探測技術(shù)發(fā)展與軍用直升機隱身

周富民 趙陽 李輝

1.陸軍航空兵學院機械維護教研室；2.61902部隊

探測技術(shù)發(fā)展與軍用直升機隱身

周富民1趙陽2李輝1

1.陸軍航空兵學院機械維護教研室；2.61902部隊

本文針對雷達、噪聲、紅外等探測技術(shù)的最新發(fā)展，就如何提高軍用直升機隱身能力作了一些思考，旨在跟蹤最新探測技術(shù)，有的放矢，提高軍用直升機戰(zhàn)場生存能力和作戰(zhàn)效能。

探測技術(shù)；軍用直升機；隱身

引言

直升機由于具有機動靈活、快速反應等突出特點和獨特優(yōu)勢，在戰(zhàn)爭中正得到越來越廣泛的應用。與此同時，由于飛行速度慢、高度低、噪聲大，直升機受到來自地面、空中多種火力的威脅，戰(zhàn)場生存環(huán)境十分惡劣。怎樣降低軍用直升機的損傷，提高其戰(zhàn)場生存能力是值得研究的課題。隨著現(xiàn)代制導武器的迅猛發(fā)展，“發(fā)現(xiàn)即摧毀”的概率越來越大，各國也因此越來越重視“先敵發(fā)現(xiàn)”，進而大力發(fā)展現(xiàn)代探測技術(shù)。要躲避、對抗這些探測技術(shù)，軍用直升機必須更加重視隱身技術(shù)的應用。

隱身技術(shù)是通過控制武器系統(tǒng)的信號特征，使其難以被發(fā)現(xiàn)、識別和跟蹤打擊的技術(shù)。它是針對探測技術(shù)而言的，主要包括雷達隱身、紅外隱身、聲音隱身以及視頻隱身等。盡管世界上第一種隱身直升機“科曼奇”由于多種原因最終夭折，但其全隱身設(shè)計技術(shù)值得我們思考、借鑒、創(chuàng)新。針對現(xiàn)代探測技術(shù)，發(fā)展相應的隱身技術(shù)對于軍用直升機提高戰(zhàn)場生存能力、進而提高作戰(zhàn)效能，有著至關(guān)重要的意義。

一、幾種探測手段的最新發(fā)展

在戰(zhàn)爭中,地面防空武器(如高射炮、高射機槍和地空導彈等)和空中飛行器(如殲擊機、強擊機和武裝直升機)要想攻擊直升機，首先要通過目視、雷達或各種傳感器發(fā)現(xiàn)直升機。目前雷達探測技術(shù)、噪聲探測技術(shù)、紅外探測技術(shù)均有了新的發(fā)展。

（一）雷達探測發(fā)展

目前在雷達研制中，一系列高性能的具有環(huán)境自適應的MTI、MTD技術(shù)已得到了實際的應用，能夠較好地解決地物雜波的干擾。發(fā)展了低空補盲雷達，通過正確部署防空警戒雷達網(wǎng)，合適地選擇低空警戒雷達陣地，以及將雷達工作平臺升空（機載、氣球載及星載）等方法，較好地解決了多徑效應與地球曲率的影響。具體而言，主要發(fā)展了以下雷達探測技術(shù)。1、短波超視距雷達技術(shù)。在其工作波段上直升機為諧振區(qū)目標，不但可使按光學區(qū)目標反射規(guī)律設(shè)計的形狀隱形失效，而且還有可能因諧振出現(xiàn)相當大的雷達截面積。2、甚高頻與超高頻頻段雷達技術(shù)，抗干擾能力更強，測角精度和角分辨能力增強。3、雙/多基地雷達技術(shù)。當相隔較遠距離的雷達發(fā)射站和接收站組成多基地雷達時，隱身飛機或直升機由于形狀隱身的幾何特點，在它所散射的雷達信號中，偏向某些接收站方向的信號能量可能比反向散射至發(fā)射方向的信號能量強得多。4、相控陣雷達技術(shù)。通過對每個天線輻射元配備一個帶收發(fā)組件的有源固態(tài)相控陣，可在節(jié)省能源條件下增大雷達實際有效輻射功率，探測距離更遠。5、雷達網(wǎng)的數(shù)據(jù)融合技術(shù)。雷達網(wǎng)中的眾多單基地雷達從不同方向觀測隱身飛機或直升機時，某些雷達就有在短瞬間觀測到較大雷達截面積，從而發(fā)現(xiàn)隱身飛機的機會。利用雷達網(wǎng)中多部雷達的數(shù)據(jù)進行融合，就有可能給出隱身飛機的航跡。

此外，雷達的波段向兩端擴展到米波段、毫米波段以及紅外和激光波段，而現(xiàn)有隱身技術(shù)采用的吸波涂料和結(jié)構(gòu)材料，主要是針對厘米波雷達的。

（二）噪聲探測發(fā)展

近年來，聲音探測技術(shù)不斷更新，已經(jīng)可以作為一種防空預警系統(tǒng)。例如瑞典的“直升機搜索裝置”就是一種測音系統(tǒng)，探測距離15～20千米，其系統(tǒng)內(nèi)存有20種直升機的噪聲特征，可同時探測6架直升機。英國的“警戒哨”噪聲預警系統(tǒng)，可探測到直升機和低速飛行的固定翼飛機，探測距離6.5千米，方位角精度為1°，重疊布置6個這樣的系統(tǒng)，可覆蓋780平方千米的地域。法國陸軍已于1997年開始試驗“巴奇”信標，探測對象包括直升機、固定翼飛機、無人機、坦克、地面車輛以及狙擊手。此外、“曼帕卡斯”-100便攜式防空傳感器，質(zhì)量僅有4.5千克，可以探測直升機、無人機、螺旋槳飛機的聲信號特征，并進行分類、識別、確定目標方位。

這些噪聲探測系統(tǒng)，對飛行高度低，噪聲較大的軍用直升機的生存性提出了挑戰(zhàn)。降低軍用直升機噪聲將是必然選擇。

（三）紅外探測發(fā)展

紅外探測系統(tǒng)靠接收目標和背景之間存在的溫差和不同的紅外輻射特性而工作。目前各種紅外制導導彈的響應波段集中在1～2.6μm、3～5μm、8～14μ m三個大氣窗口(大氣窗口是指紅外輻射穿過大氣時被吸收很少的波段) 。第一代紅外制導導彈的工作波段為1～2.6 μ m,主要探測發(fā)動機高溫熱金屬部件的紅外輻射,第二代紅外制導導彈主要工作在3～5 μ m波段,探測的是發(fā)動機噴口和尾噴流的紅外輻射,具有后半球和側(cè)向探測攻擊能力;第三代紅外制導導彈主要工作在10～12μ m波段,采用紅外成像制導,可探測到機身蒙皮產(chǎn)生的紅外輻射,探測距離更遠,能進行全向探測和攻擊。

紅外尋的導彈制導方式由點源制導發(fā)展到成像制導，探測范圍更廣，對軍用直升機紅外隱身能力提出了新要求。

二、軍用直升機隱身新要求

現(xiàn)代探測技術(shù)的迅猛發(fā)展對軍用直升機的戰(zhàn)場生存能力提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，使得軍用直升機的防探測設(shè)計也必須做出相應調(diào)整。軍用直升機防探測主要包括防目視探測、防雷達探測、防噪聲探測和防紅外探測等。

（一）防目視探測

防目視探測可以在總體設(shè)計階段通過減小外廓尺寸、機身噴涂無反光的偽裝漆、座艙安裝平板玻璃等技術(shù)來減小被發(fā)現(xiàn)的概率，以降低地面機槍、高射炮擊中直升機的概率。

（二）防雷達探測

防雷達探測可以通過減小雷達散射截面積的外形設(shè)計、表面涂吸波涂料、采用復合材料、超低空貼地飛行戰(zhàn)術(shù)及等離子隱身技術(shù)等解決。

可參考“科曼奇”直升機采用菱形機身截面。尾梁兩側(cè)設(shè)計倒置的“托架”，可使雷達波的反射方向不能被探測雷達收到；尾部的涵道尾槳向左側(cè)傾斜，尾槳上的垂直尾翼向右側(cè)傾斜，其上安裝水平安定面，這種設(shè)計使金屬表面之間不會構(gòu)成能強烈反射雷達信號的90度夾角的角反射器；發(fā)動機包藏在機身內(nèi)，進氣道可埋入機身兩側(cè)上方，且進氣道設(shè)計成棱形，不會對雷達波產(chǎn)生強反射；槳葉形狀經(jīng)過精心設(shè)計，使其不易被雷達探測；導彈隱藏在可伸縮的吊架上；航炮可向后收藏在炮塔的整流罩內(nèi)；后三點式起落架是可收放的，收起后由起落架艙門屏蔽，可減小雷達截面積。采用先進的工藝過程和緊公差以實現(xiàn)小雷達截面積。

（三）防噪聲探測

防噪聲探測要求直升機采用減小外部噪聲的設(shè)計，包括槳葉形狀設(shè)計、無尾槳或涵道式尾槳與剪刀式尾槳設(shè)計、發(fā)動機共鳴消聲器設(shè)計以及具有吸音功能的排氣管設(shè)計等等，防噪聲探測設(shè)計也是應對高靈敏音響地雷的重要手段。

直升機的旋翼、尾槳、發(fā)動機等旋轉(zhuǎn)部件和作為發(fā)動機與旋翼連接部分的傳動裝置，如減速器的齒輪，是直升機的主要噪聲源。因此，要降低直升機的噪音主要是針對這些部件采取相應的措施。降低旋翼和尾槳的噪音現(xiàn)在采用的方法是限制槳尖速度和采用改進的槳尖形狀、采用特殊尾槳和無尾槳方案等。目前，世界各國研究的槳尖形狀比較多，像槳尖后掠形、雙后掠形、槳尖葉片尖削、下反槳尖、線性和曲線的復合形狀槳葉、葉尖吹渦槳葉、變扭度槳葉、環(huán)量控制槳葉、鋸齒形槳尖等，都在改善槳葉氣動性能、降低旋翼噪音方面效果顯著。特別是近年來新興的智能旋翼技術(shù)，在降低直升機旋翼噪音方面也有非常突出的表現(xiàn)。發(fā)動機和傳動裝置的降噪技術(shù)目前處于起步階段。發(fā)動機降噪技術(shù)未來發(fā)展是葉輪槳葉形狀的改進及殼體結(jié)構(gòu)的改良。另外，采用大量隔音材料來實現(xiàn)噪音源與機艙的噪音隔絕，也是一個降噪的途徑。傳動裝置降噪技術(shù)未來發(fā)展是齒輪優(yōu)化設(shè)計及殼體改進。除此之外，主動噪音控制系統(tǒng)因其成本低、重量輕、改進簡單等諸多優(yōu)勢，將作為未來直升機降噪的主要發(fā)展方向。

（四）防紅外探測

防紅外探測一般都是在發(fā)動機設(shè)計中加裝紅外抑制裝置來降低直升機的紅外特征，采取的設(shè)計主要有在尾噴管加裝紅外擋板、噴涂可以吸收紅外線的放射同位素、采用可改變紅外輻射波長的異形尾噴管、采用使燃油充分燃燒的新型霧化噴嘴等等。

為對抗最新的紅外探測手段，紅外隱身技術(shù)正向綜合運用、權(quán)衡隱身性能和其他性能、擴展波段范圍和應用范圍、降低成本等方向發(fā)展。歸納起來，紅外隱身技術(shù)的發(fā)展可以歸結(jié)為以下幾點。1、強紅外輻射源的遮擋、發(fā)動機燃燒效率和燃料配方的改良、尾噴管狀的優(yōu)化設(shè)計、高效率尾氣添加劑的研制、燃燒室和尾噴管內(nèi)壁絕熱、高反射材料的開發(fā)仍將是紅外隱身研究的主要方向；2、紅外吸波材料和紅外低發(fā)射率材料的理論研究和機理討論將得到有力的延續(xù)；3、納米材料在紅外隱身技術(shù)中的地位日益突出；4、與機身一體化的紅外抑制器將會得到重點研究。

結(jié)束語

隨著現(xiàn)代軍用探測頻段的不斷拓寬和精度的不斷提高，單一的隱身技術(shù)已不適應現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需要，全方位隱身的思想是隱身技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。軍用直升機應當適應形勢發(fā)展，重視提高隱身能力，才能發(fā)揮應有的作戰(zhàn)效能。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.022

周富民：陸軍航空兵學院直升機機械工程系機械維護教研室助教；

趙陽：61902部隊助理工程師；

李輝：陸軍航空兵學院直升機機械工程系機械維護教研室講師。