遥控武器站外形隐身设计方法

2023-12-04徐志远

舰船科学技术 2023年20期

徐志远

(郑州机电工程研究所，河南郑州 450000)

0 引言

遥控武器站是一种远程操作控制的武器系统，通常由火力系统、供弹系统、跟瞄系统和架体等组成。国内外武器站总体结构布置多采用火力系统居中，其他设备左右布置的结构，这种结构可有效降低整体高度和减少不平衡力，如瑞典的SAAB Trackfire、以色列的Wave 350、意大利的HITROLE 等。随着雷达探测技术的快速发展，隐身设计作为武器系统提高作战能力和生存能力的重要手段，如何更好隐藏和保护自己成为未来发展趋势。

目前，最常用的隐身技术主要是外形隐身技术和隐身材料技术[1–2]。外形隐身技术是利用特殊的外形结构减小威胁方向雷达散射截面从而减小自身的雷达横截面（Radar Cross Section，RCS）[3–4]；隐身材料是通过材料本身吸收雷达波能量实现隐身目的。无论采用哪种隐身技术，为达到最好的隐身效果，首先都要对各种设备进行外形隐身设计，在外形隐身设计无法满足要求的情况下考虑同时采用其他隐身技术。

本文针对遥控武器站的常用布置方式设计不同的外形隐身结构，并对不同的隐身结构进行仿真计算，对比分析各种结构的隐身效果和使用场景。

1 隐身设计方法

以某型舰载遥控武器站为例将外形隐身设计方法归为两类：一是全隐身，即设计一种隐身防护罩将整个遥控武器站包裹起来，利用隐身防护罩实现隐身目的；二是局部隐身，对遥控武器RCS 贡献大的部分进行隐身设计，减小遥控武器的整体RCS 值。

舰艇考察隐身雷达波段主要为S 波段、X 波段和Ku 波段，波长为2～18 GHz[5–6]。本文仿真计算将在该波段内选取不同频点进行计算分析。

1.1 全隐身设计

通过设计一种隐身防护罩实现全隐身的目的，该隐身防护罩安装在架体上，可随系统进行方位转动；前侧开门可随火力系统的高低俯仰进行开合，平时保持闭合状态；后侧开门，便于装弹和勤务。该隐身防护罩多采用斜面，防护罩后侧为放置各种设备需预留一定空间，依据体积和重量尽量小的原则，斜面倾斜角度一般采用10°～20°左右[7]，该角度可根据不同设备的不同要求进行修改。隐身防护罩外形结构如图1 所示，防护罩材料为铝合金，重量120 kg。

图1 隐身防护罩模型Fig.1 Stealth Shield model

计算条件：1）选取3 个波段的3 个频点3 GHz、10 GHz、15 GHz；2）俯仰角0º，方位角0º～180º；3）垂直极化与水平极化。

计算结果如图2 所示。计算隐身防护罩3 GHz、10 GHz、15 GHz 时的RCS 均值分别为：垂直极化0.32 m2、0.23 m2和0.28 m2；水平极化0.32 m2、0.24 m2和0.27 m2。结果显示，全隐身设计时，RCS 值最大为0.32 m2。

图2 隐身防护罩垂直极化与水平极化的RCSFig.2 The RCS of the stealth shield is vertically polarized and horizontally polarized

1.2 局部隐身设计

遥控武器站架体两侧设备大多需要防护或防水，一般均有防护罩；中间的火力系统也多有罩子防护；外露部分多为炮管及光电等设备。隐身设计前首先对炮管外露部分等的RCS 值进行计算评估，经计算可知对整体高RCS 贡献较小，故对架体、左右防护罩、上防护罩和跟瞄系统等进行局部隐身设计。

计算炮管外露部分的RCS，炮管外露部分简化模型如图3 所示。

图3 枪管外露部分简化模型Fig.3 Simplified model of the exposed part of the barrel

计算条件：1）选取3 个波段的3 个频点3 GHz、10 GHz、15 GHz；2）俯仰角0º，方位角0º～180º；3）垂直极化（VV）与水平极化（HH）。

计算结果如图4 所示。计算炮管外露部分3 GHz、10 GHz、15 GHz 时的RCS 均值分别为：垂直极化0.03 m2、0.031 m2和0.025 m2；水平极化0.03 m2、0.027 m2和0.033 m2。结果显示，炮管外露部分的RCS 值为0.03左右，在满足隐身指标的前提下可对该部分不进行隐身设计。

图4 炮管外露部分垂直极化与水平极化的RCSFig.4 The exposed portion of the barrel is vertically polarized with the horizontally polarized RCS

对架体、左右防护罩、上防护罩和跟瞄设备等进行隐身设计，设计原则为尽量采用斜面（倾斜角度根据隐身指标和实际需要确定），无法改变外形的设备尽量设计局部隐身防护罩（如无法改变外形又无法增加防护罩的设备，建议本身外形设计时加入隐身设计并考虑采用隐身材料，如光电设备等）。倾斜角度大概10°左右。外形结构如图5，防护罩材料铝合金，重量40 kg。

图5 局部隐身简化模型Fig.5 Simplified model of local stealth

计算条件：1）选取3 个波段的3 个频点3 GHz、10 GHz、15 GHz；2）俯仰角0º，方位角0º～180º；3）垂直极化与水平极化。

计算结果如图6 所示。计算隐身防护罩3 GHz、10 GHz、15 GHz 时的RCS 均值分别为：垂直极化2.96 m2、4.1 m2和3.78 m2；水平极化2.89 m2、4.21 m2和3.68 m2。结果显示，全隐身设计时RCS 值最大为4.21 m2。

2 隐身方法分析

本文提出全隐身和局部隐身2 种隐身设计方法，并进行了计算分析。结果表明，全隐身设计的RCS 值明显小于局部隐身RCS 值，就隐身结果而言全隐身的效果更好。但考虑到实际的装备条件和需求，2 种设计方法各有优劣：全隐身设计的RCS 值更小，隐身效果好，但整体体积、重量、设计难度和成本等会有不同程度增加，适用于隐身指标高、装备空间大、对重量要求不敏感的情况下使用；局部隐身方法的RCS 值较大，隐身效果较差，但整体体积和重量较隐身设计之前不会有较大变化，适用于隐身指标不高、装备空间较小、对重量要求敏感的情况下使用。

各种雷达隐身设计方法不仅可单独使用，也可混合搭配使用，最常用的是外形隐身设计和材料隐身设计同时使用，可有效降低设备的RCS 值，也更适用于工程设计。