漫谈飞机红外隐身技术
来源:用户上传
作者:
第四代战斗机的一个很重要指标，就是要具有相当的隐身能力。这方面的能力应包括雷达隐身、红外隐身、可见光隐身(原来称为伪装)、激光隐身和声学隐身等技术。但通常最受重视的是雷达隐身。由于雷达隐身有关资料十分保密，不易得到确切数据，宣传又太多，很容易使人误会这是唯一的隐身途径。
而目前较新式的俄罗斯战斗机和我国的一些战斗机，都配有红外探测装置(简写IRST)，在空战中用来探测飞行目标，协助机上火控系统工作很起作用。例如对美国SR-71高空大M数侦察机，可在迎头约80千米或更远距离就将其发现。由此可见，飞机要真正隐形，只靠雷达隐身技术是不够的，因为飞机的红外辐射同样会暴露其存在。这里拟只谈一些红外隐身技术问题。基本知识
物体发射的红外线是指波长在0.77-15.4微米之间的电磁波(1微米等于一百万分之一米)。对于人的肉眼来说，可见光的波长为0.39-0.77微米，而红光波长是0.622-0.77微米。所以红外线是指波长比红光稍大一些的电磁波。
物体温度与红外线波长的关系物体发射红外线需要有一定的温度。物体温度与发出的峰值红外波长有一定关系，可用公式表示(伟恩定律Wien's Law)：LT=2897.8。式中L为波长(微米)，T为物体绝对温度K(1K=。C+273)。
这就是说峰值红外波长与温度的乘积等于一个常数，该常数可近似地认为是3 000，便于记忆。实际上物体在同一温度发出的红外线还有其它波长，不过都相对较弱。
例如飞机开加力时发动机尾喷流的最高温度达8 0000C，即1073K，其发出的主要红外线波长约为2.8微米。所以我们只要知道物体的温度就可以估算出它发出的红外线主要波长。
现代装备使用的红外制导导弹，例如老式的美国“响尾蛇”，采用硫化铅红外元件，有效跟踪的红外线波长约为1.8-3.2微米。如果目标机不开加力，尾喷流温度约700K，红外波长4.1微米，用这种老式导弹攻击效果就不大好，因为不在该导弹红外元件的最有效波段之内。新的导弹都改用锑化铟红外元件。
同样方法，根据飞机各部位的温度即可估计出其红外线波段。三代战斗机开加力时各部位的温度大至如下：进气口边缘300～400K，后机身因受发动机影响为400-600K，喷口四周约1000K。铝合金结构可承受的温度不超过400K，所以这些高温部位往往要用合金钢材。当然，这些数据只是一般平均值，飞机不同，也可能有不少差异。
1976年9月6日，苏联飞行员别连科驾驶一架米格-25飞机叛逃日本，在函馆机场着陆。美国立即派人去研究，并利用飞机内余下的少量燃料专门进行了开车测试，记录了全机3600四周的红外特性。这是一次很好机会，为研究对付这型当时属很先进的高空高速拦截机的武器提供了很有价值的参考数据。能实际测量对方飞机红外特性的机会是很少的。
大气红外窗口大气对红外传播有一定的吸收作用，红外线不易通过，但对一定的波段网开一面，这些波段称红外窗口。这些窗口有好几个，互相不连接。具体说就是0.8～1.1微米，1.3～2.8微米，3-4.2微米，4.3-5.1微米，7.2-15微米5个波段。所有现代红外制导导弹和探测系统以及红外隐身技术都必须考虑这个特点。现在常用的几种红外元件对应的有利探测波段分别为：硫化铅1.8～3.2微米，锑化铟3.5～4.8微米，硅化铂0.5-5.0微米，碲镉汞8～14微米。而红外隐身技术则是设法使产生的红外幅射不在这些窗口之内，或与红外制导导弹、探测仪的有效波段错开。
超音速飞行对物体的加热作用四代机因为要进行超音速巡航，所以还必须考虑飞机在大气中高速运动产生的驻点温度问题。机体表面与大气磨擦产生的温度一般低于驻点温度。
飞机高速飞行时，各翼面前缘和进气道唇口等处可能达到的驻点温度理论值为(温度用绝对温度K计算)：T驻=T大气x(1+M2／5)。例如飞机在11000米高度(大气温度560 c)超音速巡航，飞行M数是1.5，驻点温度应为(273-56)×(1+1.52/5)=314.65K，理论红外波长为9.2微米。至于飞机机翼前缘、机头等处是否真正达到这温度，还要看机体结构、材料、在该M数飞行时间长短、机体散热能力等情况而定。
美国公布的SR-71的前身YF-12飞机在飞行M数3时机体外温度分布情况可见附图。
对隐身飞机采取红外隐身措施前，最好先知道飞机的外表温度分布才便于有的放矢，少走弯路。如果飞行M数很大，机头部位的温度并不比喷口附近的温度低。这样对前机身的红外隐身措施便要加强。此外，座舱盖能反射阳光，一般反射率高达60％，白天也会发出很强的红外线。
四代机红外隐身的途径
红外隐身的基本概念就是设法降低飞机各部位的温度以及降低辐射的红外线强度，使得辐射的红外线尽量不在大气红外窗口之内，减小飞机与背景之间的温差，使红外探测系统看不见或看不清。
发动机尾喷管和靠近发动机的后机身，尾喷气流，飞机表面气动加热，是现代作战飞机的三大热辐射源。红外隐身技术要在这些部位下功夫。
首先要对机上最强的热辐射源――尾喷管采取措施，如降低发动机的排气温度。为此，可以采用矩形二元尾喷管，加大尾喷管和冷空气的接触面，以利于尾喷管散热以及燃气射流与冷空气的混合，降低红外幅射。F-117A、F-22战斗机和B-2隐身轰炸机上采用了这种方法。该方法的缺点是增加结构复杂性，带来维修工作量和重量增加等问题。
另一常用方法是在燃料中加添加剂，也可使尾喷流温度降低。该方法使用灵活，视任务不同，需要就加，不需要就不添加。不过效果并不一定很好，还有可能带来其它不利影响，关键在添加剂的品种、质量。控制发动机加力也可降低飞机尾喷口的温度。飞机要能不开加力超音速巡航，当然这时M数不高，一般不大于1.6。若要更大速度，发动机必须开加力。但开加力时，形成高温尾喷流，其红外特征异常明显，因此，只从隐身角度考虑，应该使用不带加力的发动机。例如美国F-117A、B-2亚音速隐身飞机就没用加力。四代战斗机如果不要求更大M数，也可以考虑不用带加力发动机。
此外，设计飞机构型时用机身、机翼或尾翼遮挡尾喷管，使尾喷管的红外线只向较窄的方向辐射，也是一种红外隐身的有效方法。
在减少机体红外辐射方面，将飞机表面包括座舱盖涂敷红外隐身涂料，可以有效降低红外辐射强度，降低机体外表面温度，进而提高飞机的红外隐身特性。据称美军A-10攻击机的表面就涂有这种红外隐身涂料，可降低地面红外防空导弹的命中概率。有的飞机如SR-71、U-2，全机外表都涂上一种特殊黑漆，主要也是为了降温而不是为了吸收雷达波。这种漆具有很强的热辐射能力，可使机体热量更快散掉，降低飞机蒙皮及结构温度。当年这样做主要是为了防止飞机结构强度在长时间高温下承受不了。事实证明，这些飞机在经常入侵别国领空时，用地面长波防空搜索跟踪雷达监控并不困难，飞机航迹可以连续标出，并非像传说的那样具有很好的隐身性能。
不过现代隐身飞机机身上还有很多层雷达隐身涂料，座舱盖还要镀可透光的金属膜反射雷达波，工艺程序复杂，结果飞机的生产和日常维修工作就更难了。所以各项隐身措施都必须统筹兼顾才成。
采用锑化铟红外元件的导弹，只能探测到温度超过约500K以上的东西，此时红外成像的背景大部分都是黑色，可以很清楚显现飞机这样的目标。而用长波红外线的器件则会受到自然界的影响，因为具备这种红外辐射范围的物体非常多，例如云、水气或地面物体等，所以用8～14微米红外元件探测，飞机进入导引头视野后，四周都会显现为灰蒙蒙的图像，要从大量杂乱背景中将飞机识别出来，对信息处理运算能力要求很高。尤其是对于低空飞行的飞机，地面景物的红外干扰比在大晴天仰视或平视严重得多。另外碲镉汞阵列的均匀性不佳，所以现役空空导弹似乎还没有哪一种使用这类红外元件。四代战斗机的最大飞行M数不高，一般不超过2.5，超音速巡航时就更低，所以前机身的温度不高，红外波段在10微米左右，这是各类红外探测元件的“软肋”，飞机红外隐身似乎可以钻这个空子，尽量降低温度，使全机红外辐射处在这个波段之内。
编辑 秦蓁
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-9150433.htm
