F-22 案例

以老带新，还是承前启后？

　　B-2 的例子比较极端，高机动性战术飞机很难照搬 B-2 的技术思路，至少就不能用背部进气道，不然拉一个大攻角的机动，发动机就断气了。F-22 作为美国下一代的主力战斗机，必须保持优异的机动性，同时可以适当降低全向隐身的要求。F-22 同样采用连续可变曲率的复杂大弧面，但飞机的基本布局还是比较常规的。为了减少机头锥和机身的圆截面的较强雷达反射特征，F-22 首创近似菱形的机头锥截面和机身，达到“以角代面”，机头锥侧面尖利的折缝在气动上起到了类似 F-18 的前缘边条的作用，整个机身侧面地折缝在电磁上也起到类似 B-2 的扁平、尖利边缘的作用。

F-22 的前机身呈现明显的菱形截面，机身侧面这条棱线和 Tacit Blue 的那条边是一个意思

　　就垂尾而言，无垂尾或 V 形尾布局的隐身效果最好，但机动性受损失。无垂尾布局可以实现转弯、升降和横滚，但高机动性就谈不上了。V 形尾要好很多，但控制面动作时，不可避免地同时产生偏航力矩和横滚力矩，必须由副翼做反向横滚，加以补偿。这种进两步、退一步的控制方式效率低，机动性也不及常规的垂尾和平尾分开的布局。所以，用 V 形尾的 YF-23 出局了，而入选的 F-22 采用外倾的双垂尾和平尾的组合，以保证优异的机动性。

采用双垂尾加平尾 4 尾翼布局的 F-22

　　F-22 是自 F-111 以来第一个采用机内武器舱的战斗机。F-111 采用机内武器舱的目的是减少外挂阻力，增加速度和航程。F-22 的目的则是隐身。机内武器舱尽管隐身性能好，但有容量较小、对武器的尺寸和形状有较大限制的缺点。由于贴近机身，气流流场复杂，而不是在气流流场相对干净的翼下，武器的发射和分离技术要求比较高。如果一件武器没有正确地弹射出去，后面的武器可能也无法弹射出去，对舱门的动作可靠性也要求较高。在隐身要求不高时，F-22 可以在机翼下增加可拆卸的挂架，增加武器的挂载量。

要是舱门卡住了，或者一件武器投放不成功，麻烦就大了

　　F-22 采用弯曲的进气道，以增加入射雷达波的反射次数，并在每次反射中吸收掉一点能量，最终的回波就会削弱很多。采用弯曲进气道的战斗机很多，但 F-16 的 S 形进气道只能遮挡发动机正面的 60%，而台风的“驼峰”形进气道则可遮挡几乎 100%，F-22 的同样如此。

F-35 案例

麦道的 JSF 最先出局，直接导致了麦道的关门，毛病还是出在技术上不够成熟，太超前，用浅 V 形尾高机动性无法保证

　　F-22 是取代 F-15 的重型战斗机，F-35 就是取代 F-16、F-18、AV-8 的轻型战斗机。说它轻型，其实在别的国家都是中型了。F-35 是波音的 X-32 和洛克希德-马丁的 X-35 之间竞争的结果，X-35 获胜。就隐身技术而言，JSF 的最大特色是对进气口的处理。X-32 另辟蹊径，采用三角翼、双垂尾布局，最引人注目的是那张大嘴巴，形容丑陋就不说了，那不是直接违反隐身最基本的原理，把发动机的正面暴露在入射雷达的面前了吗？也是，也不是。发动机的正面确实有一半在入射雷达的视线内，但波音在发动机前面增加了一个“雷达屏障”，用涂覆吸波材料的整流片把发动机的正面遮住，迫使雷达波拐弯抹角地通过整流片的间隙进入进气道，一旦进入，就只能在里面来回反射，每反射一次，就在涂覆吸波材料的壁上被吸收掉一点，最后只有极少的入射能量得以返回，形成回波。

波音的 X-32 采用无尾三角翼和外倾双垂尾的布局，在结构和气动上效率最高，但得不到军方的信任，军方对没有得到时间考验的东西，不会拿性命和有限的国防开支帮你去试验、完善的

波音临时抱佛脚，给 X-32 加了一个尾巴，既破坏了设计的初衷，又没有得到入选，真是鸡飞蛋打

　　整流片当然对进气效率有影响，但通过适当设计和增加发动机的推力，飞机性能不至于受到影响。同时，整流片也能起到“理顺”气流的作用，不是对发动机工作一无好处的。雷达屏障首先在 F-18E 上得到使用，在 F-18E 上，整流片是固定的。在 X-32 上，整流片是可动的，在起飞或超音速加力时，可以打开以增加空气流量，在巡航时，可以关小，以提高隐身效果。波音声称雷达屏障足以满足军方对隐身的要求。波音最后落选的原因有很多，但对雷达屏障的效果的怀疑不是主要原因。X-32 落选的最主要原因有几个：1、大型三角翼难以折叠，不能适合上舰要求；无尾三角翼的低速大攻角机动性能得不到海军的信任，其高机动性能也被空军所怀疑，波音临时抱佛脚推出的有尾 X-32 已经晚了；3、“鹞”式战斗机那样的推力转向对飞机的重心变化很敏感，不利于灵活挂载各种武器和适应各种任务。

可以看出，F-18E 的进气道也有一点弯曲，发动机的正面只有 1/4 多一点直接暴露

雷达波最重“看到”的就是这么一个东西，不容易“看透”的

　　X-35 大体就是 F-22 的单发缩小版，但 X-35 采用的比 F-22 更先进的无分离板进气道（diverterless supersonic intake，DSI）。喷气发动机的压气机在进气的流速较高而且流场均匀的时候效率最高，然而由于空气的粘性，在进气口前机身表面附近的空气相对于机身的流速很低，而“干净”的气流的相对流速就很高，因此，发动机最好“伸到”干净的气流中，像民航机的翼下吊挂发动机一样。战斗机做不到这一点，发动机只能在机身内，于是用这块边界层分离板，或在进气口和机身之间形成一个间隙，把低流速的“边界层”分离掉，然后再通过“泄流道”把它泄放掉，不影响发动机的最优工况，即使 F-22 也有这个间隙。但在雷达的照射下，这块板或间隙着实惹眼，必除之而后快。DSI 用一个复杂外形的鼓包代替分离板，然后在内部吸收掉低流速的边界层，既解决了了边界层分离的问题，又避免了突出的方板造成的强烈雷达回波。具体的机理没有见到详细的描述，猜测起来，大概是用固定的鼓包和进气的压力，将边界层向鼓包的两侧压缩，进气唇口的中间向前延伸，但两侧向后退缩，正好衔接上鼓包的边缘，形成“泄流道”，唇口的形状自然地成为锯齿状。DSI 首先在 F-16 技术验证机上得到验证，然后用于 X-35。X-35 入选后，代号更改为 F-35。

F-22 进气口后上方的格栅，靠前的是泄放边界层的出气口，靠后的是调节进气量的出气口（超音速时，进气太多，要放掉一点）

这里可以清楚地看到 F-35 的 DSI 进气口，边界层被鼓包从中间“破开”，被迫向鼓包的两侧分开，最后从后缩的进气口唇口和机身连接处泄放

F-16 DSI 验证机

FC-1 的 04 号机模型上，也出现了 DVI 的影子，但这个 DVI 不彻底，没有锯齿形的唇口，不知道效果会怎么样

　　歼-10 是中国航空工业之花，在可预见的未来，将和歼-11 共同担当中国空军的中流砥柱。但是，由于种种原因，歼-10 的气动外形不是围绕隐身而设计的。如果展开想象的翅膀，或许可以给歼-10“整容”一下，使之在总体气动布局不大变的前提下，更适合隐身的要求。歼-10 的单垂尾具有重量轻、飞控系统设计简单的优点，但形成一个很大的垂直平面，而且和机身形成 90 度内角。如果将高耸的单垂尾改成较低的双垂尾，侧面的雷达投影面积将减小。如果双垂尾外倾，雷达投影面积将进一步减小，如果外倾不太厉害，带来的偏航力矩和横滚力矩的偶合可以较容易地由副翼补偿，启动损失不致太大。双垂尾还可以在着陆时同时向内或向外翻，作减速板使用。

歼-10 一直是尤抱琵琶半遮面，官方一直吞吞吐吐，民间的照片倒是满天飞

　　歼-10 的进气口是另一个可以做隐身修形的地方。歼-10 的进气口和机身下侧之间有一块突前的边界层分离板，前缘正好和前进方向垂直。有公开报导说，中国也在研究 DSI，如果能够应用到歼-10 上就好了。进气口的唇部应该做成锯齿状。进气道应该成 S 形，避免入射雷达波直接照射到压气机正面。如果这样改动太伤筋动骨，退而求其次，可以考虑采用雷达屏障那样的技术，应该比较适合于从现有飞机的改进。理论上，雷达屏障也可以应用于歼-11。

高山作品：装备 DSI 和保形油箱的歼-10 双座型

　　歼-10 也应该采用 F-22 那样的菱形截面前机身，在可能的情况下，沿机身纵向形成一条折线，在一定程度上达成类似 B-2 的效果。座舱盖也应该采用整体的，避免风挡框架面对前进方向形成的回波。机内武器舱恐怕是不行了，那改动实在太大了。

　　这些变化都是说着容易，做起来很不容易的。双垂尾要求对后机身整个重新设计，实际上整个飞机的气动都要重做过。DSI 进气道和机身、发动机的配合是一个难题，目前只有 F-35 采用，别的都是研究阶段，没有到产品阶段。雷达屏障也不是轻而易举的事，何况要求发动机增加推力，以补偿进气损失。中国在提高航空发动机性能方面，还没有达到游刃有余的地步。菱形截面的前机身起一定的边条作用，处理好了，增加机动性，处理不好，飞行控制会成问题。整体式座舱盖在材料、工艺上的难题就不说了，重量就不好解决，而且这块玻璃要求抗鸟撞，还要在光学性能上不亚于光学玻璃，要求极高。欧洲的台风、阵风和美国的 F-18E 都采用有框的座舱盖，说明整体座舱盖不是那么容易得。歼-10 在做了以上的修形后，其差别和现在的基本型相比，不会比歼-8I 和歼-8II 小，然而，这些地方做好了，歼-10 的隐身性能可以有一个飞跃。

这个整块的座舱盖据说要两百多磅重呢

结语

　　无数研究表明，就现阶段的技术而言，外形是隐身的最重要的手段。除了外形设计外，吸波涂层也可有效地削弱雷达回波。吸波涂层分吸收性和干涉型。吸波型涂层采用电损耗型或磁损耗型材料，将入射的电磁波能量转换为热，和黑色无光漆对光的作用类似。实际上，黑色无光漆并不能完全吸收光线，否则人们也看不见涂黑色无光漆得物体了。同样，吸收型吸波对吸收雷达波的能量的效果也是有限的，这也是单靠吸波材料不能达到隐身的目的的原因。干涉型吸波涂层一般为电磁波长四分之一厚度的涂层。入射的电磁波达到涂层表面时，转成 90 度垂直射向基体，然后以 90 度垂直反射回来，以入射角的补角离开涂层表面。理想情况下，涂层不吸收电磁波能量，电磁波在铁氧体层内穿行了半个波长后，波形移了 180 度，即和入射波波形相同，但正负相反，因此和后续的入射波互相抵销。干涉型吸波涂层对有效波长范围内的雷达波吸波效果很好，但只对很窄的波长范围有效果。实用上，要将多层吸波型和干涉型涂层结合起来，才可满足实战需要。

　　在光学波段，有一种单向镜子，在镜子的一侧可以看到另一侧，但在另一侧看到的则是镜子的反光。如果可以制成对雷达波的单向镜面材料，将透射的一面面向雷达入射的外面，反射的一面面向非隐身基体材料的一面，中间填充一定的吸波材料，这样尽管吸波材料的吸波作用有限，入射的雷达波还是被陷在单面镜和基体之间，来回反射几次后终于被吸收，而把“泄露”出来的散射回波降到最少。

　　除了吸波涂层，机身前缘面向敌方雷达的部位也可采用吸波结构，这就是设法将入射的雷达波关进一个“陷阱”，同时在陷阱里填充吸波材料，把团团转的雷达波吸收掉。

　　除了降低散射和吸收雷达波等被动隐身手段外，还有主动隐身手段，就是向雷达波的入射方向发射波形、频率和功率相同、相位相反的电磁波，就可以达到对消的作用。但是如果相位相同，将把回波强度增加一倍。所以这一招的实现难度极高，只有在敌方雷达采用固定的波形、频率和功率或按已知的固定规律变换这些参数，这一招才比较可靠，否则可能不打自招，反而强化了回波。

　　各国军方对隐身的要求不一样，美国空军是坚决的隐身派，新的作战飞机非隐身不要；美国海军和欧洲是半隐身派，有那么点意思就行了，其余的靠机载电子战能力来蒙混过关，这也是在现有技术条件下少花钱、多办事的一个有效途径。不管哪门哪派，隐身飞机是各国军用飞机的发展趋势，不正视这个现实是不行的。那么，猪插上了翅膀，飞起来了。怎么把猪的翅膀剁下来，把猪再摁回到案板去呢？

　　如前所述，以上讨论对波长小于目标尺寸的情况比较有效。雷达波长远远大于目标尺寸时，目标的形状不再对散射有重大影响。民用的空中交通管制雷达大多在米波段，这也许是航展时 F-117 和 B-2 屡屡被民用雷达发现的重要原因。不过发现目标而不能精确地实时跟踪，还是不能击落目标。长波雷达的距离和方位分辨率差，信号更新慢，不能跟踪快速机动的目标，这也是当初为什么火控雷达选用短波长的一个原因。以上讨论也集中在削弱向发射雷达波的方向的回波，对于其他方向的散射，控制手段要差很多。这就是双基或多基雷达的可乘之机。双基或多基雷达有一部发射机，但接收机可以有两部或多部，部署在不同的方位，专门用来捕捉在入射方向之外的回波。双基和多基雷达的技术难点是如何达成发射机和所有接收机之间的同步和在瞬时内实现数据交换，毕竟雷达波和通信电缆里的电磁波都以同样的速度传输，等同步信号到了，回波也到了。要是有更快地信号传播方式倒也罢了，但爱因斯坦早就说了，没有东西比电磁波传播得更快了。目标在收到雷达波的照射时，除了直接的回波外，目标的结构本身会因为波动而诱发振动，产生二次谐波。这是谐波雷达的可乘之机，但是谐波的特性很难预测，如何在貌似杂乱无章的谐波里取出有用的信号，这是一个很大的难题。隐身手段对各个波长的雷达波的效果不一样，这是宽频带或白噪声雷达的可乘之机。在宽频带或白噪声雷达的照射下，不同频率的回波还是能显示出足够的反差，把隐身目标照出原形。这也是在日光下，人眼仍然能够辨识出伪装色的道理，毕竟伪装色只对某一波段特别有效。但雷达波的功率在宽大的频谱内铺开，落在每一个特定的频率上的功率就很有限，过低的功率密度将大大影响探测距离，信号处理和天线设计也大大复杂化。理想隐身可比作一个电磁“黑洞”，因此也可通过观察在散乱天波下的“剪影”而不是“反光”来捕捉隐身目标，不过这要求到处布设接收天线，对实时信号处理和数据交换也有很高的要求，这种“事后诸葛亮”的探测方式对预警很有用，但同样不能用于火控瞄准。最后，飞机发动机的高温使排气部份极化，加力燃烧时尤其如此，形成雷达可探测到的尾迹，排气中的碳化物微粒也可被雷达观察到。

　　隐身战斗机的使用很像潜艇，为了不暴露自己，互相之间不能通话协调，所以要么采取区域联防打游击，要么由后方的预警机“广播”战场态势，由各架隐身战斗机自主作战，因为预警机也无法确切知道隐身战斗机的位置。对于零星入侵的隐身目标，有效的预警可以引导我方战斗机到隐身目标的附近，然后用机载雷达烧穿隐身的烟幕，引导攻击。对于大批入侵的隐身目标，主要的办法是设法打乱敌人的部署，争取打乱仗；或者迫使敌人互相联系，暴露自己。比如对一个隐身目标围攻，迫使其他隐身战斗机前来救援；或者施放强烈电子干扰，大家一起做聋子和瞎子，摸黑打。

　　隐身不是无敌的，但确实是难对付的。

　　这里讨论的只是雷达隐身，对于红外和光学探测手段，也有隐身问题，这超出本文的范围了。