2011年1月11日,這是值得載入史冊的一天。在這一天的12時50分,殲20在四川成都的溫江機場跑道上進行了數次滑行試驗後,終於離地升空,在機場上空以中低速度進行了18分鐘的首飛,標誌著我國隱身戰鬥機的研製揭開了新的一頁。
殲-20(代號:威龍)是中航工業成都飛機工業集團公司研製的一款具備高隱身性、高態勢感知、高機動性等能力的隱形第四代制空戰鬥機。一般認為,第四代戰鬥機應具備「四超」能力,即超隱身能力,超機動能力、超音速巡航能力和超信息優勢。而其中最關鍵的是超隱身能力,在空對空作戰中,超隱身能力將具備獨特的優勢。
雷達隱身技術是一種通過降低戰鬥機、艦艇、飛彈等武器的反射特性,使雷達對該武器的探測距離大幅度縮短,從而讓雷達探測不到的技術和方法。由於在現代戰爭尤其是超視距空戰中,通過雷達訊號探測是探測戰鬥機的最可靠方法,因此減弱作戰飛機的雷達反射信號強度,是戰鬥機設計中提高隱形能力的最關鍵和最重要的因素。
在雷達隱身方面有個重要術語,即雷達散射截面(Radar Cross section,縮寫RCS),用來表徵偵察目標在雷達波照射下所產生的回波強度的大小,又稱後向散射截面,是雷達入射方向上目標散射雷達信號能力的度量,常用平方米或分貝平方米為單位。飛機雷達散射截面越小,隱身能力就越強。雷達散射截面與目標材料的電性能、幾何外形,目標被雷達波照射的方位,入射波的波長及入射場極化形式有關。
殲20機頭(圖源:網易)
殲20採用尖頂拱形機頭,其垂直截面基本呈稜形。機身上下部由兩個傾斜平面結合,一條細細的稜線縱貫前機身。
設計原理:一般飛機的機身呈圓柱形或接近圓柱形,電磁波無論從機身四周哪個方向照射,雷達散射截面都比較大。如果機身剖面形狀改為稜形,就只有照射方向正好和稜形表面垂直時,飛機的雷達散射截面才最大;而從其他方向照射時,雷達散射截面就比圓形剖面的小得多。
殲20翼身融合較好,整個機腹較平整光滑(圖源:網絡)
殲20的鴨翼和主翼都處於同一平面內,鴨翼、主翼和垂尾前緣的線條乾淨簡潔,沒有多餘折角,採用了適中的後掠翼,主翼與機身融合良好。
設計原理:一般飛機的機翼和機身、平尾和垂尾之間,會產生一種角反射效應,即相鄰兩個表面接近垂直時,電磁波不管從哪個方向入射,經過一次或幾次反射後,最終都將沿入射波相反方向返回到雷達接收機。而採用翼身融合體的飛機,機身和機翼平衡過渡,看不出明顯的分界線。這樣,在機身和機翼之間就不會出現角反射效應。
此外,殲20採用雙外傾全動式差動垂尾設計,是因為傾斜的立面可以有效降低側向雷達回波強度。
主要機體部件如機翼、鴨翼的前緣在水平投影面上相互平行,前機身進氣道向外傾斜的側壁和相同一側的垂直尾翼相互平行,左右相對的垂直尾翼和腹鰭相互平行,垂直尾翼後緣和腹鰭後緣在垂直投影面上相互平行,進氣道唇口外緣線和腹鰭前緣在垂直投影面上相互平行。
設計原理:將雷達反射波集中到幾個窄波束以內,使飛機在其他方向上的散射截面積儘可能最小。
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在發動機進氣系統上,殲20採用了先進的無附面層隔道(DSI)進氣口設計,這種進氣口的特點是在進氣口前方的機身上有一個鼓包狀突起,通過這個突起來模擬常規進氣道中的一、二級可調斜板。
設計原理:這樣設計一是取消了傳統超音速進氣道上的複雜結構,大大減輕了結構重量,二是消除了附面層隔道和飛機蒙皮之間的雷達反射,減小了飛機迎風面的阻力,有助於降低正前方的雷達散射截面,提高了飛機的隱身性能。
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殲20採用的S形進氣道在進氣口之後立即大幅向上方內側彎曲,以同時避開主彈艙和側彈艙,然後再形成兩個並行的管道通向發動機。
設計原理:在飛機內部,發動機是強反射部件。特別是直的進氣道,雷達波可以從進氣口直接照射到發動機的風扇或壓氣機葉片,產生很強的反射波。如果把進氣道做成S形,雷達波在S形進氣道中會發生來回反射,避免了雷達波直接照射到發動機風扇或壓氣機葉片,減小了雷達散射面積。
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殲20在機身腹部有可以攜帶中程空空飛彈的主武器艙,在進氣道外側有可以攜帶近距離格鬥飛彈的小型武器艙。
設計原理:為了保持外形的平滑,最大限度減少表面突出物,從而減少角反射效應。
圖源:網易
殲20原型機起落架艙門和減速傘艙門均有鋸齒形邊緣。
設計原理:電磁波入射到接縫處,存在多次反射的特徵,採用鋸齒形邊緣能夠減少接縫處的雷達回波強度。
殲20採用了超材料隱身薄膜,超材料是一種特種複合材料,通過對材料關鍵物理尺寸進行有序結構設計,使其獲得常規材料不具備的超常物理性質,實現對雷達波束的散射和吸收。
設計原理:超材料隱身不是通過改變雷達波反射或吸收雷達波來進行隱身,而是通過改變波的傳播路線,使波發生彎曲,以達到繞射傳播的目的從而實現隱身。
參考文獻:
[1]潘文林.會當凌絕頂一覽眾山小——全面解析殲20[J].創新科技,2011,(2):30-37.