歼20细节曝光隐身"密码" 使用新材料不输F22
歼-20的侧面(上)都有倾斜角度,就是为了让面反射转向(左下)而不会回到雷达。但边缘散射会朝垂直面的360度散射出去(右下),增加了回到雷达天线的机率,必须以角度平行、吸波结构等方式压制根据隐身原理,雷达波打在飞机上的反应可分成三种:先,雷达波会依入射角等于反射角的原则,反射到相反方向去,这可称为“面反射”;其次,雷达波遇到边缘也是依入射角等于反射角的原则作反射,但反射波绕着边缘形成锥状或环状,就称为“边缘散射”;第三,雷达波不管打到面或边上,都有部分能量会沿着表面爬行,直到下个不连续区域才产生散射,这称为“表面波”。
其中,让隐身设计者头痛的是边缘散射,因为面反射就好像在太阳下拿个大镜子般,当它正对你眼睛虽然会很刺眼,但只要偏个角度你就看不到反光了。但是边缘散射却像是太阳下的一根细铁丝,虽然只看到一条细细的反光,但因为环状散射的关系,不管你从那个角度都看得到,这就代表飞机怎么跑,雷达员也能从屏幕上看到它的边缘散射。
早期的吸波结构是类似消声室的原理,利用锯齿状结构让电波来回反射,而被介质吸收能量,例如SR-71的机翼前后缘(左),据说B-2边缘采用的新版吸波结构,是在玻璃纤维构成的微型蜂巢结构填入不同密度的石墨,让能量无法反射,并被石墨阻抗以渐进方式消耗掉(右)早期隐身飞机的设计者就是不了解边缘散射的严重性,所以雷达截面积降不下来。而从F-117开始,设计者就知道边缘散射是对垂直方向强,如果让飞机表面的众多边缘尽可能平行,则散射方向就会集中到少数角度,大部分角度就只会产生极微量的反射,在雷达眼中成为“隐形”。
然而,洛·马工程师曾说,隐身设计原则就是“形状、形状、形状、以及材料”。这并不是说只有形状才是重要的,而是用形状消除了大部分的回波,材料就可以再消除剩下的顽固份子。例如,在边缘加上吸波结构,就降低边缘散射能量,则隐身飞机就算用边缘对着你,你也未必看得到回波。因此,我们可以看到歼-20的所有翼面前缘与侧缘都有黑色边条,很可能就是吸收边缘散射的特殊结构。
雷达波沿表面爬行到机翼后缘后,部分散射能量会转向180度而回到前方的雷达天线,因此隐身飞机的后缘必须加大前掠角使散射转向(下),也可利用后缘的锯齿状结构来达到小尺度转向效果在歼-20的前翼与襟翼后缘,我们发现黑色边条还呈现了锯齿状,这就与“表面波”有关了。一般人以为,飞机后缘只跟后半球的回波有关,所以飞机如果不在乎后半球的敌人,使可以省略后缘的隐身处理。但这是错误的观念,当雷达打到前机身或机翼前缘后,一部份能量会沿着表面爬行,直到遇上结构接缝或后缘又产生环状的边缘散射,也会增加前半球的回波。
因此,早期的隐身飞机会利用“飞镖式”或“锯齿式”后缘来增加后缘角度,甚至与前缘平行,就是为了降低表面波的后缘散射。但歼-20的受限于战斗机的高机动需求,后缘角度不能太大,就只能透过吸波结构的锯齿形状增加后缘散射的角度,从而减少正前方的回波。
前翼由于受力较大,目前还难以用全复合材料制造,例如 “台风”(左下)是整片用钛合金打造, “阵风”(右下)则是前半钛合金,后半复合材料,因此歼-20的前翼(上)可能也是钛合金结构,边缘加上吸波结构有观点以为,前翼与腹鳍一样都是单纯的气动面,也能用全吸波材料制成以消弭对前半球隐身的冲击。但前翼与腹鳍的不同点在于前翼是控制面,需要改变攻角来产生俯仰力矩,而升力的反作用力就会形成结构负荷。
事实上,由于前翼位于气流的上游位置,其单位面积的受力会比主翼还大,因此像 “台风”与 “阵风”的前翼都必须以高强度、抗疲劳的钛合金结构打造,自然无法大幅采用吸波结构。同样的道理也可套用到歼-20的全动式垂直尾翼,因为要产生偏航与高攻角滚转力矩,对强度的要求较高,也只有边缘能装吸波结构。
当然,这些也都只是我们的推测,毕竟我们无法到现场“切一块”回来分析。但读者可能也想知道的是:那美军的吸波结构又长什么样子呢?从F-22与F-35的出厂照片可以发现,其翼面前后缘并没有明显的边条,这是因为F-22与F-35全机几乎是碳纤维蒙皮,在碳纤维强化塑料的成形过程就嵌入了吸波材质与微型结构,加上表面的吸波镀层,形成全面的吸波效果。
然而,它们在机身舱盖外框与主要结构的接缝会出现不同颜色的复合材料,官方说法是因为局部受力较大或是温度较高,需要不同材质来强化;但这些材料可能也强化了吸波功能,以阻止表面波从接缝处泄漏。值得注意的是,这波歼-20的黄皮照也度在侧面与腹部弹舱也度出现了吸波外框,显示歼-20在服役后也逐步加强吸波措施,尽量将一切做到极致来追赶F-22/35的隐身性。








































