从歼20看战斗机隐身的秘密——雷达隐身技术

原创 肖元 航空知识

陈肖/摄

2011年1月11日，这是值得载入史册的一天。在这一天的12时50分，歼20在四川成都的温江机场跑道上进行了数次滑行试验后，终于离地升空，在机场上空以中低速度进行了18分钟的首飞，标志着我国隐身战斗机的研制揭开了新的一页。

歼20简介

歼-20（代号：威龙）是中航工业成都飞机工业集团公司研制的一款具备高隐身性、高态势感知、高机动性等能力的隐形第四代制空战斗机。一般认为，第四代战斗机应具备“四超”能力，即超隐身能力，超机动能力、超音速巡航能力和超信息优势。而其中最关键的是超隐身能力，在空对空作战中，超隐身能力将具备独特的优势。

为什么超隐身能力至关重要？

在现代空对空作战中，战斗机既要做到监视和搜索敌方目标又要做到不被敌方侦察和电子支援系统发现，从而避开反辐射导弹和隐身目标的打击与威胁。这一切都依赖于战斗机是否具有优良的隐身能力。

何为雷达隐身技术？

雷达隐身技术是一种通过降低战斗机、舰艇、导弹等武器的反射特性，使雷达对该武器的探测距离大幅度缩短，从而让雷达探测不到的技术和方法。由于在现代战争尤其是超视距空战中，通过雷达讯号探测是探测战斗机的最可靠方法，因此减弱作战飞机的雷达反射信号强度，是战斗机设计中提高隐形能力的最关键和最重要的因素。

如何判断一架战斗机的隐身能力强弱?

在雷达隐身方面有个重要术语，即雷达散射截面(Radar Cross section,缩写RCS)，用来表征侦察目标在雷达波照射下所产生的回波强度的大小，又称后向散射截面，是雷达入射方向上目标散射雷达信号能力的度量，常用平方米或分贝平方米为单位。飞机雷达散射截面越小，隐身能力就越强。雷达散射截面与目标材料的电性能、几何外形，目标被雷达波照射的方位，入射波的波长及入射场极化形式有关。

歼20如何实现雷达隐身？

特殊机头与机身形状

歼20机头（图源：网易）

歼20采用尖顶拱形机头，其垂直截面基本呈棱形。机身上下部由两个倾斜平面结合，一条细细的棱线纵贯前机身。

设计原理：一般飞机的机身呈圆柱形或接近圆柱形，电磁波无论从机身四周哪个方向照射，雷达散射截面都比较大。如果机身剖面形状改为棱形，就只有照射方向正好和棱形表面垂直时，飞机的雷达散射截面才最大；而从其他方向照射时，雷达散射截面就比圆形剖面的小得多。

翼身融合和垂直尾翼外倾

歼20翼身融合较好，整个机腹较平整光滑（图源：网络）

歼20的鸭翼和主翼都处于同一平面内，鸭翼、主翼和垂尾前缘的线条干净简洁，没有多余折角，采用了适中的后掠翼，主翼与机身融合良好。

设计原理：一般飞机的机翼和机身、平尾和垂尾之间，会产生一种角反射效应，即相邻两个表面接近垂直时，电磁波不管从哪个方向入射，经过一次或几次反射后，最终都将沿入射波相反方向返回到雷达接收机。而采用翼身融合体的飞机，机身和机翼平衡过渡，看不出明显的分界线。这样，在机身和机翼之间就不会出现角反射效应。

此外，歼20采用双外倾全动式差动垂尾设计，是因为倾斜的立面可以有效降低侧向雷达回波强度。

主要机体部件相互平行

主要机体部件如机翼、鸭翼的前缘在水平投影面上相互平行，前机身进气道向外倾斜的侧壁和相同一侧的垂直尾翼相互平行，左右相对的垂直尾翼和腹鳍相互平行，垂直尾翼后缘和腹鳍后缘在垂直投影面上相互平行，进气道唇口外缘线和腹鳍前缘在垂直投影面上相互平行。

设计原理：将雷达反射波集中到几个窄波束以内，使飞机在其他方向上的散射截面积尽可能最小。

DSI进气口

图源：网络

在发动机进气系统上，歼20采用了先进的无附面层隔道（DSI）进气口设计，这种进气口的特点是在进气口前方的机身上有一个鼓包状突起，通过这个突起来模拟常规进气道中的一、二级可调斜板。

设计原理：这样设计一是取消了传统超音速进气道上的复杂结构，大大减轻了结构重量，二是消除了附面层隔道和飞机蒙皮之间的雷达反射，减小了飞机迎风面的阻力，有助于降低正前方的雷达散射截面，提高了飞机的隐身性能。

S形进气道

图源：网络

歼20采用的S形进气道在进气口之后立即大幅向上方内侧弯曲，以同时避开主弹舱和侧弹舱，然后再形成两个并行的管道通向发动机。

设计原理：在飞机内部，发动机是强反射部件。特别是直的进气道，雷达波可以从进气口直接照射到发动机的风扇或压气机叶片，产生很强的反射波。如果把进气道做成S形，雷达波在S形进气道中会发生来回反射，避免了雷达波直接照射到发动机风扇或压气机叶片，减小了雷达散射面积。

武器内置

图源：网络

歼20在机身腹部有可以携带中程空空导弹的主武器舱，在进气道外侧有可以携带近距离格斗导弹的小型武器舱。

设计原理：为了保持外形的平滑，最大限度减少表面突出物，从而减少角反射效应。

各舱门边缘为锯齿形

图源：网易

歼20原型机起落架舱门和减速伞舱门均有锯齿形边缘。

设计原理：电磁波入射到接缝处，存在多次反射的特征，采用锯齿形边缘能够减少接缝处的雷达回波强度。

雷达隐身材料

歼20采用了超材料隐身薄膜，超材料是一种特种复合材料，通过对材料关键物理尺寸进行有序结构设计，使其获得常规材料不具备的超常物理性质，实现对雷达波束的散射和吸收。

设计原理：超材料隐身不是通过改变雷达波反射或吸收雷达波来进行隐身，而是通过改变波的传播路线，使波发生弯曲，以达到绕射传播的目的从而实现隐身。

除此之外，还有哪些因素影响歼20的超隐身能力呢？

参考文献：

[1]潘文林.会当凌绝顶一览众山小——全面解析歼20[J].创新科技,2011,(2):30-37.

风上风云｜云端故事

原标题：《从歼20看战斗机隐身的秘密——雷达隐身技术》

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