电磁散射大作业
电磁散射与隐身技术导论
课程大作业报告
学 院: 电子工程学院 专 业: 电子信息工程 班 级:
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日 期: 2014 年 06 月 成 绩: 指导教师: 姜文
舰船隐身技术
在现代海战中 ,舰船暴露在开阔的海面上 , 极 易受到空中 、海上和水下多方面的攻击 ,一艘隐身 性好的舰船能有效地降低被敌方雷达发现和被敌 方武器击 中 的 概 率 。近 年 来 , 随 着 科 学 技 术 的 发 展 ,各种探测技术有了长足的发展 ,水面舰船被发 现和命中的概率不断提高 ,这就对舰船隐身技术提 出了新的挑战 。目前 , 世界各国对此都相当重视 , 许多国家投入大量人力 物力和财力研究隐身技术 和舰船隐身技术 、。然而 ,舰船隐蔽性设计所涉及的 范围较广 、技术复杂 、难度深 、投资大 ,是一门综合 性的科学 。本文对舰艇隐身设计所涉及到的有关 技术问题及发展方向进行探讨 。 隐身技术简介
舰船隐身技术是现代舰船系统发展中出现的 一项高新技术 ,隐身技术作为提高舰船系统生存 、突防 ,尤其是纵深打击能力的有效手段 , 已经成为集陆 、海 、空 、天 、电 、磁多维一体的立体化现代战争 中最重要最有效的突防战术技术手段 。
隐身技术是研究如何控制 缩减舰船的特征信 号 ,降低声 、纳 、雷 达 、磁 探 仪 等 探 测 系 统 的 发 现 距 离 、减少以 特征 信 号为 引信 的 制 导 武 器 的 命 中 概 率 ,从而提高舰船的生存能力 、突防能力及作战效 能的技术 。影响舰船隐身性能的特征信号 ,通常包 括声信号、磁信号、 红外信号、、 电场信号 、、尾迹信号 、、 光信号等 。
隐身方法
1 外形隐身
舰船外形隐身技术的实质是将舰船的强反射 结构转换 为弱 反射 结 构 , 即 通 过 改 变 舰 船 表 面 形 状 ,在一定角域内显著减少其雷达散射截面 ,舰船 外形设计合理 ,能大幅度减少雷达回波的强度 ,在 舰船设计上可采用以下措施来降低雷达散射截面。
舰船上层结构尽量设计成将回波集中指向背 离敌人的一个方向 (预先确定多个方向) ; 尽量减少 在露天区域安装金属设施 ,除必要的通风口 、通气 口外 ,其它金属物体不在露天甲板设置 ,或对露天 安装的设施采取加遮挡形体 。
除了上面述及之外 ,整个舰艇的形体设计可趋 , 整 体 呈 流 线 型 , 减 少 凹 凸 面 、垂 直 直 角面 ,这样可避免雷达波的 ,也有利于舰
( RA M ) 有效地吸收入射雷达波 ,从而使舰船总的回波强度 显著降低 ,能达到在所有方向同时减小 RCS 的隐 身效果 。 在不影响总体性能 、结构 、强度的前提下 ,尽量 采用非金属材料 ,这就是所
谓的结构材料隐身 ,虽 造价昂贵或条件限制 ,但这是舰艇隐身发展方向 。 在局部可选用 ,例如导弹发射箱 炮盖或桅杆等 、。
早期研 制 的 第 一 代 雷达吸波材料已使用多年 ,实战使用始于马岛战争 。
RA M , 大 多 是 窄 带 、谐 振 四分之一的波长 ,对付特定威胁的吸波材料 ,适 合、
用来对付飞鱼导弹 。其它 RA M 适合用来对付 其它威胁 ,如捕鲸叉和两伊战争期间伊朗购买的蚕 式导弹 。后来研制的第二代和第三代 RA M ,牺牲 一些最大衰减性能而使宽带性能得到改善 。
3 声隐身
现代海战是一场综合性的战斗 ,不仅雷达可以 发现目标 ,进行探测 、跟踪 、实施攻击 ; 同样水声设 备 (声纳) 也可以发现目标 、探测跟踪目标 、提供信 息 、攻击 ,而舰艇的自身噪声是被敌方声纳发现的 一种有害源 ,因此在舰艇隐蔽性设计中 ,控制舰艇 的自噪声也是至关重要的 。
各种不同机械都发出特有频率的声音 ,这种声 音有齿轮齿合发出的 ,有涡轮叶片发出的 , 还有电 动机发出的 。在低于诱发螺旋桨旋转真空的速度 下 ,这些机械噪声的频率就成了研究降低噪声的主要课题 。
最常见的被动降噪方法是把机器 安装在动态性能和静态性能都能达到要求的弹性 机座上 。为使振动着的机器与外部隔绝 ,机座里面 必须有一定的弹性 ,而且必须精心设计 ,以使机座 上的机器和设备的性能不致受到航行所产生的运动的有害影响 。设计较好的弹性机座 ,可使某些频率 (主要是高频) 的振动降低 50 dB 。被动降噪的技 术有限 ,它只对消除中高频噪声效果较好 ,不适于 控制低频噪声 ,也许完全不能有效的隔离某些设备 (如排气管道和高压管路) 或某种情况下产生的噪 声 ,而且被动降噪设备还很笨重 。
4 磁隐身
磁探仪可以通过探测舰船在水下运动时地磁 场的变化探测舰船 ,磁场可引发磁性水雷爆炸 。由 于绝大多数舰船是用钢铁建造的 ,在地球磁场中被 磁化 ,航行 在 海 中 的 舰 船 , 其 周 围 空 间 产 生 磁 场 。 这种磁场使得被磁化了的舰船在海中仿佛一个巨大的 、浮动的磁体 ,一旦遇上磁性水雷 ,这将导致水 雷引信动作 ,把舰艇炸毁 。
在消磁站或消磁船等专用场地进行临时线圈 消磁 ,即在被消磁的舰艇上临时绕上若干个线圈 , 通以强大的电流 ,由此消去舰艇的固定磁性 。在舰艇内部敷设若干组固定线圈 ,借助于消磁 电流整流器 ,在固定线圈中产生会随航向和海区变 化的消磁电流 ,进行固定绕组消磁 ,由此补偿掉舰 艇的感应磁性 。
5 红外隐身
红外探测器可以探测到舰船的红外辐射场 、红 外制导导弹可以跟踪 、命中
μm 中红外区 舰船 。红外辐射主要有 两个“大气窗口”, 即 3 ~ 5、常成为红外
μm 远红外区可形成热 成像而暴露舰船 制导导弹的“亮点”;8~12。
海面大气吸收和散射使有些波长的红外光迅 速衰 减 掉 , 但 对 3 ~ 6μm 中 红 外 区 ( M IR ) , 6 ~15μm 远红外区 ( F IR) 的吸收和散射不是很重要 。 在 750 K 温度范围内的“热源”, 在 M IR 窗口辐 射源最强 。在室温附近温度范围内的“温源”其辐 射温度主要在 F IR 窗口 。舰船在其整个表面都辐 射热能 。舰身绝大部分的表面温度与周围大气温度相差不大 ,因此属 F IR 窗口的辐射 。船的上部与四周有一些热点 ,如烟囱和排出的含燃烧产物的燃 气 。这些部 位温 度较 高 , 辐射 在 M IR 。只 占 全 舰 面积 2 %的这部分 ,却可产生出
99 %的 M IR 特征 , 这些集中的 M IR 辐射源被反舰导弹导引头利用来 跟踪目标 。
动机排气道邻近部位 。消除 ,是把内燃机和 辅助 能承受高压 ,但启动时还需要通 。另一方面 ,还可对金属表面和排气 进行冷却 , 的上部 ,将排出的燃气体加以稀释和冷却
6 电场隐身
舰船的水下电场也是一种特征信号源 ,必须设 法降低 ,使其达到不足以引
( S E ) 和交变电场 ( A E ) , 静电场由于 爆水雷的程度 。舰船电 场分为静电场
舰船各种金属化学电位不同 ,引起腐蚀电流在海水 中流动以及采用有源阴极保护系统 ( A C P ) 产生的 电流 。交变电场由主轴转动时水中的电流被调制 构成了 A E 的一部分 ,此外为旋转的螺旋桨所感应 的交变电流 。因此设计舰船时考虑安装电保护装 置 屏蔽装置以及电场补偿系统装置 、。
在航渡和潜伏状态 ,一般电子设备应处于静默 状态 ,而使用卫星导航设备完成船舶导航 , 采用雷 达侦察告警设备 ,侦知敌情 ,或利用数据链实行资 源共享的优点 ,获取敌情 ,为我方分析 、利用 ,以便 对目标实施攻击 。
在航渡和潜伏过程中 ,当需要开启有关电子设 备时 ,这些设备必须在技术上采取一定的措施 ,使 被截获概率降低 ,战术上隐蔽使用 。例如通信设备 采用自适应跳频技术等 ,并结合形体设计减少电磁 波的二次辐射 。 7 尾迹隐身
舰船在海洋中航行时 ,会留下尾迹 ,尾迹持续时 间长 、不易消除 、不易伪装 ,成为暴露舰船 被对方探 测和水中兵器跟踪 、打击的信号场 、。舰船尾迹按物 理效应划分 ,包含声尾流 磁尾流 、热尾流等 、。因此 , 舰船设计时尽量优化船体线型以及控制边界层 。
8 光隐身
舰艇的颜色及光洁度对光的反射强度差异是 很大的 ,一艘舰船在汪洋大海中 ,如果其舰艇颜色和光洁度不考虑对光的反射 ,那么极易被敌飞机发现 ,实施攻击 。因此 ,舰艇设计时必须注意到舰船 外表的颜色和光洁度 ,使用吸光性能强 、反射性能 差的颜色 ,如甲板油漆用深褐色 、侧壁用深兰灰色 等 ,表面光洁度不作特别要求 ,这样可收到一定效 果 。
9 三废处理
三废处理不仅是海洋防污染的要求 ,对防止被 发现也至关重要 ,敌方凭污迹就可进行航迹跟踪 ,这方面在世界海战史中有过血的教训 ,所以舰艇设 计必须配置良好的三废处理设备 。
本文在分析了舰船隐身面临的主要挑战以及 各种探测技术对舰船威胁的程度等级的基础上 ,论 述了舰船隐身技术的发展方向及需求 。其中 ,外形 隐身 ,材料隐身已经广泛地应用于各国舰船 ,而且 技术越来越成熟与进步 ,声纳隐身和磁场隐身是两 个世界性难题 ,进展缓慢 ,亟待破解 ,光隐身与电场 隐身是新兴的隐身方法 , 有待进一步发展 。此外 , 等离子隐身技术的出现将是舰船隐身的一场革命 。 最后 ,本文对舰船的隐身设计进行了探讨 ,为提高 我国舰船的隐身性具有一定的工程实用价值 ,可以 预见的是 ,随着一些关
键性技术的突破 , 舰船的隐 身性能也必将取得长足的进步 。
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