^{Stealth engine is key point in the design of stealth aircraft and it involves such technology application as pneunatio, material and optic science. US aviation scientists thought up many tricks in designing in stealth JSF.}

^{发动机隐身是隐身飞机设计中的难点之一，它涉及气动、材料和电子等学科的技术应用。美国航空科学家在JSF战斗机的隐身设计上想出了不少高招。}

　　为推出21世纪初的新一代多用途、高性能、隐身战斗机，美国在20世纪90年代末提出了“联合攻击战斗机”(Joint Strike Fighter)计划，对此，本刊已有报道(见2001年1月创刊号)。最终的2个竞争对手是波音公司的X-32(波音款式)和洛克希德·马丁公司的X-35(洛克希德·马丁款式)。

　　由于竞争日趋激烈，为了表达各自的水平，双方都不惜披露一些隐身技术方面的高招和秘密，特别在发动机隐身方面。两者在技术(尤其是减小飞机进气口和发动机的雷达反射)上有显著差别，且各有千秋。颇有参考价值。

　　一般来讲，隐身技术本身也多少有点儿“隐身”。它涉及多个不同学科，融合了多学科的内容，有点神秘，一般读者虽略知一二，但又不甚了解。这里先简单介绍一些隐身技术的大致内容：

　　1 在飞机布局上，尽量采用翼身融合体结构，使机翼、机身平滑过渡，以减少容易产生电磁波反射的尖角、平面。双垂尾向外倾斜，使电磁波发散。尽量把武器(包括导弹)携带在机内，不使外露。

　　2 多采用涡轮风扇发动机，使内外涵道的热、冷气体混合排出，并加以处理，减小红外辐射。减小雷达入射/反射面积(radar cross section，RCS)。屏蔽进气道和尾喷口。

　　3 表面涂覆雷达波吸收材料(radar -absorbing material, RAM)。

　　4 其他等等。

　　第一架隐身设计的飞机首飞于1945年1月，用于吸收雷达波的材料是夹有碳芯的胶合薄层，机翼首次采用隐身外形。

　　以后，典型的具有隐身设计的飞机先后是约1960年的SR-71，约1975年的F-117，约1990年的F-22和F/A-18E/F，以及最近2000年的JSF。

　　发动机进气道和排气口是减小雷达反射和红外辐射的最主要部位。它们前后排在一个战术最敏感的方向上：从前方，敌机有充分时间看见迎面来的飞机，并作出反应；从后方，是敌机最有利的射击位置。从进气道，携带进来的雷达能量加到压缩器上反射，可以成为一个电磁波谐振器，积累能量并反射回雷达。从排气系统，排气和涡轮也可以构成谐振，积累能量，射向雷达。

　　对于进气道来说，减小RCS是非常重要的。进气道使雷达波沿着气流通道通过。它取决于频率，或波长，与管道宽度密切有关。

　　如果波长大于管道宽度的2倍，雷达波很难进入管道，也不会从进气道反射。通过管道传播的雷达能量基本上是零。一个3英尺宽的管道，可以堵住大于6英尺的波长，其频率低于150 MHz。

　　如果波长是管道宽度的1～2倍范围，则进气管道成为一个波导管，雷达能量损失很小，可以有效载运。在这个范围内，即使管道敷设RAM材料，消除雷达反射的效果也不明显。

　　如果波长比管道宽度小得很多，波在进气道中的传播如同在自由空间，雷达波像光束一样在管壁之间多次反射。如果壁上敷设RAM材料，雷达能量可以相当衰弱。

　　在进气道入口处加导流片，形成格栅(称进气道格栅)，使入口分割成一系列几英寸细的窄形截面,使大多数波长范围的雷达波不能进入。导流片表面经RAM材料处理，以吸收大部分能量。精心设计导流片的外形，可以使通过的雷达波形成散射，进一步降低其能量。虽然格栅使气流增加了阻力，导致压力损失，使发动机性能下降(有人说是非常有限的)。但它也可以导向气流，在一定范围内，使有角度的气流正常进入发动机。

　　进气道格栅有时又叫做雷达堵塞器或雷达保护器。对于排气口或排气系统。出口处也可以设置一排竖向叶片，使出口成为一系列窄管，类似地截住辐射长波。虽然短波可以通过，但因为互相反射而形成散射，能量将大大削弱。由于排气口的高温，需要使用高温陶瓷基RAM材料，铺贴在出口处。

　　尾喷管也可能成为谐振器，但也有秘诀解决这个问题，有人把一种流体注入排气口，它能使出口气体发生强烈电离，造成更大的散射，进一步削弱辐射能量。

　　发动机中的旋转部件，如压气机和涡轮叶片，是雷达非常敏感的目标。由于高速旋转，目前还无法直接在其上敷设或粘贴RAM材料。只能在发动机罩上敷设这种材料，并通过进气道和排气系统前后处理，达到屏蔽和保护。

　　2000年夏天，波音公司展示了他们设计的全尺寸的JSF模型，其发动机罩位于进气口后方几英尺的设计使许多人吃惊。隐身设计的一个原则就是想办法避免雷达波束接触到发动机的旋转部位。但波音公司给进气口加上了雷达堵塞器，以遮挡和保护后面的涡轮叶片。进气口叶片的打开是可调的，不仅可以在垂直飞行中为发动机提供足够的空气，又可在正常飞行或战斗高度上达到雷达反射的最小化。

　　洛克希德·马丁公司和麦克唐纳·道格拉斯公司(后者现已退出竞争)则是更多的依赖于通向发动机的弯曲进气道来避免雷达反射。雷达波一旦进入进气道，就被散射到由RAM材料制成或覆有这种材料的表面上。雷达专家们指出，经过多次反射以后，可能造成危险的雷达反射波就几乎不存在了。洛克希德·马丁款式的进气道比较小，有利于堵塞比较高的频率。波音款式的发动机强调风扇推力，因而风扇比较大。洛克希德·马丁款式强调轴功率输出。

　　关于JSF的竞争形成了一个良好的开端，将技术和战术目标结合起来，用于防止发动机、排气口、及武器舱的雷达反射。例如，波音公司JSF的发动机，离进气口只有几英尺。为防止雷达反射，发动机藏在进气口导流叶片的后面，这种导流叶片经过RAM材料处理，并且其形状能使雷达波经过几次反射，包括反射到导流叶片后面，经多重反射后，使雷达能量减削弱到不足以构成任何危险的反射。

　　雷达堵塞器或隐身进气口装置，已经应用到波音公司的F/A-18E/F和F-22战斗机上，并且在F-22上还有所改进。F-22和F/A-18E/F都采用了弯曲进气道和雷达堵塞器技术的结合。在F/A-18E/F 上，雷达堵塞器是与发动机是分开的，而现在波音公司设计的X-32上，进气口雷达堵塞器已与发动机做成一体。

　　SR-71侦察机用很大的进气道中心锥来控制雷达反射。F-117用一种更为原始的网隔扇安在进气口上作为雷达保护器。以后用一种更精致的网屏，但由于堵塞了气流，使飞机的最大速度限制在0.65马赫数，因而作罢。这些早期的设计都远不适应超音速战斗机对更廉价更可靠的隐身系统要求。

　　对于有单一大型发动机进气口的飞机来说，如何将雷达波挡在发动机之外是最重要的事情。

　　当F-117的进气口护网和其他内部层面处理配合，有助于产生一致的导电表层，使得雷达波绕着隐身飞机流动并从最后面的端点消失。一些隐身技术专家担心，这些从飞机尾部发出的信号，可能有助于反隐身的防御系统。

　　已经开发出其他一些红外及雷达波抑制装置，经常与雷达堵塞器结合起来应用。研究者现在已能较好地处理排气口的高温问题。也可以将雷达堵塞器用于飞机排气口，它并不严重影响发动机排气口的气流(这种气流将被转换成能量)。

　　一些隐身技术专家指出，由于应用雷达堵塞器而导致的发动机效率损失可以控制在几个百分点之内，甚至可以忽略。单一大发动机的进气口(波音公司款式)比两个稍小的进气口(洛克希德·马丁公司款式)效率更高。

　　有人认为，用一个弯曲的长导管来隐藏发动机比用一个雷达堵塞器更容易和更可靠。如用雷达堵塞器，还必须考虑其材料的防冻除冰。

　　发动机整体效率取决于装置的设计、管道、以及压力恢复和排气系统的运行等情况。客观地说，如果没有一个精致光滑的管道，也会造成性能的损失。

　　洛克希德·马丁公司款式的JSF为弯曲的长进气道留出了空间，因为发动机安装在机体较靠后的位置。发动机通过传动轴联接驾驶舱后方的升力风扇，可以做到短距和垂直起落。

　　然而，波音公司款式的JSF，其发动机直接驱动，支持飞机短距垂直起落能力。系统要求发动机更大幅度地深入机身内侧，以保证有足够空间来隐蔽发动机，而把雷达堵塞器安装在发动机前方。

　　波音公司款式的支持者认为，新技术可以使用比较短的进气道，问题的关键是究竟多大一段距离与雷达反射有关，虽然更长的进气道容易实现，但他们在飞机内部占用很大空间，经常会产生空气动力学或是维护方面的问题。

　　隐身技术专家认为，选择更长的弯曲进气道还是更大的雷达保护器，这个问题实际上是在飞机的隐身、造价和气动性能之间的权衡。

　　众所周知，雷达堵塞装置使F/A-18E/F飞机的雷达反射面积(RCS)降到了空前的低水平-大约0 dBsm(RCS的度量单位)，相当于直径3 英尺的铝球。这比其它未装有隐身系统的战斗机要小得多。作为比较，一个人的雷达反射面为-10 dBsm；按低雷达可视度标准设计的JSF为 -30 dBsm(相当于一个高尔夫球的雷达反射面)；而B-2和F-22则为 -40 dBsm(相当于玻璃弹球的大小)。

　　F-117、F-22和B-2等设计中还在排气系统中运用了其他雷达波和红外线抑制技术--包括反射和吸收材料。在F-22和JSF发动机的加力燃烧室上，巧妙地设置火焰稳定环，能够形成有效的雷达堵塞。雷达吸收陶瓷也是有效的。

　　屏蔽高温热源，是非常关键的技术，新的反战斗机导弹系统更多的依靠红外线和光学传感器，而不是雷达来发现它们的目标。若飞机外部有一块发射可见光的灼热金属，就会成为这种武器的明显目标。一些隐身设计，如F-117的弯曲的排气系统，可以挡住可见光。但是军方希望有更简单、便宜、可靠的雷达和红外保护系统，结合RAM材料和反射涂层，形成非常保险的高温排气口环境。

　　另外一项与JSF隐身技术有关的是关于武器舱门打开的时间。波音公司武器舱门用1～3秒时间打开，伸出一个5英寸的扰流器使气流偏转，由投射器推出导弹，使其和飞机快速分离，空空导弹点火，舱门关闭。这样，雷达接收器能侦察到武器舱开口的时间非常有限。进行空对地武器的发射，包括打开武器舱门，瞄准及发射，需要6～8秒。

　　波音公司F/A-18E/F飞机上应用了降低雷达波反射的技术-无反射吊架和RAM材料涂层武器，因而在JSF上也可以携带外部武器。

　　洛克希德·马丁公司提供了向下开门的武器舱。

　　波音公司和洛克希德·马丁公司的两款JSF设计有明显区别，为军方提供了许多有关垂直起降系统，进气道设计，武器舱位置以及传感器系统等方面的多种选择。这也可以解释为什么军方乐意让竞争持续到远远超过人们预料的程度。

欲知详细内容，请与《环球飞行》杂志社联系