從殲20看戰鬥機隱身的秘密——雷達隱身技術

2021-01-16 澎湃新聞

原創 肖元 航空知識

陳肖/攝

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簡介

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。

為什麼超隱身能力至關重要？

在現代空對空作戰中，戰鬥機既要做到監視和搜索敵方目標又要做到不被敵方偵察和電子支援系統發現，從而避開反輻射飛彈和隱身目標的打擊與威脅。這一切都依賴於戰鬥機是否具有優良的隱身能力。

何為雷達隱身技術？

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。

如何判斷一架戰鬥機的隱身能力強弱?

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如何實現雷達隱身？

特殊機頭與機身形狀

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。

翼身融合和垂直尾翼外傾

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。

主要機體部件相互平行

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。

DSI進氣口

圖源：網絡

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。

S形進氣道

圖源：網絡

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。

武器內置

圖源：網絡

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。

各艙門邊緣為鋸齒形

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。

雷達隱身材料

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。

除此之外，還有哪些因素影響殲20的超隱身能力呢？

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.

風上風雲｜雲端故事

原標題：《從殲20看戰鬥機隱身的秘密——雷達隱身技術》

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