方艙反雷達波的外形隱身結構設計

朱超群　張暉

摘要：本文從外形隱身技術原理和方艙反雷達隱身特點出發，設計了一種適用于方艙的反雷達外形隱身結構，并利用CST高頻電磁仿真軟件進行了計算分析。與傳統艙體相比，采用外形隱身結構的方艙的雷達散射截面在空中武器平臺的威脅范圍內有明顯的減小。

關鍵詞：外形隱身結構；方艙；雷達散射截面

中圖分類號：TN974 文獻標識碼：A 文章編號：1672-9129（2017）12-0031-02

Abstract：In this paper， based on the principle of appearance stealth technology and the anti-radar stealth characteristics of shelters， an anti-radar profile stealth structure suitable for shelters is designed and calculated using CST high-frequency electromagnetic simulation software. Compared with conventional cabins， the radar cross-section of shelters using contoured stealth structures is significantly reduced within the threat range of aerial weapon platforms.

Keywords：shape stealth structure； square cabin； radar cross section

引言

雷達是目前最有效最主要的遠程電子探測手段。對于一切軍事目標來說，雷達技術都構成了致命的威脅，雷達隱身自然成為一種最重要的隱身[1]。方艙作為重要的軍事裝備，采用大板拼接式的外形結構，具有十分明顯的雷達目標特征信號，因此具有一定的雷達隱身性能，對于提高其戰場生存力具有重要意義。

目前，外形隱身技術已被應用于研制隱形飛機[2]、隱形導彈[3]、隱形艦船[4]等各種隱形武器裝備，但是對于方艙，隱身還只處于使用吸波涂料的階段，外形隱身尚未提及。對此，作者提出了一種針對方艙的外形隱身結構。與傳統結構相比，隱身結構雷達反射系數有明顯的縮減。

1 基本單元RCS特性分析

采用基于SBR算法的電磁仿真軟件CST中的A仿真器對圖1中豎直平板、斜面和楔形結構的電磁散射特性進行了計算。計算時，金屬平板和四種整形結構模型尺寸均設為w*l=2m*4m，材料均選擇理想電導體（PEC），斜面和楔形最高處高度均為0.1m；入射波為平面正弦波，仰角為0°，入射頻率為10GHz，方位角范圍為0°～180°。

由圖2可以清楚的看到，在仰角為0°的水平面內，與豎直平板相比，傾斜表面和楔形結構都有明顯的RCS縮減。

2方艙反雷達隱身結構設計

方艙外蒙皮一般都采用金屬板結構以實現電磁屏蔽，但是金屬板結構也容易被雷達所探測發現。對方艙艙體的設計，應盡可能消除艙體與地面及駕駛室所構成的角反射器結構，并且盡可能避免雷達波在艙體大板上產生鏡面反射，達到減小艙體RCS的目的。

2.1 方艙大板結構設計

根據兩面角反射器RCS 減縮量公式：

R≈20lg （ k6sinτcosγ） ， γ= arctanb/a

式中a、b 分別表示兩面角較大一面和較小一面的寬度；τ表示夾角偏離90°的角度； k =2π/λ，表示自由空間波數，其中的λ表示入射雷達波波長。

可知，夾角偏離90°的角度越大，RCS的減縮量越大；傾斜角度越大，沿原路返回的雷達波就越少，RCS 也就越小。

由圖2可知，平板傾角越大，RCS也就越小。但是平板傾斜角度太大，會影響其有效容積。因此，我們可以將艙體設計為倒置的四棱臺，受艙體寬度和容積要求的限制，棱臺各面傾角應控制在2°以內，或者將方艙大板壓制為傾斜角度大于最大下視角的多棱面波紋板結構。

下圖3所示為面積為2m*4m直立平板、傾角為1°、傾角為2°的平板以及傾角為20°的多棱面波紋板的最大RCS對比。由圖3可以看出，俯仰角為70°～90°的范圍內，傾角為20°的波紋板在比平板的RCS減縮了20dB左右。

因此，方艙大板可采用輕型高強度非金屬材料+金屬多棱面波紋+非金屬內外蒙皮的隱身復合夾芯板，替代傳統廂式車中聚氨酯泡沫填充金屬骨架的結構形式[6]，有效減小RCS。

2.2 整艙設計

如圖4所示為整艙的隱身設計結構示意圖，方艙左右側板及前后端板采用輕隱身復合夾芯板，以減小方艙的角反射器和鏡面反射問題；同時，將大板拼接處圓滑過渡處理，以方艙的減小邊緣繞射問題。

圖6所示為地面做為理想反射體時，（a）傳統艙體、 （b） 隱身復合夾芯板+直角角鋁、（c） 隱身復合夾芯板+圓弧角鋁，三種結構在俯仰角 90?時，方位角在0?～180?之間變化的RCS值。

如圖5和圖6所示，與（a）傳統艙體、 （b） 隱身復合夾芯板+直角角鋁相比，（c） 隱身復合夾芯板+圓弧角鋁的艙體側面在方位面和俯仰面均有不同程度的RCS減縮。（a）傳統艙體側面RCS最大值為58.8dBsm，而（c） 隱身復合夾芯板+圓弧角鋁的艙體側面RCS最大值為37.5dBsm，有約20dB的RCS減縮。

3 結論

本文提出了其中一種結構簡單，易于加工的方艙外形隱身結構，并利用CST高頻電磁仿真軟件進行了計算分析。計算結果表明，與傳統艙體相比，該隱身結構在俯仰面和方位面內有不同程度的RCS減縮，其中最大回波減小了約20dB。

參考文獻

[1]刁鳴.雷達對抗技術[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社， 2007

[2]胡添元.飛行器外形隱身優化方法及應用研究[D].南京：南京航空航天大學，2006

[3]胡生亮，金嘉旺，李仙茂.戰斧巡航導彈及其制導系統的電子對抗策略分析[J].現代防御技術，2004， 32（3）：35～37

[4]田義宏，顏仲新.艦艇外形隱身技術的理論與實效性分析[J].飛航導彈.2006， （5）： 38～41

[5]徐偉，金文麗，李盛蔚.高原型宿營方艙設計[J].指揮信息系統與技術，2015， 6（4） ：95-96