隐身那些事儿（下）——讲述隐身技术发展及应用的故事

图 5、这架总装完的 F-22 正在进行表面隐身涂料喷涂，以增强雷达、红外吸收效果

　　为控制飞机重量和提高可维护性，F-22 对吸波材料（RAM）和吸波结构（RAS）的应用在满足 RCS 设计指标的情况下被降低到了最低限度，主要通过外形和结构的优化设计方面来实现隐身。按照一个较为普遍认同的观点，F-22 的隐身效果 85% 由外形决定，其余 15% 通过吸波材料和吸波结构实现，根据一项较为公认的的数据分析，其前向 RCS 约为 0.065m²，只有典型三代机的 1/100 左右。F-22 的隐身设计遵循“平衡可探测性”原则，在具备突出的雷达隐身性能的同时，还兼具优秀的红外隐身和声音隐身性能，在隐身设计与气动布局以及推力矢量的结合方面，达到了一个前所未有的高水平。根据已公开的数据，仅在演示验证阶段，花在 YF-22 的 RCS 测试时间累计就已达到了 3,200 小时，YF-23 此项也基本类似。

　　F-22 外形隐身设计特征主要包括：

　　①. 机身采用带两侧棱边的凹凸曲面机身设计，包括带金属镀膜的整体式座舱盖外形设计也符合这一低 RCS 原则。得益于计算机技术的极大提高，F-22 的 RCS 分析设计采取了整机计算机模拟方法（含吸波进气道、吸波材料和结构影响），较十几年前 F-117 的分段分部件模拟和合成更精确和全面，且不再受计算能力限制只能进行少量多面体设计，实现了更符合气动要求的连续曲面设计，该机的 RCS 试验结果与计算机模拟预测值偏差很小，其中关键频率 73% 与预测值差异在 2dB 以内，97% 在 3dB 以内；

　　②. 飞机所有边缘、缝隙、平面倾角等均按照平行原则设计，严格保持与主翼面前后缘和V形垂尾平面倾斜角度的一致性，以合并减少边缘反射的主要波峰数量。同时，所有无法避免的断面、端面如襟副翼等活动翼面侧端均按照倾斜平面要求进行削尖处理，减少直接镜面反射量；

　　③. 机身和机翼采取翼身融合设计，并保持了机身棱边、边条和机翼边缘的连续延展，减少外形上影响电磁波传递的不连续断点，这条棱边兼顾了气动设计上边条的作用，前机身的 3 段式棱边可以产生有利的组合涡系增加升力；

　　④. 采用双斜切入口的 Caret 式 S 形进气道，避免入射波直接照射发动机叶片，同时涂覆吸波材料，通过电磁波在S形弯曲吸波通道内不断反射吸收，逐步衰减回波能量；

　　⑤. 雷达天线和底框采用固定倾角安装，局部贴覆吸波材料，雷达罩采用低 RCS 外形并应用频率选择表面设计（FSS，一种分层滤波网络，具有频率带通特性），这样只有在本机雷达工作频段内的电磁波可通过，并将其他目标发射的该频段雷达波大部分反射至其他方向和吸收削弱；

　　⑥. 机表主要开口采用致密的菱形金属导电格栅网屏蔽，同时主要天线和传感器也不再伸出机表，而是采取内埋保形设计，部分有活动口盖，在非工作状态时可屏蔽；

　　⑦. 机身主要边缘和带转角点应用吸波材料和吸波结构，外表喷涂吸波和红外抑制涂料，对机身和机翼前缘的一些气动热点设计了燃油循环冷却装置（关于这项设计，还记得洛克希德 SR-71 的燃油循环冷却系统吗？）；

　　⑧. 正常作战状态无外挂，武器隐藏在机身两侧和腹部的内置武器舱内，机炮口也设置舱盖屏蔽。普通武器外挂架单件就可能造成 0.5~1m² 左右的 RCS 增量，因此武器内置或采取保形外挂的方式对隐身战机来讲是不可或缺的措施；

　　⑨. 采取喷口较扁平的二元矢量喷口设计，边缘锯齿倾角也符合平行设计原则，F-22 的二元喷管虽然推力损失了 2~3% 左右，但由于具有较大的管壁面积和较低的高度，有利于后机身的融合一体化设计和空气混合冷却，雷达隐身和红外隐身效果突出，其中 3~5μm 红外抑制效果达到 80~90% 左右，红外辐射波瓣大幅缩小。同时， F119 发动机还带有液氮冷却装置，可以瞬间降低尾部喷流局部温度，在面对红外格斗导弹尾追攻击时可在一定程度上达到瞬间红外隐身的效果，降低被击中概率。

　　除上述外形相关的隐身设计外，F-22 还采取了天线共用减少辐射孔径、光缆传输、可定向收发的窄波束数据链等措施，进一步降低了主动向外辐射暴露位置的可能性。虽然 APG-77 有源相控阵雷达具备一定的被动探测功能和自适应调零能力，但 F-22 隐蔽接敌模式的被动探测和情报收集能力主要依靠的是其综合电子战系统（INEWS），其中关键是 AN/ALE-94 雷达告警接收机（RWR），这方面的分析本文将在后面电子对抗章节中详细论述。

图 6、演习中的两架 F-22 战斗机

　　F-22 首架生产型于 2005 年底交付，由于苏联解体冷战结束，美国空军在全球面临的威胁降低，加上本身研发制造成本剧增等原因，F-22 的计划生产数量多次调减，从最初的 750 架一直削减到了 187 架（4 架已坠毁），按照美国方面评估，这个数量应该可以满足支持同时开展两场中等烈度地区性战役的需要。在美军历次举行的演习中，F-22 取得了令人难以置信的骄人战绩，例如对 F-15、F-16、F/A-18 等机型 0：144 的交换比；在对欧洲战机 EF-2000 和阵风的对抗演习中，只在近战和限制过载的情况下有过被“击落”记录；另一次是在对抗 EA-18G“咆哮者”时，据称被对手利用电子对抗手段抢到先机并“击落”。

图 7、EA-18G 在演习中曾击败过 F-22，左图为在 HUD 中显示锁定 F-22 的情形

　　F-22 自服役以来至今经历了增量 2、增量 3.1、增量 3.2 等多次系统升级和 4 次武器能力更新，包括战术数据链从 IFDL 到 TTNT(增强 Link-16)、MADL（多功能先进数据链，与 F-35、B-2 通用）的升级，APG-77 雷达增加合成孔径（SAR）功能实现对地面机动目标的成像分辨和精确打击能力，增加电子攻击能力，优化武器投放能力（超音速状态下投放空-空和空-面武器）等。其中增量 3.2 计划分为多个阶段：阶段A预计在 2014 年完成，主要针对雷达、通讯数据链和电子对抗设备等升级；阶段 B 计划 2018 年完成，将使全部 183 架 F-22 具备使用 AIM-9X 和 AIM-120D（增程型，有效射程>180公里）的能力，阶段 C 尚未定义完成。研究中的后续计划还包括升级 AN/AAR-56 导弹发射探测系统，并加载类似 F-35 的全向态势感知和红外搜索跟踪系统（SAIRST），综合战斗力将进一步得到完善和提高。