J20 中国第四代隐身战斗机露面

 

歼20 - 粗浅分析下黑丝的隐身特性

上图为第二幅歼20最新大图

粗浅分析下黑丝的隐身特性,顺带问候广舵各位老友和中华的军迷们!~~~~

啃了几个鸭下巴,着LP哄咱家小公主去睡觉,本风总算有点时间来叽歪一下最近十分火爆的黑丝了。还是老本行,电磁和信号处理的东西当年嚼了个半熟,勉强YY一下还是可以的,试着从公开的照片分析下黑丝的隐身特性。
言归正传。
目前精确计算飞行器这样的复杂物体的准确RCS仍然还有很多问题,一方面只能通过不同场景下不同理论和方程去逼近和模拟估算,一方面要通过大量实际测量来修正参数和弥补理论缺陷,或者换一个说法,目前来说任何一架经过我们较为熟知的外型隐身规则设计出来的飞机单论外形的RCS可以说都是不可准确计算的,但是通过大量实测后积累经验建模可以得到一些推算和优化模型,可以估个八九不离十,至少量级上不会差太远。这还要考虑飞机的一些金属结构件比如机身承力框和机翼结构件等对经过多次反、散射后的N次波的后向散射和绕射之类的,情况就更复杂一点,不过这部分散射值在应用敷设或夹带吸波材料的复合材料结构件后能够得到有效抑制。此外还有一些主动有源隐身措施比如等离子手段等也没法直观看得出来,本文也不予讨论,对隐身效果的分析主要集中在传统的外形无源隐身方面,一些电子对抗天线啥的还可以勉强看得出来,可以简单分析下,这也是作为军迷仅仅看到外型特征唯一能YY的。
既然已经说了不可精确计算,那么最好的YY办法就是从外型表征来对比同类的F-22、F-35,从而估出不同方位上看黑丝的隐身效果,RCS量级上应该是可比的。在分析前有几个前提再简要提一下,对我们明确评估的标准有个数:
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中国第四代隐身战斗机露面

1、首先就是黑丝出在F-22\35之后近20年,在有明确的参考对象和研究方向基础上很多技术手段已经研究和验证得比较成熟,土鳖的基本要求很明显是空优上要能正面对抗F-22,压制F-35,隐身效果上自然不能比22有跨量级的差别;
2、其次隐身效果评估方面记住几个常用参考值:RCS缩减到1/10、1/100、1/1000、1/10000分别对应回波信号强度降低10dB、 20dB、30dB、40dB,对应同一入射源雷达来说探测距离分别减少到56%、32%、18%和10%(假定雷达完全可分辨的情况);
3、对空优战斗机而言前向水平方位+-30度角和垂直方位+20~-40度角是强威胁区域,隐身的效果主要针对前向的这部分回波来进行优化。当然从先敌发现、先敌进攻和快速脱离这样的理想接站模式来说,大机动调整姿态以及暴露尾部概率也不小,必须兼顾飞机侧面、底部和尾部入射场的RCS效果。
4、最后,从对RCS的贡献来看重点看四类散射情况:前沿镜面反射、后沿散射、行波和爬行波反射、空腔效应,至于一些如尖端绕射之类的通过在尖端部位敷设吸波材料可以较好抑制本来就不大的反向散射副瓣,对RCS影响基本可以忽略不计。
说说对黑丝的一些外形隐身的推测分析。

一、黑丝迎头RCS分析
对战机迎头RCS影响最大的几个源头一般是进气道凹腔效应、机头内的平面雷达阵列、座舱凹腔效应,包括舱盖前后缘缝隙,机翼和进气道唇口等前沿反射面,另一方面机翼平直后沿对相对入射角大于0度的垂直极化波也有较强反射,机身和机翼的平直后沿对机表行波也构成后向散射。
黑丝正面看比F-22投影略小,正面无直接镜像反射面;机翼和鸭翼前沿大倾角后掠,各类前后沿包括口盖切角和锯齿边缘反射角都与主翼前沿角一致,确保这部分对水平极化的反射回波散到主要威胁区以外的几个有限方向,主翼后沿的翼尖切角和前反角与22情况类似,角度和裁剪不大,在对垂直极化波的反射和表面行波反射的处理效果上与舵效和气动间作了个平衡,隐身效果不如YF-23,但机动性更有利。舱盖前后沿有类似22那样的锯齿化转移散射角处理,机表前后基本都是连续大曲面变化,边沿有连续棱线,上下底比较平坦,基本无尖锐突起,开口盖不多,表面铆钉和开口边缘处理从目前的几个大图看处理得很好(当然,那层蓝黑色涂料也掩盖了很多细节),缝隙处理从暴露的一些地方来看与22类似,包括有些地方用导电胶布掩盖这种手段都差不多,发动机尾端机身蒙皮也按照两级锯齿化设计(机身蒙皮和银菊尾喷口间有间隙,不会传递表面行波,不过目前的银菊尾部口设计有些问题,这个后面再讨论)。黑丝机身较长,大家都知道入射场中被照射物体长度远大于波长时,物理谐振是没有了,后向散射接近光学规律趋于常数,因此机身长度对RCS没有明显影响,反倒是机表材料导电率对行波感应和末端反向散射有很大影响,对比机型表面材料导电率基本一致的话,隐身效果都不会相差到多大。从总的方面看黑丝外形设计商对机表散射、爬行波绕射和行波反射等控制还是比较好的。一些比较常用的隐身手段,设计细致点多测试验证大家水平都差不多。
金属镀膜整体舱盖对座舱的凹腔隐身效果应该与22一样,但黑丝对进气道凹腔效应这个最大的正向散射源的抑制明显比22好些,与35相近,都能在正面完全遮掩发动机风扇叶片的直接反射,并通过长长的S形进气道(有吸波涂料,基本手段)在入射波多次反射中达到大幅衰减目的,最好像18E那样道内再搞一道屏蔽栅,不过无论怎样敷设吸波涂料的DSI+唇口切角加莱特隐身效果都应该比22的附面层隔离腔+内部吸波斜板+散气口强,超音速进气效果也强于35的进气道设计(黑丝DSI外形更尖锐,有调节板改善高低速进气),同时隐身效果因为进气道更长对信号的衰减更有利,锥形DSI表面的后向散射也略好于35的椭圆形 DSI表面,综合隐身效果也会略好于35,T50就不用说了,带附面层隔离间隙、偏短和浅S形的进气道,即使加上吸波材料的屏蔽栅也会在迎头较大的角度范围内产生不弱的后向散射,最没优化前途的一个(要不以后也玩个DSI?);最后,加莱特进气道截面的宽高比RCS也有影响,这个数值理论上在 0.6~1.4左右会比较低,黑丝的进气道宽高比看照片略小于22,菱形外倾角也略小,估计在RCS影响方面差别很小。总体来说,进气道方面黑丝相对22 占的RCS便宜估算可能有5 dB左右,相对T-50优势大于10 dB。
机头雷达的隐身处理这个看不见不好臆测,不过从之前现身的10B来看,主动相控阵雷达问题应该是已经解决了,象22那样通过阵列框架上仰,增加FSS阻抗副面等措施,取得了正向对X波段水平极化入射波-20dB以上的抑制效果,从而基本消除了一大回波亮点,由于这方面技术及场景相对简单,这些年基本都已研究透彻,黑丝应该也是采用了同类手段,二者天线面积接近,黑丝为了探测距离可能还略大,不过综合RCS消减效果应该还是在一个量级上的。
鸭翼在主翼前是大家争议诟病较多的一个地方,但通过结构上多采用透波材料、表面敷设吸波涂层、前后沿后掠等措施,这个对RCS影响远没有想象那么大,中小角度偏转时,因为偏转轴向也有后掠,加上偏转角有限,实际对正面方向来说还是个大后倾的斜板,对总体RCS变化影响不会太大,按黑丝鸭翼的面积,对正向 RCS的影响我估计不会超过2 dB,考虑隐身涂料和吸透波结构材料会更低,再考虑黑丝的V型全动小垂尾高度和面积远小于22的两扇大旗,两相综合其实在气动翼面后向散射方面整体上基本能够扯平了,可能略差于常规布局V型全动小垂尾的T-50,但不会给整体RCS带来量级的差异,说到这也不得不顶设计黑丝的设计师们,胆子就要大一点。
现有的外形隐身技术一般要取得-20dB左右的隐身效果是比较容易达到的,这时战机各部分对RCS的影响趋于平均,剩下的到-30甚至-40dB的效果就需要精益求精和大量计算及实测积累优化了,难度相当大,目前做得最好也就B2,因为不强调机动性,隐身策略贯彻最为彻底,效果最好。对比22,迎头方向纯物理的雷达截面隐身效果达到-25~-27 dB的话,黑丝的隐身效果会达到-28~-30 dB左右,加上吸波涂层和结构件优化,如果22沿方位的RCS小于0.0065 dBsm,黑丝的理应好于这个数值。换个说法,一部对标准反射截面探测距离100KM的雷达,对22的探测距离最大在23~25KM的样子,对黑丝的探测距离最大则应该在20KM左右。当然,这些是没考虑再增加一些诸如等离子隐身之类的主动措施,以及吸波涂层及结构件技术水平差异,有估计错误本风不负责任的哈~

二、侧视RCS
由于机翼前后沿大倾角和机身缝隙、边沿锯齿化反射角方位固定的原因,22和黑丝在侧面某几个角度对水平极化波都会有比较强的反射效应,但角度很有限,飞机姿态角稍变可能就检测不到了,另外机身大曲度连续面的翼身融合体和升力体综合设计,外倾V型垂尾设计,这些都基本消除了角反射效应,而且带外倾角30度左右的V型垂尾在水平面上对入射波的信号消减可以达到-15dB左右,但因为22垂尾面积实在太大,这部分散射贡献还没有减到完全可忽视的地步,这也是考虑大迎角方向安定性和机动控制的不得已折中,不然谁也不想扛那么大的两面旗子。从侧面斜下方30度左右的入射波虽有机翼和尾翼的部分遮挡,但仍可形成较强镜面反射,不过可测角比较小。黑丝的机身侧面投影面积略大于22,主要是比较长,不过全动垂尾面积小很多,同样也有侧面斜下方可测角的问题。除了应用吸波涂层和透波结构材料,别的措施不多,另外可以通过加装感应天线在收到探测威胁时加以对抗干扰或对消,黑丝垂尾上那三条天线和顶部的块状天线面估计就是用来干这个的,机头方向也能看到类似手段。
黑丝的垂尾和腹鳍在倾角上与主翼小心地避开了角反射效应的主要主副瓣,不过正侧方还不能完全遮挡尾喷口,好在漏出的圆柱状喷管也不多,反射还不会太明显。在红外隐身效果方面,银菊的喷口有很明显的加强筋似的突起和四边形凹陷,显见是具有中空结构的部件,一方面可以减轻重量,另一方面利于引入冷气循环降温,降低喷管外部红外特征。不过这样的表面结构容易增加侧后方较大角度范围内的RCS,不知道土鳖是不是经过实测后觉得影响尚可接受还是干脆不管了,反正这个喷口最多只考虑了表面的红外隐身。类似的35尾喷口也不能完全遮挡,但喷口叶片呈细尖盾状,且沿圆柱切线有增加波动折角,这样可以最大限度将测视波反射到其他方向,减小RCS影响,而且据说尾端的尖角还能拉出紊流,有利于冷空气与尾焰高温气流混合,减低红外特征,这方面咱没学过气动设计,就不多扯了,反正目前的银菊除了表面降温和满足某些领导的恶趣味,可能其他方面就麻麻地了。当然矢量控制方面就是另外一说了,必然要有的,大仰角和非常规机动配合那个全动小垂尾必须的。
侧面RCS,黑丝和22各有千秋,水平也相差不大。

三、尾部RCS
其实前面分析测试也说过了,尾喷口还有问题,也许以后还有优化,不过相对而言这时飞机的后沿变前沿,相对平直和偏小的前反角度对后视RCS不利,主翼下作动筒罩罩比较大,比22和50都大,可能跟采用鸭翼布局,主翼的襟翼、副翼动作面还要相对多的参与到纵向配平中有关,需要的力矩可能比较大一点,也许是这样吧,这方面方方比较有发言权,啥时候露个脸分析解释一下?
尾部RCS贡献最大的同样是尾喷管的凹腔效应,基本没办法,B2和YF23那样的把喷口底部延伸遮挡能防住一定后视俯角下的RCS,但正后方和后上方是没法遮挡的,117那种口也只能减少可测角,黑丝和35、50这样就不用说了,菊花都开了,就看你有没有本事凸得到了~
所以后向RCS无论是谁都不能消除到理想效果,区别只在可测角的范围大小,对于战术目标攻击完要脱离的话,最好不要立刻大机动掉头跑,给人发现和跟踪机会,绕个大圈跑远点再开溜比较好,当然,如果威胁空域太大方向太多的话,可能也只能收紧菊花,尽量喷吧~~
隐形空优战机的作战模式,还是尽可能争取一次性把对手的主要攻击和探测能力先敲掉的好,否则掉一架下来那银子可是哗啦啦地损失。
尾部RCS,黑丝和50比较烂,35略好,22再优一点。
四.最后叽歪几句
黑丝已经是土鳖目前可用技术的最强体现了,基本是啥好都往上堆,赶时间进度所以难免有些缺陷,发动机这块最明显,材料方面肉眼看不出来,只能看出黑丝的表面工艺和涂层视觉效果非常好,非常平滑,蒙皮工艺精度不错,经得起各个角度的挑剔眼光,即使有点缝隙估计也都贴导电胶布搞定了,从10、FC、10B以来,各种气动手段的验证做得很有延续性,创新精神是不用说符合386、486的精神要求,586以后主打什么口号不知道,哈哈~~
最后还歪两句,鸭翼+较大边条+三角翼确实很强大,远耦合鸭翼配平增升,较小仰角下也能拉出涡流给主翼适当增升,仰角加大时带上反角的鸭翼下洗气流因距离较远对略下反的主翼表面气流影响很小,这时边条的涡流又开始发挥较强的增升作用,这气动设计着实是爽~另外,V型全动小垂尾从各方面看都是画龙点睛的一笔,不知道方方对此有何看法。黑丝的长身板还是不少好处的,连带侧弹仓和机腹弹仓空间也大了,载油量也有保证,气动上有利于超巡,剩下就看发动机给不给力了。

还好鬼方这个爱迪还在,给本风叽歪留了个念想,一下扯这么多也有点累了,图片啥的没精力去整,大家自己对着收集的照片琢磨吧,黑丝还是比较给力的,毕竟晚了人家20年,有啥新招旧照一起上,总不会差了。当然毛子的能力大家也别太贬低,老帝国的底子还是很厚的,至少那啥等离子方面研究就是领先的。
顺带问候广舵的沙龙、老特务、加加、猩猩、法兰、inimd、西红柿和小米等等,以及中华的各位老特务,工作忙,很久没上来发言了,年尾不知道广舵还有没有聚会,记得叫上我,法兰那里有我新手机号。
黑丝魅力太大,总要给个面子冒个泡,沾点腥啥的,可惜没机会去成都现场观摩一下。写得仓促,无法计算,臆测颇多,大家定性地看看就好,有啥问题本风是坚决不负任何责任的。
最后,木刀已经不用打倒了,丫早已经被Dser们撂倒N次了,躺着已是常态,偶尔举下红裤衩立起来也终归会很快倒下的。
再习惯性地凸一下平大湿,顺便向各位军迷朋友们说声新年好!

鬼方.暖风
2011年1月9日星期日与家中书房有感

欧也~~
本贴由【鬼方】于2011-01-09 17:02:17发表。该贴仅代表【鬼方】个人观点。

 

 

 

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