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    【转载】飞行器高性能雷达天线罩技术发展趋势

    2015年08月19日

    pc蛋蛋预测尽享网 www.lioralk.com 核心提示: 雷达天线罩是飞行器雷达系统的重要组成部分,用来?;だ状锾煜呋蛘鑫⒉ㄏ低吃诙窳踊肪诚履芄徽9ぷ?,是一个气动/结构/透波功能一体化部件。

     

     

    雷达天线罩是飞行器雷达系统的重要组成部分,用来?;だ状锾煜呋蛘鑫⒉ㄏ低吃诙窳踊肪诚履芄徽9ぷ?,是一个气动/结构/透波功能一体化部件。典型的飞行器雷达天线罩位于机头前部。如果把雷达比作飞机的眼睛,雷达罩则是飞机“眼睛”的防护镜。

    1941年世界上第一个雷达罩在美国获得应用;1948年美国麻省理工学院出版了第一部关于雷达罩技术的专著《雷达扫描器和雷达罩》(Radar Scanner and Radomes);1966~1970年J.D .Walton主编了《雷达罩工程手册》(Radome Engineering Handbook),系统介绍了雷达罩研究的相关问题;美国相关高校和研究机构曾召开国际电磁窗会议(International Electromagnetic Window Conference),出版了《电磁窗专题论文集》(Electromagnetic Window Symposium),因此理论研究界多使用术语“电磁窗”、工程技术界使用术语“雷达罩”。

    近年来,随着现代航空电子技术的迅猛发展,各种先进探测设备、新型雷达及中远距精密制导武器不断问世,航空武器装备对雷达罩提出了隐身、宽频带以及耐高温等新的技术要求。

    国内外机载雷达天线罩技术

    发展概况

    雷达天线罩技术不是一门独立的专业技术,是一门跨专业跨学科的综合技术。它的设计和制造涉及空气动力学、机械结构、强度计算、热力学、天线与电磁场理论、材料学、工艺学、检测技术、测量技术、表面?;さ茸ㄒ?。由于其对武器装备发展的重要作用,世界各工业发达国家,特别是各军事大国都给予了不动声色的关注。

    1941年美国波音B-18A飞机上装了一种轰炸机瞄准用雷达,研究人员采用有机玻璃制成半球形天线罩罩在雷达天线外,用来?;だ状锾煜呤蛊淠芄徽9ぷ?。从此,开启了各种介质材料及不同结构形式的天线罩在飞机上应用的大门。在第二次世界大战期间,德、英、美、法等国家在电子学和电磁场领域投入了相当大的研究力量来发展新技术,不但出现了数百种军用雷达,而且在雷达罩相关技术方面积累了大量的技术资料。

    进入20世纪50年代后,随着飞机飞行速度的不断提高和导弹天线罩的发展,出现了一系列研究人员无法调和的矛盾,其中最突出的是超声速飞机要求位于飞机前端的雷达罩具有大长细比、呈尖锥形的气动结构外形并且很多都装有机头空速管,这些要求在很大程度上影响了雷达罩的电性能。同时由于气动摩擦产生的热冲击、热应力、雨冲击、雨蚀以及高温对电磁性能的影响,使雷达罩设计复杂化、罩体结构与电磁传输性能的矛盾日趋尖锐。各国研究人员开始认识到天线罩理论及实践的综合性、尖端性和复杂性,认识到加强不同专业技术之间技术交流和天线罩基础理论研究的必要性。美国自1955年6月召开第一次Proc.OSU-RTD天线罩会议,此后每隔两年召开一次电磁窗会议。在此期间,国外对罩体的气动力分布、温度场、材料、设计、测试、环境等作了多方面探索和研究,发表了大量研究报告。

    20世纪60年代,随着单脉冲雷达、脉冲多普勒雷达、相控阵雷达技术的发展和应用,雷达罩技术得到相应的快速发展,开展了大量的相关科学研究及工程应用活动。学者发表了大量关于雷达罩研究的技术报告。并召开了关于雷达罩的国际性研究会议——国际电磁窗会议,该会议每隔两年召开一次。

    20世纪70年代后,国外学者将研究重点放在了雷达罩电性能仿真设计、仿真计算方面。发展了平面波、柱面波和球面波等多种近似计算方法。雷达罩对天线辐射波瓣的影响已从二维设计分析发展到三维设计分析。此时,雷达罩电性能测试技术也得到了更细致的研究,研究人员分析了压缩场测试中各种影响测量精度的因素,针对近场测试技术也开展了相关研究。

    进入20世纪80年代以来,为满足飞行器隐身和高精度探测的技术要求,频率选择表面(FSS)雷达罩和毫米波雷达罩成为研究热点。美国的F-22飞机雷达天线罩就采用了FSS(带通式雷达天线罩)结构。同时雷达技术进入了相控阵雷达时代,俄罗斯的苏-35战斗机、欧洲的“阵风”战斗机、日本的FS-X战斗机都配备了先进的相控阵雷达天线罩。这些代表着当今世界最高研究水平的高性能电磁窗构件从设计技术、材料工艺技术和测试技术等方面都有着创新性的突破。现阶段各军事强国正致力于共形阵雷达罩技术的研制,并取得了一定的突破。

    我国对于电磁窗技术的研究起步较晚,从20世纪80年代才逐渐开始重视电磁窗技术。随着我国航空工业技术的发展,特别是近30年来,我国的机载雷达天线罩研制水平得到了快速发展。目前,我国已基本具备了研制各种类型先进雷达天线罩制件的条件,并成功研制了几乎包括世界上现有的各种结构形式雷达天线罩,如实芯半波壁结构、准半波壁结构、蜂窝夹层结构、泡沫夹层结构、FSS(带通式)结构、电抗加载结构等。其中最能代表技术进步水平的是90年代初期,中国航空工业集团公司济南特种结构研究所研制的变壁厚、准半波壁、人工介质夹层结构飞机雷达罩,使我国成为继美国、德国之后第三个把人工介质成功应用于飞机雷达罩的国家。

    高性能雷达天线罩技术发展趋势     

    现代战争实际上是争夺“制信息权”、“制电磁权”、“制空权”的较量,战争形态的变化对航空武器装备提出了革命性的要求,武器装备呈现出“向信息化、无人化发展,向全维度、无疆域扩展”的发展趋势。

    为夺取现代战争的胜利,美国空军提出空天一体、远程打击、持续精确打击、多任务机动、持续情报收集、监视和侦察(ISR)的作战概念,并提出了“高超声速X飞行器”(Hyper-X)计划,催生出一系列临近空间高超声速系列飞行器。临近空间飞行器是指能持久稳定地运行于临近空间(20~100千米)执行特定任务的各种飞行器,包括X-37B、X-51A、X-47B等。X-37B是美国波音公司研发的一种有翼无人空天飞机,可在30~100千米的临近空间中,以Ma5~25的速度超声速飞行,X-51A“乘波者”飞行速度为Ma5。美国洛马公司臭鼬工厂提出了新一代高空高速情报/监视/侦察(ISR)飞行器方案SR-72,巡航高度为25~30千米,巡航速度Ma6??梢钥闯?,美国临近空间高超声速飞行器系列雷达天线罩具备耐高温、高透波等性能。

    X-47B舰载隐身无人作战飞机验证机由美国诺斯罗普·格鲁门公司研发,并于2011年2月实现了首飞。X-47B机体采用了类似于B-2隐身轰炸机的无尾形状,机体设计前端的RCS值最小,对低频雷达有更好的隐身效果,低频段隐身性能得到大幅度提升,具备“全向全频谱”的隐身性能??梢钥闯鯴-47B电磁窗隐身技术较第四代战斗机又有新提高,具备了“全向、全频谱”隐身性能。目前,美国正研发新型高科技隐身轰炸机,将高度融合并提升F-22和F-35战机上采用的隐身技术,据分析该型隐身轰炸机雷达天线罩将具备“全向、宽频”的隐身能力。

    美国目前已开始了六代机及其平台的研制,据资料分析,六代机可能具备的能力特征包括:大空域/宽速域、高速下高机动/高敏捷性、大作战半径/长留空时间、宽频全方位隐身、突出反隐身高信息化态势感知、高智能化控制、反隐身/瞬时杀伤武器和超大机载能源等。根据六代机及其平台主要特征可以推断其雷达天线罩具备全向全频段隐身、超宽频带、耐高温(既能亚声速巡航飞行,又能进行Ma3~6的超声速巡航飞行)、高透波等性能。

    从作战使用上看,美国第五代空空导弹的发展趋势如下:更快、更远、更精确、更灵活。第五代空空导弹具备有效打击高性能空中目标、多任务和双射程、高抗干扰能力、多模导引技术、全方位立体攻击、网络化制导、高密度内埋挂装等特点。因此,作为空空导弹的重要组成部分,导弹天线罩的主要发展方向包括:耐高温、高透波(毫米波)、宽频带、微波/红外双模等方向发展。

    俄罗斯目前正在紧锣密鼓地进行新型战略轰炸机(PAK DA)研制。据资料分析,PAK DA将采用更先进的隐身技术,采用等离子体隐身技术在很大程度上将成为其主要技术途径。“电鳐”是俄第六代喷气式战斗机,该战机具备高速、隐身和无人驾驶等特性。此外,苏霍伊公司为俄罗斯空军研发的第六代战机巡航速度将在Ma1.26左右,并采用等离子体隐身技术,其空中突防、对头攻击、高速截击的能力将全面加强。因此可以推断俄罗斯下一代航空武器雷达天线罩将具备全向全频谱隐身性能(采用等离子体隐身技术)。

    “神经元”(UCAV)验证机是由法国达索飞机制造公司联合5个欧洲国家共同研制的第一架隐身无人作战飞机,该验证机采用了增强隐身性能的无垂直尾翼设计。据相关资料分析,目前法国已开始研制第六代战斗机,其发展目标是:具备全频段隐身和超声速巡航能力;拥有全新的电子战系统;装备高功率激光和电磁武器以及高超声速导弹等。因此法国等欧洲国家下一代航空武器装备雷达天线罩将具备全向全频谱、宽频带、耐高温(耐大功率)等性能。

    雷达天线罩作为航空武器装备的重要组成部分,其技术、功能、性能的跨越,对于新一代航空武器装备功能、性能跨越的实现具有重要的影响。综上所述,雷达天线罩技术将向高隐身(全向全频谱:雷达隐身、红外隐身、激光隐身等)、超宽频带、高透波、耐大功率、耐高温、透毫米波、雷达/红外双模复合等方向发展。

     

     


    来源:上海瓦能复合材料科技有限公司