F22 隱身性能比殲 20 戰機好一百倍?

09-09

有觀點認為,F-22 戰鬥機的隱身性能大大優於殲 -20,兩者相差一百倍左右,但事實真的是這樣嗎?凡是討論隱身飛機時總要涉及 RCS 的概念,RCS 定義為雷達反射截面積,師雷達照射到一個物體上之後,衡量反射回來的雷達波的多少的一個值,用面積來表示。面積越大,表示可以越遠發現目標。但是對於一個不規則物體來說,雷達波從不同角度照射時 RCS 是不同的,而雷達波波段不同,RCS 也不同,所以常說的 F-22 飛機 RCS=0.0001 平米,且相當於殲 -20 的百分之一是一種不嚴謹的說法。

圖 1 是著名的全球安防網站、美國空軍和俄羅斯對各類飛機 RCS 的公佈、估算值,可見俄國人總是高估美國人的數據,美國人也總是高估俄國人的數據,這些數據也不定誰對誰錯,而是可能故意選取瞭一些典型值。

圖 2 是臺灣 " 中科院 " 公佈的殲 -20RCS 分佈,由圖可見,殲 -20 正面隱身效果最好,在側面和非隱身飛機在一個數量級,而在後方,其 RCS 幾乎與大型飛機在一個級別,也就是說敵人若處於殲 -20 的側方和後方,該飛機幾乎是不隱身的。

一般飛機的主要 RCS 來源是鏡面反射,這是由飛機的外形決定的,但由於鏡面反射的 RCS 變化較大,可以先將其設置為 0,先估算其他方面的 RCS,這些方面包括:

邊緣繞射

無論機翼如何設計,在機翼邊緣總會存在與入射雷達波尺寸類似的結構,RCS 可以按照圓柱體來計算,以 F-22 為例,主翼、垂尾、進氣道的前緣和機頭棱邊都會產生 RCS。現代戰機主機翼一般會後掠 40° 到 60°,RCS 會比這些圓柱體幾何截面積小十倍,而如果雷達波從側面照射又會大出一個數量級。綜合來看,所有飛機由於邊緣繞射造成的的 RCS 都會在 0.01~1 平米之間(X 波段雷達波不同方向照射),使用雷達吸波材料後,該值變為 0.0001~0.001 平米之間。如果照射的是 L 波段雷達,則該值提高一個數量級,在 0.001~0.01 平米之間。

各類天線:

機載各類電磁波天線為瞭探測效果好,一般會設置會雷達波共振的尺寸並在戰機上開一些窗口,從而也會讓對手雷達更容易探測,這些窗口尺寸在 1-10cm 之間,且不能使用吸波材料,必須外露,RCS 數量級在 0.00003~0.003 平米之間。

光電窗口:

現代戰機都配備光電探測窗口,這也是巨大的 RCS 來源,在沒有處理的情況下,雷達波會穿透光電系統的窗口,在其中反射回去成為 RCS 重要來源,這些設備幾何尺寸一般在 0.01~0.1 平米。例如殲 -20 的下方的光電窗口,F-35 的光電窗口采取內埋式,不存在這一問題,但窗口和機體的過渡會造成邊緣繞射,也無法做到完美。在采取最好的吸波材料後,這個 RCS 數量會降低兩個數量級,達到 0.0001~0.001 平米之間。

其他傳感器

如果飛機有外露的傳感器,而這些傳感器的尺寸也一般和 X 波段波長接近,那麼就會產生共振,讓 RCS 增大 100 倍左右。如蘇 -35 的大氣數據探測器幾根就可以達到 0.01~0.1 平米,但這個 RCS 同樣可以被塗料所降低。

表面縫隙

飛機表現的縫隙一般在毫米級,這在 L 和 X 波段上產生的 RCS 並不明顯。但隨著毫米波段在新型戰機和空空導彈上的配裝,就有可能落入共振區,產生較大的 RCS,一個飛機上的縫隙對 RCS 的貢獻甚至可以超過 1 平米,隻有采取新型寬譜隱身塗料才能降低。

根據以上原則可以估算出幾種主要飛機的 RCS 下限,F-22 沒有光電窗口,下限應該是 0.001 平米,蘇 -57 有該窗口,下限是 0.01 平米,這還是沒考慮鏡面反射時的估計。可見 F-22 號稱的 0.0001 平米 RCS 大有吹牛之嫌,可能僅僅是某一個方向的極值。

接下來就要考慮鏡面發射,也隻估計下限,這個數值可以由飛機的幾何面積為基礎修正得來,例如蘇 -35 在 80 到 100° 方向,RCS 在 40 平米左右,而在 0~80° 該值為 10-30 平米之間。理想隱身飛機的外形可以將雷達波都反射到不重要的方向,在機頭方向降低 4 個數量級的 RCS,使用吸波材料後,降低 5-6 個數量級,也就是下限為 0.0001~0.001 平米之間,而在 40° 方向則在 0.001~0.01 平米之間。

總的來說,最理想的隱身戰機 RCS 正面下限是 0.001 平米,而其他方向約為 0.01~0.1 平米之間。而對有光電探測裝置的戰機,正面下限是 0.01 平米,其他方向在 0.1~1 平米之間。

圖 5

對應現有的戰機即是:

F-22 戰機:正面 0.001 平米,其他 0.01~0.1 平米之間。

F-35、殲 -20、T-50: 正面 0.01 平米,其他 0.1~1 平米之間。

B-2:正面 0.0001~0.001 平米,其他 0.001~0.01 平米之間。

需要說明的是,B-2 雖然體積比戰鬥機大,但這種飛機是純隱身外形,沒有考慮任何機動性,而且可以塗覆更多隱身塗料,大曲率前緣機翼也能減少繞射,因此反而 RCS 比 F-22 還要低一個數量級。

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