【F22战斗机仿真专题】F-117 的 RCS 对比 F-22 和 B-2 -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  

这似乎是一件纯粹固执己见的事情,但请耐心等待。我认为这里有一些一般性的陈述,而不是基于猜测。

问题:F-117 的 RCS(雷达散射截面)实际上是否不如 F-22 和 B-2?

我自己试图得出一个答案:

据我所知,F-117、F-22 和 B-2 没有关于实际 RCS 的任何公开信息,也没有提供有关其 RAM(雷达吸收材料)确切构成的任何细节披露。那么,人们怎么可能真的知道这一点呢?

我看了很多航空纪录片,有时也会读一些奇怪的文章,在维基百科上等等——似乎大多数消息来源都只是简单地说,F-22 的 RCS 比 F-117 “好得多”。与 B-2 相同。

我所说的优越或劣等是什么意思?嗯,这也是这个问题的答案。

我认为答案是:这要看情况。

RCS 至少取决于许多属性:被测物体的方向、雷达系统的频率、天气。

即使在这个简单的 2D 示例中,对于非隐身飞机,其 RCS 剖面也是非均匀的。

对于像 F-117 这样具有平坦、棱角分明的表面的飞机,无论 RAM(雷达吸收材料)可能存在的差异,倾斜的表面总是会反射掉以一定角度撞击它的信号,这比曲面要好。在简化的设置中,除非与信号直接垂直命中,否则角度表面应反射掉所有能量。

当然,在现实中,材料表面的凹凸度将确保一些能量确实被反射。但是,可以公平地说,鉴于其他一切都相同且保持不变,您更愿意以一定角度撞击倾斜的表面,而不是用信号撞击的曲面。

基本上,在我看来,这似乎意味着(再次忽略 RAM 的差异)F-117 实际上从任何角度都享有卓越的 RCS,除了飞机碰巧将其一个垂直于观察者的倾斜表面暴露出来的一组角度。

这套有多大?可能相当大。但是,这是可以计划和缓解的事情。例如,当面对地面上的敌人时,F-117 是从下方观察的,而从下方看,F-117 只有一个表面。相比之下,F-22 有很多复杂的几何形状。

所以粗略地说,除非 F-117 直接飞过观察员,否则 F-117 的 RCS 会差为什么呢?

至于 RAM,有时又有人说 F-22 拥有卓越的 RAM——但同样,这并不是公开的,不是吗?这只是一个假设,F-22 具有卓越的 RAM。

少数了解实验室测量结果的人不能随意说出来。所以关于隐身的唯一公开信息来自建模。然而,隐身很复杂。不仅仅是镜面反射,它们很容易通过物理光学建模,还有许多其他反射:

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因此,建模的结果遍布地图。RAM 被明显排除在大多数这些模型中,有些甚至错过了雷达阻塞器。

但战斗经验让我们可以做出估计。众所周知,一架 F-117 被一枚相当过时的雷达制导导弹击落。

一些关于击落的早期媒体报道推测,导弹是“盯着”的,或者炸弹舱门是打开的。前者是不可能的:机组人员位于一个没有窗户的房间里,导弹也不在炮塔上。打开的舱门可以解释探测,但不能解释击落,因为这些较旧的地空导弹具有独立的机械转向搜索和瞄准雷达,大约需要一分钟才能发射。有一个匈牙利语编写的 SAM 模拟器,展示了 S-125 的控制和操作。

今天可用的报告显示,地空导弹按预期在雷达模式下运行,跟踪/失去对目标的跟踪/丢失跟踪 4 次,最终发射的两枚导弹中的一枚实现了锁定和命中;另一个没有命中。以下是炮台指挥官的报告,翻译自塞尔维亚语:

我在 20:30 左右到达射击位置。附近没有空中目标,但有些目标在各种方位角上距离更远。突然,在观测雷达显示屏上,在方位角为 195 时,我在 23 公里外发现了一个目标。
在 14-15 公里的距离和 210 度的方位角上,射击官 Zoltan Dani 中校下令搜索目标。瞄准雷达的辐射被打开。我们辐射了 10 秒以上,但没有成功。

我在 240 度的方位角和 14 公里的距离上再次看到了目标。导游的拨号盘咔嗒作响,但接线员失去了它。就在我以为这次尝试也会失败的时候......拨盘咔嗒一声,操作员锁定了。稳定跟踪,方位角 242 度,距离 14.5 公里。第一枚导弹发射,然后是 5 秒后第二枚导弹。Muminovic 报告说,第一个已启动并锁定,第二个已启动但未锁定。(20:55,交战结束)

此报告与 SAM 的运行方式一致。它表明 S-125 能够在 23 公里处检测到接近的 F-117A 并在 14.5 公里处与之交战。正如参差不齐的跟踪所表明的那样,这是它的极限。飞机被检测到并再次丢失 3 次,直到最后一次锁定并射击。使用的确切导弹是“5В27Д”又名“В-601Д”。其规格如下:最小目标 RCS - 0.3 m2,最大射程 - 28 km。

由此,我们可以估计,即使导弹的“最小 RCS”被指定为最大射程,F-117 的 RCS 在 RAM 下也不能低于 (14.5/28)^4*0.3=0.02 m2,并且可能更接近 0.3 m2。或者,以 dBsm 为单位,介于 -16 和 -3 dBsm 之间。前一个数字是乐观的,因为最小 RCS 通常指定在最佳 Pk 范围内,该范围通常约为最大范围的一半。

虽然应该谨慎对待 F-22 的 -40 dBsm 和 F-35 的 -30 的说法(它仅在一个频率上直接迎面而来),但大多数建模的共识是,没有 RAM 时不超过 -16 dBsm,而 F-35 的 RAM 可能不超过 -25 dBsm。

唯一其他带有 -3 到 -16 dB 范围内无 RAM 的 RCS 的隐形飞机是 Su-57,此处建模,这与制造商的专利一致。可以肯定的是,洛克希德的第 3 次和第 4 次隐身尝试比苏霍伊的第一次做得更好,尤其是更像是“无声侧翼”而不是纯粹的隐身设计。

自 F-117A 以来,技术上的改进包括:

  • 复合皮肤。F-117A 是全金属的,金属面板容易受到蠕变变形的影响。CRFP 面板可以更准确地保持其初始形状。

  • 复合夹芯板。虽然主蒙皮必须是雷达反射器来屏蔽内部结构,但半透明夹芯板对于需要移动的控制表面非常有用。

  • S 型管道很重,但在隐藏发动机方面非常有效。F-117 使用雷达阻挡格栅来保护它们,在外面可以看到。在现代隐形飞机中,只有 Su-57 使用这种设计。

  • 推力矢量,允许在不使用控制面的情况下进行安静的机动,这使得形状在使用时不那么隐蔽。

  • 边缘处理。半透明玻璃纤维复合材料用于现代隐形飞机的边缘,大大减少了行波和边缘衍射。

  • 来自 F-117A 本身的数据 - 关于在经历短暂但真实生命周期的全尺寸飞机中什么对隐身有效,什么无效的经验教训。

最近的报告还表明,在塞尔维亚上空发现另一架 F-117 并被类似的地空导弹击中,但只受到了轻微损坏。这篇文章来自该飞机的飞行员,还详细介绍了美国为保证 F-117 的安全所付出的努力:避免“两位数”地空导弹(SA-10 及以上),为 F-16CJ SEAD 提供 HARM 护航,以及 EF-111 和 EA-6B 提供雷达干扰。

保护拥有如此多非隐形飞机的隐形飞机并不是信心极强的表现。但在战斗条件下飞行它绝对是值得的,可以为改进未来的隐身设计提供宝贵的经验。

关于复合材料与金属,这就是 F-117A 的“平坦”皮肤的实际外观。金属周围的皱纹非常擅长反射雷达。这进一步证明 F-117A 的 RCS 在 0.1 m2 和 1 m2 之间。0.3 m2 似乎最有可能,因为这就是 S-125 的广告价格。

也就是说,F-117A 确实具有一些出色的隐身功能,这些功能在较新的飞机中已经丢失。一个是狭窄的开槽排气管 - 它们提供所有形状的最低红外和声音特征。另一个是美国喷气式飞机上的第一个 IRST,它甚至与 LPI 雷达不同,它完全不受拦截。

由于缺乏公共数据,上面的很多答案听起来都是正确的,而且 f117 的 RCS 应该较差。在阅读了 Skunk Works 和 Stealth 之后,信息显示这些答案是正确的。书中提到的一件事是,圆形实际上比放置得当的平面形状具有更好的 RCS。这就是为什么有竞争力的 B2 仍然被广泛使用的原因(当然还有其他原因)。这也是 F22 具有更圆润形状的一个原因。圆形与扁平归结为雷达反射和闪闪发光。另一个重要原因是 f117 的挡风玻璃是平坦的,他们在涂层/材料(不断恶化)上经历了一些巨大的努力,以使其雷达较低并且实际上对飞行员来说是透明的。这甚至没有提到新飞机用来扰乱雷达的其他干扰和错误信号。希望这与“机密和过时”的答案相比增加了更多的见解,即使它们完全正确。

结论:F-117 是早期的隐身尝试,使用有限的知识、工具和材料制造。它的形状减少了镜面反射,但这些只是众多类型中的一种。它的设计者很可能没有充分考虑许多变量。

战斗经验表明,F-117 的实际 RCS 明显高于基本物理光学模型预测的 RCS。特别是,它的 S 波段 RCS 可能在 -3 dBsm 左右,最多为 -10。在这方面,现代隐身设计要好得多,即使对于第 5 代战斗机中隐身性最低的 Su-57 也是如此。

以 F-35 和 V-22 飞机而闻名的飞机开发商 AOA Simulations 发布了他们的最新合资企业,即用于 X-Plane 的 F-22 猛禽。洛克希德马丁 F-22 猛禽是具有隐身能力的第四代战斗机,.

MVRsimulation VRSG 实时场景,F-22 飞机实体在 Barry M. Goldwater 山脉的圆地球地理特定 3D 地形上。

MVRsimulation 多通道 VRSG 视觉系统用于洛克希德马丁公司的 F-22 猛禽演示模拟器。F-22 驾驶舱演示器是一款身临其境的战斗机模拟器。游客可以驾驶飞机并安全降落,体验在全功能驾驶舱内成为战斗机飞行员的感觉。演示模拟器的设置使飞行员和 10 到 20 名旁观者都能看到。

本页的图片显示了与 F-22 猛禽驾驶舱演示器一起使用的多通道 VRSG,该演示器已被运送到世界各地进行演示。

上面显示的所有模拟器都在 ZedaSoft 的基于容器的仿真架构 (CBA) 上运行。这种基于 Java 的架构为模拟器提供了一个以 60Hz 或更高的频率运行的插件执行环境。此处显示的模拟器以 60Hz 与 MVRsimulation 的高性能视觉系统同步,该系统与 CBA 一起提供流畅逼真的飞行体验。

使用 MVRsimulation 的多通道实时视觉系统从洛克希德马丁公司的 F-22 演示模拟器的驾驶舱看到的视图。

演示模拟器的设置使飞行员和 10 到 20 名旁观者都能看到。

ZedaSoft 的便携式模拟器桌面 (PSD) 运行与上图所示相同的 F-22 模拟,以更便携的格式使用 MVRsimulation 的视觉效果。

上面显示的所有图像(顶部的 VRSG 图像除外)均由 Keith Robinson 和 ZedaSoft 提供。展示的系统包括 MVRsimulation 视觉系统和地形、ZedaSoft 模拟器技术和便携式模拟器桌面,以及洛克希德马丁 F-22 驾驶舱演示模拟器。

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