隐形飞机是指什么样的飞机(为什么隐形飞机可以隐形)

近年来，越来越多的国家开始涉足隐身飞机领域。隐形战斗机、隐形轰炸机、隐形侦察机、隐形无人机等隐形飞机已经开始遍地开花，我们可以在大街小巷听到各种关于隐形飞机的讨论已经很久了。那到底什么是隐身飞机呢？隐形飞机是如何隐形的？

其实隐身的概念有很多，包括光学隐身、雷达隐身、红外隐身、声隐身、磁隐身。隐身飞机中的隐身不是传统意义上的“肉眼不可见”，而主要是指雷达和红外的“低可探测性”，使得雷达探测达到“隐身”效果！

飞机是怎么被发现的？

早在飞机应该上战场的时候，敌机的到来主要是通过肉眼观察和声音发现的。后来人类学会了使用无线电波和热辐射，对敌人的探测逐渐演变成现代战争所注重的超视距作战。目前，各种探测敌机的方法中，60%来自雷达探测，30%来自红外探测。其他检测手段很难发挥作用！

雷达探测原理

对于雷达探测，地面或机载雷达探测器会主动发射无线电波，当无线电波遇到空中的物体时就会发射，部分被反射镜反射的无线电波会沿原路径返回雷达探测设备。然后通过计算发射和接收雷达波的时间差就可以确定到被探测飞机的距离，反复探测也可以得到飞机的具体位置、飞行速度和飞行方向！

B-52轰炸机的红外成像

至于红外探测，飞行中的飞机本身，尤其是在尾管中不断喷射高温高压气体的涡扇/涡喷/冲压发动机，是一个巨大的热源。与周围环境相比，巨大的热源会“释放”出强烈的热辐射，红外探测设备依靠飞机的红外特性可以准确探测到飞机的具体位置，但相比之下，红外探测距离要比雷达探测近得多！

如何让飞机隐形？

既然知道了飞行中的飞机是如何被发现的，设计者就会想尽办法降低被发现的可能性，避开雷达探测和红外探测，达到“隐身”的目的。为了实现飞机的“隐身”，大致可以分为三种方式:外形设计优化、吸波材料和减少红外探测:

1.形状设计优化

为了使飞机能够飞行并具有多种功能，飞机的气动外形一般比较复杂，总是有很多强烈反射雷达波的部位，比如飞机上的突出部位和外部武器、发动机进气道和尾喷管、尖角和机身上的飞机等等。网易产生雷达波的镜面发射曝光位置，飞机的回波强度通常用“雷达截面积”(RCS，单位平方米)表示，RCS值越小意味着隐身。

▲歼-20和苏-57(T-50)在150 MHz /VHF频段雷达反射截面仿真结果

因此，飞机要想降低RCS值达到雷达波的“隐身”效果，就必须将探测雷达发射的雷达波反射到其他方向，使探测雷达无法接受来自自身的反射波，这就需要在飞机的气动外形上进行优化。根据相关文献，气动外形优化对飞机隐身性能的贡献可达85%以上，因此隐身飞机应尽可能消除对雷达波产生镜面发射的外形结构。

F-117A隐形飞机示意图

首先，在飞机外形设计中避免使用大平面、大凸曲面的最佳方法是对部件采用斜形设计，如斜垂尾、平表面机身或多面体机身、斜切进气道、斜切翼尖等。，以便将雷达波直接反射到其他方向。这方面最典型的例子就是第一架真正隐身的飞机F-117A，全身几乎找不到凸起的曲面。

那么，消除能产生角反射器效果的形状组合(三个平面相互成90°角形成的角立方体称为角反射器)或角度小于等于90°的结构就显得非常重要。比如用双V型尾翼代替单尾翼，合理设计飞机座舱盖防止雷达波进入座舱，取消导弹挂架等，都可以减少角反射器效应。这些是现代隐形战斗机的典型设计。

隐身飞机的s形弯曲进气道

此外，用飞机上的其他弱散射部位屏蔽强散射部位也可以优化隐身外形，例如用大后掠角的机翼屏蔽机身的侧向散射，用S形进气道(蛤壳形进气道)屏蔽发动机的散射，直接将外挂的武器弹药嵌入机身等。，都是针对屏蔽飞机上的强散射部位，或者直接将发动机进气道布置在机身上方，屏蔽进气道与机身复杂形状可能反射的各个方向的雷达波！

歼20的工作

除了上面列举的三种外形优化设计，对于飞行器来说，粗糙的外形会产生更多的雷达波漫反射，这对于隐身飞行器控制反射雷达波的方向会有一些意想不到的效果，所以更好的做工和光滑的外形也会对隐身飞行器有所帮助。

2.采用吸收材料。

然而，仅仅依靠隐身飞机的外形优化来更好地“隐身”雷达波是不够的。作为一个庞大而复杂的整体，飞机首先要飞得更好。像F-117A这样的超级计算机计算出来的奇怪形状，可以说是依靠发动机飞行，这也让它的机动性和速度差了很多。这时，“吸波材料”的作用就体现出来了。

吸收材料原理

“吸波材料”依靠材料中雷达波感应的传导电流，造成磁信息资源的网络滞后损耗或介质损耗，使雷达波照射到飞行器上的电磁能量转化为其他能量耗散掉，没有二次反射波，雷达无法探测到。对于一些形状无法优化或雷达吸波材料整体使用的部位，隐身飞机可以达到更好的隐身效果。

微波吸收材料一般由不锈钢纤维、石墨粉、稀有金属、铁氧体等能够吸收和转换电磁波的材料制成。随着技术的不断成熟，越来越多的微波吸收材料被应用在隐身飞机上，不仅可以在机身上制作隐身涂层，还可以直接用微波吸收材料或透波材料制作一些特殊的零件。

3.减少红外探测

战斗机产生的热辐射大致可分为发动机辐射、尾喷辐射、飞机蒙皮辐射和飞机反射太阳光辐射。对于战斗机来说，这些热辐射在红外探测设备面前可以说是非常明显的。虽然远距离红外探测效果不显著，但先进机载红外搜索跟踪系统(IRST)对装有涡扇/涡喷发动机的战斗机的前向探测距离已经可以达到180公里，可以说接近于记录的雷达探测距离。

F-22战斗机二维矢量尾喷管

目前红外隐身最有效的方面是发动机采用矩形二维喷管，可以使羽流变平，降低红外特性。虽然降低发动机喷管温度也是降低红外特性的方法之一，但先进发动机涡轮前的温度越来越高(高达2000K)，所以我们只能采用热屏蔽或冷却的方法来降低外界检测到的温度。此外，红外隐身涂层还可以抑制飞机表面的红外辐射。总之，红外隐身的实现在外形和材料上要比隐身困难得多。

F-22被红外设备探测到。

但是，即使隐身飞机同时在外形设计、吸波材料和红外隐身三个方面进行优化，对于探测设备来说也无法达到绝对的“隐身效果”，因为雷达发现目标的距离与很多因素有关，比如雷达发射功率越大，天线增益越大，目标的波长和RCS越大，雷达就能探测到目标越远(也与雷达波长有关)。

飞机被雷达发现了。

目前任何隐身飞机的雷达截面积的RCS值都不能降到0，即使是F-22战斗机和B-2战斗机，最小RCS值也只有0.01平方米。达到这个RCS值的隐身飞机，即使是20公里范围内的普通雷达也能轻易发现(但此时发现已经没有意义)。另外，同时布置多个联合雷达，一个雷达发射探测波，其他雷达用来接收隐身飞机反射的雷达波，那么理论上也可以远距离发现隐身飞机。

隐身飞机的未来发展

目前隐身飞机的隐身效果只对短波雷达有效，对米波雷达以上的长波雷达很难达到隐身效果。为了更好地应对隐身飞机，各国也在发展米波雷达(米波雷达的探测精度不足)，这对隐身飞机提出了新的挑战。因此，未来隐身飞机的发展必须兼顾短波雷达和长波雷达的隐身，甚至实现全波段雷达波隐身。

此外，隐身飞机外形设计的最优结果不应有垂尾、平尾、鸭翼等结构。只有这样才能更好地控制反射的雷达波。当然，没有这些工作面，飞机本身的机动性会大大降低甚至丧失，所以三元矢量发动机的优势会在这个时候体现出来。在取消垂尾、平尾、鸭翼等结构后，三元矢量发动机也将成为未来战斗机的标配之一。