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F22隱身性能比殲20戰機好一百倍?這個說法存在基本錯誤

F22隱身性能比殲20戰機好一百倍?這個說法存在基本錯誤

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的公布、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,而是可能故意選取了一些典型值。

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圖2是台灣「中科院」公布的殲-20RCS分布,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。

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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。

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各類天線:

機載各類電磁波天線為了探測效果好,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的光電窗口採取內埋式,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。在採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。

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其他感測器

如果飛機有外露的感測器,而這些感測器的尺寸也一般和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,只有採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。

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接下來就要考慮鏡面發射,也只估計下限,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。

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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,大麴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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