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吸波材料与隐身飞机

近期网络上出现了一架特殊轰六的照片,它的大量部位均被黑色材质覆盖。飞机隐身设计的角度来看,这些部位恰好都是反射信号为强烈的地方,因此它应该是一架隐身技术的验证飞机。隐身设计的本质在于自身信号特征的控制。一架飞机要隐身,优良的外形设计是不可缺少的基础。只有当它能确保多数照射到本机上的雷达波,会被反射到对方雷达接收机所接收不到信号的方向;并且自身在结构外形上,不会形成特别强的反射特征时;吸波材料才能发挥出用武之地,进一步将反射信号衰减削弱。在这两个基础上,还要进一步兼顾飞机雷达、通信、电子战等设备既能正常工作,又能尽量少的暴露信号,才能实现较为完善的电磁隐身。
 吸波材料帮助飞机隐身的原理有两个。首先是它与照射过来的雷达波之间具备匹配性,这些电磁波会尽可能的照射到材料的内部,而不是在涂料表面就被大量反射掉。其次是它必须具备衰减性,照射进涂料的电磁波会非常迅速、而且几乎是全部分量的,都被从电磁能转换成热能,从而彻底衰减掉。轰六进气道和机身之间的附面层隔道,以及进气道内部的直通管状结构,都会使雷达波形成特别严重的反射特征,因此在验证机上被重点安排了吸波材料。但是由于本身的角度问题,雷达波入射进气道以后,和进气道内壁的夹角非常小,也很难形成多次反射衰减,因此总的效果不会太理想。
理想的吸波材料,要能满足以下几个要求。除了反射效应要小,吸收率要高以外,能吸收的电磁波频带要宽。不然就会出现同一架飞机在这台雷达下隐身效果很好,另一台工作波长不同的雷达下却无法隐身的情况了。其次它的工作角度要大,能吸收各个方向上照射过来的电磁波。隐身涂层破损,F22不那么光鲜亮丽的一面。由于设计年代较早,F22的吸波材料仍然是涂料形式。对于非常强调高速飞行的F22,气流的冲刷效应对涂料的破损剥离特别厉害;而在F35上,吸波材料就被换成了类似于塑料薄膜的形式,维护性比原来有大幅度的进步。这些问题必须依靠大量的飞行来暴露、并验证改进工作,并不能完全在地面完成。
而且它必须足够的轻巧,要知道一架飞机表面积很大;如果吸波材料的密度很高,而且要涂很厚一层才有效果,那对飞机的增重将会给飞行性能带来巨大的损失。后来一点则是涂料必须要有很好的耐受力,能耐雨水紫外线,能耐受高温(发动机舱段),尤其是能耐受高速飞行时的空气冲刷。
然而即使是以美国的隐身技术水平,也很难同时兼顾这些方面,并且获得都很满意的效果。比如在满足反射小,吸收高,而且对更多波长都有效的要求方面,单一材质的涂料是做不到的,要采用多层复合设计。这就要带来成本工艺的提升,以及重量和维护难度的增加。
 隐身设计的本质在于自身信号特征的控制,外形和涂料是关键的环节但并不是全部,一样也受到航电系统和机载设备的影响:比如需要接收和发射大量信号的电子战设备,应该以何种方式工作,布置在飞机哪里才是好的选择?即使是歼20这样的原生隐身飞机,这种匹配工作也都是要到了试飞进行到相当程度,摸清了基本设计的优劣和特性以后,才具备全面展开的基础。