论我国隐身技术及武器装备发展

隐身武器的应用彻底打破了敌对双方原有的进攻和防御平衡态势：一方面，隐身技术的使用降低了己方武器装备投入，优化了资源配置；另一方面，隐身武器增加了敌方防御投入，实现了战略威慑。据统计，反隐身的成本是隐身技术本身成本的 10 倍以上。

隐身技术按应对的探测手段可分为可见光隐身、雷达隐身、红外隐身、激光隐身、声隐身等。 雷达隐身是隐身领域最主要的需求，采用的技术手段包括外形隐身技术和材料隐身技术等，以战斗机为例，其进气道、座舱、雷达天线舱、其他射频天线、发动机尾喷管、机翼前后缘为主要雷达散射源，分别采取了外形隐身、涂覆吸波材料、采用结构隐身材料等手段实现隐身能力； 红外隐身是第二大隐身需求，采用的技术包括控制物体表面的发射率、控制物体表面温度等。单一频段隐身材料在战场上应用受限，多频谱隐身材料是未来隐身材料重要发展方向。

隐身材料按成型工 艺和承载能力可分为涂覆型和结构型两类 。涂覆型隐身材料涂于目标表面形成吸波涂层，这类材料一般是由吸收剂和基体材料两部分组成，雷达吸波材料可分为磁损耗型和介电损耗型两类，根据使用温度范围的不同通常分为常温隐身涂层和耐温（中/高温）隐身涂层， 耐温隐身涂层由于使用环境苛刻，存在内应力大、附着力不理想、抗热冲击性能差、施工维护困难、增加飞行器自重、高温寿命短等问题，一直是制约武器装备隐身技术发展的技术瓶颈。

结构型隐身材料是在先进复合材料的基础上，将吸收剂分散在特种纤维增强的结构材料中而形成的复合材料，主要用于武器装备中需要结构承力和隐身功能一体化的关键部位，如机翼前缘、机身边缘等， 与吸波涂层相比，结构吸波材料集吸波、承载于一体，不仅可以减轻飞行器自重，而且允许设计厚度较大，具有更好的吸波性能以及更高的可靠性，应用前景十分广阔。

电磁超材料是目前隐身材料发展的最新方向。超材料是一类具有自然界材料所不具备的超常物理性质的等效均匀人工复合结构和复合材料，超材料在军工领域的成熟应用主要集中在吸波性能、隐身性能及天线通信性能方面。频率选择表面（FSS）也被认为是电磁超材料的一种，主要应用于雷达罩中。针对传统翼面隐身结构所需结构空间较大的问题，通过加入左手材料可减小隐身结构中尖劈所占体积。

1 发展隐身技术已 成为各国武器装备发展的 迫切需要，21 世纪后，隐身技术的发展加剧了各国武器装备竞争，发展隐身技术，提高武器系统生存、空防和纵深打击能力，已经成为集陆、海、空、天、电磁五位一体的立体化现代战争的迫切需要。随着隐身技术的迅速发展和广泛应用，隐身武器在现代战争中所展现的巨大军事效益引起了世界各国的高度关注。

实践证明，隐身技术能有效提高武器装备的作战性能和电子战能力。武器装备的作战性能主要包括 突防能力、生存能力和精确打击能力 ，隐身武器在这三方面具备显著优势 。突防能力上，隐身武器通过控制或减弱目标特征信号使敌方雷达探测距离成倍降低，借此穿越敌方雷达网对地面目标实施打击，达到出其不意、攻其不备的效果。同时，武器自身的生存能力和杀伤效果也会大幅提高，如隐身导弹可以使敌方的预警雷达网失效，在损失最小的情况下，实现更大范围的突防，大大提高命中率和精确打击能力。隐身技术的应用 不仅 大大提高了武器装备的作战性能， 还 形成了不可估量的军事和经济效益 。

隐身武器的应用彻底打破了敌对双方原有的进攻和防御平衡态势:一方面，隐身技术的使用降低了己方武器装备投入，优化了资源配置，如下表所示，在执行同等任务时，隐身飞机的军事、经济优势远非普通作战飞机可比；另一方面，隐身武器增加了敌方防御投入，实现了战略威慑。新型的隐身武器势必引起敌方的战略恐慌，如果敌方要实现对隐身的有效防御，必须重新布置原有的防御体系或更新武器装备，其投入费用将大大增长。据统计，反隐身的成本是隐身技术本身成本的 10 倍以上。

2 隐身技术 种类繁多，材料隐身大有可为隐身技术发展的种类繁多，主要 目的 是减弱或控制军事目标 的 特征信号。隐身技术按应对的探测手段可分为可见光隐身、雷达隐身、红外隐身、激光隐身、声隐身等，分别减弱或控制军事目标的光、电、声等探测特征信号，使其难以被探测、识别、跟踪和攻击而达到隐身目的。可见光隐身材料已经发展成熟，主要应用为迷彩服等伪装材料，雷达、红外作为最多被使用的探测手段，其对应的各类隐身技术成为了发展的重点。

2.1 雷达隐身 ：隐身领域最主要的需求

雷达隐身技术是应用最早的隐身技术。当雷达系统向某一特定空间发射雷达电磁波，目标通过该片区域时，部分的电磁波会被目标物体表面反射回接收天线。当物体表面依原路径返回的电磁波越少，雷达散射截面积 RCS 越小，雷达对目标的信号特征就越小， 当 目标反射的雷达波弱到无法被雷达系统捕捉到，就实现了雷达隐身。

2.1.1 典型雷达散射源

以战斗机为例，其典型的雷达散射源包括：1）进气道中的发动机压气机及其所形成的空腔；2）雷达天线和天线舱；3）座舱及其中的飞行员和设备；4）外挂物及其悬挂装置；5）机翼、水平尾翼的前后缘；6）垂直尾翼、机身侧壁；7）各种缝隙和边缘；8）发动机尾喷管中的涡轮及其所形成的空腔等。

对于典型的非隐身飞行器这样的复杂目标，其外形散射特征包括数个较强散射源，如：座舱/机身/弹体/垂尾的镜面散射、进气道/喷口的腔体散射、翼面前后缘的边缘绕射、垂尾和平尾形成的二面角反射等；次弱的散射源有机头的尖顶绕射、外露天线等机表成品的尖点绕射。

2.1.2 雷达隐身 技术 ：外形隐身与材料隐身为主

提高武器装备的隐身性能从而降低发现概率是提高战场生存能力和作战效能非常有效的方法，也是世界各国都在极力发展的技术。实现雷达隐身技术的手段主要有四种，分别是外形隐身技术、材料隐身技术、电子干扰和欺骗技术以及阻抗加载技术。在武器装备外形已经确定并且其自身隐身性能达到一定的高度时，其隐身性能主要取决于隐身材料。

外形隐身技术 ： 外形设计是实现武器装备隐身的最直接、最有效的方法。外形隐身技术通过改变目标的外形设计，在一定角度内增强目标的反射或折射效应，减小 RCS。常见的强反射源有飞机边缘、尖端，机体上的凸出物、外挂物；导弹的头部、尾部和翼面不连接处；舰艇的船体和甲板边缘等。美国 AGM-129 隐身巡航导弹通过采用特殊隐身外形和隐身结构消除了强反射源，减弱了雷达波的散射强度。目标受到空气动力等因素限制，外形设计也只能实现装备一定程度上的隐身，材料隐身技术能有效弥补其不足。

材料隐身技术 ：隐身材料可使武器装备如飞行器在不改变外形结构、气动特性的情形下直接应用，大大降低了其信号特征，提高其生存能力，是提升武器装备隐身能力的重要技术途径。隐身材料在国外隐身飞机上已有大量应用。据报道，F-117A 隐身战机大量使用了多面体外形设计和雷达吸波材料等隐身手段，其 RCS 比常规战机减少了 23dB，使常规雷达作用距离缩减 73%。B-2 飞机在前后缘（包括升降副翼、方向舵和翼尖）采用了结构型吸波材料，机体表面则采用吸波涂层。在外形隐身技术基本达到极限的情况下，材料隐身技术是未来隐身技术突破重点。

电子干扰和欺骗技术： ： 电子干扰技术实质是产生与目标或敌方雷达相似的特征信号，使其无法做出正确判断而实现目标隐身。常见的技术手段有:向空中投放箔条等干扰物形成干扰层以遮盖真实目标；利用电子干扰设备发射噪声或类似噪声的干扰信号，使敌方雷达无法检测目标信息；由侦察设备侦测出敌方雷达频率，并以该频率发射回波脉冲，使敌方雷达无法做出正确判决；采用假目标或雷达诱饵技术，发送虚假信号误导敌方等。阻抗加载技术 ： 阻抗加载 主要指 有源阻抗加载 ，是在飞行器上安装转发器等信号处理元件，使其可发射与入射雷达波幅度相近而相位相反的电磁波，减弱敌方雷达接收到的目标真实回波，达到隐身的效果。

美国 20 世纪 90 年代就开始秘密研究有源对消隐身技术，有报道称其B-2 隐身轰炸机上的 ZSR-63 防御电子设备就是一种有源对消系统。

2.2 红外隐身 ：第二大隐身需求

红外探测系统依靠目标和背景本身温度所引起的热辐射差别来发现和识别目标，要实现红外隐身可通过两种途径： 一种是改变物体的红外辐射特性，即控制物体表面的发射率；另一种是改变物体的红外辐射强度，即控制物体表面的温度，缩小目标与背景的温差，从而降低目标和背景的辐射对比度，减小目标的被探测概率。涂敷低发射率材料可在不改变整体设计的前提下，直接改变物体的辐射特性，因此现有红外隐身材料多集中于低发射率涂层的研制。 传统的 低红外发射率材料 包括金属材 料、半导体材料和低发射率填料。金属材料的红外发射率虽然很低，但是受表层形貌的影响较大，并且其兼容隐身性能较差，所以半导体材料成为近年来研究的热点。

各频谱隐身 机理不同，实现多频谱兼容技术难度较大。雷达隐身、红外隐身、可见光隐身、激光隐身等各类隐身材料彼此之间可能存在相互促进或者相互抑制的作用，因此，研究隐身涂层材料体系及兼容设计方案时需要结合材料特性和电磁设计原理。目前国内外研究较多的多频谱隐身材料主要有：雷达与红外兼容隐身材料、红外与激光兼容隐身材料、红外与可见光兼容隐身材料，以及覆盖包括可见光、近红外、远红外和微波在内的多波段隐身材料。

多频谱未来发展主要包括两个方向：一是在单一隐身功能基础上向更宽频段扩展，比如红外隐身兼顾中红外和远红外波段，雷达隐身在实现重点探测频段隐身的同时向更低频点隐身扩展；二是多种隐身功能的兼容，比如雷达/红外兼容、雷达/红外/可见光兼容等。后者研制难度更大，也是未来隐身材料重要发展方向。

2.3 典型飞行器 部分 部位 雷达 隐身措施

2.3.1 进气道

大量数据表明，进气道是作战飞行器在前向区域影响最广、散射最强的散射源，一般单发飞行器进气道可占整机前向区域雷达散射的 40%左右，而双发飞行器其比例可达 60%甚至更高。

进气道 RCS 缩减技术：

1、进气道布局形式选择：仅从雷达隐身角度考虑，背部进气、两侧进气要好于头部进气和腹部进气。

2、将进气管道弯曲设计，使之在关注视角内遮挡发动机入口；在进气道内壁涂覆吸波材料，或将内壁设计为整体吸波壁板，如 F-35 飞机采用三维复合材料编制技术研制的具有吸波功能的整体式进气管道；控制唇缘方向，优化选择唇缘的截面形状，如有必要，可为唇口部分设计专门的雷达吸波结构或采用雷达吸波涂层；采用无隔道超声速进气道（DSI）设计，即所谓的“蚌”式进气道。

2.3.2 座舱

座舱是有人驾驶飞行器不可缺少的重要部件，研究表明，它对整机RCS 的贡献达到 10%-20%。座舱的散射场表现为座舱内部布置复杂的仪表板、操控台、座椅等引起的后向散射场（占座舱 RCS 的 90%）和座舱结构连接骨架形成的缝隙和台阶、座舱结构连接件等形成的相对较弱的散射。

座舱 RCS 缩减技术：

1、座舱腔体屏蔽技术，即透明件镀膜技术，在座舱透明件表面镀制一层透明导电膜，在满足透光率等光学性能的前提下，实现对座舱腔体的电磁屏蔽，Au 膜是第一代座舱镀膜，常见于早期的飞机，包括F-117A 和 F-16，而目前隐身飞行器一般采用氧化铟锑（ITO）膜。

2、座舱次强散射源散射主要包括座舱透明件结构连接件产生的棱边散射，如风挡与舱盖之间的弧框。典型传统飞行器风挡与舱盖之间的弧框的前向 RCS 约为 0.05 ㎡左右，因此对于隐身飞行器座舱设计而言，首先必须从电磁的角度消除这一弧框。F-22 飞机风挡和舱盖的透明件为一整体，彻底取消了这一弧框，但显然付出了较大的重量代价（F-22 飞机的一体化座舱盖重量约为 170kg 左右，而典型传统飞行器风挡加舱盖重量约为 120kg）。而 F-35 看似保留了弧框，但仍保证了整个透明件外表面连续且外表面镀膜，从而在隐身角度实现了弧框的屏蔽。

2.3.3 雷达天线舱

雷达截面控制的重点方位是机头方向，而雷达天线舱是飞行器机头方向的三大强散射源之一，对整机雷达截面的减缩起着重要作用。雷达天线舱的散射场体现在电磁波通过雷达罩进入雷达天线舱内后，经内部天线结构、安装框板、结构附件、罩上附件和连接件等引起的后向散射场以及相互之间的多次反射（称为结构项反射，占雷达天线舱 RCS 的 90%以上）和电磁波进入雷达天线舱后，由于阻抗失配引起的二次反射（模式项反射）。

雷达天线舱 RCS 缩减技术：

1、结构隐身设计：首先，应对雷达天线安装的飞行器 I 框进行向上的倾斜，角度在 15°~30°之间，这样可以使从雷达天线和安装框板反射的最强电磁波向上偏离，偏离出机头前向的主要敏感角度区域。另外，采用高性能的吸波材料对在雷达罩内影响隐身性能的电磁波进行吸收，达到阻断电磁波经过多次反射导致后向散射过大的问题，从而达到电磁隐身的目的。

2、吸波部件设计：性能优良的吸波部件能极大改善雷达天线舱的结构项散射。根据雷达天线和安装框板的外形空间，使用高性能吸波材料，有针对性地设计吸波部件外形、对雷达 天线安装框板、雷达天线外部结构（相扫天线）以及结构附件等进行遮挡和吸波处理，以达到对雷达天线舱内部结构的隐身。

3、天线隐身设计：针对有源相控阵雷达天线，雷达天线的外形应尽量与飞行器机头的安装框外形平行一致。雷达天线的辐射阵子采用散射小的端射阵子形式。对雷达天线的反射阵面应采用高效的吸波材料进行处理；雷达阵子天线与后端传输线之间采用高性能的环形器进行隔离，可以大大减少模式项的反射。雷达阵子的排列和间隔需要考虑栅瓣的产生，尽量使栅瓣位置偏离到非敏感的角度区域之外。此外，对雷达天线辐射阵子的加工工艺需要进行严格控制保证阵子之间高精度加工的一致性。

4、雷达罩隐身设计：雷达罩的隐身设计主要是针对 FSS 带通雷达罩。FSS 雷达罩的关键技术之一是表面周期结构的设计和布局。选用正确的匹配性好的 FSS 阵子，实现雷达罩的带通设计。当 FSS 选择好后，需要在介质结构上排列周期性的金属 FSS 阵子，使雷达频段的电磁波能够通过 FSS 雷达罩出去，而带外的电磁波不能通过，其大部分能量经过低 RCS 雷达罩的外形而散射到非威胁区域。

3、 隐身 材料 是提高装备隐身性能的重要途经

隐身材料是指应用在武器装备上使其具备隐身功能的材料，可以降低装备的雷达和红外目标特性，减少武器装备被雷达、红外等探测装备发现的概率。 隐身材料按成型工艺和承载能力可分为涂覆型和结构型两类：涂覆型涂于目标表面形成吸波涂层，结构型是参与结构承力的、有吸 波 能力的复合材料。涂覆型隐身材 料又叫隐身涂层，一般由功能填料和粘结剂组成。功能填料是保证涂层达到隐身性能的重要组成，选用不同的功能填料可以达到不同的隐身效果，比如雷达隐身涂层通常选用能够损耗雷达波的吸收剂作为功能填料，而红外隐身涂层则主要选择低发射率材料作为功能填料制备低发射率涂层，或者是选用相变控温填料来制备控温红外隐身涂层。

要达到多频谱兼容隐身效果，则需要选择兼容对应频段隐身性能的功能填料。粘结剂是涂层的基体材料，其作用是使涂层与基材达到良好的结合力，较为常用的是树脂基粘结剂。雷达隐身材料的机理建立在电磁波传播理论基础上，投射在材料表面的电磁波将会产生反射和折射现象。当入射电磁波辐射到材料表面时，一部分电磁波会进入到材料内部，另一部分电磁波在材料界面发生反射现象，使得部分电磁波再次回到自己空间。而进入材料内部的电磁波一部分会被材料吸收、损耗转化成其他能量，一部分则透射过材料，进入自由空间。

4、隐身涂层的维护

吸波涂层被广泛用于飞机、舰船、导弹及其他武器装备。在武器装备寿命期内的任何隐身涂层在贮存、运输和使用过程中，均会受到环境因素的影响和作用，从而引起涂层变色、粉化、起层、开裂、附着力下降等物理化学性能的变化和涂层隐身性能的波动。同时，在战场上、平时训练等引起的隐身涂层的划伤、擦伤等机械损伤都会严重影响到武器的隐身性能。涂层脱落部分使电磁波反射严重，从而会严重影响到舰艇等武器装备的隐身性能。

次要进行大修。B-2 飞机 900m 2 表面的 95%涂覆一种具有不同厚度的韧性隐身涂层，每次飞行后，都需要对其表面进行掉屑、划伤和腐蚀等检查，且在两次飞行之间必须对损坏的蒙皮进行修理。因此，美军高度重视雷达吸波涂层维修技术的研究，认为该技术对隐身武器装备的作战效能、装备战斗力的形成与提高、甚至战争的胜负具有至关重要的影响。

4.1.隐身涂层的发展趋势

隐身材料的薄型化和轻量化日渐成为发展趋势。武器装备薄型化和轻量化可以为军事战备的应用带来诸多好处，隐身材料的薄型化和轻量化有助于降低武器装备整体质量，可有效提升飞行器的航程和载荷，对航空装备的意义尤为重大。目前，现有的隐身材料仍然存在厚度大、质量高的问题，薄型化和轻量化是隐身材料的发展趋势。如何将隐身材料应用于多种武器装备 ，如何适应各种环境 也成为各国研制隐身材料的 重点 考虑。

武器装备所面临的战场环境恶劣，隐身涂层的物理性能极为重要，如早期的 B-2 隐身轰炸机，每次飞行需要数日的涂层维护工作，大大影响了作战效能。在现代战争中，隐身武器装备除了面临探测威胁外，还可能受到腐蚀、雷击、核污染、高温、碰撞等特殊环境，因此对隐身涂层提出了多功能的要求。目前美国和俄罗斯等国家均已开展相关研究，并已陆续应用于弹头等武器装备，多功能是隐身材料的重要发展趋势。

智能材料、纳米材料成为下一代隐身材料方向。尽管传统雷达隐身材料已经取得了长足发展，但是随着反隐身技术的快速发展，传统雷达隐身材料已无法完全满足新一代武器装备的隐身要求。为此，以智能材料、手性材料、纳米材料为代表的新型吸波材料成为了下一代雷达隐身材料的主要发展方向。

5、超材料隐身

电磁超材料是目前隐身材料发展的最新方向。超材料是一类具有自然界材料所不具备的超常物理性质的等效均匀人工复合结构和复合材料。天然材料由原子或分子组成，以介电常数、磁导率来描述其电磁特性；超材料由人工结构的微结构组成，以等效介电常数、等效磁导率描述其整体电磁特征。通过设计不同的微结构，可使超材料的相对等效介电常数、相对等效磁导率为小于 1 的正实数、负实数或复数，从而使电磁波传播方式从根本上发生变化。

超材料在军工领域的成熟应用主要集中在吸波性能、隐身性能及天线。 通信性能方面。 在吸波体方面，超材料的负电磁参数构造高阻抗表面，可以实现薄板电磁波吸波结构，而且超材料的电磁谐振结构，既有磁谐振又有电谐振，两者可以独立设计，从而实现阻抗匹配。同时，超材料构成的吸波材料是一种窄带吸波结构，该结构可以用于解决吸波材料的低频问题，通过合理设计能够与入射电磁波的电磁分量产生耦合，从而对入射到吸收器的特定频带内的电磁波实现 100%的吸收，具有更好的吸波性能。

在隐身设计领域，利用超材料的“负折射”效应，可制备出超材料隐身斗篷，通过合理设计，电磁折射率可通过微结构进行人为控制，在不改变现有装备外形特征以及不影响现有装备动力学性能的情况下，使电磁波从任何方向照射目标都完全在覆盖于目标外的超材料中绕射传播，无损耗地沿原方向传播，达到隐身效果。

美国和英国处在 FSS 天线罩研究的前列。工艺方面，复合材料表面金属化技术以及激光刻蚀技术的发展促进了 FSS 天线罩的发展，国外FSS 天线罩的制作己经从准数控机械加工发展到数字仿真与数控加工一体化的阶段；FSS 的单元图形从间接转移发展成直接刻划；另外，无论是单屏 FSS 天线罩还是多屏 FSS 天线罩的制作，国外已经达到了工程应用的水平。美国有专门制作 FSS 隐身天线罩的公司，英国 BASE公司的机载雷达罩宣传广告上大篇幅地介绍其在 FSS 雷达罩方面的设计软件和能力，并有 FSS 雷达天线罩可供用户选用，瑞典的 AppliedCompsite 公司也是世界上隐身天线罩的主要研制者，他们的主要技术就是 FSS。

FSS 隐身天线罩在美国已投入了工程应用，先是应用于导弹，后又应用于飞机上。据悉，美国轻型喷气运输机 C-140 使用了 FSS 雷达罩，而以 F-22 和 F-35 为代表的第五代战斗机雷达天线罩，就采用了“脊”形尖削锥体的隐身气动外形和 FSS 技术实现了带外隐身和带内传输的功能。法国的拉斐特隐身战舰的天线罩就采用了频率选择表面，并结合外形设计达到雷达隐身的目的。

6、我国隐身装备发展速度不及预期；隐身技术更迭较快，隐身技术扩散导致竞争加剧。

【下期待续】敬请关注