探测技术发展与军用直升机隐身

2011-02-17周富民赵阳李辉

中国科技信息 2011年11期

关键词：隐身技术尾桨军用

周富民赵阳李辉

1.陆军航空兵学院机械维护教研室；2.61902部队

探测技术发展与军用直升机隐身

周富民1赵阳2李辉1

1.陆军航空兵学院机械维护教研室；2.61902部队

本文针对雷达、噪声、红外等探测技术的最新发展，就如何提高军用直升机隐身能力作了一些思考，旨在跟踪最新探测技术，有的放矢，提高军用直升机战场生存能力和作战效能。

探测技术；军用直升机；隐身

引言

直升机由于具有机动灵活、快速反应等突出特点和独特优势，在战争中正得到越来越广泛的应用。与此同时，由于飞行速度慢、高度低、噪声大，直升机受到来自地面、空中多种火力的威胁，战场生存环境十分恶劣。怎样降低军用直升机的损伤，提高其战场生存能力是值得研究的课题。随着现代制导武器的迅猛发展，“发现即摧毁”的概率越来越大，各国也因此越来越重视“先敌发现”，进而大力发展现代探测技术。要躲避、对抗这些探测技术，军用直升机必须更加重视隐身技术的应用。

隐身技术是通过控制武器系统的信号特征，使其难以被发现、识别和跟踪打击的技术。它是针对探测技术而言的，主要包括雷达隐身、红外隐身、声音隐身以及视频隐身等。尽管世界上第一种隐身直升机“科曼奇”由于多种原因最终夭折，但其全隐身设计技术值得我们思考、借鉴、创新。针对现代探测技术，发展相应的隐身技术对于军用直升机提高战场生存能力、进而提高作战效能，有着至关重要的意义。

一、几种探测手段的最新发展

在战争中,地面防空武器(如高射炮、高射机枪和地空导弹等)和空中飞行器(如歼击机、强击机和武装直升机)要想攻击直升机，首先要通过目视、雷达或各种传感器发现直升机。目前雷达探测技术、噪声探测技术、红外探测技术均有了新的发展。

（一）雷达探测发展

目前在雷达研制中，一系列高性能的具有环境自适应的MTI、MTD技术已得到了实际的应用，能够较好地解决地物杂波的干扰。发展了低空补盲雷达，通过正确部署防空警戒雷达网，合适地选择低空警戒雷达阵地，以及将雷达工作平台升空（机载、气球载及星载）等方法，较好地解决了多径效应与地球曲率的影响。具体而言，主要发展了以下雷达探测技术。1、短波超视距雷达技术。在其工作波段上直升机为谐振区目标，不但可使按光学区目标反射规律设计的形状隐形失效，而且还有可能因谐振出现相当大的雷达截面积。2、甚高频与超高频频段雷达技术，抗干扰能力更强，测角精度和角分辨能力增强。3、双/多基地雷达技术。当相隔较远距离的雷达发射站和接收站组成多基地雷达时，隐身飞机或直升机由于形状隐身的几何特点，在它所散射的雷达信号中，偏向某些接收站方向的信号能量可能比反向散射至发射方向的信号能量强得多。4、相控阵雷达技术。通过对每个天线辐射元配备一个带收发组件的有源固态相控阵，可在节省能源条件下增大雷达实际有效辐射功率，探测距离更远。5、雷达网的数据融合技术。雷达网中的众多单基地雷达从不同方向观测隐身飞机或直升机时，某些雷达就有在短瞬间观测到较大雷达截面积，从而发现隐身飞机的机会。利用雷达网中多部雷达的数据进行融合，就有可能给出隐身飞机的航迹。

此外，雷达的波段向两端扩展到米波段、毫米波段以及红外和激光波段，而现有隐身技术采用的吸波涂料和结构材料，主要是针对厘米波雷达的。

（二）噪声探测发展

近年来，声音探测技术不断更新，已经可以作为一种防空预警系统。例如瑞典的“直升机搜索装置”就是一种测音系统，探测距离15～20千米，其系统内存有20种直升机的噪声特征，可同时探测6架直升机。英国的“警戒哨”噪声预警系统，可探测到直升机和低速飞行的固定翼飞机，探测距离6.5千米，方位角精度为1°，重叠布置6个这样的系统，可覆盖780平方千米的地域。法国陆军已于1997年开始试验“巴奇”信标，探测对象包括直升机、固定翼飞机、无人机、坦克、地面车辆以及狙击手。此外、“曼帕卡斯”-100便携式防空传感器，质量仅有4.5千克，可以探测直升机、无人机、螺旋桨飞机的声信号特征，并进行分类、识别、确定目标方位。

这些噪声探测系统，对飞行高度低，噪声较大的军用直升机的生存性提出了挑战。降低军用直升机噪声将是必然选择。

（三）红外探测发展

红外探测系统靠接收目标和背景之间存在的温差和不同的红外辐射特性而工作。目前各种红外制导导弹的响应波段集中在1～2.6μm、3～5μm、8～14μ m三个大气窗口(大气窗口是指红外辐射穿过大气时被吸收很少的波段) 。第一代红外制导导弹的工作波段为1～2.6 μ m,主要探测发动机高温热金属部件的红外辐射,第二代红外制导导弹主要工作在3～5 μ m波段,探测的是发动机喷口和尾喷流的红外辐射,具有后半球和侧向探测攻击能力;第三代红外制导导弹主要工作在10～12μ m波段,采用红外成像制导,可探测到机身蒙皮产生的红外辐射,探测距离更远,能进行全向探测和攻击。

红外寻的导弹制导方式由点源制导发展到成像制导，探测范围更广，对军用直升机红外隐身能力提出了新要求。

二、军用直升机隐身新要求

现代探测技术的迅猛发展对军用直升机的战场生存能力提出了严峻的挑战，使得军用直升机的防探测设计也必须做出相应调整。军用直升机防探测主要包括防目视探测、防雷达探测、防噪声探测和防红外探测等。

（一）防目视探测

防目视探测可以在总体设计阶段通过减小外廓尺寸、机身喷涂无反光的伪装漆、座舱安装平板玻璃等技术来减小被发现的概率，以降低地面机枪、高射炮击中直升机的概率。

（二）防雷达探测

防雷达探测可以通过减小雷达散射截面积的外形设计、表面涂吸波涂料、采用复合材料、超低空贴地飞行战术及等离子隐身技术等解决。

可参考“科曼奇”直升机采用菱形机身截面。尾梁两侧设计倒置的“托架”，可使雷达波的反射方向不能被探测雷达收到；尾部的涵道尾桨向左侧倾斜，尾桨上的垂直尾翼向右侧倾斜，其上安装水平安定面，这种设计使金属表面之间不会构成能强烈反射雷达信号的90度夹角的角反射器；发动机包藏在机身内，进气道可埋入机身两侧上方，且进气道设计成棱形，不会对雷达波产生强反射；桨叶形状经过精心设计，使其不易被雷达探测；导弹隐藏在可伸缩的吊架上；航炮可向后收藏在炮塔的整流罩内；后三点式起落架是可收放的，收起后由起落架舱门屏蔽，可减小雷达截面积。采用先进的工艺过程和紧公差以实现小雷达截面积。

（三）防噪声探测

防噪声探测要求直升机采用减小外部噪声的设计，包括桨叶形状设计、无尾桨或涵道式尾桨与剪刀式尾桨设计、发动机共鸣消声器设计以及具有吸音功能的排气管设计等等，防噪声探测设计也是应对高灵敏音响地雷的重要手段。

直升机的旋翼、尾桨、发动机等旋转部件和作为发动机与旋翼连接部分的传动装置，如减速器的齿轮，是直升机的主要噪声源。因此，要降低直升机的噪音主要是针对这些部件采取相应的措施。降低旋翼和尾桨的噪音现在采用的方法是限制桨尖速度和采用改进的桨尖形状、采用特殊尾桨和无尾桨方案等。目前，世界各国研究的桨尖形状比较多，像桨尖后掠形、双后掠形、桨尖叶片尖削、下反桨尖、线性和曲线的复合形状桨叶、叶尖吹涡桨叶、变扭度桨叶、环量控制桨叶、锯齿形桨尖等，都在改善桨叶气动性能、降低旋翼噪音方面效果显著。特别是近年来新兴的智能旋翼技术，在降低直升机旋翼噪音方面也有非常突出的表现。发动机和传动装置的降噪技术目前处于起步阶段。发动机降噪技术未来发展是叶轮桨叶形状的改进及壳体结构的改良。另外，采用大量隔音材料来实现噪音源与机舱的噪音隔绝，也是一个降噪的途径。传动装置降噪技术未来发展是齿轮优化设计及壳体改进。除此之外，主动噪音控制系统因其成本低、重量轻、改进简单等诸多优势，将作为未来直升机降噪的主要发展方向。

（四）防红外探测

防红外探测一般都是在发动机设计中加装红外抑制装置来降低直升机的红外特征，采取的设计主要有在尾喷管加装红外挡板、喷涂可以吸收红外线的放射同位素、采用可改变红外辐射波长的异形尾喷管、采用使燃油充分燃烧的新型雾化喷嘴等等。

为对抗最新的红外探测手段，红外隐身技术正向综合运用、权衡隐身性能和其他性能、扩展波段范围和应用范围、降低成本等方向发展。归纳起来，红外隐身技术的发展可以归结为以下几点。1、强红外辐射源的遮挡、发动机燃烧效率和燃料配方的改良、尾喷管状的优化设计、高效率尾气添加剂的研制、燃烧室和尾喷管内壁绝热、高反射材料的开发仍将是红外隐身研究的主要方向；2、红外吸波材料和红外低发射率材料的理论研究和机理讨论将得到有力的延续；3、纳米材料在红外隐身技术中的地位日益突出；4、与机身一体化的红外抑制器将会得到重点研究。