在如今這個(gè)信息爆炸的年代，知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題越來(lái)越受到普遍重視，在某些場(chǎng)合甚至可以作為攻擊潛在對(duì)手的最佳武器。時(shí)間撥回到半個(gè)世紀(jì)之前，1962年蘇聯(lián)物理學(xué)家彼得?烏菲姆采夫（Pyotr Yakovlevich Ufimtsev）發(fā)表了Method of Edge Waves in the Physical Theory of Diffraction一書(shū)，而該研究被認(rèn)為沒(méi)有重大軍事/經(jīng)濟(jì)價(jià)值，得以在國(guó)際上公開(kāi)發(fā)表。1971年，該書(shū)被美國(guó)空軍外國(guó)技術(shù)部（國(guó)家空中情報(bào)中心）的懷特?帕特森翻譯成英文，該書(shū)概述的方程式量化了飛機(jī)的形狀對(duì)雷達(dá)的可探測(cè)性的影響，令美國(guó)工程師們茅塞頓開(kāi)。20世紀(jì)年代，美國(guó)國(guó)防部啟動(dòng)了Lockheed Have Blue計(jì)劃，項(xiàng)目目的是開(kāi)發(fā)隱身戰(zhàn)斗機(jī)，洛克希德?馬丁公司在與諾斯羅普?格魯曼的競(jìng)爭(zhēng)中勝出。從此，美國(guó)在隱身技術(shù)領(lǐng)域一馬當(dāng)先，F(xiàn)-117、B-2、F-22相繼問(wèn)世，美國(guó)F-22隱身戰(zhàn)斗機(jī)代表著繼F-117A隱身攻擊機(jī)和B-2隱身轟炸機(jī)之后的第三代隱身技術(shù)，即在不損失機(jī)動(dòng)性和飛行速度的情況下實(shí)現(xiàn)隱身。F-22作為集大成者服役十多年來(lái)一直都是美軍空基力量的典型代表。

《衍射物理理論中的邊波方法》（翻譯版）奠定了雷達(dá)隱身技術(shù)工程應(yīng)用的理論基礎(chǔ)

F-22是美國(guó)空軍高級(jí)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)（Advanced Tactical Fighter）計(jì)劃的結(jié)果。上世紀(jì)70年代末80年代初，基于美國(guó)空軍的空戰(zhàn)研究和蘇聯(lián)新型制空戰(zhàn)斗機(jī)MiG-29/Su-27即將服役的情報(bào)分析，美國(guó)空軍對(duì)高級(jí)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)提出了新的空中優(yōu)勢(shì)的要求，并計(jì)劃用來(lái)取代全部F-15。1983年5月，美國(guó)空軍發(fā)布了名為“聯(lián)合先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)”（JAFE）的戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的招標(biāo)書(shū)（RFP），普惠公司和通用電氣公司于1983年9月獲得了開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)原型發(fā)動(dòng)機(jī)的合同。1986年7月，波音，通用動(dòng)力，洛克希德，諾斯羅普和麥克唐納?道格拉斯提出了提案。1986年10月，美國(guó)空軍選擇了兩個(gè)承包商——洛克希德?馬丁公司和諾斯羅普?格魯曼公司進(jìn)行了為期50個(gè)月的演示/驗(yàn)證階段，最終對(duì)兩種技術(shù)原型機(jī)YF-22和YF-23進(jìn)行了飛行測(cè)試。根據(jù)洛克希德公司、通用動(dòng)力公司和波音公司之間的協(xié)議，如果只選擇了一家公司的設(shè)計(jì)，則剩余兩家公司同意共同參與開(kāi)發(fā)。諾斯羅普?格魯曼和麥克唐納?道格拉斯也有類(lèi)似的協(xié)議。

飛行演示階段的YF-23與YF-22

1991年8月，洛克希德團(tuán)隊(duì)獲得了開(kāi)發(fā)和制造“先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)”的合同，后續(xù)YF-22被修改為F-22“猛禽”生產(chǎn)型。僅從隱身角度而言，YF-23比YF-22有著較為明顯的優(yōu)勢(shì)，比如和B-2一脈相承的內(nèi)埋式噴管、四個(gè)方向高度一致的外形設(shè)計(jì)和取消的水平尾翼。但在機(jī)動(dòng)性、彈艙設(shè)計(jì)和項(xiàng)目管理（B-2的前車(chē)之鑒）上的劣勢(shì)可能是導(dǎo)致空軍最終選擇YF-22的原因。出于成本考慮以及當(dāng)時(shí)世界空軍力量的分析判斷，美軍于2011年關(guān)閉了F-22的生產(chǎn)線，迄今為止F-22一共生產(chǎn)了195架，其中8架為技術(shù)驗(yàn)證機(jī)。

飛行測(cè)試中的最后一架F-22，于2012年5月2日交付美國(guó)空軍

外形隱身設(shè)計(jì)

與飛機(jī)總體設(shè)計(jì)密切相關(guān)的是外形隱身技術(shù)。具有相同幾何界面的目標(biāo)，由于電磁散射機(jī)理不同，導(dǎo)致RCS差別很大。通過(guò)改變飛機(jī)外形來(lái)減縮飛機(jī)RCS時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：改善飛機(jī)的總體布局以減少散射源；變強(qiáng)散射源為弱散射源；對(duì)強(qiáng)散射源進(jìn)行遮擋；控制散射方向，使散射能量集中在雷達(dá)波威脅區(qū)域之外；消除角反射器效應(yīng)；將飛機(jī)的雷達(dá)回波的主要能量控制在很窄方位內(nèi)。

F-22的平面對(duì)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，特別是F119-PW-100發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝的推力矢量噴嘴的仔細(xì)邊緣對(duì)準(zhǔn)

例如，飛機(jī)的側(cè)面、進(jìn)氣道以及雙垂尾均以同一角度傾斜。機(jī)翼前緣以及平尾前緣分別與后緣相平行。機(jī)身的全部艙門(mén)，如起落架、機(jī)炮（藏于機(jī)身進(jìn)氣道上方）武器艙、維修口蓋，還有駕駛艙玻璃框架，均沿兩個(gè)相同的方向進(jìn)行了鋸齒修形處理，以便側(cè)向反射雷達(dá)波。

起落架的鋸齒修形

與F-117明顯不同的是，F(xiàn)-22采用了所謂的連續(xù)曲率設(shè)計(jì)。例如，從正面看，機(jī)翼機(jī)身連接處不形成強(qiáng)烈的雷達(dá)反射源角度，下翼面沿一連續(xù)變化曲率半徑線置于飛機(jī)側(cè)面。在副翼舵面、擾流器以及尾翼整流罩上也能看出連續(xù)曲率技術(shù)應(yīng)用的痕跡。

所有的腔體都應(yīng)謹(jǐn)慎處理，因?yàn)樗抢走_(dá)反射的主要來(lái)源，進(jìn)氣道及尾噴管是大型腔體，在它背面有工作葉片，而葉片作為大型反射源很容易被雷達(dá)探測(cè)。洛克希德馬丁公司的工程人員對(duì)進(jìn)氣道形狀進(jìn)行了處理，進(jìn)氣道沿機(jī)身高度溯流而上，而在該處又重新接合，并在該處留出內(nèi)置彈艙空間。其結(jié)果是從進(jìn)氣道的任何角度都不能直接看到壓氣機(jī)的第一級(jí)（S彎進(jìn)氣道），如下圖所示。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是前向雷達(dá)波入射后經(jīng)過(guò)多次的反射，在反射重點(diǎn)區(qū)域配合雷達(dá)吸波涂層可以大幅度地降低前向雷達(dá)截面積（RCS）。與S彎進(jìn)氣道作用相似的是無(wú)邊界層隔道超聲速進(jìn)氣道（DSI），該進(jìn)氣道在F35戰(zhàn)斗機(jī)上采用。

進(jìn)氣管道的S形設(shè)計(jì)原理圖

戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)的座艙也是不可避免的散射源，其中有飛行員和各種儀表設(shè)備，座艙結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，形成一個(gè)空腔體。入射波經(jīng)座艙蓋后，必然構(gòu)成強(qiáng)反射。為了減弱其回波強(qiáng)度，可以在座艙蓋表面蒸鍍上一層不透波的金屬膜。遮擋住雷達(dá)波，使其不能進(jìn)入座艙內(nèi)。這樣的鍍膜不影響艙蓋的透明度，既保證了飛行員的視野又降低了RCS值。

F-22座艙特寫(xiě)

在外形設(shè)計(jì)上，對(duì)輻射特征源進(jìn)行遮擋的思想不僅僅體現(xiàn)在雷達(dá)隱身技術(shù)方向，在紅外隱身上也有使用用。F-22的尾部結(jié)構(gòu)就使用了類(lèi)似的紅外抑制技術(shù)。它們?cè)趪娮煸O(shè)計(jì)上的差異最明顯。兩種飛機(jī)的水平尾翼都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了噴嘴，從而限制了從側(cè)面到后象限的方位平面內(nèi)的排氣口和羽流芯的視野。兩者的引擎也都有隱形的增強(qiáng)器，低壓渦輪機(jī)的后部是厚而彎曲的葉片，當(dāng)抬高排氣管時(shí)，它們會(huì)擋住熱旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)部件的任何直接視線。噴油器集成在這些葉片中，代替了傳統(tǒng)的加力燃燒器噴桿和火焰保持器。葉片遮蓋渦輪機(jī)的同時(shí)，包含可引入較冷空氣的微小孔。

F-22水平尾翼與噴嘴的相對(duì)位置

戰(zhàn)斗機(jī)的熱紅外輻射主要包括被加熱的金屬尾噴管的熱輻射、發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高溫尾噴焰的熱輻射以及飛行時(shí)氣動(dòng)加熱所形成的蒙皮熱輻射。除了利用外形設(shè)計(jì)進(jìn)行遮擋外，在F-22上也能看見(jiàn)針對(duì)這三個(gè)方向進(jìn)行紅外隱身的技術(shù)應(yīng)用。

對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管而言，目前紅外隱身技術(shù)采取的措施包括發(fā)動(dòng)機(jī)隔熱、異形噴管、發(fā)動(dòng)機(jī)及噴管結(jié)構(gòu)的布局優(yōu)化、排氣出口調(diào)整與遮蔽以及噴射冷卻劑等，以達(dá)到減小、變向、遮蔽尾噴管紅外輻射的目的。隱身飛機(jī)的目標(biāo)紅外特征如下：在飛機(jī)尾部，紅外輻射在方向和強(qiáng)度上出現(xiàn)變化；在全機(jī)身上，輻射強(qiáng)度發(fā)生變化。所以進(jìn)行尾噴管探測(cè)時(shí)，首先要考慮到飛機(jī)尾部輻射的方向性。

尾噴管決定了尾部輻射的方向，而發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)和所用燃料決定了尾部輻射的強(qiáng)度。與傳統(tǒng)的尾噴管設(shè)計(jì)不同，美國(guó)F-22隱身戰(zhàn)斗機(jī)使用的F119型發(fā)動(dòng)機(jī)采用二元矢量收斂-擴(kuò)張噴管，可在一定角度內(nèi)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)（角度可達(dá)到俯仰±20°）利用這種尾噴管使排出的尾焰與大氣摻混，這有利于大氣迅速耗散前者排出的高溫燃?xì)?。研究結(jié)果表明，噴管出口平面到后半球的最大輻射強(qiáng)度位于它的偏轉(zhuǎn)方向上；偏轉(zhuǎn)角度在高低角方向上越大，輻射強(qiáng)度越低。這種特性使得采用矢量噴管的飛機(jī)的尾部輻射在各個(gè)方向上的輻射強(qiáng)度不同，且具有一定的方向性，進(jìn)而也有一定的機(jī)動(dòng)性。若從飛機(jī)前方進(jìn)行探測(cè)，飛機(jī)機(jī)身則容易遮擋住尾噴管的輻射，所以只有后向探測(cè)才能較好地探測(cè)到尾噴管輻射。由于二元矢量尾噴管具有前文所述的可偏轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)性，后向探測(cè)時(shí)尾部產(chǎn)生的輻射具有極大的隨機(jī)性。這不利于紅外系統(tǒng)視場(chǎng)的探測(cè)，從而減小被探測(cè)到的概率。

惠普F119發(fā)動(dòng)機(jī)及二元矢量噴管對(duì)尾焰輻射也有抑制作用

由于蒙皮輻射與機(jī)體本身的材料息息相關(guān)，采用低發(fā)射率的紅外隱身材料制作機(jī)身蒙皮是抑制蒙皮紅外輻射的主要措施。紅外隱身材料可以減小飛行器與環(huán)境之間的紅外輻射差別，使飛行器融入到背景的紅外輻射中。因此隱身材料的核心技術(shù)就是如何使其與背景的紅外對(duì)比度變小。

材料的選取很重要，同時(shí)紅外涂層在飛行器表面上的結(jié)構(gòu)處理技術(shù)也是不可忽視的一方面。在不同的蒙皮區(qū)域所涂敷的涂層需要逐個(gè)根據(jù)性能挑選，涂層面積及方式也要加以考慮。下圖所示為美國(guó)F-22戰(zhàn)斗機(jī)的表面涂層?；赥opCOAT材料，F(xiàn)-22采用了一種獨(dú)特的涂層方法有效降低了機(jī)身蒙皮的紅外輻射。

F-22機(jī)身蒙皮涂層

材料隱身技術(shù)

隱身材料按使用形式可分為涂覆型吸波材料和結(jié)構(gòu)型吸波材料。涂覆型吸波材料以覆蓋形式施加于目標(biāo)表面，包括吸波涂料、貼片、泡沫、薄膜等，在飛行器上應(yīng)用較多的為涂料和貼片。結(jié)構(gòu)隱身復(fù)合材料兼有承載和隱身的雙重功能，成為目前隱身材料的主要技術(shù)手段。結(jié)構(gòu)型吸波材料的吸波功能是通過(guò)微波吸收劑對(duì)電磁波進(jìn)行損耗而實(shí)現(xiàn)的。微波吸收劑按照吸收機(jī)理可以分為電阻型、電介質(zhì)型和磁介質(zhì)型。

2019年7月，美國(guó)威斯康星州奧什科什舉行的EAA Airventure航空展上，參展的F-22存在的吸波材料腐蝕問(wèn)題引起了媒體的關(guān)注。隱身材料的使用與維護(hù)是一直困擾F-22與B-2等隱身戰(zhàn)機(jī)的“阿喀琉斯之踵”。材料隱身技術(shù)的先進(jìn)與否直接影響著隱身戰(zhàn)機(jī)的性能和成本，同樣值得我軍重視。

F-22隱身涂層腐蝕局部

隨著F-22的不斷成熟，洛克希德?馬丁公司致力于進(jìn)一步提高飛機(jī)的可用性，減少維護(hù)時(shí)間，提高可靠性和診斷能力，同時(shí)提高效率并降低成本。F-22上進(jìn)行的維護(hù)的大約50％與低可觀測(cè)性（LO）隱形涂層有關(guān)，這些涂層在飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)時(shí)會(huì)損壞。洛克希德?馬丁公司目前正在進(jìn)行以下維護(hù)項(xiàng)目，以減少該領(lǐng)域的維護(hù)工作：

進(jìn)氣口涂層維修（ICR）快速線：2016年8月，美國(guó)空軍與洛克希德?馬丁公司簽訂合同，在佐治亞州瑪麗埃塔建立F-22 ICR快速線，第一架F-22于2016年11月到達(dá)。洛克希德?馬丁公司與在總共12架飛機(jī)上執(zhí)行ICR工作和相關(guān)的支持服務(wù)，并有望獲得后續(xù)合同。

洛克希德?馬丁公司在佐治亞州瑪麗埃塔的入口涂層維修（ICR）快線工廠

“強(qiáng)韌皮靴”：該產(chǎn)品將增加涂層或飛機(jī)面板之間接縫的強(qiáng)度。洛克希德馬丁公司F-22副項(xiàng)目經(jīng)理表示：“飛機(jī)上的縫隙提高了飛機(jī)的隱身性能，因此，通過(guò)這些涂層或這些縫隙填充物在飛機(jī)上的使用可以幫助降低其可觀察性。”

就地成型（FIP）：FIP建立在“強(qiáng)壯硬靴”項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，通過(guò)改進(jìn)飛機(jī)的面板，使其在維護(hù)過(guò)程中更易于拆卸，而不會(huì)損壞LO隱形涂層。通過(guò)消除維護(hù)后無(wú)需重新涂覆飛機(jī)的需求，可以減少維護(hù)時(shí)間。

射頻隱身技術(shù)

射頻隱身設(shè)計(jì)包括無(wú)源目標(biāo)特征減縮與有源目標(biāo)特征減縮兩個(gè)方面，無(wú)源目標(biāo)特征減縮技術(shù)一般稱(chēng)為低可探測(cè)性（LO），有源目標(biāo)特征減縮技術(shù)通稱(chēng)為低截獲概率（LPI）技術(shù)。低可探測(cè)性要求不斷加強(qiáng)天線罩、天線腔和天線設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)，以此作為共用子系統(tǒng)的交互式元件，使帶內(nèi)、帶外雷達(dá)散射截面（RCS）更小。低可截獲性要求在滿(mǎn)足通信要求的前提下，盡量減少本機(jī)輻射信號(hào)的特征，以減少敵方無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)的探測(cè)、跟蹤、識(shí)別概率。

機(jī)載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)是載機(jī)與友機(jī)、地面臺(tái)或指揮中心信息交互的通道。在整個(gè)指揮作戰(zhàn)過(guò)程中會(huì)頻繁用到，如果其隱身效果不好，很容易被敵方偵查定位，進(jìn)而暴露載機(jī)的位置、運(yùn)動(dòng)軌跡，乃至作戰(zhàn)意圖，使載機(jī)戰(zhàn)場(chǎng)生存力受到極大地威脅。

F-22機(jī)載航電系統(tǒng)分布簡(jiǎn)圖

諾斯羅普?格魯曼公司負(fù)責(zé)AN/APG-77雷達(dá)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，包括控制和信號(hào)處理軟件。諾斯羅普?格魯曼公司還負(fù)責(zé)雷達(dá)系統(tǒng)的集成和測(cè)試活動(dòng)。雷達(dá)傳感器的主要組件是高度可靠的有源電子掃描陣列（AESA），它具有快速的波束敏捷性，低的雷達(dá)橫截面和目標(biāo)檢測(cè)能力，使空中優(yōu)勢(shì)戰(zhàn)斗機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)“先看先殺”能力。該系統(tǒng)的雷達(dá)橫截面非常低，符合F-22的隱身設(shè)計(jì)。

傳統(tǒng)天線設(shè)計(jì)只注重天線的電性能，一般安裝在機(jī)體外部，這必然會(huì)造成飛機(jī)蒙皮上產(chǎn)生凸出物，不僅改變了飛機(jī)的氣動(dòng)特性，而且增大了飛機(jī)局部雷達(dá)散射截面積，嚴(yán)重影響了飛機(jī)整體隱身性能。天線共形設(shè)計(jì)是結(jié)合飛機(jī)隱身及氣動(dòng)性能要求，根據(jù)蒙皮形狀對(duì)天線進(jìn)行共形設(shè)計(jì)，使天線與飛機(jī)融為一體。

F-22各系統(tǒng)天線的共形設(shè)計(jì)

飛機(jī)通常配備通信、偵察、導(dǎo)航、雷達(dá)、電子戰(zhàn)、航管應(yīng)答、敵我識(shí)別等多種射頻傳感器，如繼續(xù)按照以往獨(dú)立、分立式設(shè)計(jì)思路，必然會(huì)導(dǎo)致天線數(shù)量眾多，增大了飛機(jī)暴露的概率?？讖骄C合設(shè)計(jì)要求綜合考慮全機(jī)各天線工作頻段、工作時(shí)間、輻射空域、極化方式、調(diào)制方式等因素，對(duì)各類(lèi)天線進(jìn)行全面綜合設(shè)計(jì)，在保證各系統(tǒng)功能正常、性能滿(mǎn)足要求的情況下，最大限度地實(shí)現(xiàn)孔徑共享或復(fù)用，有效減少全機(jī)天線數(shù)量，將天線對(duì)飛機(jī)RCS的貢獻(xiàn)壓縮到最小。F-22飛機(jī)天線孔徑排布如圖所示，通過(guò)孔徑綜合設(shè)計(jì)，天線數(shù)量由傳統(tǒng)40多副減少到了21副，后在F-35飛機(jī)上進(jìn)一步綜合后減少到了13副，大大減小了天線對(duì)飛機(jī)隱身性能的影響。

F-22飛機(jī)天線孔徑排布示意圖

定向天線是指天線輻射覆蓋一定空域，在其它區(qū)域輻射為零或者很小的天線，其應(yīng)用于通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，通過(guò)限制天線輻射方向，將能量集中在小范圍有用的空域，降低了數(shù)據(jù)鏈在其它空域被發(fā)現(xiàn)和截獲的概率，從而提高了數(shù)據(jù)鏈隱身性能。F-22戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)間數(shù)據(jù)鏈（IFDL）就采用了定向天線技術(shù)，基于協(xié)同作戰(zhàn)的實(shí)際需求，近年來(lái)美國(guó)空軍重啟了對(duì)F-22的數(shù)據(jù)鏈升級(jí)，2019年8月，美國(guó)空軍將開(kāi)始對(duì)新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，包括在其兩架隱形戰(zhàn)斗機(jī)之間建立的長(zhǎng)時(shí)延的安全數(shù)據(jù)鏈路。F-22使用的IFDL和F-35使用的（MADL）都是低檢測(cè)概率/低攔截概率（LPD/LPI）通信典型代表。

不同性能需求導(dǎo)致的通信數(shù)據(jù)鏈不通用是必然結(jié)果

小結(jié)

F-22雖然服役已經(jīng)十多年，但至今仍是世界上最先進(jìn)的制空戰(zhàn)斗機(jī)之一。盡管就隱身能力而言可能未必如YF-23一般極致，但隱身性能作為先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)的指標(biāo)之一最終服務(wù)的是戰(zhàn)斗機(jī)的設(shè)計(jì)思想與戰(zhàn)略任務(wù)，F(xiàn)-22作為美國(guó)空軍的最終選擇體現(xiàn)了其多指標(biāo)下的優(yōu)秀綜合能力，而這種設(shè)計(jì)和選擇本身也值得我國(guó)技術(shù)/決策人員參考。