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发信人: dragon (猎鹰), 信区: Green
标  题: 漫话隐身 - 被动雷达隐身 
发信站: 哈工大紫丁香 (2000年07月25日15:15:59 星期二), 站内信件

隐身古已有之，但只是众多作战手段之一，技巧也不外乎是利用服装、地形
地物和夜色隐蔽接敌和隐蔽撤离。自从美军的Ｆ－１１７“夜隼”式战斗机在巴
拿马的“正义行动”作战中首次粉墨登场，继而在海湾战争中大出风头以来，隐
身已成为各国军界和新闻界的热门话题，甚至在很大程度上被神秘化了。隐身分
雷达、红外、声学和光学隐身。另一方面，隐身又可分为主动隐身（如干扰、诱
饵等）和被动隐身（如吸波、消声等）。同时，除技术手段外，战术手段也可实
现隐身目的。对于陆战来说，这就是利用地形地物和夜色；对于海战来说，利用
岛岸和风浪也可达到类似目的；对于空战来说，超低空和飞向太阳早已是常用战
术。从这一角度来说，解放军的近战夜战传统远不是什么野路子或人海战术，而
是土八路对现代战争艺术的无师自通。其夜战即是对隐身概念成功的战术应用，
其近战则除有不让敌人发挥重火力的好处外，更和现代运筹学中经典的兰切斯特
平方率（即数量化的集中兵力原则）有异曲同工之妙。本文主要讨论雷达和红外
隐身的技术手段。现在让我们用科学的手术刀，把隐身的神秘外衣揭开。
雷达隐身之一：被动雷达隐身
　　雷达是现代战场上尤其是海空战中的主要侦察手段。雷达靠稳定的电磁波回
波来探测、锁定目标的。众所周知，隐身的目的不在于从敌方雷达上彻底消失，
而在于推迟敌方雷达发现并锁定我方目标的时机，或减少我方目标暴露于敌火之
下的时间。被动雷达隐身的关键在于削弱回波或使回波闪烁不定。
　　现代雷达按工作波长来分有米波（常用于远程预警）、分米波（常用于地空
搜索和空战指挥）、厘米波（常用于机载和防空火控雷达）和毫米波（常用于灵
巧武器），按脉冲重复频率来分有高（长于测角）、低（长于测距）和中频（两
者的折衷），按工作体制来分有单脉冲（长于远程探测）、连续波（长于精确跟
踪）和脉冲多普勒（长于捕捉移动目标），按搜索模式来分有线性搜索（多用于
大范围搜索）和圆周搜索（多用于火控）。简言之，形式繁多，特性各异。
　　雷达回波也分直接反射和漫反射。直接反射即一般光学意义上的前向反射（
即通常所说的入射角等于反射角）。除非反射面正对着雷达，或入射波通过多次
折反射返回入射方向，直接反射一般不为雷达所见。和前向的直接反射不同，漫
反射是侧向和后向的。漫反射的强度和电磁波长成正比，和反射面尺寸成反比。
也就是说，当电磁波长加长和反射面尺寸减小的时候，直接反射渐趋消失，入射
能量大部分通过漫反射散射出去。
　　雷达探测距离和雷达反射面积成四次根关系，也就是说，如果雷达反射面积
小十倍，雷达探测距离只缩短一半都不到。所以，雷达反射面积必须缩小很多，
才能达到隐身目的。换句话说，除非采取隐身措施，简单地缩小飞机的物理尺寸
对减小雷达反射面积效果不大。顺便说一句，雷达反射面积是几何截面积、材料
对雷达的反射率和反射的方向性的合成结果，所以雷达反射面积可以比几何截面
积大，也可以比几何截面积小，就好像在黑夜里手电照射下，一块小镜子可以远
比一个蒙面黑衣大汉显眼。作为参照，美国的F-15的雷达反射面积为４０５平方
米，Ｂ－１Ｂ为１．０２平方米，ＳＲ－７１为０．０１４平方米，Ｆ－２２Ａ
为０．００６５平方米，Ｆ－１１７Ａ为０．００３平方米，Ｂ－２Ａ为０．０
０１４平方米。
　　雷达回波强度也和反射面的形状有很大关系。就一块方板来说，假定电磁波
长为板边长的十分之一（此亦防空导弹火控雷达的典型波长选取法），一块正对
着雷达直立的方板和一个具有同样截面积的圆球相比，前者的雷达回波要强一千
倍；方板后倾３０度时，两者相当；完全放平时（如果厚度不计），则反而要小
５０倍。如果把方板转４５度，即一个角冲着雷达，则后倾八度时回波强度已经
和圆球相当；放到接近水平时，还可进一步降低一万倍。也就是说，若要隐身，
不光要减少和雷达入射方向成直角的平面，还要减少和雷达入射方向成直角的缝
隙和边缘。显然，飞机发动机的风扇或压气机形成最大的反射正面。因此，采用
弯曲进气道，把发动机前端遮起来，可以有效地减低由此引起的直接反射。对于
中空和高空突防飞机，背部进气道和尾喷管也可以有效地遮挡地面雷达对发动机
的视线，但对空中预警机则效果有限。背部进气道在大迎角机动时气流畸变严重
，不利于发动机稳定工作，因此不适于在高机动性飞机上使用。进气道的平直唇
口和飞机上的各种矩形舱盖的前后缘也不应正对雷达入射方向，所以Ｆ－１１７
Ａ和Ｆ－２２Ａ上进气道都呈斜角后倾，各种开口都是锯齿形的前后缘。
　　另外，机头锥、机翼和尾翼前缘和机身也形成一定的反射面，所以Ｆ－２２
Ａ和其他隐身设计都采用尖锐的机翼和尾翼前缘。Ｆ－２２Ａ机头锥和机身有一
条折缝线，前机身截面也是菱形而不是常规的椭圆形，以达到“以角代面”。从
侧面来说，直立的垂尾是最大的反射正面。单垂尾时没有办法，双垂尾时应予以
适当内倾或外倾。采用Ｖ形尾甚或无垂尾设计更可减小总反射面积，并减轻结构
重量。但Ｖ形尾对高机动战术飞机来讲气动设计和飞行控制难度较大，无垂尾设
计更要求可靠的三维喷管和比Ｖ形尾要求更高的飞行控制系统。
　　另一个显著的反射面是雷达天线本身。要使雷达天线既是强反射／聚焦体，
又是隐身体，确是一件难事。Ｆ－２２Ａ采用主动相控阵雷达，用两千多个发射
／接收单元将一个大抛物面反射天线化整为零，既保证天线的灵敏度，又不致强
化反射回波，就好像用一大束手电代替一个探照灯。但具体技术细节各国讳莫如
深。主动相控阵雷达还有多波束、低旁瓣、不需机械回转的优点，有利于快速跟
踪和充分利用机头锥截面积。
　　除了上述细节外，机体的总体外形应在气动和其他条件许可时，尽量减小单
一连续平面的面积和加大气动表面和雷达入射方向的夹角。由于计算能力的限制
，Ｆ－１１７Ａ只能采用二维隐身设计，机体表面呈多面体形状。这种多面体除
加大电磁波入射角外，还可象迪斯科舞场的镜面球一样，使残存的雷达回波闪烁
不定，而且集中在几个方向，粗看起来象不规则的白噪声一样。将所有机翼、尾
翼和舱盖的锯齿前后缘平行，也可使雷达回波集中在几个方向，达到类似的效果
。
　　但是，多面体外形对气动性能不利。随着计算能力的提高，Ｂ－２Ａ和Ｆ－
２２Ａ采用了更先进的连续可变曲率的三维隐身设计，同样可避免稳定回波，既
提高了隐身性能，也提高了气动性能。除此之外，简洁、无外挂、无突出物的外
形也很重要。Ｆ－１１７Ａ、Ｆ－２２Ａ和米格１．４２都采用了机内武器挂架
。但机内武器挂架也有容量较小、对武器尺寸和形状限制较大的缺点，如果一件
武器没有正确地弹射出去，后面的武器可能也无法弹射出去，对舱门的动作可靠
性也要求较高。
以上讨论只涉及到一次反射，多次反射的情况有所不同。对一个又深又长的
有底开孔来说，入射的能量基本上全部反射回入射方向，而和孔内的形状大体无
关，只是内部反射次数的多少而已。这个问题对发动机进气道尤为严重。当然，
如果能通过狭长进气道增加反射次数，并在每次反射中吸收掉一点回波能量，最
终的回波就会削弱很多。除狭长进气道外，弯曲进气道也可达到相同目的。Ｆ－
１６、Ｂ－１Ｂ、Ｂ－２Ａ、ＥＦ－２０００、Ｆ－１８ＥＦ、Ｆ－２２Ａ和最
新的Ｓ－３７前掠翼战斗机和米格１．４２都采用弯曲进气道，但Ｆ－１６的Ｓ
形进气道只能遮挡发动机正面的６０％，而ＥＦ－２０００的“驼峰”形进气道
则可遮挡几乎１００％。另外，还可在进气道或尾喷管加装格栅，将入射的电磁
波反射到进气道或尾喷管内壁，而不让其直接照射到发动机前端或后端。除进气
道外，座舱也是一个大开孔，各种板壁、仪器和飞行员（尤其是那圆圆的头盔）
难以一一加以隐身处理，而且无法用狭长或弯曲开孔来补救。目前一般对座舱盖
形状采用隐身设计，并用导电性金属镀膜把电磁波反射到别的方向去。
　　另一个多次反射的典型情况是直角内角。由于角度互补，除吸收掉的和散射
掉的，入射能量基本返回入射方向。解决办法一般是使垂直表面内倾（如拉法叶
级护卫舰的上层建筑）或外倾(如Ｆ－２２Ａ的垂尾)。
　　从整体上来讲，没有机翼和尾翼、采用背部或弯曲进气道的升力体最符合隐
身要求，但这种设计一般机动性甚差,有时根本飞不起来。Ｆ－１１７Ａ的原型H
ave Blue最初的设计是一个钻石形的升力体，但其气动性能之差，被戏称为“没
有希望的钻石”（hopeless diamond）。Ｂ－２Ａ是第一个进入现役的飞翼，由
于机翼机身融为一体，也算是一种升力体设计。Ｂ－２Ａ没有垂直尾翼，靠一侧
“机翼”上分裂式襟翼部分上翻，部分下翻，形成阻力但没有额外的升力或降力
，把飞机“掰”到指定方向。显然，这只能满足基本的机动性要求，高机动性飞
机必须还有其他措施帮助改变方向。
　　除了几何设计外，吸波涂层也可有效地削弱雷达回波。吸波涂层一般为电磁
波长四分之一厚度的高导电涂层，通常为铁氧体。入射的电磁波达到涂层表面时
，转成９０度垂直射向基体，然后以９０度垂直反射回来，以入射角的补角离开
涂层表面。理想情况下，涂层不吸收电磁波能量，电磁波在铁氧体层内穿行了半
个波长后，波形移了１８０度，即和入射波波形相同，但正负相反，因此和后续
的入射波互相抵销。实际上，铁氧体要吸收一点电磁波能量，对电磁波的折射也
不可能达到理想的９０度，所以入射波和反射波将是不完全抵销。另外，这种涂
层只对一个波长有效，实用上要用可变导电率铁氧体和多层涂层，才可满足实战
需要。
　　虽然以上讨论基本集中在飞机的隐身设计上，同样的原理也适用于舰船和坦
克。由于它们对平滑外形的要求没有飞机那么高，多面体设计加吸波涂层就够用
了。主要问题常在于隐身要求和功能要求之间的矛盾。如英法意三国在合作设计
“地平线”级护卫舰时，法国要求采用单岛式上层建筑以达到隐身，英国则坚持
多岛式上层建筑以保证战损管理，最后还是采用了英国方案。新一代的舰船大多
采用内倾的上层建筑，同时广泛采用吸波涂层，有的对烟囱还加装格栅，或将救
生艇藏入舰舷的大型凹陷内，在其开口上加装可收放的幕帘。瑞典博福斯公司的
隐身舰炮采用三角锥外形，必要时可升降，以进一步减少雷达回波。现役坦克尚
未采用隐身设计，但美军的下一代坦克验证车已可见到明显的多面体设计，甚至
其炮管也是菱形截面（弹膛仍为园形截面）。
　　值得注意的是，以上讨论对抑制直接反射比较有效，但对抑制漫反射效果不
大。这也是长波雷达尽管技术较老，但反而是目前对抗被动隐身最有效的手段之
一的原因。正巧，空中交通管制雷达大多为长波雷达，各国航展时Ｆ－１１７Ａ
和Ｂ－２Ａ屡次被民用雷达发现也就不足为奇了。长波雷达尽管可以发现隐身目
标，但对跟踪和锁定目标不适合。此外，全向隐身比前向隐身要难得多，而且隐
身常常是将部分电磁波反射到其它方向。这样，在雷达网内，用若干台雷达轮流
发射，其余的接收，可有效地从侧后捕捉到隐身目标。这对实时联网和数据处理
的要求很高。另一个方案是用白噪声雷达，白噪声的广谱特性可使大部分吸波材
料失效，但对信号管理和数据处理的要求更高。理想隐身可比作一个电磁“黑洞
”，因此也可通过观察“剪影”而不是“反光”来捕捉隐身目标。最后，飞机发
动机的高温使排气部分极化，加力燃烧时尤其如此，形成雷达可探测到的尾迹，
排气中的碳化物微粒也可被雷达观察到。

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         ------没有比人更高的山，
                   没有比脚更长的路。

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