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沈飛新型戰機研製要攻克隱身性能才能上艦
沈飛新型戰機研製要攻克隱身性能才能上艦

 

中國航空工業龐大的院所中,沈飛和成飛以及西飛是不折不扣的三大巨頭,在人員,資源和技術方麵都擁有無可辯駁的優勢,其中沈飛和成飛是長期以來的“競爭對手”,兩家研發產品都是戰鬥機,所以競爭激烈,沈飛長期以來都占據優勢,最近些年開始嚴重落後對手,殲-20戰鬥機的出現,使得成飛獲得了中國第一隱身戰鬥機製造商的寶座。

雖然沈飛也不甘示弱,在殲-20戰鬥機首飛2年後,也打造了自己的FC-31鶻鷹隱身戰鬥機,截止2020年年底,殲-20戰鬥機總數接近50架,而FC-31戰鬥機目前大約4-5架,其中前三架是31001和31003飛行測試樣機,31002是強度試驗飛機,今年到明年,沈飛預計將建造2架新型樣機,預計一架做強度試驗,另外一架進行試飛,為未來的隱身艦載機競標做準備。

沈飛新型戰機研製要攻克隱身性能才能上艦

 

FC-31戰鬥機在隱身試飛上特別落後於殲-20,所以必須加班加點往前趕

最近,甚至光啟公司宣布,和中國沈陽某單位簽署了“基於超材料的先進多功能機載產品獨家研製任務”協議,中國航空研究院孫聰院士與深圳光啟高等理工研究院劉若鵬院長等相關領域專家共同出席,大家都知道,孫聰院士曾經參與過FC-31戰鬥機的設計,這也極有可能是FC-31戰鬥機大改,增強隱身性能的一個重要信號。

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細節更有意思,該協議部分產品研製經費撥付協議6500萬元,協議所含產品重量占整機機體結構重量近10%,該係列超材料航空產品價值占整機價值比例不低於其重量占比,該公司的宣傳:超材料技術在新一代航空裝備領域應用上取得重大突破,實現了由“整機部分重要超材料結構件”到“全機超材料結構件” 的曆史性跨越,也是超材料技術大規模全麵應用的裏程碑。

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殲-20戰鬥機采用了率先在特殊部位采用了隱身結構材料,FC-31戰鬥機將繼續前進

大家都知道,該公司所說的超材料,就是隱身結構材料,隱身結構材料主要應用在獨特敏感區域,比如機頭雷達罩,機翼尾翼鴨翼前緣,這些部位容易生產比較大的雷達波反射,該公司開發成功的寬頻帶吸波材料,多次在航展展出,也成功應用在殲-20戰鬥機上,獲得了巨大的成功。

按照飛機整體結構計算的話,FC-31戰鬥機新階段重量,極有可能從12.5噸升級到14噸量級,主要原因是,艦載機需要加強起落架,機身,加大機翼等要求,大約會有1噸左右的增重,而且飛機還必須適當增加內油以擴大航程和作戰半徑來彌補尺寸較小帶來的弱點,按照14噸空重計算,結構係數30%左右,最終隱身結構材料大約是14X30%X10%=420公斤,按照這個數據來看,FC-31幾乎機身所有蒙皮都可能采用隱身結構材料製造,可以說是另類的領先。

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這是光啟公司在航展上的宣傳,飛機就是FC-31戰鬥機

光啟公司在航展上宣傳的重點是該公司超材料有很多優勢,主要原因是基於外形與吸波材料的傳統隱身技術有很多缺陷,比如吸收頻帶窄、低頻(米波)兼容寬帶吸收效果差,維護困難甚至無法維護,存在雷達探測與隱身、天線輻射與隱身功能兼具的矛盾問題,低頻、寬頻吸收材料重量重,而且惡劣環境下隱身性能穩定性較差,這些問題在美國戰鬥機上表現突出,F-117的沉重鐵氧體塗層,F-22一半時間用來修補隱身塗層,F-35隱身塗層不斷起泡開裂,讓人大跌眼鏡。

基於超材料的新型隱身材料優勢在於,一個是隱身頻段寬而且隱身效果好,涵蓋低頻到紅外的全頻段隱身,隱身性能相比傳統吸波材料提升1~2個數量級,而且少維護甚至免維護,采用新型隱身結構材料後,可以實現“隱身、探測、結構及承載”一體化設計,使得隱身結構重量減輕50%,全壽命周期綜合成本降低50%。

殲-20戰鬥機已經證明了強大的隱身能力,多次在空中模擬中擊敗國產三代機,國產飛機即使打開雷達,也無法發現近距離的殲-20,FC-31戰鬥機能實現同樣的目標嗎?從理論上還是可能的。

隱身飛機克星到來?中國新型雷達,數百公裏對目標高清成像!

美國是世界隱身技術強國,隱身技術從上世紀50年代開始啟蒙,經過20多年的研究,70年代取得突破,並在80年代得到井噴一般的發展,隱身戰鬥機,隱身轟炸機,隱身導彈,甚至出現了隱身軍艦,隱身技術的出現,被中國已故錢學森院士定義為常規技術中的核武器,可以極大改變雙方力量對比。

隨著時間的推移,隱身技術不斷遭遇各種挑戰,中國研發成功多款反隱身雷達,包括新型高精度米波雷達,還有固定疏布陣列雷達都取得了一定的效果,總體而言,隱身飛機一方還是占據上風,美國新一代戰鬥機規劃,首當其衝的就是要求就是,必須做到全頻段隱身,使得任何國家反隱身技術徹底失效,美國人能真正成功嗎?或許,他們等來的是一個極大的壞消息,中國科學家發明了一種新型雷達,可以在數百公裏外探測小型目標,甚至可以出高清大圖,隱身技術將遭遇史無前例的挑戰。

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隱身戰機是美國常規武器庫中最重要的資產,隱身技術失效,美國武裝力量作戰效能將急劇下降

10月13日,中國電科十四所表示,該所超導單光子激光雷達係統,在2020年9月外場試驗中,實現了對低空大氣層數百公裏外目標的實時跟蹤探測,這也意味著,中國除了反隱身雷達之外,又多了一種重要甚至顛覆性的反隱身手段,這種雷達的研製成功,或許將重新改寫世界軍事格局,被扒光隱身外衣的美國戰鬥機,生存力或許將一落千丈。

這並不是單光子激光雷達取得的唯一一次重大突破,2015年,中國科學家使用大口徑超導陣列單光子探測係統,成功探測到2000公裏高的軌道上,0.04平米的空間碎片,大約就是20厘米見方的部件,探測精度如此高,對未來的太空作戰,應對太空隱身衛星和隱身空天飛機,具有強大的威懾力。

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珠海航展上展出的14所單光子雷達,也簡稱量子雷達,就是這麽一個不起眼的小東西,或許將顛覆現有的隱身技術

大家都知道,光線最怕雨霧的遮擋,傳統光學設備應用最大的問題就是這個,而雷達波幾乎不存在這種問題,隻有比較窄的波段才有大氣吸收問題,所以傳統雷達取得更大的優勢,成為探測和防禦係統最中堅的力量,假如不能解決光子雷達的氣候問題,還是很難改變傳統雷達一家獨大的格局。

因此在2017年,中國科學家還嚐試擴展單光子雷達性能,通過光子編碼技術,大幅度提高了係統的抗背景光幹擾能力,解決了複雜氣象環境下、長距離目標探測難題,在黃海海域的海麵目標探測實驗中,實現了70公裏範圍內的穿透雲、霧等測量,從這個結果來看,光子雷達在普通氣象條件下可以探測數百公裏,不良氣象還是會受到巨大影響,假如未來能升級到上百公裏,那就幾乎可以和傳統雷達一較高下了。

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這是中國光子雷達在170公裏外對山坡的成像,可以看到細節詳實,假如應用在反隱身飛機上,那將...

傳統雷達為世界軍事和經濟做出了重大貢獻,但是科學家也發現存在一些嚴重缺點,一是發射功率大(幾十千瓦),電磁泄漏大,造價昂貴,二是反隱身能力相對較差,目前的雷達,除了米波具有相對較好的反隱身特性外,別的波段雷達都非常差,而米波雷達尺寸比較大,生存力不足;三是成像能力相對較弱,和光子雷達相比,相差幾個數量級;四是信號處理複雜,實時性弱,這些弱點和光子雷達的優點正好密切吻合起來。

光子雷達相對於傳統雷達,最大的優點是,一個是功率小體積小,另外一個是成像精度高,甚至可以對目標進行詳細拍照,而傳統雷達在遠距離則很難發現目標細節,所以容易被敵方電子幹擾技術欺騙,而光學雷達則暫時不存在這種欺騙的可能。

光子雷達能改變世界軍事格局嗎?非常有可能,或許這一次,隱身和反隱身的對抗

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下麵要介紹的則是超材料中的超材料,一種超強隱身能力的手性吸波材料。

“超材料”是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工複合結構或複合材料。通過在材料的關鍵物理尺度上進行結構有序設計,可以突破某些表觀自然規律的限製,從而獲得超出自然界固有的普通性質的超常材料,達成特殊功能。很多超材料具有特殊的電磁性質,其中一個典型的性質就是負折射率,手性材料即為典型的負折射率超材料。

研究表明,具有手性特征的材料,能夠減少入射電磁波的反射並能吸收電磁波。

手性吸波材料是一種具有螺旋構造的各向同性電磁材料,在電磁場的作用下會產生電場和磁場的交叉極化,理論上吸波性能更好。它比普通吸波材料有如下優勢:調整手性參數比調整介電參數和磁導率容易,可以在較寬的頻段上實現較高的吸波性能;手性對頻率的敏感性較低,較容易實現雷達波的寬頻吸收。現在研究較多的吸波手性材料主要有金屬手性材料、螺旋碳纖維、手性導電聚合物。

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近年來,我國在吸波材料方麵展開了大量的研究,並取得了可喜的成果

金屬手性材料具有耐磨性、高彈性、良好導電性和燒結性等優點。該材料加入一般基體材料可有效提高吸波性能,會隨著基體電導率不同而變化。但其製備一般采用手工,難以批量生產,且其密度較大,製造出的器件尺寸較大,使得吸波複合材料的重量和厚度都較大。

螺旋碳纖維電磁性能良好,具有耐摩擦、低密度、高電熱傳導性等優點,其吸波效果會因手性參數和纖維長度不同而不同。但其在製作過程中,產物互相纏繞,緊密糾連,化學方法分散效果差,物理分離方法又會對纖維造成機械損傷,破壞其螺旋結構和手性特征。

手性導電高聚物導電性良好,電導率可調,在一點範圍內吸波特性較好。該材料大致分為兩類:一類是非手性單體在聚合過程中加入手性誘導劑來實現其空間螺旋結構,如手性導電聚苯胺;另一類則是利用手性單體在一定的反應條件和適合的催化劑作用下,直接聚合成具有空間螺旋結構的導電聚合物,如手性導電聚噻吩、聚吡咯等。手性導電高聚物具有質地均勻、易加工成型、密度小、製備過程較簡單、性能較穩定等優點。但在實際操作中,其螺旋結構形態和電導率的控製難以做好,導致其性能很多時候並不符合預期。

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從殲-20各時期不同的顏色看,最初是一種黝黑外觀,而2016年珠海航展公開亮相時則是銀灰色,反差非常大,說明其隱身塗裝一直在改進

我國自上世紀80年代以來,對這類材料的研究很廣很深入,取得了較多成就,在很大程度上彌補了這類材料的缺陷,促進了其實用化。近年來服役的我國隱身戰鬥機和隱身無人機等裝備,就有采用了手性導電高聚物的型號,實測隱身效果很好。