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美軍隱身飛機雷達吸波材料解析

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邊緣處理、鍍銀層和S形進氣道

在F-117之后,諾斯羅普·格魯門公司研制了B-2隱身轟炸機,據稱對外形隱身的依賴程度要大于F-117,而對RAM應用較少。由于F-117的外形修形工作已經將鏡面反射處理得很好,因此,B-2的外形隱身可能指的是表面波抑制。B-2飛機的上下表面都是完整的曲面,外形沒有不連續之處,因此不會產生很強的表面波,只有飛機邊緣處除外。

不過,隨著技術進步,工程師們對邊緣表面波有了應對之策。從B-2開始,美國所有的隱身飛機都呈現出獨特的“邊緣處理”風格,在機體邊緣可以看到不同顏色標識的帶狀結構,這些結構實際暗藏玄機。在三角楔的內部是輕量材料,如玻璃纖維蜂窩結構,其中填充了碳,從外表面頂部向基部集中。因此,阻抗從機身結構尖銳邊緣處開始下降,直到其后部導電表面,阻抗逐漸降為0。這種設計使得表面電流能夠緩慢而非陡峭地流動,同時也被吸收。這樣的布置抑制了RCS的三大貢獻源:通過減緩表面電流的轉捩,減少了邊緣波散射;通過吸收電流,減少了行波反射;通過吸收入射的雷達波,減少了邊緣衍射。每個方向的RCS都由此顯著降低,特別是偏離法向的RCS。

B-2前視圖

B-2飛機采用了相當厚度的吸波結構,由介質材料構成。然而,有報告指B-2還使用了一種磁性材料,可在VHF波段提供更好的吸波能力。為了加強錐度和盡量減少衍射,下方的導電表面可能緩慢過渡成楔形。

雖然邊緣處理能吸收表面電流,但無法完全阻止這些電流到達機身邊緣處。如果表面不連續,可以防止電流到達機身邊緣,但卻會加強輻射。彈艙門、起落架艙門和維護口蓋周圍無可避免地存在縫隙,所以,B-2機體盡量減少了口蓋數量。雷達能量能夠誘使門和口蓋產生表面電流,如果這些電流遇到不連續結構表面,尤其是口蓋這種尺寸較小的結構,將會在其邊緣處發射強烈的邊緣波和行波。因此,這些縫隙必須用導電“填泥”和膠帶連接起來。在最開始時,每架B-2需要用到大約915m長的膠帶。另外,B-2的蒙皮有鍍銀層。不連續性結構的影響取決于結構尺寸和兩邊結構的導電性。銀是傳導性最強的金屬,把銀涂在不連續處可以最大限度地減少縫隙對RCS的影響,同時還能吸收電流,阻擋雷達穿透。

為了抑制發動機的回波,B-2使用了內襯有RAM的S形進氣道。形狀和材料是這種RCS縮減技術的關鍵。RAM很薄,但進氣道的彎度可使來波多次反射,增加了吸收效果。比起直線進氣道,未經處理的S形進氣道能將正中方向的RCS減小30dB,但在偏離中心線5°以外則毫無效果。如果增加RAM手段,正中處的RCS還可再減小30dB;而且無論是直線形還是S形進氣道,這個效果的作用范圍擴大到偏離中心線10°方向范圍內。

1990年以來,B-2的RAM方案發生了改變,重點轉向減少維護負擔和降低RCS,引入了質量更好的膠帶,使鉚縫更緊密,固化時間更短。2003—2010年期間,B-2還應用了先進高頻材料(AHFM),即一種可用機械臂涂覆到口蓋上的磁性RAM材料,可縮短常規維護時間。具有彈性的“刀片密封”材料成為部分口蓋的導電橋,某些間隙周圍環繞著窄帶磁性RAM材料,被形象地稱為“畫框”。

F-22繼承了B-2的多種RCS減縮技術。F-22的外形由翼身融合體組成,可減少表面波。設計人員對機翼、操縱面和發動機進氣口周邊做了很明顯的邊緣處理。另外,F-22采用了S形進氣道,其內表面敷設了RAM襯里;F-22還在一些口蓋和阻抗間隙上應用磁性RAM。

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