2015年9月11日,美國《航空周刊》發表了一篇文章,對幾十年來飛機隱身技術的發展和未來的前景進行了介紹。
測定隱身
預測雷達捕獲面積(RCS)(測量目標在雷達上的顯示尺寸),在開發出高功率的計算機之前,觀測外觀變化大、形狀復雜體的角度或頻率太困難,無法實現。1975年,洛克希德臭鼬工廠的工程師丹尼斯-奧弗霍爾澤開發了一個名為回聲(Echo)的軟件程序,可以準確地模擬一個完全平坦的表面和直邊組成的形狀。(俄羅斯數學家Pyotr Ufimtsev此前所發展的公式可計算來自邊緣的衍射)。在短短幾年內,洛克希德公司開發出處理簡單曲線的系統,諾斯羅普則在發展復雜的螺旋曲線。更強大的計算機使得有可能模擬小尺寸表面的細節和更復雜的形狀,并考慮材料和腔體。
建于20世紀50年代末期的第一個室外RCS測試場在內華達州格魯姆湖,支持過A-12“牛車”偵察機設計。全尺寸、或縮小尺寸的車輛,或甚至完整飛機,被安裝在一個塔上并處于足夠遠的距離,接近遠場條件被雷達照射。雷達和目標之間的空間必須是平坦的,且無障礙物,所以室外的測試場往往類似于從空中觀察時的跑道。室內或“緊湊”的測量場,用大消聲壁室與影院屏幕大小的拋物面反射體創造出遠場條件,在20世紀80年代流行起來:法國武器裝備總署(DGA)國防物資局運行著在布列塔尼(上圖)布魯茲(Bruz)的世界上最大的測試場,能夠測試一架完整的“陣風”飛機。有了更好的建模,對RCS測試場的需求有所下降,至少有三座美國的測試場已經關閉:原麥道公司在加州小灰山和諾格公司特洪牧場的設施,波音公司在美國俄勒岡州博德曼的設施。
隱身造形
丹尼斯-奧弗霍爾澤總結出“隱身設計的四大原則:形狀、形狀、形狀和材料”。因為圓形邊緣在不同的仰角下都會產生強反射,因而幾乎所有的隱身構造都是由滿足連續環繞整個飛機四周尖銳“水線”(waterline)的上部和下部的元素組成。來自鋒利邊緣的一些反射是按外沿來處理,就像門和縫隙的邊緣,相鄰的共面數盡可能最小。當雷達波束與邊緣相對成90度時,能量將被反射回去,但是因為飛機的移動,這將只是一個瞬時的現象。可優化飛行路線以減少此類探測機會:F-117飛機項目的一個重要創新是采用了綽號“埃爾維拉”(Elvira)的飛行規劃計算機,生成一個最小可探測“藍線”航跡線。
在水線的上方和下方,飛機的側面帶有角度,不是垂直的。大多數的形狀使用平直的“鉆石多面體”或長半徑螺旋曲線,或者是兩者的結合。孔穴的邊緣要與主平面形狀一致,并且長邊緣要做鋸齒狀。BAE系統公司的“雷神”(上圖)是一個很好的例子。
洛克希德“臭鼬工廠”的創始人“凱利”-約翰遜使用術語“飛碟”來描述一個理想的機體輪廓,邊緣鋒利,并且連續曲面坡度均勻展開接近邊緣。這種形狀與翼身融合(BWB)布局兼容,如B-2和許多無人機的設計。因為BWB無尾,它還能對抗甚高頻(VHF)雷達的探測。
不可見涂料
雷達吸波材料(RAM)和雷達吸波結構(RAS)互補實現隱身。它們結合成一個吸波體,通常是碳或鐵材料裝填到泡沫或蜂窩結構中,與粘合劑混合在涂層的涂料中,或混雜進耐熱陶瓷中。
設計師利用RAS來降低邊緣的反射,復合材料(最有可能是玻璃纖維)蒙皮下深層的RAS結構制成B-2的前緣。隱身飛機使用RAM抑制表面電流和蒙皮上的“蠕變波”(creeping waves)。例如,F-35涂有290英磅(132千克)聚合物涂層,與直升機槳葉防腐類似,用機器人噴涂嚴格控制涂層的厚度。
RAM經常為多層涂層,與飛機結構蒙皮旁的導電層分級吸收不同波長,并且有可能覆蓋有一個紅外抑制面漆。不同類型的RAM膩子、膠條和可拆除墊圈,用于減少來自艙門邊緣或蒙皮間隙的散射。
進行機內零組件的維修,以及材料本身的耐久性,都必須去除和恢復RAM,這可是一個巨大的維修負擔。與傳聞相反,B-2轟炸機不可呆在雨水中,而且一些維修操作需要拆卸和替換7個或更多層的材料,其中一些需要長時間固化后才能恢復下一層,有的材料必須除去,并在空調機庫中恢復。F-22設計的更好些,但仍需要大量的工作,有時甚至要使用錘子和鑿子(上圖),并且要進入空調機庫中。在一些區域,金屬和非金屬元素與水結合(隱身飛機的設計限制使用排水孔)引發電化學腐蝕,尤如一個破皮滲漏的電池。