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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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飞碟?

  1958年1月,中情局赋予“彩虹”项目的第二阶段以“热情”(Gusto)的保密代号,正式结束了第一阶段。比塞尔知道第二阶段在采用高技术的同时带来了高风险,所以为了协助方案评估,他再次聘请兰德担任顾问小组主席。

  林肯实验室的弗兰克·罗杰斯重回基础研究,试图搞清楚雷达回波和飞机物理外形之间的关系。为了研究方便,他把气动外形的实用性放在一边。他惊讶地发现把六卷不同直径的传真记录纸(这种纸具有恒定阻抗)叠加在一起形成碟形后,其总体阻抗就降低到了300欧姆,仅相当于空气阻抗,于是这个碟形物体就在雷达面前消失了。罗杰斯于是提出了一种飞碟状宽波段隐身外形,有效工作频率很宽,但不幸的是这种外形在空气动力学上是不稳定的。但该方案给比塞尔留下了深刻印象,并指示罗杰斯和泰勒向约翰逊展示他们的发现。

最隐身的外形居然是飞碟?
最隐身的外形居然是飞碟?

  罗杰斯张嘴就说隐身飞机的理想形状是飞碟,约翰逊惊呼:“上帝啊!”,自己可无法制造出一架飞碟,罗杰斯显然对空气动力学一无所知。同样好战的罗杰斯反驳说约翰逊显然对雷达一无所知,于是这次会议就不欢而散了。

  罗杰斯和泰勒明智地决定把U-2后继机的设计决定权留给约翰逊,然后再教会他如何把隐身技术融入自己的设计。

  约翰逊和他的臭鼬工厂团队在一开始搞出了一些亚音速低RCS设计,内部代号“热情”Model 2。

“热情”Model 2设计之一
“热情”Model 2设计之一

  他们在这个总代号下研究了数种设计,在其中一个被否决的设计上,机翼前后缘开了凹槽,镶嵌有三角形楔形梯度介电材料。这种被称为“软化”的技术可避免雷达波遇到飞机时波束阻力发生突然变化(正是这种极速变化导致了反射回波)。应用“软化”技术后,入射波会先遇到三角形介电材料(机翼前缘),在其内部耗散产生电流,由此把无线电波的电磁能转化为热能。

  随着波束逐渐抵达三角楔形的尖端,波束阻力也逐渐降为零,与相邻的金属结构匹配。这项技术由臭鼬工厂的Ed·罗维克发明,将在约翰逊最终设计的隐身上发挥重要作用。

  隐身和飞机性能之间看似存在矛盾关系,苏联雷达技术也在快速发展,不可避免地会用更多频率,约翰逊深信这些因素将使寻找飞机隐身斗篷的道路变得更加泥泞。

  1958年4月21日,约翰逊开始勾勒他的第一个3马赫设计。该设计把高空高速性能而不是隐身作为飞机生存能力的核心,他在自己的笔记本上把该设计命名为U-3。

约翰逊手绘的U-3
约翰逊手绘的U-3

  “我勾勒出第一个‘大天使’方案,这是一架3马赫飞机,航程7408公里,飞行高度在27430米到28960米之间。”于是这个笔记本在后来被叫做“大天使”笔记本(内部人士经常把U-2叫做“凯利的天使”,用“大天使”称呼这个具有飞跃性的新设计似乎很合适)。

  约翰逊花了几天时间来完善自己的高速设计,然后提交给比赛尔。

  弗兰克·罗杰斯的林肯实验室小组随后对约翰逊的U-3进行分析,评估该设计的速度、高度和RCS,从而计算出该机的驻留时间,也就是飞机在雷达照射下被探测到的时间。他们分析了三个不同频段,从70600Hz到3000MHz。这份高度重要的报告被叫做“尖头回波扫描研究”,也被称为“罗杰斯效应”。报告最终确定出U-2后继机的具体设计目标:3马赫、高度27430米、RCS不超过10平方米,最好不超过5平方米。

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