隐身那些事儿（上）——讲述隐身技术发展及应用的故事

　　铁氧体最早由东京工业大学阳五郎加藤博士发明，并在 1932 年卖出专利。后来 NEC 公司通过把铁氧体磁性粉末混入环氧树脂液制造出了一种可以像油漆那样喷涂的窄带吸波涂料，后来逐步演进形成系列。铁氧体吸波材料的比重较大，吸波效率与入射波频率和涂敷厚度有关。国外一种产品在涂敷厚度 2mm 时，对 8~12GHz 厘米波段的两个选定频率吸收效率可以达到 98~99.4%，峰值外附近频段可吸收 90~97%，但每平方米涂层的重量已达到了 6kg 的程度。据悉 F-117 机表应用的也是这类材料，其全机表面涂敷的吸波材料总重量将近1吨。这类材料的另一个明显缺点是高温时（400~500℃）会迅速氧化，在 300℃ 以上一段时间后也会逐渐失效，因此基本上不能用在发动机喷管附近的高热部位。

　　如果能制造一种导电率连续变化的材料，把空气和机体的导电率平滑地连接匹配起来，就不会形成导电率上的突变或跳跃点，不会对入射波形成反射。吸波棱锥体就是基于这种思路设计的，当入射波从椎体顶部开始向底部传导时，导电率是连续平滑下降的，没有反射面，能量不断地被阻抗消耗直至基本消失。这种吸波棱锥体就是我们经常见到的微波暗室中的那些深黑灰色锥形物体，上世纪 60 年代这种椎体形吸波材料还被设置在 SR-71 型高速侦察机的机翼前后缘结构内，通过多次反射吸收入射波达到降低 RCS 的效果。由于结构重量和体积较大，这种形状的材料在飞机上只能局部进行应用。

 

图 16、尖棱锥形吸波结构是构造微波暗室的基础材料

　　上世纪 80 年代期间，一种导电塑料物质被用于研制吸波结构材料，美国人通过多层不同导电率缓变的导电塑料薄片组合达到了多层介电型吸波材料较宽频吸波的效果。这种导电塑料的添加剂含有有毒化合物，曾经引起了一桩员工健康控诉案件，并且有消息说这种材料已经被用在了“黑计划”的项目中。1987 年卡耐基.梅隆大学在研究中意外发现了一组复杂的席夫碱基盐类化合物，这种物质具有比铁氧体基材料更强的吸波特性和仅 1/10 的重量，并且具备系列化吸收各频段电磁波的特点，只需解决粘合剂问题就可以应用到隐身用途。擅长爆料的《航空周刊》杂志报道了这条消息，但随后有关这种材料的消息进入了保密状态，使用情况不详。

　　涂敷型吸波材料还有一个缺点，如果希望把吸收频段扩展到 S 或 L 波段，涂敷厚度和重量会增加到不可接受的地步，对米波波段就更不用想了。为解决这个问题，后来设计出带柱状蜂窝、锥形蜂窝、泡沫等夹芯构型的含碳吸波耗能材料，表面覆盖玻璃钢或凯芙拉类透波材料薄层，可以在夹芯中构成多次反射耗能，取不小于波长 1/10 的厚度，即能在 S 波段也具备较好的吸波效率。这种结构用在嵌入复合材料进气道管壁时，可以取得很好的吸波和消音效果，并且比重较轻，目前也被大量应用，图 17 展示了 F-117 翼面的内部吸波蜂窝结构。

 

图 17 这块 F-117 翼面残骸清晰地展示出了内部的柱状蜂窝吸波结构

　　随着 RCS 计算问题的解决和吸波材料的不断进步，工程化隐身的应用前景已经十分明朗，制约隐身技术大发展黎明前的黑暗已经过去，历史悄然翻开了新的一页。

三、早期的隐身飞机设计

　　早期的隐身飞机实际都只在局部采取了一定隐身措施，有限降低了 RCS，不具备真正的隐身能力，但作为隐形技术的先期验证，在隐身外形、吸波材料等的研制和应用中逐步积累了较多的经验和教训，为后续 70s 中期到 80s 年代隐身技术的飞跃奠定了坚实的工程基础。

Horton go.229

　　历史上首开雷达隐身技术工程化应用尝试先河的其实是德国人。二战末期时，德国研制了几种降低雷达 RCS 的验证飞机，其中对后世隐身战机设计最有影响的是 Horton go.229 飞机，见图 18。该机采用了十分前卫的飞翼型设计，结构使用局部钢管加强的木质结构，机翼前缘的板材结构中被加入了特制的碳质材料，当时德国人发现这种碳质材料可以吸收雷达波，能够有效降低飞机的 RCS。以现代人的视角，但凡第一次看到 Horton go.229 的设计都会大吃一惊，这款具备明显隐身特征的飞机无论是从翼身融合的飞翼外形、为波形反射优化的边缘轮廓、进气道和喷口的屏蔽，还有吸波结构应用（碳质材料）和弱电介质蒙皮（木质）的一整套设计思路和技术应用，与后世的 B-2 都存在着惊人的相似点，令人不得不由衷地佩服德国人在二战期间隐身设计思想的前瞻性和创造力。遗憾的是这款飞机出现太晚，随着德国的战败最终未能完成研发，曾有传言战后其部分技术资料被美国人获得，而诺格公司也确实曾经复制出一架 Horton go.229 样机进行分析测试，证实了其隐身特性。时至今日个中曲折已无法辩其真伪，只是不知道当风华绝代的 B-2 隐身轰炸机幽幽掠过欧洲航展上空之时，这个世界上还有多少人能够依稀回想起曾经惊艳一时的 Horton go.229。

 

二战中的 Horton go.229 原型机

图 18、昙花一现、生不逢时的纳粹德国 Horton go.229（复制机）

　　德国人的隐身技术研发虽然拔了头筹，只可惜实在生不逢时，历史不可重来，从冷战时期前苏联官员慷慨送出大礼包的那一刻起，铸就隐身技术春天的荣耀注定将落在对此锲而不舍、雄心勃勃的美国人身上。

U-2

　　上世纪 50~70 年代，从朝鲜战争到越战和冷战，华约的防空体系日益增强，给美国空军的侦察和战斗行动带来了的巨大威胁。1953 年，美国空军起草了一份关于研制一种能在 21,000 米以上高空飞行对前苏联地面目标进行侦察的飞机，其生存力主要依赖于飞行高度，但也同时提到了要减缩飞机的 RCS 以降低被防空雷达探测到的机率。虽然降低 RCS 作为一个设计目标被列入洛克希德的 U-2 方案和马丁的 RB-57 方案中，但以当时的技术基础其实没有什么实际措施能够采用。位于美国内华达州马夫干湖床区神秘的 51 区被洛克希德“臭鼬工厂”选作 U-2 的试验场地，经测试服役后，U-2 被用于对苏联、中国、古巴等国家进行高空侦察。在其服役的头三年里可谓风光无限，因为前苏联当时还没有能在 2 万米高空以上拦截它的导弹和战机，不过雷达可以轻易跟踪到 U-2 的飞行轨迹。随着前苏联具有 25,000 米高度拦截能力的 S-75 导弹开始装备并在 1960 年首次击落 U-2 后，美国逐渐减少了 U-2 在高威胁地区的飞行任务。