AESA雷達罩的傳言與現實

藍白

航空雷達大都安裝在機頭的前方，也稱為“鼻錐罩”。戰斗機雷達罩的功能首先是保證雷達不受氣流沖擊、壓力影響，保持雷達艙的溫度和壓力恒定。另外要通過結構和外形設計，保證雷達波的高透過性，嚴格控制波瓣畸變和失真。雷達性能取決于設計時的功率和技術水平，而雷達罩的設計水平和技術指標可明顯影響雷達的實際性能。中國軍工技術和航空科研發展很快，先進戰斗機更新換代的周期越來越短。在黑色機頭的殲-10/11剛被大家認識后不久，采用淺色雷達罩并取消機頭空速管的殲-10B和IF-17又開始出現。而在殲-10B出現后不久就傳出了應用AESA（有源相控陣）雷達的飛機只能采用沒有機頭空速管的、還得是淺色的天線罩的觀點。這個觀點雖然到現在還沒有確定的來源和依據，但已被網絡上的軍迷所廣泛接受。本篇只是根據國外型號和國內有關技術發展，通過實例對這個觀點的根據進行對照分析，以此說明AESA與空速管和天線罩顏色并無直接聯系。

雷達罩顏色受什么影響

雷達罩顏色與機體涂裝有關。軍機涂裝有識別和隱蔽兩個目的。從歷史上看，作戰飛機涂裝經過了幾個階段。一戰時的涂裝以識別為主要目的，這個時期的飛機涂裝帶有鮮明的個人色彩，往往涂成飛行員喜歡的顏色，雖然有靠涂裝分辨敵我和部隊符號的目的，但飛機的外表仍顯得雜亂無規律。航空兵在二戰期間已經成為重要作戰力量，飛機涂裝也開始重點考慮戰場上的隱蔽性，接近天空背景的灰色調開始應用。但陸基飛機相對更偏重地面隱蔽性好的綠色，大戰中、后期開始出現深/淺灰、藍/灰與綠色調的迷彩偽裝色。噴氣戰斗機出現后很快就進入超音速階段，核武器也在同時期引發了全面戰爭的預想。于是能有效反射光輻射，又有低阻力、低重量優點的原鋁蒙皮得到廣泛應用，鋁蒙皮強反光問題在核戰爭環境下也可以接受。

越戰期間亞洲和歐洲地面戰場的航空兵，對超視距空戰的神化降低了對目視隱蔽的重視程度，戰斗機大都選擇了下淺上深的雙色偽裝涂裝，很多戰斗機應用了色彩差異明顯的綠色。戰爭經驗促進了第三代戰斗機的發展，而強調空優和格斗空戰性能的三代機，普遍選擇了有利于目視隱蔽的低可視涂裝。雷達罩作為飛機面敵的機體前端，必須降低色彩對比度，淺色調雷達罩開始廣泛應用。

按照上世紀70-80年代進行的色彩偽裝技術研究，活動于晝間的飛機適合采用淺灰色，夜間采用深灰色則有更好的隱蔽性。除非在無月、無光污染的純黑夜色條件下，黑色都不是色彩偽裝的好主意。根據演習和測試中所取得的數據，同距離晝間目視空戰中，黑色要比紅色更容易進行目標視覺識別。美國戰斗機在越戰期間采用過深色叢林涂裝，雷達天線罩以黑色為主，實戰證明深色外表并不適合在空戰中使用。西方國家在80年代進行的戰斗機空戰訓練中，黑色雷達罩是迎頭識別的重要標志，發動機拉煙的黑色帶則是側向識別的主要標志。正是因為識別效果好，黑色數字和條、帶已經成為航空標準識別色。

美國在作戰飛機色彩隱蔽性研究方面投入最大。根據美國航空兵裝備技術研究的結果，活動于中、低空的戰術飛機適合采用淺灰色，活動于中、高空的飛機上表面可用偏深的灰色以削弱反光，高空偵察機可以采用純黑色以便利用太空背景隱蔽。美國空軍廣泛應用的淺色調戰斗機涂裝，大都是根據所處地區的具體條件，分別選擇2-3種不同色度的灰色組合，通過圓滑連接的色塊破壞飛機的輪廓，雷達罩則與機體同色。蘇聯空軍早期戰斗機采用了綠色雷達罩，但前線戰斗機為增加隱蔽性也很快開始采用灰或白色雷達罩，空優戰斗機也是按照上深下淺的碎塊迷彩，或上灰下藍的雙色涂裝，雷達罩則采用環境適應性好的深灰或月白色。俄羅斯最初出口的蘇-27SK采用了上深下淺的一體化雙色涂裝，深灰色增強全天候隱蔽性并降低太陽反光，下方的淺灰用以降低與背景的對比度。

雷達罩的性能主要來源于透波結構的電學性能。電學性能則取決于材料類型，工作頻率、實際厚度和材料、涂層性能。雷達罩的材料大都選擇玻璃纖維夾層結構，也有采用成本很高但電學性能更好的石英纖維。纖維材料和疊層結構在雷達罩外表很難分辨。事實上，雷達罩顏色大都直接體現纖維和樹脂黃、褐等基色，在雷達罩基體底漆的外層再由內到外進行聚酰胺底漆+抗雨蝕涂料+抗靜電涂層的施工?？轨o電涂層在最外面，雷達罩偽裝色就由它決定。

飛機飛行時摩擦產生的靜電如果附著在天線罩上，會明顯干擾機載雷達的工作。抗靜電涂層是在涂層基材中加入導電粉末，分為樹脂型和橡膠型兩個主要類別。樹脂類是硬式涂層，斷裂延長率低，硬度高，抗紫外線性能好，不變色。橡膠類涂層則是彈性涂層，斷裂延伸率高，硬度低，抗紫外線性能較差，容易變色。經過耐久性測試，樹脂涂層迎風面尤其是在起降時容易受沙塵影響的部分磨損較明顯，橡膠涂層的磨損相對要低。早期機載雷達樹脂材料硬式涂層的耐用性差，軟性涂層則已實現了從氯丁橡膠向氟橡膠的進步。國外主要采用黑色氯丁橡膠、黑色彈性聚氨脂和黑、白色氟橡膠，材料透波率在93.4-98.8%，涂層的理論壽命在24-36個月。抗靜電涂層最初采用石墨作為導電材料，但用石墨作為添料只能生產黑色涂層，顏色選擇范圍大的金屬氧化物導電粉末已在國外廣泛應用。無論天線罩的基體和底漆是什么顏色，最終決定天線罩顏色的是抗靜電涂層，而添加粉末材料的抗靜電涂層恰恰不是透明的。

根據公開資料的數據，國內有關企業在上世紀80年代研制成功了首代黑色彈性抗靜電涂層。上世紀末先后生產的國產作戰飛機，大都采用了純黑色雷達罩的顏色標準，主要就是受到首代軟性抗靜電涂層色標的影響。中國航空兵也很重視低視覺涂裝的戰術價值，如引進的蘇-27采用了鉛灰色涂裝，殲-10則選擇了與西方戰斗機相似的淺灰色涂裝。但這些型號都采用了純黑色的雷達天線罩，使天線罩與機身形成明顯色差，淺色低視覺涂裝的殲-10雷達罩的色彩差異則更明顯。根據公開資料記載，這個期間雷達罩的顏色選擇，完全是受到涂層技術限制的結果。

國內化工企業在90年代開發出首代淺色抗靜電涂層，但當時的涂層雖然滿足了低視覺顏色的要求，卻存在耐熱性等指標差的缺陷，與彈性底漆和抗雨蝕涂層的結合性能也不理想，除部分應用于測試和技術研究外，難以實際應用到批生產的雷達罩工藝中。新一代淺色彈性抗靜電涂層開發成功后，開始在多個機型雷達罩中應用。endprint

通過上述介紹，可以認識到雷達罩顏色與雷達類型完全沒有關系，更不存在什么AESA用灰色雷達罩，平板縫隙用黑色雷達罩的“標準”?？梢哉f得上區別的也許是在只有黑色抗靜電涂層時，國內可實用的只有平板縫隙天線雷達。不同時期不同雷達罩顏色與雷達類型的對應，只是推出時間接近造成的偶然。

空速管的分類和技術特點

飛機空速管是種重要的大氣數據傳感器，用來精確測量飛行時的大氣總壓和靜壓，轉換成飛行控制需要的飛行速度、升降速度和大氣壓力數據。空速管在使用中要受到氣流干擾，空速管的長度越大，前端測壓口與機體的距離越遠，測量的靜壓就越接近大氣真實靜壓。根據測量精度的要求，空速管的最佳安裝位置是在與機身軸線相同的機頭前方。大長度空速管的剛度要求較高。當現代戰斗機開始在機頭廣泛裝備機載雷達后，復合材料制造的天線罩剛度顯然不如金屬機體結構，容易因為基座彈性結構變形影響到空速管的測量效果。較長的空速管還會影響飛行員的前向視野。

采用機頭進氣方式的殲-6/7的空速管安裝在機頭下，可以設置相當長的探桿，缺點是結構重量過大，對地面活動的影響也比較多。后期的殲-7將空速管縮短后移到機頭側面，殲-8Ⅱ和殲轟7則采用較短的機頭錐空速管，引進的蘇-27和殲-10也采用雷達罩前空速管，并利用安裝位置優勢縮短空速管長度。

傳統的空速管是物理測壓的氣動補償空速管。按照不同速度下補償曲線的范圍，以及美軍標準的規定精度，機頭氣動補償空速管的長度應為機頭直徑的0.5-1，可見機頭空速管的長度并不能隨便選擇。補償空速管的設計相對比較簡單，但位置和尺寸限制比較嚴格，這就促成了計算空速管的技術發展。補償空速管靠氣動補償來保證測量精度，計算空速管則是在確定空速管的位置和尺寸后，通過風洞測試和試飛所取得的數據，測量出靜壓源誤差與速度、攻角、側滑角的關系曲線，通過大氣數據計算機的程序以測量曲線為依據，對空速管測量的靜壓數據進行補償和修正。計算補償方式雖然不能消除靜壓測量值，卻可以通過計算補償方式將誤差影響降到安全范圍內。氣動補償空速管主要依靠測量元件保證精度，計算補償空速管則需要大氣數據計算機的支持。但計算補償方式使空速管的安裝位置更靈活，更利于飛機雷達電子和座艙目視的設計協調。

國外戰斗機在70年代開始采用機身靜壓管設計方式。通過利用大氣數據計算機和計算空速管，取消機頭雷達罩位置前伸的氣動補償空速管，在雷達罩后機頭周邊位置設置L形靜壓管，并用對稱設置多支小型靜壓管的方式，保證在復雜飛行狀態下對空速的測量精度?？账俟苤钡浆F在仍然是飛機空速測量的重要手段，即使F-22A這樣盡可能減少機體外表突出設備的機型，仍然要在機頭兩側安裝空速管。從航空技術現狀看，短期內空速管的功能仍然不受影響，現代戰斗機對空速管的選擇，還是集中在裝在什么地方和采用什么方式。

氣動補償空速管直接測量自然靜壓，安裝位置受限，尺寸較大卻有較高的精度，遠離機體的階梯形管體還可與測角和測偏裝置綜合。計算空速管輕便，安裝位置也靈活，卻需要數據支持。所以，新飛機的原型機在飛氣動數據的早期階段，都安裝精度高的常規氣動補償空速管。只有獲得充足準確的氣動數據和修正系數后，才可用于支持大氣數據計算機的修正程序，計算補償空速管才能取代氣動補償空速管。這就是ATF/JSF這樣技術先進的樣機開始試飛時都在頭上頂個“避雷針”的原因。

近年來國內網絡上流傳著一個觀點，就是通過觀察是否有機頭空速管作為分辨飛機是否安裝AESA雷達的依據，進而認為雷達罩沒有前方空速管就是先進。空速管與其內部的測量元件和導線都是金屬材料，當空速管設置在雷達天線罩前方時，金屬結構必然會影響到雷達系統的正常工作。取消空速管能消除雷達前方的不透波結構，確實有利于改善雷達工作環境，但把空速管與有無AESA聯系起來真是很牽強。

雷達罩金屬遮擋問題

機頭空速管的優點是測量精度比機身空速管高，大氣數據計算機的誤差修正精度較容易保證。至于影響雷達工作的問題，無論是最早的圓錐掃描和單脈沖雷達，還是現在主力的平板縫隙PD雷達，再到最先進的AESA相控陣天線，機頭空速管所產生的影響和問題都是一樣的，對不同類型的雷達工作并沒什么差異性的影響，自然也不存在AESA就不能有機頭空速管的要求。

用實際例子為依據。先不說在70年代的F-15就已經取消了雷達罩空速管，國內出口的JF-17也沒有安裝機頭空速管，而這兩個型號的機載雷達都是平板縫隙天線。日本F-2戰斗機最早采用的就是AESA雷達，但仍然保持了與F-16相同的機頭空速管。美國為F-16開發的兩種改裝用AESA雷達，改造中也并不要求取消原有的機頭空速管。蘇聯/俄羅斯為米格-29、蘇-27系列開發的相控陣雷達，雖然并不是采用AESA天線，但這些型號也保留了機頭空速管。通過不同國家的例子，可以證明AESA與機頭空速管并沒有直接關系。

空速管確實是雷達天線前方的不透波結構，但現代飛機雷達罩上并不僅有這個金屬部件。飛機在飛行時會遇到各種氣候條件，以金屬為主要材料的飛行器等于是個高空避雷針。即使在飛行時適當選擇航線和高度層，在惡劣氣候下超音速飛行時雷擊危險性也相當大。不導電的雷達罩如果沒有放電措施，很容易在受到雷擊時破壞結構和內部雷達系統?，F代戰斗機雷達罩表面大都安裝防雷擊分流條，區別只是安裝位置和結構形式不同，目的是通過與機體連接的金屬導體，將擊中雷達罩位置的雷電導通到機體后釋放掉，避免雷擊對雷達造成破壞。常用的雷達罩防雷擊分流條有金屬箔條、金屬帶和紐扣式三種。

金屬箔條重量輕、安裝方式簡單，空氣動力性能出色。但金屬箔條在遭到雷擊時會迅速加溫，截面小的箔條在高溫中會融化蒸發，僅能作為一次性使用的防護措施。金屬帶的導電性能高，但截面尺寸較大，所產生的氣動阻力和重量影響也大，而且整體金屬帶與復合材料雷達罩的熱膨脹系數差異較大，使用中容易出現結構分離，影響結構完整性，并破壞抗雷擊的導電和保護效果。紐扣式導電條則是金屬條的適應性發展物。紐扣式導電條的尺寸和安裝位置與金屬條相似，結構上是大量很薄的小圓鋁片連續安裝在基帶上。它能按照雷達罩的曲線固定在雷達罩外表，點式金屬片與雷達罩的連接比較牢固，不易受材料熱膨脹系數差異的影響。短間距的鋁片重量比金屬帶要輕，也能獲得相當于金屬片的電導性能，是目前各型飛機雷達罩防雷設施的主要形式。endprint

按照技術要求，無論什么類型的防雷擊分流條，順氣流方向安裝的分流條的前端，必須超過雷達天線掃描包絡面的前方。采用平板縫隙旋轉天線的戰斗機，防雷擊分流條的長度大都在天線罩軸向2/3左右，因為機掃雷達的天線需要全向旋轉，天線用支架安裝在機頭背板，分流條必須覆蓋雷達天線旋轉所要運動的范圍。F-22A采用的AESA雷達雖然不需要旋轉，但為保證雷達天線的雷擊安全性，防雷擊分流條整體橫穿過折邊位置的天線罩前端。

無空速管雷達天線罩的優勢

雷達波在掃描到天線罩上的金屬結構時，金屬反射的雷達波會嚴重干擾雷達工作，解決措施則是在雷達罩內層金屬部件影響區，敷設雷達吸波材料以避免金屬的信號反射。按照正常的雷達天線罩工藝方法，以雷達波長作為技術標準，采用泡沫結構的雷達吸波材料遮擋金屬部件，使照射到金屬部件位置的雷達波束被消耗掉，盡可能不被金屬件反射回雷達天線。無論是機械掃描還是電掃描雷達，空速管和雷擊分流條都處于雷達掃描范圍內，金屬部件的信號反射處理手段也大體相同，都是采用吸收消耗的方式削減雷達罩內反射信號。

防雷擊分流條的作用目前無可替代，無論采用什么雷達都不可能取消這個結構，技術措施也沒什么特殊的。雷達罩空速管在幾十年前就被機身靜壓管取代，近年來新設計生產的作戰飛機，大都已不在雷達罩中心點安裝空速管。

取消空速管的首個優點是降低了結構設計難度。金屬空速管的基座是非金屬的天線罩，飛行時空速管受到壓力和彎矩影響時，剛性管體的應力會傳到天線罩上，對基座的位置精度和受力不利，對高機動性戰斗機的影響更明顯。機頭空速管對雷達罩尖端連接位置的材料強度要求很高，不利于根據雷達技術合理化設計雷達罩的結構。雷達罩的強度要求和結構重量都比較大，機頭靜壓管維護還必須打開雷達罩進行，對生產工藝要求高，維護涉及范圍也較大。

機頭空速管的測量精度確實很高，但為滿足數據測量裝置備份的要求，即使設置機頭空速管的戰斗機，往往也在機身位置安裝有輔助功能的短L靜壓管。采用補償式空速管時，空速管安裝位置沒什么選擇余地。但在采用大氣數據計算機修正的計算空速管后，將主數據空速管由機頭位置移動到機身，等于增加了機身L靜壓管的測量精度要求，卻沒增加靜壓管的數量和管道系統，靜壓管的制造和維護保養都更簡化。

取消機頭空速管后的雷達罩結構設計更加自由，能按照雷達信號的有利特點確定雷達罩的層數、罩體厚度、鋪疊方式和纖維方向，獲得結構強度與重量和電性能平衡的有利結構。雷達罩雖然在設計時會考慮工藝問題，但在制造完成后必然會存在電性能的起伏。因為雷達罩玻璃鋼材料纏繞后樹脂固化的厚度無法保證高度一致，厚度差異對雷達波束一致性有影響。目前普遍采用測量制成件毛坯的電性能后，通過人工或機械磨削方式修正超差來保持電性能的一致性，以避免波束畸變。沒有機頭空速管就可以簡化雷達罩的結構，使設

計更合理，還能改善加工質量，簡化后期參數調整工藝，增強雷達罩對雷達性能的支持。

雷達罩采用絕緣非金屬材料整體成型，無論是采用真空袋模壓、常壓袋模壓、高壓釜模壓成型或樹脂傳遞模塑法，都必須在固化前首先完成纖維纏繞這個基本工序?，F有加工工序大都采用模具纏繞加絲工藝，雷達罩內模在兩端支撐的支持下旋轉運動加絲，在完成纏繞后必然會在兩端留出工藝開口。雷達罩尾段大端面用來與機體前部框架連接，雷達罩尖端存在的工藝孔原本用來安裝空速管，取消空速管的雷達罩則需要采用獨立部件封堵。如果仔細分辨現有戰斗機的雷達罩外形，可以發現無空速管的雷達罩前端尖點位置，大都有個顏色不同的小型尖錐形填充物。這個部件的存在是為了封堵繞絲模具的工藝孔，改善纖維纏繞的工藝性和降低技術難度，同時也是用整體成型錐體改善雷達罩的強度，部分封堵用材料甚至直接選擇金屬件以增強強度。這種工藝與空速管的遮擋效果接近，與雷達工作之間并沒有無法解決的矛盾。F-15在70年代設計時就采用無空速管的雷達罩，這個時候并不存在可用于戰斗機的AESA雷達，F-15當時也沒有應用AESA雷達的規劃，類似的例子還有EF-2000，可見雷達罩有沒有空速管與AESA沒有關系?，F代雷達罩鋪疊和成形技術發展很快，不再必須設置模具前端的工藝孔。但從已有雷達罩的工藝技術尤其是國外戰斗機改裝AESA雷達的樣例看，取消雷達罩空速管就是為了改善雷達罩結構性能，而不是為了AESA專門采用的措施。

總的講，電掃和機掃天線的電性能要求并無大的差異，都是按傳輸效率、瞄準誤差和方向圖畸變確定參數。功率反射則需要考慮到雷達罩設計、材料和附件的諸多因素。無論采用什么類型雷達和天線罩材料，雷達系統對天線罩的顏色都沒有什么要求，非金屬外殼上金屬部件雖然是越少越好，但也沒到哪個位置不能有什么的嚴格程度。endprint