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沈飞新型战机研制要攻克隐身性能才能上舰
沈飞新型战机研制要攻克隐身性能才能上舰

 

中国航空工业庞大的院所中,沈飞和成飞以及西飞是不折不扣的三大巨头,在人员,资源和技术方面都拥有无可辩驳的优势,其中沈飞和成飞是长期以来的“竞争对手”,两家研发产品都是战斗机,所以竞争激烈,沈飞长期以来都占据优势,最近些年开始严重落后对手,歼-20战斗机的出现,使得成飞获得了中国第一隐身战斗机制造商的宝座。

虽然沈飞也不甘示弱,在歼-20战斗机首飞2年后,也打造了自己的FC-31鹘鹰隐身战斗机,截止2020年年底,歼-20战斗机总数接近50架,而FC-31战斗机目前大约4-5架,其中前三架是31001和31003飞行测试样机,31002是强度试验飞机,今年到明年,沈飞预计将建造2架新型样机,预计一架做强度试验,另外一架进行试飞,为未来的隐身舰载机竞标做准备。

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FC-31战斗机在隐身试飞上特别落后于歼-20,所以必须加班加点往前赶

最近,甚至光启公司宣布,和中国沈阳某单位签署了“基于超材料的先进多功能机载产品独家研制任务”协议,中国航空研究院孙聪院士与深圳光启高等理工研究院刘若鹏院长等相关领域专家共同出席,大家都知道,孙聪院士曾经参与过FC-31战斗机的设计,这也极有可能是FC-31战斗机大改,增强隐身性能的一个重要信号。

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细节更有意思,该协议部分产品研制经费拨付协议6500万元,协议所含产品重量占整机机体结构重量近10%,该系列超材料航空产品价值占整机价值比例不低于其重量占比,该公司的宣传:超材料技术在新一代航空装备领域应用上取得重大突破,实现了由“整机部分重要超材料结构件”到“全机超材料结构件” 的历史性跨越,也是超材料技术大规模全面应用的里程碑。

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歼-20战斗机采用了率先在特殊部位采用了隐身结构材料,FC-31战斗机将继续前进

大家都知道,该公司所说的超材料,就是隐身结构材料,隐身结构材料主要应用在独特敏感区域,比如机头雷达罩,机翼尾翼鸭翼前缘,这些部位容易生产比较大的雷达波反射,该公司开发成功的宽频带吸波材料,多次在航展展出,也成功应用在歼-20战斗机上,获得了巨大的成功。

按照飞机整体结构计算的话,FC-31战斗机新阶段重量,极有可能从12.5吨升级到14吨量级,主要原因是,舰载机需要加强起落架,机身,加大机翼等要求,大约会有1吨左右的增重,而且飞机还必须适当增加内油以扩大航程和作战半径来弥补尺寸较小带来的弱点,按照14吨空重计算,结构系数30%左右,最终隐身结构材料大约是14X30%X10%=420公斤,按照这个数据来看,FC-31几乎机身所有蒙皮都可能采用隐身结构材料制造,可以说是另类的领先。

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这是光启公司在航展上的宣传,飞机就是FC-31战斗机

光启公司在航展上宣传的重点是该公司超材料有很多优势,主要原因是基于外形与吸波材料的传统隐身技术有很多缺陷,比如吸收频带窄、低频(米波)兼容宽带吸收效果差,维护困难甚至无法维护,存在雷达探测与隐身、天线辐射与隐身功能兼具的矛盾问题,低频、宽频吸收材料重量重,而且恶劣环境下隐身性能稳定性较差,这些问题在美国战斗机上表现突出,F-117的沉重铁氧体涂层,F-22一半时间用来修补隐身涂层,F-35隐身涂层不断起泡开裂,让人大跌眼镜。

基于超材料的新型隐身材料优势在于,一个是隐身频段宽而且隐身效果好,涵盖低频到红外的全频段隐身,隐身性能相比传统吸波材料提升1~2个数量级,而且少维护甚至免维护,采用新型隐身结构材料后,可以实现“隐身、探测、结构及承载”一体化设计,使得隐身结构重量减轻50%,全寿命周期综合成本降低50%。

歼-20战斗机已经证明了强大的隐身能力,多次在空中模拟中击败国产三代机,国产飞机即使打开雷达,也无法发现近距离的歼-20,FC-31战斗机能实现同样的目标吗?从理论上还是可能的。

隐身飞机克星到来?中国新型雷达,数百公里对目标高清成像!

美国是世界隐身技术强国,隐身技术从上世纪50年代开始启蒙,经过20多年的研究,70年代取得突破,并在80年代得到井喷一般的发展,隐身战斗机,隐身轰炸机,隐身导弹,甚至出现了隐身军舰,隐身技术的出现,被中国已故钱学森院士定义为常规技术中的核武器,可以极大改变双方力量对比。

随着时间的推移,隐身技术不断遭遇各种挑战,中国研发成功多款反隐身雷达,包括新型高精度米波雷达,还有固定疏布阵列雷达都取得了一定的效果,总体而言,隐身飞机一方还是占据上风,美国新一代战斗机规划,首当其冲的就是要求就是,必须做到全频段隐身,使得任何国家反隐身技术彻底失效,美国人能真正成功吗?或许,他们等来的是一个极大的坏消息,中国科学家发明了一种新型雷达,可以在数百公里外探测小型目标,甚至可以出高清大图,隐身技术将遭遇史无前例的挑战。

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隐身战机是美国常规武器库中最重要的资产,隐身技术失效,美国武装力量作战效能将急剧下降

10月13日,中国电科十四所表示,该所超导单光子激光雷达系统,在2020年9月外场试验中,实现了对低空大气层数百公里外目标的实时跟踪探测,这也意味着,中国除了反隐身雷达之外,又多了一种重要甚至颠覆性的反隐身手段,这种雷达的研制成功,或许将重新改写世界军事格局,被扒光隐身外衣的美国战斗机,生存力或许将一落千丈。

这并不是单光子激光雷达取得的唯一一次重大突破,2015年,中国科学家使用大口径超导阵列单光子探测系统,成功探测到2000公里高的轨道上,0.04平米的空间碎片,大约就是20厘米见方的部件,探测精度如此高,对未来的太空作战,应对太空隐身卫星和隐身空天飞机,具有强大的威慑力。

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珠海航展上展出的14所单光子雷达,也简称量子雷达,就是这么一个不起眼的小东西,或许将颠覆现有的隐身技术

大家都知道,光线最怕雨雾的遮挡,传统光学设备应用最大的问题就是这个,而雷达波几乎不存在这种问题,只有比较窄的波段才有大气吸收问题,所以传统雷达取得更大的优势,成为探测和防御系统最中坚的力量,假如不能解决光子雷达的气候问题,还是很难改变传统雷达一家独大的格局。

因此在2017年,中国科学家还尝试扩展单光子雷达性能,通过光子编码技术,大幅度提高了系统的抗背景光干扰能力,解决了复杂气象环境下、长距离目标探测难题,在黄海海域的海面目标探测实验中,实现了70公里范围内的穿透云、雾等测量,从这个结果来看,光子雷达在普通气象条件下可以探测数百公里,不良气象还是会受到巨大影响,假如未来能升级到上百公里,那就几乎可以和传统雷达一较高下了。

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这是中国光子雷达在170公里外对山坡的成像,可以看到细节详实,假如应用在反隐身飞机上,那将...

传统雷达为世界军事和经济做出了重大贡献,但是科学家也发现存在一些严重缺点,一是发射功率大(几十千瓦),电磁泄漏大,造价昂贵,二是反隐身能力相对较差,目前的雷达,除了米波具有相对较好的反隐身特性外,别的波段雷达都非常差,而米波雷达尺寸比较大,生存力不足;三是成像能力相对较弱,和光子雷达相比,相差几个数量级;四是信号处理复杂,实时性弱,这些弱点和光子雷达的优点正好密切吻合起来。

光子雷达相对于传统雷达,最大的优点是,一个是功率小体积小,另外一个是成像精度高,甚至可以对目标进行详细拍照,而传统雷达在远距离则很难发现目标细节,所以容易被敌方电子干扰技术欺骗,而光学雷达则暂时不存在这种欺骗的可能。

光子雷达能改变世界军事格局吗?非常有可能,或许这一次,隐身和反隐身的对抗

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下面要介绍的则是超材料中的超材料,一种超强隐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备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上进行结构有序设计,可以突破某些表观自然规律的限制,从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料,达成特殊功能。很多超材料具有特殊的电磁性质,其中一个典型的性质就是负折射率,手性材料即为典型的负折射率超材料。

研究表明,具有手性特征的材料,能够减少入射电磁波的反射并能吸收电磁波。

手性吸波材料是一种具有螺旋构造的各向同性电磁材料,在电磁场的作用下会产生电场和磁场的交叉极化,理论上吸波性能更好。它比普通吸波材料有如下优势:调整手性参数比调整介电参数和磁导率容易,可以在较宽的频段上实现较高的吸波性能;手性对频率的敏感性较低,较容易实现雷达波的宽频吸收。现在研究较多的吸波手性材料主要有金属手性材料、螺旋碳纤维、手性导电聚合物。

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近年来,我国在吸波材料方面展开了大量的研究,并取得了可喜的成果

金属手性材料具有耐磨性、高弹性、良好导电性和烧结性等优点。该材料加入一般基体材料可有效提高吸波性能,会随着基体电导率不同而变化。但其制备一般采用手工,难以批量生产,且其密度较大,制造出的器件尺寸较大,使得吸波复合材料的重量和厚度都较大。

螺旋碳纤维电磁性能良好,具有耐摩擦、低密度、高电热传导性等优点,其吸波效果会因手性参数和纤维长度不同而不同。但其在制作过程中,产物互相缠绕,紧密纠连,化学方法分散效果差,物理分离方法又会对纤维造成机械损伤,破坏其螺旋结构和手性特征。

手性导电高聚物导电性良好,电导率可调,在一点范围内吸波特性较好。该材料大致分为两类:一类是非手性单体在聚合过程中加入手性诱导剂来实现其空间螺旋结构,如手性导电聚苯胺;另一类则是利用手性单体在一定的反应条件和适合的催化剂作用下,直接聚合成具有空间螺旋结构的导电聚合物,如手性导电聚噻吩、聚吡咯等。手性导电高聚物具有质地均匀、易加工成型、密度小、制备过程较简单、性能较稳定等优点。但在实际操作中,其螺旋结构形态和电导率的控制难以做好,导致其性能很多时候并不符合预期。

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从歼-20各时期不同的颜色看,最初是一种黝黑外观,而2016年珠海航展公开亮相时则是银灰色,反差非常大,说明其隐身涂装一直在改进

我国自上世纪80年代以来,对这类材料的研究很广很深入,取得了较多成就,在很大程度上弥补了这类材料的缺陷,促进了其实用化。近年来服役的我国隐身战斗机和隐身无人机等装备,就有采用了手性导电高聚物的型号,实测隐身效果很好。