X-47简介及其雷达红外隐身

X-47简介及其雷达红外隐身等特性,X档案,英文字母X是“Experimental”这个单词的缩写，即“试验的”之意，同时也蕴涵着“未知的”深层含义。在飞行器设计领域，未知的技术障碍与难题比比皆是，即使是通过风洞、模拟器和计算机也只能构建出一个理想状态下的模型而已，所以必须研制出专门用途的试验机去探索那些未知领域。为了探索航空航天领域众多的未知领域，美国人开始了X系列试验飞行器的研究工作。1945年初，世界上第一架火箭动力试验机XS-1（后来命名为X-1）在美国军方的资助下首飞成功。这之后，X-3、X-4、X-5等一大批试验飞行器相继飞上了蓝天。在随后近三十年的发展过程中，以X冠名的试验飞行器几乎每年都要研制一种，其研制速度惊人，成为了X系列试验飞行器发展的黄金时期。越南战场上的节节失败和苏联全球范围内的战略紧逼，让美国开始进入战略调整阶段。在这种大环境下X系列试验飞行器的研制计划也陷入了停顿。强硬的里根总统上台后，沉寂了多年的X系列试验飞行器计划终于迎来了转机，1984年X-29A前掠翼试验机的首飞成功重新拉响了美国向未知航空航天领域前进的号角。此后的十多年间，就先后有14种X型试验飞行器投入研制。今天，X系列试验飞行器已经不再单纯以“更高、更快”作为其发展目标了，跨大气层飞行器、太空营救系统、无人隐形武器投送平台等成为新的发展亮点。可以肯定的是，在未来的日子里我们一定会看到越来越多更加先进的X系列试验飞行器飞上蓝天,X-47介绍,X-47是诺斯罗普.格鲁门公司研制的一种无人作战飞机，目前其型号有X-47A和X-47B。X-47A“飞马”是诺斯罗普格鲁门公司自筹资金为美国海军研制的具有短距起飞和着陆特性的低成本无尾布局、全自主飞行无人机验证机，“飞马”的布局是一种具有低可探测性的后掠角很大的类似风筝的气动布局，外形类似B-2轰炸机，主要又复合材料制成。机翼前缘后掠角55度，后缘前掠角35度，翼展8.42米，机长8.45米，机高1.86米，起飞重量2.5吨，燃油重量710千克，最大过载可以达到3g，最大飞行高度可以达到1.1万米。采用单发动机，发动机进气口位于机身上方前部,机体采用全复合材料制造，隐形效果好。X-47A的设计特点是有6个操纵表面，2个升降副翼和4个“嵌入面”。“嵌入面”是一种小型的可收式控制表面，用以代替分段方向舵，提供方向安定性。两个位于机翼上部，其余两个在机翼下部的对应位置。,X-47B的问世标志着无人驾驶飞行器领域的革命性突破：它不仅是人类历史上第一架无需人工干预、完全由电脑操纵的“无尾翼、喷气式无人驾驶飞机”，也是第一架能够从航空母舰上起飞并自行回落的隐形轰炸机。与X-47A相比，X-47B机载传感系统具有探测敌方导弹和识别地面目标的能力，机载计算机具有自主跟踪、攻击的决断能力；采用独特的通信和遥控方式，具有良好的隐形性能和战场生存能力；具有高水平的空战系统，可在1万米高空以高亚音速巡航。X-47B采用无尾翼、三角形机身布局，拥有蝙蝠型双翼与翼身融合的飞翼构型，它是按照B-2隐形轰炸机外形缩小一定比例的设计，尺寸与F-18“大黄蜂”战斗机相当。X-47B无人机有两种基本型号远程侦察型和攻击型。后者拥有强大的对地打击能力，有效载荷高达4500磅，执行全天候的作战任务。武器配置方面，设计者计划为其搭配小直径制导炸弹。尽管并不强调空战能力，但X-47B仍可使用“先进中程空对空导弹”打击空中目标。此外，它还有望获得空中加油能力，从而将滞空时间延长到50小时以上，具有良好的战场覆盖能力和远程续航能力。,载弹量X-47B两个内置弹舱各可以容纳一枚2000磅级的JDAM，其载弹量要远远超过目前的无人机。隐身X-47B是无尾翼机，对所有波段的雷达波的隐身性能都极高。因为没有尾翼可以在着陆时采用大迎角便于减速，而且也不会影响到视野。油耗之前大多数长航时无人机都通过采用超大展弦比机翼来提高航程，而X-47B采用了超高的内油系数，其最大起飞重量超过20吨，但其空重只有6吨多。作战能力X-47B飞行性能较高，作战半径长，可以在航母上自动起降，并有自主空中加油能力，再加上卓越的隐身性能，同美军各类现役战机相比，X-47B滞空时间更长，其800海里的作战半径，既可以使航母战斗群处于更安全的位置，也可以更深入内陆执行打击任务。另外，X-47B最大的优势在于隐身突防，它拥有非常优异的雷达和红外低可探测性，保证其能够突破敌方防空圈，为后续有人驾驶作战飞机打开通路。机身材料X-47B外翼由铝合金部件和碳纤维环氧复合材料蒙皮组成。每个机翼装有副翼，并拥有高度集成的电子和液压管路。该机翼设计还包括机翼折叠能力，这样可以使飞机在母舰上占有更小的空间。,X-47A/B型号参数对照,无人机的隐身,飞机隐身技术包括雷达隐身技术、红外隐身技术、电子隐身技术、可见光隐身技术、声波隐身技术、电磁隐身技术等，由于现代防空体系中最为重要、使用最广、发展最快的探测器是雷达，因此，雷达隐身技术成为最主要的隐身技术。对于雷达的认识：一般意义上的雷达，指的是有源雷达，是一种自身定向辐射出电磁波照射目标，进行探测、定位和跟踪的传统雷达。有源雷达发射的电磁信号会被敌方发现，定位，暴露自己，引来“杀身之祸”，致使人们开始研究自身不辐射电磁波的新体制雷达。这种借助非协同外部辐射源进行探测和定位的被动式雷达，就是无源雷达。无源雷达可以依据探测对象的不同，分为利用被探测目标的自身辐射进行探测和跟踪，以及利用外照射源发射的电磁波进行探测和跟踪两大类。,X-47雷达隐身性能,无源雷达自身不发射信号，既带来优点也带来缺点。由于依赖于第三方发射机，操作员对照射器无法主动控制，在被探测目标保持无线电静默、照射器又不工作的情况下，无源雷达就成了无源之水，不能发挥作用。此外，一些发射机的有效辐射功率较低，易受干扰和空射诱饵的影响而且要求发射机与目标、目标与接收机以及接收机与发射机之间信号不受阻挡，限制了无源雷达的使用。,雷达隐身技术成为最主要的隐身技术,雷达隐身技术的核心就是降低目标的雷达散射截面积（RCS）。雷达的最大探测距离与RCS的关系：式中Pt为雷达发射功率；Pr为雷达接收功率；Gt为雷达天线增益；为雷达工作波长；为目标雷达散射截面积。假设某雷达在=1000时，Rmax=100，则可以进一步得到RCS减缩与雷达作用距离下降的对比情况（见下表1）：下表2给出了当前几种典型飞机的RCS。可见，与B-52轰炸机外形大小相近的B-2A隐身轰炸机的RCS减少了三个数量级，而与苏-27外形大小相近的F-22或F-117A的RCS减少了两个数量级。,目前可采取的RCS减缩手段主要包括：外形隐身技术、材料隐身技术、对消技术以及等离子体隐身技术,努力减少飞机表面能造成散射的突起物、取消一切外挂武器和吊舱，将外挂设备全部置于机内；借助机身遮挡强的散射源，将发动机进气口设在机身背部，进气道采用锯齿形；座舱盖镀上金属镀膜，使雷达波不能透射入座舱内部；采用倾斜双垂尾或V型尾翼；采用尖形鼻锥改进天线罩，采用可收放天线等等,（1）外形隐身技术外形隐身技术就是在一定的约束条件下设计军用目标各部件和整机的外形，使它的RCS最小，主要理论依据来自目标各部件的电磁散射机理，目前采用的主要措施有：采用翼身融合体，全埋式座舱和半埋式发动机，使机翼与机身、座舱与机身平滑过渡，融为一体；机翼采用飞翼、带圆钝前缘的V型大三角翼、低置三角翼、平底翼融合体以及活动翼结构,(2)材料隐身技术材料隐身技术就是采用能吸收或透过雷达波的涂料或复合材料，使雷达波有来无回、多来少回。目前主要使用的是雷达吸波材料，此类材料可将雷达波能量转化为其他形式运动的能量，并通过该运动的耗散作用转化为热能。美国的B-2A、F-117A和F-22等隐身飞机均在金属蒙皮、机翼前后缘、垂尾和进气道等强回波部位大量使用吸波材料来减小RCS。X-47B外翼由铝合金部件和碳纤维环氧复合材料蒙皮组成，全机身采用复合材料、雷达吸波材料，有效吸收减弱雷达信号。,（3）对消技术对消技术是通过目标产生与雷达反射波同频率、同振幅但相位相反的电磁波，与反射波发生相消干涉，从而消除散射信号。对消技术分为无源对消技术和有源对消技术。无源对消技术是采用特殊外形或材料等无源隐身技术手段产生干涉波的对消技术；有源对消技术是利用在目标上装备有源对消电子设备，以产生适合对消的电磁波，通过相消干涉减弱或消除反射波。X-47B是无尾翼机，对所有波段的雷达波的隐身性能都极高。,（4）等离子体隐身技术等离子体隐身技术的原理是当对方雷达发射的电磁波遇到等离子体的带电粒子后，便相互发生作用，电磁波的部分能量传递给带电粒子，其自身能量逐渐衰减，其余电磁波受一系列物理作用的影响，绕过等离子体或产生折射，使电磁波探测失去功效。例如，俄罗斯共研制出三代等离子体隐身系统，美国休斯实验室也进行了这方面的实验。,红外隐身技术，就是抑制目标在敌方红外探测系统方向上的红外辐射。减少红外辐射的方法有屏蔽、冷却、吸收和散射等。热红外辐射：3-5m和8-14m物体热红外辐射能量M遵循Stefan-Boltzmann定律：M=T4式中：为斯-玻常数；T为被测目标表面温度；为物体的发射率。从上式可以看出：目标的辐射强度与和T4成正比。实现红外隐身最有效的技术途径是控制物体表面温度和降低表面发射率。红外隐身就是利用热抑制和屏蔽、降低发射率等措施，降低或改变目标的红外辐射特征，从而实现对目标的低可探测性。,X-47红外隐身红外隐身原理：,目前的主要措施：,X-47B所采用的措施：1.发动机不加力，尾喷口经过红外弱化处理。2.尾喷管被下表面遮挡3.红外涂料4.猜测：能用上的最先进的相关技术尽数用上了，例如B-2中的相关技术。,存在的问题：但是，隐身飞机并不是不可探测的。1999年3月27日晚，美军的一架F-117A在科索沃战争中被老式的“萨姆”导弹击落，战争实践证明了对抗隐身飞机的可能性。其实，隐身飞机只是在一定条件下的低可探测性，而不是一切条件下均无法探测。例如：隐身飞机的隐身效果不是全方位的，它主要减少从正前方（鼻锥）附近、水平45o、垂直30o范围照射时的后向RCS，而目标其他方向特别是前向散射RCS明显增大；针对VV极化雷达的RCS下降多，对HH极化雷达下降少；采用的吸波材料是针对一定频率范围的，一般在120GHZ，对其他频段的雷达隐身效果