紅外隱身技術(shù)在無(wú)人機(jī)上的運(yùn)用

王偉宇

摘 要：當(dāng)前，無(wú)人機(jī)在軍事領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛，各國(guó)對(duì)其隱身能力也越來(lái)越重視。文章從紅外隱身設(shè)計(jì)入手，從降溫、遮擋以及應(yīng)用低發(fā)射率材料等方面對(duì)紅外隱身技術(shù)在無(wú)人機(jī)上的運(yùn)用進(jìn)行了詳細(xì)探討。

關(guān)鍵詞：紅外隱身技術(shù)；無(wú)人機(jī)

隨著智能探測(cè)技術(shù)和精確制導(dǎo)武器的不斷發(fā)展，作戰(zhàn)飛機(jī)的生存能力越來(lái)越低，已經(jīng)滿(mǎn)足不了空中探測(cè)和作戰(zhàn)需求，因此，發(fā)展生存能力更高，應(yīng)用性更強(qiáng)的無(wú)人機(jī)就顯得十分必要。為了確保不被敵人探測(cè)技術(shù)發(fā)現(xiàn)，潛入敵區(qū)順利執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，除了要有效躲避雷達(dá)探測(cè)之外，還應(yīng)該通過(guò)降低自身紅外輻射的方式來(lái)躲避敵人紅外探測(cè)儀器的探測(cè)。在無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中，其紅外輻射會(huì)不斷發(fā)生變化，如果不對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效處理，很容易被敵人紅外探測(cè)儀器所發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而暴露目標(biāo)，導(dǎo)致任務(wù)無(wú)法順利執(zhí)行甚至是直接被敵人擊落。因此，為了能夠有效躲避紅外探測(cè)儀器的探測(cè)，就需要對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行紅外隱身設(shè)計(jì)。

1 應(yīng)用于無(wú)人機(jī)中的常見(jiàn)紅外隱身技術(shù)

1.1 降溫技術(shù)

紅外輻射實(shí)際上就是熱輻射，通過(guò)降溫，能夠有效降低無(wú)人機(jī)的紅外輻射，進(jìn)而達(dá)到躲避紅外探測(cè)儀器，當(dāng)前，在無(wú)人機(jī)紅外隱身設(shè)計(jì)中，常用降溫技術(shù)主要有兩種：一種是蒙皮技術(shù)，一種是排氣系統(tǒng)處理技術(shù)。

1.1.1 蒙皮技術(shù)

蒙皮技術(shù)指的是無(wú)人機(jī)隱身設(shè)計(jì)中，通過(guò)采取相應(yīng)的抑制措施來(lái)對(duì)無(wú)人機(jī)機(jī)體外表、發(fā)動(dòng)機(jī)艙以及環(huán)控系統(tǒng)等熱影響區(qū)的溫度進(jìn)行有效控制，進(jìn)而達(dá)到降低無(wú)人機(jī)溫度，減少紅外輻射的目的。當(dāng)前，常用抑制措施主要有兩種，一種是層流抑制，一種是主動(dòng)冷卻抑制。

1.1.2 排氣系統(tǒng)處理技術(shù)

排氣系統(tǒng)降溫處理主要包括兩種方法：一種是采用噴管腔體進(jìn)行降溫，一種是采用噴流進(jìn)行降溫。采用噴管腔體降溫技術(shù)時(shí)，應(yīng)該采用狹縫、氣膜以及沖擊冷卻等相關(guān)技術(shù)對(duì)無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的中心錐、噴管側(cè)壁以及直板等部件進(jìn)行表面降溫處理，進(jìn)而達(dá)到降低無(wú)人機(jī)紅外輻射的目的。采用噴流技術(shù)時(shí)，主要是通過(guò)對(duì)二元噴管、s彎噴管、噴管出口鋸齒以及波瓣混合器等進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，對(duì)噴管內(nèi)涵和外涵氣流以及噴流和大氣的摻混進(jìn)行強(qiáng)化，進(jìn)而達(dá)到降低無(wú)人機(jī)機(jī)體溫度，減少紅外輻射的目的。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行紅外隱身設(shè)計(jì)的過(guò)程中，如果對(duì)無(wú)人機(jī)的發(fā)動(dòng)進(jìn)行沖擊冷卻，能夠提升冷氣流量至1.5%左右，使整個(gè)無(wú)人機(jī)機(jī)體溫度降低35-80K，可有效降低30%左右的正尾向紅外輻射，效果較為明顯。

1.2 遮擋技術(shù)

遮擋技術(shù)，指的是在對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行紅外隱身設(shè)計(jì)的過(guò)程中，采用紅外輻射強(qiáng)度較弱的部件代替紅外輻射強(qiáng)度較強(qiáng)的部件，進(jìn)而達(dá)到降低紅外輻射的目的。在對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行紅外隱身設(shè)計(jì)的過(guò)程中，遮擋技術(shù)主要應(yīng)用于噴管和噴流這兩個(gè)溫度比較高、熱輻射比較強(qiáng)的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中[1]。其中，不僅包括對(duì)二元噴管、s彎噴管、噴管出口鋸齒以及波瓣混合器等進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，包括對(duì)無(wú)人機(jī)總體布局進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)，比如，以背負(fù)式以及內(nèi)所安裝等方式替代傳統(tǒng)的噴管設(shè)計(jì)。

如圖1所示，為相同工作條件和運(yùn)行狀態(tài)下，寬高比不同的二元噴管在高度為3—5m波段的紅外輻射光譜變化規(guī)律。

在圖1中，（a）為0°下寬高比不同的二元噴管在3-5m波段的紅外光譜抑制效果，（b）為5°下寬高比不同的二元噴管在3-5m波段的紅外光譜抑制效果。從圖中能夠看出，在1-16倍寬高比下，機(jī)體紅外輻射強(qiáng)度與二元噴管的寬高比成反比，當(dāng)二元噴管的寬高比增大時(shí)，機(jī)體紅外輻射強(qiáng)度就會(huì)逐漸降低。并且，有關(guān)資料顯示，采用遮擋技術(shù)能夠?qū)o(wú)人機(jī)機(jī)身側(cè)后方45°范圍內(nèi)的紅外輻射強(qiáng)度進(jìn)行有效抑制，其最高時(shí)，能夠降低45%左右的側(cè)向紅外輻射。

1.3 低發(fā)射率技術(shù)

低發(fā)射率技術(shù)，指的是在對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行紅外隱身設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)采取相應(yīng)的處理措施對(duì)無(wú)人機(jī)固體部件的紅外輻射強(qiáng)度進(jìn)行降低。當(dāng)前，在應(yīng)用低發(fā)射率技術(shù)對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行紅外隱身設(shè)計(jì)的過(guò)程中，多采用涂敷和鍍制專(zhuān)用低發(fā)射率涂料的方式對(duì)固體部件的紅外輻射強(qiáng)度進(jìn)行控制，然而，該項(xiàng)技術(shù)作為各國(guó)保密技術(shù)的重中之重，到目前為止，尚無(wú)公開(kāi)的具體設(shè)計(jì)方案。

2 紅外隱身技術(shù)在無(wú)人機(jī)上的應(yīng)用情況

自20世紀(jì)70年代末期開(kāi)始，世界各國(guó)便開(kāi)始研制無(wú)人機(jī)，并嘗試將紅外隱身技術(shù)等相關(guān)設(shè)計(jì)應(yīng)用在無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)中，時(shí)至今日，已經(jīng)陸續(xù)誕生“暗星”、“雷神”、“全球鷹”、“RQ-170”、“神經(jīng)元”“X-45A”以及“X-47B”等數(shù)種具有明顯紅外隱身功能的無(wú)人機(jī)。如圖2所示，即為當(dāng)前幾種名氣較高的無(wú)人機(jī)，分別為“X-45A”、“X-47B”、“全球鷹”以及“暗星”。

通過(guò)對(duì)當(dāng)前已經(jīng)問(wèn)世的無(wú)人機(jī)進(jìn)行研究和分析可以發(fā)現(xiàn)，在無(wú)人機(jī)紅外隱身設(shè)計(jì)中，二元噴管、s彎噴管、噴管出口鋸齒、波瓣混合器以及機(jī)身一體化等設(shè)計(jì)和發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)所安裝、涂覆低發(fā)射率材料、對(duì)噴口和噴流進(jìn)行沖擊冷卻以及噴口斜切等紅外隱身設(shè)計(jì)方式已經(jīng)在無(wú)人機(jī)的紅外隱身設(shè)計(jì)中得到了良好的應(yīng)用效果[2]。當(dāng)然，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，必然有新的紅外隱身設(shè)計(jì)方法得到了實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外紅外隱身技術(shù)的研究和發(fā)展情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，在所有紅外隱身技術(shù)中，涂覆低發(fā)射率材料、沖擊冷噴管腔內(nèi)固體壁和噴管改裝設(shè)計(jì)等技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，并且已經(jīng)在F-22等隱身戰(zhàn)斗機(jī)上得到了應(yīng)用驗(yàn)證。隨著科學(xué)技術(shù)水平不斷發(fā)展，在執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)無(wú)人機(jī)所面臨的紅外威脅也逐漸變大，暴露的可能性越來(lái)越高。因此，為了能夠有效躲避敵方紅外探測(cè)儀器的探測(cè)，除了繼續(xù)發(fā)展和完善降溫、遮擋以及應(yīng)用低發(fā)射率材料等技術(shù)之外，針對(duì)不同的隱身要求，還應(yīng)該繼續(xù)研發(fā)新型的紅外隱身技術(shù)，以進(jìn)一步提升無(wú)人機(jī)的隱蔽性。

3 結(jié)語(yǔ)

在無(wú)人機(jī)的隱身設(shè)計(jì)中，紅外隱身設(shè)計(jì)只是所有隱身設(shè)計(jì)中的一種，除此之外，還有雷達(dá)、可見(jiàn)光、聲波以及外形隱身設(shè)計(jì)等，想要實(shí)現(xiàn)真正的“隱身”，就必須權(quán)衡各項(xiàng)。總的來(lái)說(shuō)，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，各種探測(cè)技術(shù)對(duì)作戰(zhàn)飛機(jī)的威脅也變得越來(lái)越大，因此，一定要重視起對(duì)無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)作用的發(fā)揮，并不斷提升其隱蔽性。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉娟，龔宏光，韓良.無(wú)人機(jī)的紅外隱身特征[J].激光工程，2011（7）：64-67.

[2]寧全利，汪衛(wèi)華，張益興.提高無(wú)人機(jī)裝備作戰(zhàn)效能方法研究[J].航空兵器，2010（3）：34-35.