隱身無人機

基本信息

• 中文名：隱身無人機
• 英文名：Stealth UAV

簡介

F-117

自1917年英國第一架無人機研製成功，至今已有80多年的歷史。無人機大量、成規模地用於戰爭是在1991年的海灣戰爭中，以美國為首的多國部隊動用了大量無人機，執行電子偵察和干擾等軍事任務。1989年底，美軍在巴拿馬運河戰爭首次使用F-117隱身戰鬥機襲擊了巴拿馬。其後，在海灣戰爭、科索沃戰爭中，美軍使用F-117，B-2等隱身飛機對伊拉克、南聯盟的重要目標進行了空中打擊。隱身技術在軍事上的巨大潛力，受到世界各軍事強國的高度重視，隱身技術已成為各國軍隊競相用於高科技武器裝備上的重要技術。

目前，新一代多用途、隱身無人機的研製，已經成為世界各國空軍新的研究和發展之重點。現代隱身技術和無人機技術結合而形成的新型隱身無人機，在隱身性能、生存能力、作戰主動權方面正在不斷提高。

隱身技術

反雷達探測技術

隱身技術的一項最主要工作是提高反雷達探測的能力，也就是提高目標在雷達探測下的隱身性能，通常用目標的雷達散射截面積(RCS)來度量。RCS是方位角、散射體形狀、雷達波的頻率、發射和接收天線極化特性的函式。雷達散射截面積的大小，反映了目標散射電磁波能量的強弱，RCS值越小，雷達就越不易探測到目標。在隱身無人機上，常從以下幾個方面來減小RCS。

外形隱身技術

理論分析和試驗表明，電磁波的散射與目標的幾何形狀密切相關，例如，投影面積相同的一塊平板和一個球體，它們的雷達截面積相差4個數量級。飛機外形對其雷達截面積大小的影響是非常大的。

消除鏡面反射。合理控制無人機的整個外形，避免表面採用較大的平面和凸狀彎曲面，用小平板外形代替曲面外形，用多方向的鏡面反射和邊緣衍射代替小角度的能量集中的大鏡面反射，以抑制鏡面強反射。

克服角反射器效應。角反射器效應是指目標上的兩面體或角體結構產生的散射。當雷達的無線電波射入兩個互相垂直面中的任一個面時，由於無線電波的“鏡面反射”效應，就會形成二次反射，最後以與入射波束相同的方向反射波束到雷達。而由3個互成90度的表面而成的角體，當雷達的無線電波射入這3個表面中的任一表面時，可能形成三次“反射”，從而在寬的視界角範圍內返回強的電磁波能量到雷達。基於上述原因，無人機在外形上採用了機翼、機身、尾翼和短艙連線處光滑過渡，機翼與機身高度融合的構型。機翼、機翼上的垂直安定面、水平尾翼、機翼下掛架、翼身連線處等會形成強烈的角反射器效應的部位，在無人機上常採用內傾的雙垂尾或無垂尾、翼端(或翼下)安定面、機身側邊等構型。

s型進氣道

減少其他強散射。發動機進氣道、尾噴管、排氣口等都可看作凹狀結構，具有較強的雷達信號特徵，因此，對這類凹狀結構應採取隱身措施。一般採用遮蔽法，這種方法是利用機體的某一部分遮避發動機的進氣道或尾噴口，以減小雷達探測的視角範圍。例如，將發動機安裝在無人機機身上部，由機身擋住發動機進氣道和尾噴口，以減少雷達信號。對於進氣道，採用進氣口斜切以及將進氣道設計成s形遮擋電磁波直射到壓氣機葉片上，又可使進入進氣道內的電磁波經過多次反射，使回波減弱，從而有效地減小進氣道的散射效應。

材料隱身技術

雷達隱身材料是套用最廣的一種隱身技術，其作用是減少目標雷達散射截面，主要分為雷達吸波材料和雷達透波材料。

雷達發射的電磁波碰到金屬材料時，在金屬材料中易感應生成相同頻率的電磁流。電磁流的流動，會建立起電磁場，向雷達二次輻射能量。複合材料是由一些非金屬材料和絕緣材料組成，其導電率要比金屬材料低得多。因此，當雷達發射的電磁波碰到複合材料時，難以感應生成電磁流和建立起電磁場，所以向雷達二次輻射能量少。無人機的外形尺寸比有人飛機小，因此，部分或大部分使用複合材料比有人飛機要容易實現。基於上述兩點原因，採用複合材料就成了無人機最普遍使用的隱身措施。

雷達透波材料是對電磁波不發生作用而對其保持透明狀態的非金屬類複合材料，最普通的有石墨-環氧樹脂、凱夫拉等。但由於機體內有其它金屬材料製造的發動機、導線和電子設備等，透波材料在減小雷達散射截面積方面作用並不大，因而大量使用的是吸波材料。雷達吸波材料(RAM)，又稱微波吸波材料，是指能夠通過自身吸收作用減少目標雷達散射截面的材料，其基本原理是通過某種物理作用機制，將雷達波能量轉化為其它形式運動的能量，並通過該運動的耗散作用而轉化為熱能。雷達吸波材料是一種多層結構形成的材料。它至少有三層：最外層是透波層；中間層是電磁波損耗層；最內層是基板，具有反射抵消雷達波的特性。當雷達能量輻射到此材料結構上時，就會被大量吸收和抵消掉。

紅外隱身技術

紅外探測器是遠程探測飛機目標的一種重要手段，作為雷達探測的替代，紅外探測器的套用正在得到重視。無人機隱身技術的另一項重要工作是提高反紅外探測的能力，也就是減小目標的紅外信號特徵。發動機的尾噴管或排氣口是紅外探測器的主要紅外源。因此，減小無人機的紅外信號特徵，主要是要減小發動機尾噴管或排氣口的紅外輻射，目前已採用或正在研究的措施有以下幾種。

(1)採用散熱量小的發動機。現代隱身無人機大多採用渦輪風扇發動機。

(2)採用隔熱材料對發動機進行隔熱。延長發動機尾噴管並採用熱保護層。

(3)採用遮蔽法。用機身或發動機短艙遮蔽紅外輻射；用發動機排氣口周圍的環形罩遮蔽紅外輻射。

(4)改進發動機噴管的設計。比如採用二元噴口(包括S形)，可以使發動機的燃氣流按選定的方向排出，並且容易與外界空氣摻混而增加尾焰的周長，從而加快燃氣的冷卻速度。

技術發展

現代隱身無人機的技術發展是隨著隱身技術及無人機技術的發展而不斷的發展。現代反隱身技術及防空系統的日益完善也促使隱身無人機的隱身技術不斷更新。

電漿隱身技術

X-36

電漿隱身技術是指利用電漿迴避探測系統的一種技術。目前產生隱身電漿的方法主要有兩種：一種是利用電漿發生器產生電漿，即在低溫下，利用高頻高壓電源提供的高能量產生間隙放電、沿面放電，將氣體介質激活，電離形成電漿；另一種是在飛機的特定部位(如強散射區)塗一層放射性同位素，對雷達波進行吸收。電漿隱身技術對飛機的外形沒有特殊的要求，可以將無人機的氣動性能與隱身性能統一。

新型隱身材料

無人機隱身外形設計的苛求，勢必降低無人機的氣動性能。隱身材料的套用可在不改變外形的情況下達到減小RCS的目的，因此，新型隱身材料的研究與套用成為隱身技術發展的重要支撐技術。以下是近年來國外研究的新型吸波材料。

隱身無人機

(1)手性材料。手性是指一種物休與其鏡像不存在幾何對稱性，且不能通過任何操作使物體與鏡像相重合的現象。具有手性特性的材料，能夠減少入射電磁波的反射並能吸收電磁波。

(2)納米材料具有極好的吸波特性。由於納米材料的特殊結構引起的量子尺寸效應及隧道效應等，導致它產生許多不同於常規材料的特異性能。

(3)導電高聚物材料。由於導電高聚物材料具有結構多樣化、結構高度低及獨特的物理、化學特性，因而引起科學界的廣泛重視。將導電高聚物與無機磁損耗物質或超微粒子複合，可望發展成為一種新型的輕質寬頻帶微波吸收材料。

(4)多晶鐵纖維吸收劑。這是一種輕質的磁性雷達吸收劑，可在很寬的頻帶內實現高吸收效果，且重量減輕40%60%，克服了大多數磁性吸收劑過重的缺點。

抑制可見光、紅外線反射技術

(1)採用加電塗層。將24伏電壓加于飛機蒙皮，使蒙皮表面產生一層能吸收雷達波的保護層，稱之為加電塗層。它具有抗雷達探測的功能，還可隨著背景顏色的變化而改變塗層的顏色。

(2)在隱身無人機表面塗一種能吸收紅外線的新型漆。發動機燃料中加入防止紅外線輻射的化學物質，使無人機的紅外信號特徵大大降低，以躲避紅外探測系統的探測。

現代套用

美國是世界上最早把隱身技術用於無人機的國家。早在1960年初，美國在Q-2無人機上就採用了隱身技術。自1995年以來，兩種現代隱身無人機相繼面世，一是美國洛克希德和波音公司聯合研製的高空長航時隱身無人機Tier3-“暗星”。二是NASA/原麥道公司的X-36。其中以Tier3-“暗星”受到世人的矚目。

Tier3-“暗星”

Tier3是一種高空長航時隱身戰術無人機，是美國國防部的“Tier”計畫的一部分，其軍用編號為RQ-3A，綽號為“暗星”。Tier3的特點是採用了先進的隱身設計，機頭採用了飛碟式的圓弧平面外形，機身扁平且較短，後端與機翼後緣齊平，也能產生升力。且無垂直尾翼和水平尾翼，減小了雷達散射截面積。整個機體主要用膠接的石墨複合材料製造，具有突出的隱身能力。

由於Tier3的設計目的是在敵方防禦區上空巡航，而不是以最高速度飛進飛出，這在一定程度上增大了其被探測到的可能性。鑒於此考慮，“暗星”外形設計使得RCS極小，另外，採用了具有高性能的雷達吸波透波塗層，並通過飛機自身的彎曲或重構外形來控制它的機動。從這個意義上說，“暗星”飛機是以靈活性來換取飛機的極端隱身性能。儘管如此，“暗星”為更先進的隱身無人機設計奠定了基礎。