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飞机的魔法斗篷,隐身技术的早期发展与应用

发布时间:2018-01-06  原作者:Armstrong   点击数:

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“壁纸”、“秋千”和“导线”

  小组面临的问题是U-2在苏联上空遇到的V形波束(65-86 MHz)低频率预警监视雷达,此外还有高频率S波段(2-4 GHz)和X波段(8-12 GHz)目标截获雷达。由于当时宽波段(适用于所有不同频率)隐身解决方案在技术上无法实现,所以需要开发不同的技术和材料来应对不同雷达系统。

  专家们最终研究出两个有限的解决方案,一种是对付S波段雷达的Echosorb雷达吸波材料(RAM),绰号“壁纸”,贴在U-2机身下方。这种材料仅厚6.35毫米,由玻璃纤维、蜂窝垫片、石墨浸渍层、耐用保护层和外层油漆组成。石墨浸渍层的电子特性使Echosorb表现得好像更厚的吸波材料,也就是说虽然其厚度仅为1/16波长,却相当于1/4波长的吸波材料。

  把这种石墨层覆盖在飞机蒙皮上后,能吸收部分入射雷达能量。

机身下表面贴了“壁纸”吸波材料的U-2
机身下表面贴了“壁纸”吸波材料的U-2

  进入石墨层的剩余能量在遇到U-2的金属蒙皮后会被反射,但这些“出射波”会抵消反射波,因为它们彼此相位相差180°。科学家还发现在“壁纸”每个方格中心开个小口后,可产生共振并降低X波段(8-12GHz)雷达回波。

  但小组遇到的最大困难是如何对抗苏联V型波束预警监视雷达及其4.26米波长。Rad实验室与臭鼬工厂电子工程师组成的小团队最终研制出被称为“秋千”和“导线”的两套系统。

  “秋千”就是沿U-2机翼和平尾前后缘沿翼展方向布置的一组镀铜钢丝,为了调整阻抗,导线上被精确串上了铁氧体磁珠。

  前后导线之间通过弦向导线相连,同样用铁氧体磁珠来调谐频率响应。因此“秋千”就成为一个慢波结构,通过感应电流来抑制U-2机翼和平尾平面产生的菱形旁瓣。

U-2的“秋千”系统
U-2的“秋千”系统

  为了抑制U-2的机身反射(这些反射发生侧面的某些入射频率上),团队研制了“导线”系统。该系统基本上是由沿机身和垂直尾翼表面规律布置的串有铁氧体磁珠的导线组成的索尔兹伯里屏(能降低物体表面的无线电波反射)。每根长导线相当于偶极子,抵消了雷达信号。

U-2的“导线”系统
U-2的“导线”系统
U-2的“导线”系统
U-2的“导线”系统

  中情局为“彩虹”项目专门提供了两架U-2,驻扎在内华达州水城(一个专门建立的秘密行动基地,后来被称为“牧场”和51区)。改装后的U-2在飞行测试中显示,“秋千”把70MHz回波降低了20分贝,把S波段回波降低了约10分贝,总体来说通过降低U-2的雷达截面积(RCS),该机被雷达发现的距离降低到原先的一半。但由于导线增加的阻力,U-2的航程缩小了20%,飞行高度降低了1524米。

美国空军的道格拉斯C-124运输机把U-2运到“牧场”进行试飞
美国空军的道格拉斯C-124运输机把U-2运到“牧场”进行试飞

  1957年5月6日,比塞尔和中情局局长艾伦·杜勒斯向艾森豪威尔报告了“彩虹”项目的成果。比塞尔非常乐观地预测经过改装的U-2在飞越苏联时能完全避免被雷达发现。

  在一次作战评估行动中,一架U-2从土耳其起飞在1957年7月21日和30日两次进入苏联领空,结果机载5号系统(多频雷达记录仪)仍显示苏联雷达在U-2迎头飞来和背向飞离时仍发现了该机。进一步测试表明U-2进气道、座舱和尾喷管的回波暴露了飞机,当时的隐身技术还无法处理这些部位,显然需要更激进的设计。

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