單項技術(shù)的突破,而在于技術(shù)的綜合效果— ——使隱身武器的總體綜合性能超過簡單堆砌的局部性能之和。
一、飛機(jī)上能被探測到的信息
隱身技術(shù)又稱低可見度技術(shù),即將飛機(jī)上的可見信息減弱或隱匿起來。“可見信息”一詞在技術(shù)上是廣義的,泛指利用雷達(dá)、紅外探測器等電子設(shè)施可探測到的信號,當(dāng)然也包括飛機(jī)上的聲響信號和視覺信號等。以下介紹飛機(jī)上的若干能被探測到的信息及其基本概念。
"雷達(dá)散射截面( %&)
雷達(dá)是利用無線電波的傳播規(guī)律,接收回波信號發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測定其位置的設(shè)備。電磁波在自由空間傳播,遇到飛機(jī)這樣的障礙物,將產(chǎn)生反射和繞射(常把反射和繞射統(tǒng)稱為散射)。雷達(dá)接收這些散射返回的信號,即可發(fā)現(xiàn)飛機(jī)目標(biāo)。因此,飛機(jī)相對于雷達(dá)發(fā)射的電磁波是一個散射源,一般來說,飛機(jī)上的強(qiáng)散射源主要有以下幾個
•)(’•
方面:
)能產(chǎn)生鏡面反射的表面;
")產(chǎn)生角反射器效應(yīng)的部位;
)飛機(jī)各部件的邊緣和尖端;
)機(jī)體上的凸出物和外掛物; %)發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道和尾噴口。
除上述外,像一般機(jī)載雷達(dá)的天線、飛機(jī)表面的縫隙和開口、金屬和非金屬表面的交接處,甚至機(jī)體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等也都會形成一定強(qiáng)度的散射源。隱身技術(shù)即是要使飛機(jī)上的主要強(qiáng)散射源減少到最低限度。
飛機(jī)的外形一般比較復(fù)雜,而對于形狀復(fù)雜的物體,從理論分析和實際測試中均可以得到其總的電磁散射場強(qiáng)度。把這個總的電磁散射場強(qiáng)度與一個標(biāo)準(zhǔn)的散射表面的場強(qiáng)對照,就可類比形狀復(fù)雜散射源的大小。這個當(dāng)量的散射表面常稱為雷達(dá)散射截面(&’(’)*)+,,—-./01+2),簡寫為 &*-。因此,一架飛機(jī)的 &*-數(shù)值,反映了它被特定雷達(dá)看到或發(fā)現(xiàn)的程度,也決定了飛機(jī)與雷達(dá)之間的距離。
&*-從性質(zhì)上講,是對入射波返回的功率的度量,故它是入射波方位角、頻率、散射體形狀、發(fā)射和接收天線極化特性的函數(shù)。從本質(zhì)上講, &*-所量度的散射場是由入射波在散射體上感應(yīng)出的電流的再輻射引起的。
在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中,雷達(dá)是探測飛機(jī)的最可靠方法,減弱飛機(jī)的雷達(dá)反射信息,降低 &*-數(shù)值,成為隱身技術(shù)應(yīng)用中最關(guān)鍵、最重要的因素。
"3紅外輻射信息
由于物質(zhì)內(nèi)部原子和分子的熱運(yùn)動,所有物質(zhì)都發(fā)射電磁輻射,輻射的波長分布和輻射強(qiáng)度取決于物體的溫度和發(fā)射率。紅外電磁輻射即是一定強(qiáng)度的熱源發(fā)射出波長在 435 64447波段范圍內(nèi)的電磁波。
一般來說,在軍用噴氣飛機(jī)上存在以下四種較強(qiáng)的紅外輻射源:
)發(fā)動機(jī)的尾噴口及其熱部件;
")發(fā)動機(jī)的熱尾噴流;
)飛機(jī)蒙皮由于氣動加熱而引起的紅外輻射;
)飛機(jī)受陽光照射后所產(chǎn)生的紅外輻射。
飛機(jī)發(fā)動機(jī)尾噴口處的溫度很高,一般在 844 6 8%49左右,而發(fā)動機(jī)部位的蒙皮局部溫度也可達(dá) %44—5449,是飛機(jī)上最強(qiáng)的紅外輻射源之一,也就成了第一代對空紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈所追逐的主要目標(biāo)。
發(fā)動機(jī)噴流是高溫的燃?xì)猓渲饕煞质嵌趸己退魵猓饰矅娏鞯妮椛涫欠肿虞椛洌漭椛洳ǘ螢?" 6:;7和 6%:<7,波段較窄。其中二氧化碳在波長 3 : ;7微米處有一強(qiáng)烈的窄帶輻射,這是第二代對空紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈所追逐的目標(biāo)。如果紅外探測器從飛機(jī)的前半球方向觀察時,因看不到尾噴口,這時尾噴流則成為很重
•%4•
要的紅外輻射源。
氣動加熱引起的輻射主要是因為在高速飛行時,受空氣動力加熱使飛機(jī)蒙皮溫度升高而產(chǎn)生紅外輻射。隨著速度加快紅外輻射強(qiáng)度也隨之增加,這樣,在飛機(jī)總幅射中所占的比例也將大為增加,當(dāng)速度在 " 以上時,蒙皮溫度可達(dá) %&&’以上,其紅外幅射峰值分別處于 (—)*+,和 -—%./ ,波長段。這成為現(xiàn)代近距格斗型紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈追逐的目標(biāo)。
另外,飛行器在陽光照射下引起機(jī)體蒙皮增溫和發(fā)動機(jī)部位外表蒙皮溫度的升高,也會增加整機(jī)的紅外輻射強(qiáng)度。
飛機(jī)的紅外幅射信號可被多種探測儀器探測到,如毫米波輻射測量器、紅外成像探測器、熱成像探測器及射頻探測器等。因此,紅外輻射的隱身技術(shù)成為繼雷達(dá)散射波之后的又一重要因素。從理論上講,紅外隱身技術(shù)隱蔽的信號是飛行器的相對輻射能級與紅外輻射特征,技術(shù)的實質(zhì)是改變輻射強(qiáng)度和輻射波段。盡管各種技術(shù)措施十分復(fù)雜,但從理論上,大致可概括為三個方面。
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