战机视觉隐身——未来可期的蒙皮、涂料、柔性屏

以彤谈国际 2024-10-16 21:21:33

  在前一篇谈到下一代战斗机的主动光学隐身技术时,您提到了智能蒙皮。那智能蒙皮有哪些功能,与光学伪装技术的关联是什么?  智能蒙皮可以实现多种功能,不仅是光学伪装。比如正在开发的“任务适应机翼”,能根据飞行速度、流场变化自动改变翼型,以降低飞行阻力、增大全机升力。还有隐身蒙皮。安装在机身、机翼上的保形雷达天线阵列,也可以算作一种智能蒙皮。若配置得当,它能让战机具备全向雷达探测能力。下两图就是美国曾设想的,采用智能蒙皮的平流层飞艇ISIS,能代替侦察卫星长期监视大范围区域。

  有些智能蒙皮,通电时能发出不同的彩光,瞬间改变部分蒙皮的亮度、颜色,或使之变得“透明”。在正常工作状态下,飞机先利用嵌入蒙皮的传感器精细地感受外界光照的变化,并准确地收集和分析出天与地的色谱,机载计算机随即根据采集来的信息数据进行快速处理,然后自动调整飞机发光蒙皮在各个方向上的亮度、颜色和纹理,以便使飞行器的光学特征与其上方的天、下方的地等自然环境进行无缝搭接、过渡,实现自适应光学伪装。  那未来的隐身涂料,能像智能蒙皮那样自行改变亮度、颜色和纹理吗?  能够让飞行器表面发出各色光线涂装方案也很多。比如目前正在研究的导电型迷彩涂料(电致发光材料),以及用稀土制造的通电后会变色的油漆等。它们也可以像光学智能蒙皮那样,自动调节军用飞机表层的色彩和亮度,使之与大背景相协调。  但未来的某些有人驾驶或无人驾驶飞行器,也许会放弃喷绘迷彩的方式,转而选择贴膜式或夹层式的主动光学迷彩。因为柔性与自发光技术,已经成为未来显示技术的一个重要发展方向,可谓大势所趋,突破在即。

  比如超薄的LCD显示屏,还有上图中那种,可弯折的LED柔性屏。下两图是能卷曲的OLED软膜屏。它们均很容易与飞机外表贴合。将它们夹在透明、半透明的复合材料中,工艺性也非常好。

  其中,OLED技术的前景更为广阔。这种显示装置具备全固态、自发光、广视角、高对比、低功耗、快反应,以及重量轻、厚度小、亮度高、可挠曲、图像稳定、色彩丰富、维修简单、更换容易、驱动电压低、能无缝拼接等技术优势。实验结果证明,轻薄、柔韧的OLED曲面屏还拥有极强的抗震荡、耐低温等特性,非常适合在高速运动或恶劣环境中使用。因此,它们既可作为驾驶舱内的多功能综合显示屏,也能成为未来战机发光伪装系统的诸多手段中,最具潜力的技术之一。  那这种可弯折、能卷曲的超薄柔性屏,何时能在战机上大规模应用?  逆向照明之类的主动光学隐身技术在实际应用和普及方面,还有一些具体的技术困难需要克服,目前尚未见到成熟的发光伪装系统配置在战斗机上。不过,随着近年来新型照明工具、先进图像显示装置等相关技术设备不断取得突破和进步,现代主动光学迷彩的实用化已经初现曙光。类似的目视隐身方案开始逐步在新型无人机,甚至战斗机上试验、试用。  比如有报道称,美国的F-35“闪电”Ⅱ战斗机曾秘密测试过类似于逆向照明的光学隐身技术。其实验效果,以及最终是否会选择低可视方案不得而知。

  英国的下一代战斗机“暴风”,已经宣布将采用逆向照明技术。“暴风”是英国前些年发布的所谓大不列颠版的六代机,设计上的看点颇多,比如采用了无尾式气动布局、V字形双垂尾、二元喷口以及高推重比发动机。  据称许多尖端的新技术、新概念、新设备、新武器,也将首次应用于该型军机上。比如智能蒙皮、战斗机组网技术、虚拟现实座舱、机载激光武器、有人机/无人机联合作战系统等等。下面两图就是“暴风”采用智能蒙皮的效果图,即根据不同的环境要求改变外部颜色。

  据报道,“暴风”战斗机很可能会采用“LED蒙皮”,即在飞机的表面敷设许多个“手机屏幕”,用这样的方式来实现身形幻化、外表变色之目的。当这些LED屏在白天被点亮,并细腻地模拟出背景的光、彩、图时,“暴风”战斗机的外观就变得朦胧飘渺了,即使从人们眼前不远处掠过,也很难及时被双目察觉和识别。  除了视觉隐身外,隐身战机还要兼顾雷达、红外隐身的战术技术要求。有没有办法将这几种不同的指标统合在一起?  目前的隐身技术,虽已使作战飞机的攻防能力大为改观,但仍有不足之处。要想让先进战机在昼夜间均能遂行隐蔽突防、精确打击等任务,必须完善其“全频谱”隐身性能,使之成为真正“低可探测性”的飞行器。因此,除了进一步改善此类飞机对雷达的隐身性能外,还应将关注的重点扩展至全机的红外隐身、紫外隐身和目视隐身等方面。  为应付雷达以及红外、紫外、可见光探测器和人的肉眼对作战飞机的搜索、观察、识别与跟踪,当前的一项开拓性任务就是发展足够有效的“全频谱”隐身技术。其发展途径主要有这么几条:  一是研究出可同时适用于多个频谱的多层或多功能通用隐身涂料。  二是开发出可变温、变色、吸波的导电涂层、夹层等新材料、新结构。  三是设计出可贴附于机体表面,能够自主变亮度、变画面的超轻超薄柔性屏、软膜屏等新技术以及能够与之配套的传感器、控制装置等新设备。  分别具有可见光隐身、红外隐身和雷达波隐身特性的涂料早已有之,如可见光迷彩、红外迷彩、吸收型和干涉型反雷达波涂层等。但要将它们综合在一起,用于“全频谱”隐身,则极为不易,因为不同的电磁波段,对隐身的要求是不一样的,每种涂料的分子结构、物理性能、电磁特性以及喷涂的厚度等等,均存在差异。如果简单地将它们分层(或混合)敷设在飞机表面上,不一定能达不到“全频谱”隐身的目的,反而有可能破坏它们原先的特性。为此,需仔细研究各层涂料之间的相互影响,尽量减少不必要的干扰。  不过,从实验和试用的数据分析,多层不同功能的涂料叠加到一起,厚度和重量都偏高。对地面和水面平台而言尚可接受,但对于那些追求大推重比、低翼载荷,强调机动性、续航性的隐身战机来说,负担太过沉重,需另辟蹊径。

  我军未来的视觉隐身技术的变化和发展方向是什么?  兵无常势,水无常形。军机的低可视涂装和低可视标识也是如此,必须根据具体情况,尽可能地在战机上采用最先进的雷达隐身、红外隐身、视觉隐身、声学隐身和光电对抗技术,提高它们藏与打的综合本领。

  从发展的角度看,有的机种、机型的低可视涂装已趋于成熟,可以大面积推广。上图是我军的歼-16战斗机,就采用了低可视涂装。  此类视觉隐身方面的部队测试工作,跟新机前期的试飞不完全一样。原型机试飞可能需要更多地关注飞机的雷达/红外隐身性能、机动性能、态势感知能力、武器投射能力等战术技术要求(也包括光学隐身的指标)。这些复杂的试飞内容,用户是无法全部承担和完成的。但新机列装部队后会进行大量演练,能对其涂装在本地区所展现的低可视效果,给出客观的评价和修改意见,通过适当的调整,使各型军机的涂装方案更为科学合理、更加适应战场环境。  实践是检验真理的唯一标准。再好的光学隐身方案,都必须通过实战的考核。而在和平环境中,可通过开展不同规模的、以实战为背景的对抗演练用以检验战机综合隐身能力。

  今后,除了继续开展被动光学隐身技术的深化研究外,还应在主动光学隐身方面做一些有益的探索,并加强前瞻性、对策性、系统性的研究,不断开发光学隐身的新技术、新方式、新领域。  我国在可弯曲的超薄LCD显示屏、LED柔性屏、OLED软膜屏以及电致发光器件、发光聚合物等领域已经取得了突破性的进展,某些方面甚至居于世界领先水平。将这些新鲜的民用产品转化为军用精品和飞机“战袍”,不啻是一条快速、高效、廉价的技术捷径,值得深入探索。  鉴于主动光学隐身技术拥有良好的应用前景,我们需不失时机地在这一领域开展独立的试验研究。建议先用国产大中型无人机进行此项技术的初步筛选,取得基础数据、完善基本方案后,再转至某些有人驾驶的军机上试用,如果满足要求,便可逐步推广,力争在不远的将来,使各类主战机型实现白日、黑夜、晴天和复杂气象条件下的全天候低可视能力。  总体来说,在光波频段的隐身措施方面,除不断挖掘现有迷彩涂装的潜力外,还应扩展思路,探索其它能够降低飞机可视度以及减小雷达反射截面积、红外信息特征的新方法、新手段。

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