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科谱:歼20黑科技--共形天线、吸波、隐形、相控、火控、光电孔径、飞行头盔.....

发布时间:2021-12-28作者来源:金航标浏览:1143


随着我国重型隐身战斗机歼-20的服役和形成初始战斗力,以及该机越来越高调地参加联合演习并开展海上方向实战化军事训练,其高清图像也越来越多地涌现。在8月1日的建军节里,4幅歼-20的高清新照片出现在互联网上,让我们获得一个难得的机会来更好了解这款“游戏规则改变者”隐身战斗机的一些设计细节。


这架歼-20是[敏感词]出厂的黄皮机,机身表面尚未涂上灰色伪装涂装,裸露着[敏感词]防护底漆和翼面前后缘的灰色吸波材料结构,凸显乐许多之前无法观察到的设计细节。从照片上可以看到,歼-20的前机身两侧和下方蒙皮表面有着数量繁多的嵌入式共形天线,不再像三代机那样大量使用突出于机身的刀形天线,这对于隐身飞机来说是基本功。此外,歼-20进气口、翼面前后缘等处还大量使用灰色的隐形复合材料结构,可能与歼-20总师杨伟在两会期间证实的歼-20战斗机已经应用民营企业研制的超材料相关。



歼-20的蒙皮经过了细心的隐身处理,除日常维护口盖的边缘能看到明显接缝和螺丝结构外,其余蒙皮接缝和铆钉都被吸波材料填料所覆盖,表面非常平滑,这样能维持整个机身表面统一的阻抗过渡,避免出现不连续性,从而最小化整机的雷达横截面。


照片还详细展示了歼-20的无附面层隔道超音速进气口(DSI),可以看到压缩鼓包上的隐形复合材料结构。这个3D压缩鼓包能让湍流边界层空气从进气口上下唇边缘分离,在很大速度范围内保持有很高进气效率。同时由于取消了复杂的附面层分离结构和超音速可调结构,因此在重量和隐身性能上与传统超音速进气口相比具有明显优势。


从歼-20降落后的滑跑减速姿态可以看出,该机之所以能够取消传统战斗机上的气动减速板,是因为能应用机翼后缘升降副翼的上下差动以及全动垂尾的同时向外偏转,形成了气动减速面,其等效减速面积甚至超过传统的减速板。该机的鸭翼在飞行中并不参与减速操作,只被用于降落后的滑跑减速。巨大的向前偏转的鸭翼此时就好似大象耳朵,能提供巨大的气动减速阻力,降低对轮胎和刹车盘的磨损,同时巨大的尺寸也显示出歼-20具有的[敏感词]机动性。



在歼-20的机腹左下方,我们能看到一个龙勃透镜。这是一个类似于角反射器的雷达回波增强装置,用于帮助地面雷达和空中交通管制员在试飞和训练中跟踪歼-20,保证飞行安全。当然该装置的另一个重要作用是掩盖飞机的真实雷达特征,避免泄密。


在歼-20的机鼻,除大口径有源相控阵雷达天线罩之外,还能看到机鼻两侧的分布式光电孔径系统的两个视窗,类似视窗还分布在风挡前方、座舱盖后方、机腹右侧,形成360度球形全覆盖。歼-20的分布式光电孔径系统除了被作为先进导弹逼近警告系统之外,还是该机重要的光电传感器,可用于发现空中目标和夜视导航。与该机的先进头盔显示器相配合后,光电孔径系统可为飞行员提供外界高分辨率红外图像,实现“透视”机身,大幅提高飞行员的态势感知能力。



除了分布式光电孔径系统之外,歼-20另一个重要的光电传感器位于机鼻下方。之前的歼-20原型机大都没有安装这个设备,机鼻下方是不透明的多面体结构,新照片显示歼-20机鼻下方的光电传感器只有前向的四片玻璃,缺乏后向和下方视野,因此该装置应该被用于对空搜索与跟踪,类似歼-10C和歼-16风挡前方的红外搜索与跟踪传感器。红外搜索与跟踪传感器使歼-20拥有了在关闭雷达实施无线电静默状态下的对空被动搜索与跟踪能力,这种能力对于探测空中隐身目标来说已经越来越重要,将使歼-20在未来高威胁空战环境中更好地对抗其他先进隐身战斗机。


随着我国光电传感器技术的发展以及歼-20向多用途化方向发展,这个红外搜索与跟踪传感器最终可能被先进光电瞄准系统取代,在保持现有空空探测能力的前提下增加对地瞄准能力,使歼-20能够自主投掷[敏感词]制导对地弹药。届时其多面体视窗应该也会进行相应修改,以增加下半球视野。


这些高清照片显示出歼-20在设计上已经非常成熟,可自信地展示在世人面前。照片透露的各种设计细节也显示在隐身战斗机研制方面,我国已经迈入了世界先进行列,成为世界上第二个启动两种隐身战斗机研发项目的国家,充分显示出我国在航空航天材料和战斗机制造技术上的重大进步。(作者署名:阿姆斯壮)


空军对外公开了一个非常劲爆的消息,我军的J-20隐身战斗机首次完成了海上方向的实战化训练,而在军媒发布的此次训练的照片中,我们惊喜的发现,J20的飞行员佩戴了一种新型的飞行头盔,与之前朱日和阅兵中使用的老头盔相比,这款新型头盔使用了AR增强现实技术和全息波导显示技术,它不仅能“看穿”飞机,实现视野无阻,而且还能直接与空空导弹交联,实现飞行员发现即瞄准,瞄准即锁定,锁定即发射的目的。


新头盔


从上图的新头盔照片可以看到,它的整体外形与BAE公司给F-35战机做备份的打击者头盔显示器很相似,面部的遮光镜很大,而且有多层,中间一层明显为透明层,按照打击者的结构来看,这一层就是全息显示层。头盔上的图像显示源以这个透明层为显示屏,通过小型化的光学系统将图像投射到这个透明“显示屏”上,同时再与外部的目标景像进行叠加,这样飞行员就能在不看平显和显示器的情况下获得飞机的飞行信息和对目标的瞄准信息。这不仅能大大减轻飞行员的负担,同时在近距格斗中还能把握先机。这种波导式的盔显与之前的折射/衍射盔显相比,光学结构更简单,重量更轻,显示效果更好,观察范围也更大。


J20的老头盔不具备显示能力


另外,我们还能发现这款头盔的后部有很多的凸起,这些凸起其实是LED红外发光源,它主要是用来与战机座舱后部的摄像机配合对飞行员的头部进行定位的,这种定位的目的是为了实时确定头盔显示器的瞄准法线,以便于引导大离轴角的红外格斗弹进行锁定,实现飞行员“盯”着目标就能发射导弹。



按照之前国内各种媒体的报道,J-20的综合显示头盔应该是在2012年开始竞标的,由于国内在头盔显示技术方面的积累比较厚实,做这方面研究的大学和研究所也很多,所以出成果也非常快,在第二年也就是2013年中标团队就完成了研发和试制,2014年就完成了设计鉴定并开始交付(速度相当快)。而在当年的珠海航展上也开始有各种头盔显示器的产品露面了,有不少可能就是竞标失败的方案或产品。根据珠海航展上披露的信息,新的头盔显示器在配合J20的时候,也具备F-35头盔显示器那样看穿战机的功能。也就是说它也能够利用J20机身各处的图像传感器获得周边的无遮挡实时画面,这对战机的侦察搜索和近距离格斗也是非常有用的。



随着J-20的新头盔显示器的配发到位,它在空中的作战能力和威慑能力又上了一个新台阶,其所配备的新一代的霹雳10红外成像格斗弹的大离轴角发射能力也能得到充分发挥了,这两者配合使得J20在近距格斗中能够不惧任何强敌。而这次出海实战训练,也标志着我军的J20已经开始投入到真正的战备任务中去了,这不仅对海峡对岸的顽固势力是一个强力威慑,对周边正在装备F-35的各方来说也是个无言的震慑。




△歼-20机头尺寸大,可容纳大型有源相控阵火控雷达。F-22的同类雷达可容纳2000个小天线(T/R组件),相信歼-20也能办到


在现代战斗机的结构设计布局中,有三大雷达波强散射源,其中之一就是机首的机载火控雷达舱,其他两者分别是进气道和座舱。因此,对于隐身战机的设计研发人员来说,如何尽可能地减小机载火控雷达舱的雷达波反射截面积,是保证全机隐身性能的关键点之一。

而机载火控雷达舱所形成的雷达波散射主要有两部分:一是雷达舱内部结构造成的结构反射,比如框架、结构附件以及连接件等;二是雷达天线形成的散射。对于前者,战机设计研发人员可以采取一定的措施予以抑制或者消除。而对于后者,就需要南京14所这样专门负责机载火控雷达研发的技术人员来想办法了。


 

△倾斜安装的F-35战机机载有源火控雷达


首先,我们可以注意到,目前中国以及美国空军的隐身战斗机,如F-22、F-35、歼-20等装备的有源相控阵机载火控雷达的天线都是向上倾斜一个角度,这就是出于减小雷达波反射截面积的需要。根据研究结果显示,如果机载火控雷达天线向上倾斜角度达到15度,其雷达波反射截面积就可以降低到垂直状态的五分之一,甚至更低。

当然,这个倾角也不是越大越好。太大的天线倾角会对机载火控雷达的探测方位和精度产生不利影响。所以,目前最为适合的倾角一般为15~30度。

 
△我国展出过的KLJ-7A机载有源火控雷达,其技术水平达到了美国[敏感词]水平    

不过,对于大多数装备相控阵机载火控雷达的非隐身战机来说,由于其本身的雷达波反射截面积就很大,单纯降低机载火控雷达的雷达波反射截面积意义并不是很大,所以基本上全部都采用垂直角度。

其次,在机载火控雷达天线的结构设计中采用吸波材料,也可以减小雷达波反射截面积。比如,美国F-35战机的APG-81雷达在有源相控阵天线的四周和后部安装了大型吸波材料遮蔽板,可以有效阻断从前向射来的雷达波照射到后部结构,避免了强散射效应的产生。

 
△歼-10C也采用了机载有源雷达,我国战机的有源雷达大都出自14所之手    

此外,机载火控雷达天线的外形要尽量与雷达罩安装框外形平行一致,提高天线辐射阵子的加工精度,使其保持一致性,雷达天线的反射阵面也尽可能地采用高性能吸波材料,等等。只有综合采用多重手段,才能够达到最终令人满意的效果。

从对天线细节的追求来看,歼-20在隐身上下的功夫显然是超出外界想象的,因此对于歼-20的隐身能力我们完全有理由放心

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