隐形飞机是指什么样的飞机(隐形飞机为什么可以“隐形”，是怎么做到的？)

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开始遍地开花。你可以在大街小巷听到很长一段时间关于隐形飞机的各种讨论。那隐形飞机到底是什么？隐形飞机是怎么隐形的？

其实隐身的概念有很多，包括光学隐身、雷达隐身、红外隐身、声学隐身、磁隐身。隐身飞机中的隐身不是传统意义上的“肉眼看不见”，主要是指雷达和红外的“低可探测性”，使雷达探测达到“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，敌机的到来主要是靠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讲究的超视距作战。目前探测敌机的各种方法，60%来自雷达探测，30%来自红外探测。其他检测方法很难发挥作用！

雷达探测原理

对于雷达探测来说，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会发射，反射镜反射的部分无线电波会沿原路返回雷达探测设备。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，飞行的飞行器本身，尤其是尾管中不断喷出高温高压气体的涡扇/涡喷/冲压发动机，就是一个巨大的热源。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，以达到“隐身”的目的。为了实现飞行器的“隐身”，大致可以分为三种方式:外形设计优化、吸波材料、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，总会有很多强烈反射雷达波的部位，比如飞机上的突出部分和外挂武器，发动机进气和尾喷管，机身上的尖角和平面等。，这些都容易对雷达波产生镜像发射暴露位置。飞机的回波强度通常用“雷达截面积”(RCS，单位平方米)来表示。RCS值越小，隐身效果越好。

▲歼20和苏-57(T-50)在150 MHz /VHF频段的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，就需要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能对雷达波产生镜面发射的外形结构。

F-117A隐形飞机插图

首先，在飞机外形设计中避免使用大平面和大凸曲面的最好方法是对部件采用斜置外形设计，如斜置垂尾、平面机身或多面体机身、斜切进气口、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的隐身飞机F-117A，全身上下几乎找不到凸曲面。

那么，排除能产生角反射器效应的形状组合(由三个相互成90°角的平面组成的角立方体称为角反射器)或小于等于90°角的结构就非常重要了。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，取消导弹制导外部支持等，都可以降低角反射器效应。这些是现代隐形战斗机的典型设计。

隐身飞机的s弯进气道

此外，用飞机上的其他弱散射部件屏蔽强散射部件，也可以优化隐身外形，比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，将外挂的武器弹药直接嵌入机身等。，都是为了屏蔽飞机上的强散射部件，或者直接把发动机进气道布置在机身上方，用机身屏蔽进气道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，对于飞机来说，粗糙的外形会产生更多的雷达波漫反射，对于隐身飞机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机有所帮助。

2.采用吸收材料。

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

吸收材料原理

“吸波材料”是依靠雷达波在材料中感应出的传导电流产生磁滞损耗或介电损耗，使雷达波照射在飞机上的电磁能量转化为其他能量而耗散，没有二次反射波，雷达无法探测到。对于一些外形无法优化或者整体使用雷达吸波材料的部分，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，越来越多的吸波材料被用在隐身飞机上，不仅可以在机身上制作隐身涂层，还可以直接用吸波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以分为发动机辐射、尾喷辐射、飞机蒙皮辐射和飞机反射太阳光的热辐射信息源的网络辐射。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。虽然远距离时红外探测效果不明显，但先进机载红外搜索与跟踪系统(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，可以说是接近有记录的雷达探测。

F-22战斗机的二维矢量尾喷管

目前红外隐身最有效的方面是发动机采用矩形二维喷管，可以展平羽流，降低红外特性。虽然降低发动机喷管的温度也是降低红外特性的方法之一，但是先进发动机涡轮前的温度越来越高(高达2000K)，所以我们只能用热屏蔽或者冷却的方法来降低外界探测到的温度。此外，红外隐身涂层还可以抑制飞机表面的红外辐射。总之，红外隐身的实施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。

但即使隐身飞机同时在外形设计、吸波材料、红外隐身三个方面进行优化，也无法对探测设备达到绝对的“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、天线增益、目标的波长、RCS越大，雷达探测目标的距离就越远(也与雷达波长有关)。

这架飞机被雷达发现了。

目前任何隐身飞机的雷达截面积RCS值都不可能降到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公里距离内的普通雷达也很容易发现(但此时发现已经没有意义)。另外，多部联合雷达同时布置，一部雷达发射探测波，其他雷达用来接收隐身飞机反射的雷达波，然后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。

另外，隐身飞机外形设计的最佳结果:这个不应该有垂尾、平尾、鸭翼等结构。只有有了这种支持，我们才能更好地控制反射和发射的雷达波。当然，如果没有这些操作面，飞机本身的机动性就会大大降低甚至丧失，那么三元矢量发动机的优势就在这个时候体现出来了。垂尾、平尾、鸭翼等结构取消后，三元矢量发动机也将成为未来战斗机的标配之一。