【F22战斗机仿真专题】从阵风的隐身到 F-22 的隐身:面对雷达的隐身概念分析-涉及22技术文件-超300页技术报告绝对干货

文摘   2024-11-27 06:37   贵州  

隐身的概念比避免雷达波返回其发射器的简单原理要广泛得多。因此,阵风和 F-22 基于不同的概念。

隐身 :它是如何工作的,或者为什么不认为阵风的隐蔽性不如 F-22?

美国人对当前的隐身愿景做出了最大的贡献:对任何雷达都是不可见的。事实上,他们使隐身成为 1990 年代末和 2000 年代初出现的新一代飞机的先锋。首先是 F-117 和 B-2 Spirit 轰炸机,然后是 F-22 猛禽,最后是 F-35 Ligthning II。对于后两架飞机,隐身实际上是它们与上一代战斗机区分开来的唯一主要特征(除了有源天线雷达和互连性)

但是 “隐形飞机 ” 的真正含义是什么?F-22 或 F-35 在任何雷达上都绝对不可见吗?

美国案例,首先在火控面前隐身

要知道隐身是否有效,首先必须知道它应该如何运作。为此,我们必须记住雷达的工作原理:它在 “监听 ”时定期发射波包,以便知道一个或多个波包是否已被对象反射并发送回来。然后可以通过分析透射波和反射后返回的波之间的相位差来确定位置和速度。

要绕过雷达,有几种可能的解决方案。美国学说基于两个原则:

  • 研究设备的几何形状以将雷达波分散在与入射方向不同的方向上,很少或没有波返回雷达,从而阻止了飞机的探测,

  • 使用特殊涂层吸收波,因此没有波再次返回雷达。

今天,美国设备针对频率在 9 到 10 GHz 之间的波进行了优化,对 6 到 18GHz 的频率相对有效。在此频率范围以上,美国设备与没有任何保护的相同大小的设备一样可见。

这些频率对应于什么,它是什么意思?

这些频率不是随机选择的,它们是火控雷达(锁定目标的雷达)和导弹自导雷达(用于自我引导而不是由 GPS、红外或火控站引导的导弹)使用的频率。因此,与现实相比,我们所拥有的隐身形象被大大夸大了,部分原因是美国的通讯。事实上,所有在 V/UHF 频段(即从 0.03 到 3GHz)工作的雷达都能够检测到 F-22 或 F-35(更多信息见本文)。

因此,世界上所有的民用空中交通管制雷达至少部分地探测到隐形飞机。更糟糕的是:这些频率被广泛用于电信,隐形飞机会反射这些信号,而无源雷达(一种不发送波但无论如何都会“倾听”以了解波是否被异物反射到其方向的雷达)可以完全检测到所谓的隐形飞机。

外辐射源雷达示意图。© 北大西洋公约组织

隐身F35.png ©

在美国的逻辑中,这不是问题,因为这个频段不允许以足够的精度获得反射波的物体的位置:数量级为 200m 在 300km 距离处的精度。这意味着没有消防系统可以使用这个频率。尽管如此,它仍然给出了对位置的良好估计,例如足以引导另一架飞机进行拦截。

因此,使用具有宽频带的多层防御系统,如美国爱国者系统或俄罗斯的 s-300 和 s-400 系统,即使这些系统的火控是不可能的,也可以检测到所谓的隐形飞机,这个系统是在 9-10GHz 的频率下完成的。战斗机也是如此,它们根据是处于探测阶段还是处于火控阶段,将雷达模式从 1GHz 更改为 10GHz。然后,我们可以看到拥有 24 小时拦截能力的重要性,或者将地面和机载传感器与破坏矢量连接起来以更好地指定目标的可能性。

法国案例,首先是火控干扰

尽管阵风与 F-22 猛禽几乎同时设计,但为避免火控而采用的学说却大不相同。在达索工程师的心目中,由于不可能在每个可能的频率上避免被检测到,因此实施一个阻止敌人有效火力控制的系统更简单。

该系统被称为 SPECTRA,意为“ Système de Protection et d'Evitemment des Conduites de Tir du RAfale ”,前身为“ Système de Protection Electronique Contre Tous les Rayonnements Adverses ”,运行频率为 1 至 20GHz。SPECTRA 的操作基于与前一部分不同的原理,目的是诱骗雷达 :如果返回雷达的波是自愿改变的,那么雷达将为物体推断出错误的位置。

2015 年台风、阵风和 F-22 演习,来源:美国空军在这张非常美丽的图片中,我们可以看到阵风与同类产品的区别在于尾机上的“雪茄”。它实际上是 BACHD 高鳍对策。它的大尺寸不利于隐身,证明了人们对该系统的信心,可以防止对阵风的火力控制。© USAF、Air&Cosmos (安装)

因此,SPECTRA 基于一组传感器和干扰器,为阵风提供 360° 覆盖。这个想法是检测雷达波的来源,并向其方向(以及其他方向,以欺骗无源雷达)发送相同的信号,但相位不同,以欺骗雷达电子设备。换句话说,敌人会相信他正在接收到发送的波的回波,而这是阵风发射器发回的虚拟回波,并且会误导敌方雷达对阵风的位置和姿态。

对于自导导弹雷达,想法是一样的。但更重要的是,导弹的功率比地面雷达弱,有可能使它们的雷达饱和,这通常会导致设备过早爆炸,其电子设备得出结论,机载雷达无法正常工作。

SPECTRA 在世界上并不是一个独特的系统,因此在英语中它被称为 DAS for Defenseensive Aids System。欧洲战斗机有 Praetorian DASS,F-35 有 AN/AAQ37。然而,只有阵风如此依赖这个系统:SPECTRA 总重 250 公斤,相当于新阵风价格的三分之一。定期更新,它无疑是当今最先进的 DAS。

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Réalméca 生产的阵风零件命名和阵风“雪茄”的照片。© Réalméca

然而,今天,纯粹的隐身似乎不再满足美国人,他们正在投资电子战飞机,即像 F-18 咆哮者这样专门为雷达干扰而设计的飞机,并宣布新一代第 6 代战斗机(在美国称为 NGAD)将拥有自主飞行的无人机(参见 9 月 29 日的 Air&Cosmos n°2798 数字, 2022 年 - 美国空军的协作战斗机成型)除了系统的基本隐身之外,还完全致力于这项任务,这显然已经不够了。

最后,应该注意的是,雷达并不是唯一的检测手段,还有红外手表或 IRST(允许挂住红外目标),这是一种性能不断提高的系统,几乎不可能扰,并且很难隐身。这种类型的探测器装备了阵风,而不是 F-22,将成为未来文章的主题。

为了更好地理解不同的隐身策略,以下是一些视觉效果

F-22 和 F-35 战略

© Image4.jpg

在低频模式下,设备以 “正常” 方式出现。在高频下,它几乎不会出现,它处于分辨率的极限并防止火灾的进行。

尽管如此,拦截任务还是被发起了,实际位置相当清楚,这并非不可能。

阵风的战略

© Image4.jpg

在低频下,飞机出现去倍增、扭曲和与其实际位置不同的位置(假设实际位置与之前的 F-35 相同)。

在高频中,会出现相同的现象,但失真及其位置不同,因为它们不是由阵风的相同器官发出的,就像在低频中一样。

火控是可能的,但它会先验地发生在错误的方向。拦截可以发射,但是,实际位置相对已知。

F-18 咆哮者战略

© Image4.jpg

在低频下,飞机出现扭曲,尺寸不成比例,位置与其实际位置不同(假设实际位置与之前的 F-35 相同)。在高频中,会出现相同的现象,但变形及其位置不同,因为它们不是由 F-18 的相同器官发射的,就像在低频中一样。

火控是不可能的 :区域太大,无法通过软件正确解释。然而,拦截是可以发起的,真实位置是相对众所周知的。然而,我们看到了这种方法的有趣之处:这个 “云 ”实际上可以隐藏很多飞机......

此外,对于仅在单个频率上发射的雷达,这种类型的干扰要简单得多,而干扰混合多个波的信号会更复杂。这就是使用有源电子扫描天线 (AESA 雷达) 的雷达与使用无源电子扫描 (PESA) 的雷达之间的区别:在第一种情况下,雷达由大量小型发射器组成,每个发射器都能够同时但以不同的频率发射(阵风、美国飞机或欧洲战斗机的未来版本, 迄今为止仅交付用于出口),而在第二种情况下,只有一个发射器,因此一次只能在一个频率上产生波(俄罗斯飞机,如 Su-35)。

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