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歼20为什么要在机腹下挂龙勃透镜,这对隐身战机来说有什么意义?

2020-09-11 11:01阅读(95)

歼20为什么要在机腹下挂龙勃透镜,这对隐身战机来说有什么意义?:为了飞行安全以及保密,隐身战机平时训练都要装上龙勃透镜谢邀,龙勃透镜的作用就是个雷达信号

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为了飞行安全以及保密,隐身战机平时训练都要装上龙勃透镜

谢邀,龙勃透镜的作用就是个雷达信号放大器,他采用离散的同心壳的分层结构,每个壳的折射率都不同,从而形成阶梯式折射率分布。在接受到平行射过来的一定波长的雷达波时,可以将雷达波汇聚并原路返回,使得透镜的雷达横截面远远大于其实际面积。歼-20上的龙勃透镜

龙勃透镜拆开后内部大概是这个样子的。龙勃透镜比起普通的角反射器,其体型小,不会增加多少飞行阻力,并且反射回的雷达波旁瓣小,波形图像好,利于雷达接收,所以更适合飞机搭载使用。

而隐身战斗机平时训练飞行时大多带着这种龙勃透镜,主要目的就是为了增加自身雷达反射面,便于自己被地面雷达发现。因为隐身战机不仅雷达反射面小,反射雷达信号弱,而且不同角度、姿态下雷达反射信号差异很大,极容易从地面雷达上消失。

当雷达站无法对隐身战机进行及时监测,无法向其提供准确的周围空域信息,很容易引发“交通事故”。例如人类第一个上太空的航天英雄,前苏联宇航员尤里·加加林,在2011年解密文件公布其死亡原因是1968年驾驶一架米格-15教练机进行飞行训练时,由于天气状况恶劣和地面雷达员未能提供准确信息,导致另一架在训练的苏-15战斗机从其飞机下方不足20米处超音速通过,由此产生的激波和乱流使得加加林的米格-15教练机失控并坠毁。

此外,还有一个好处就是,隐身战机带着龙勃透镜,在被其他国家雷达照射到时,可以给其提供一个错误的自身雷达反射面信息,从而避免自身真实隐身性能的泄漏。实战时,只要拿下龙勃透镜就可以让对方大吃一惊。

为什么歼-20去航展必须要带着龙勃透镜,一是珠三角民航空域密集,为了航行安全,另一方面,下面这些长枪短炮里面要防着可能带小型雷达的。

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龙勃透镜-Luneberg.lens

是由一个球形多面折射透镜组成、在透镜两侧形成两个相互折射并无限放大的影像、最早“龙勃透镜”是用来干扰雷达电磁波、迷惑雷达(一架小型飞机、挂一个“龙伯透镜”,小飞机、被放大、使地面雷达误以为是一架大型飞机)。

(龙伯透镜的工作原理图)

(歼-20挂载“龙伯透镜”)

(美国F-35“闪电-2隐身技术五代机、机体挂载3个“龙伯透镜”)

(美国F-22“猛禽”隐身技术战斗机、机腹挂载“龙伯透镜”)

隐身技术战斗机挂载“龙勃透镜”:一方面可以保护己方稳身战机真实的信号特征不被泄露、另一方面也可防止被敌方当成“反稳身”探测、在日常飞行训练中也便于己方的空管和地面指挥雷达掌握飞机的空中飞行动态。

作战时、隐身技术战斗机挂载的“龙伯透镜”必须拆卸、以保障隐身战斗机的来无影去无踪的效果。

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2020年大国空军进入五代机时代,五代机即为隐身的代名词。由此也带来一个问题,它与四代机以下代次的飞机,展开演习和对抗时,找不到它可怎么办?率先进入五代机时代的美国空军,找到了一个办法,那就是加装龙勃透镜,以增大雷达反射信号,如此便解决了不同代次飞机,有效配合的问题。

不加装龙勃透镜的五代机,四代机想找到它则非常困难。然而,龙勃透镜最早被发现,在技术上根本不是为隐身飞机准备的,它的主要功用,以其可以反射不同于飞机本身目标信号,从而达到隐真示假的目的,有诱惑和欺骗的意思,因此它在飞机部位上的布置,在技术上变得非常复杂。

我们来讨论它,只在有探测的意义,知道它大概是件什么装备就行了,要讲在飞机上如何布置,怎么可以隐真示假,就又进入了另外的问题讨论范畴。

我们说隐身机不被发现,是发现距离近了,即便最先进的战机雷达,大体也都在90公里以下,发现时为时已晚,因为五代机不只会隐身,还有超音速巡航的本事。90公里对于它们,一般战机根本来不及反应,五代机则可先下手为强,将对手轻松干掉。

2018年,三哥妄言其苏-30MKI利用其机载雷达现了歼-20,其空军参谋长居然讲,它没有如此隐形。说出去的话,如泼出去的水,后来成来一大笑柄,要知道当时的歼-20在2000公里之遥。致于它到底发现了什么,已无关紧要,也许又会是一颗木星吧,也未可知。

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歼-20腹部下挂载的龙波透镜特写,是由物理学家R·K·Luneberg于1944年发明出来的,主要用于隐形战机日常训练中地面指控系统对隐形战机实施跟踪、组织训练以及航线分配等,是现代隐形战机的标配,其实质作用就是隐真示假。

龙波透镜从外形看是一个圆柱体,实质上是由两个球形透镜组成的。其工作原理简单点讲就是,一个球形的折射透镜,透过光线后会在透镜两侧相互折射,形成一个放大的镜像,在应用到电磁领域后,在透镜的折射面表层涂上特殊波长的金属材料,从而在电磁波抵达球面后会产生折射,放大电磁波,以球形为中心形成一个对称放大的电磁波网络;如此通过一个小小的球形透镜即可实现地面雷达对隐形战机轨迹的掌控。

需要强调的是,龙波透镜是现代隐形战机的标配设备,可根据任务实际拆卸。这种龙波透镜天线表层涂刷的金属材料是具有反射独特波长电磁波的能力,并不是对所有的雷达波都会产生反射。这个波长是各国的核心机密,只有专用的雷达才能发射,这种雷达也成为隐形战机正常训练的标配子系统之一。

目前国际上,现役的美制F-22、F-35以及我国的歼-20隐形战斗机都配备了龙波透镜天线,其主要作用就是在于保证己方的配套专用雷达可以实施掌控歼-20的飞行轨迹。反过来讲,隐形战机由于自身的雷达反射截面积远小于传统常规战机,以美国的F-22为例,该型战机的雷达反射截面只有0.01平米,只有一只鸟的雷达反射截面积大小。

战机在正常训练中,如果无法实时有效的对空中的战机进行追踪,就无法调控飞机飞行的航线,无法对作战飞机进行指挥,严重制约作战训练的安全性和实际效果。隐形战机就是为了规避或降低雷达发现的概率而诞生的,这就形成一种发现与被发现之间的矛盾。

同理我们也可以将一款隐形战机是否在训练中携带龙波透镜来作为衡量一款战机隐形性能的重要指标之一,道理很简单,如果一款隐形飞机的雷达反射截面积较大,己方的其他雷达(专用的反隐身雷达除外)可以对其实施有效跟踪的话,那么这款战机就不是真正的隐形战机;只有雷达反射面积极低,己方雷达无法有效跟踪的情况下,龙波透镜才能发挥出其特定的作用。

这样也就彰显出这款战机出色的隐身性能,所以通常在国际上也将是否携带龙波透镜作为衡量一款战机隐身性能的重要指标。当然我们的歼-20也不例外,歼-20加挂龙波透镜的图片披露后,也从侧面烘托出我们的歼-20在隐身设计上有绝佳的效果,是证实歼-20隐身效果的一个很直接、很有效的证据。

此外,龙波透镜在放大歼-20雷达反射截面积的同时,还有另一个很重要的作用,就是通过释放虚假信息隐真示假让外界无法获得该型隐形战机真实雷达型号特征的作用,具有极强的实战意义。

通常在国际上,隐形战机在抵近或接近他国领空附近飞行的时候,通常他国的雷达都会对空中进行照射,期望根据各种手段来获得该型隐形战机的雷达型号特征;同时还有可能被当作是假想敌作为反隐身目标进行测试,这些举措都有可能导致隐形战机的真实雷达信号特征泄露,也有可能他国会针对实测探索出针对该型隐形战机的相应战法。

当然,在实战中,歼-20隐形战机会在升空作战前拆卸掉原来的龙波透镜天线,从而保证歼-20真正实现来无影去无踪,充分发挥隐形战机的隐身突防优势。在平时日常训练中,就完全没有必要拆除,反而是要加装上,一方面隐真示假,保密自身的雷达型号特征,另一方面保证己方的训练安全有效进行。

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一是方便空管,二是掩盖战机本身电磁信号特征。

随着歼20装备数量越来越多、曝光率越来越高,歼20在使用中的一些细节也被广大军迷所关注,比如歼20每次出境都在机腹下携带的一个小圆柱体。

这个小圆柱体就是题目中所说的龙勃透镜,歼20在公开露面时的标配。其实歼20挂载的龙勃透镜在紧急情况下是可以抛掉的,就像副油箱一样。

龙勃透镜实际上就是一个小型的角反射器,通过复杂的反射面,让射入的雷达波多次折射后无限放大本身电磁信号,使得本身的雷达反射面积放大。

隐身战机本来就是以极小的雷达发射截面积作为安身立命的根本,挂一个让其雷达反射面积剧增的龙勃透镜岂不是自废武功?其实不然,隐身战机挂载龙勃透镜有诸多用处。

首先,歼20挂载龙勃透镜是为了便于空域管理,保证本身及其他飞机飞行安全,尤其是客机。

为了保证飞行安全,民航及空军管理部门对空域进行了严格的划分,使得军机飞行任务对民航安全的影响降到最低,但是空中复杂的情况难免会发生意外,所以即便是军用飞机在训练时也要复合空管要求。歼20隐身性能极佳,在隐身状态下很难被空管雷达发现,因此在日常任务中为保证空域飞行安全一般会携带龙勃透镜。

其次,歼20携带龙勃透镜是为了让指挥机构获得其实时动态,以满足指挥、控制、监控的要求。

歼20在日常任务中要接受指挥机构的指挥、控制,上级也需要掌握其实时动态来分析其状态是否满足任务要求,歼20携带龙勃透镜可以让指挥机关事实发现它,不至于两眼一抹黑。

歼20的隐身性能如此之好,以至于没有涂隐身涂料的黄皮机也得挂载龙勃透镜。即便挂载龙勃透镜,歼20的雷达反射信号也小于传统战机。在一篇介绍2017年沙场阅兵空情保障的文章中,官方透露3架歼20即便挂载了龙勃透镜,空管雷达也难以有效持续跟踪,只能通过前后机群的位置大体估计歼20机群的实时信息。

至于我国研制的第二款隐身战斗机......谁有它挂载龙勃透镜的照片?

3、挂载龙勃透镜可以有效掩盖歼20本身真实的电磁特征,以虚示敌。

隐身性能是隐身战机的最大优势,也是自己的底牌,战机的电磁信号特征一旦被敌人掌握,那么也就被别人掌握了破解之法,所以在平时需要掩藏好自己的电磁特征。在国境线附近、公海或者执行训练、巡逻任务时,隐身战机一般会采用挂载龙勃透镜、副油箱的方法向对手掩盖自己的电磁信号特征,虚虚实实,才是兵法之道。前一阵印度声称在上百公里之外探测到了歼20,笔者觉得,如果不是印度在吹牛逼,那么就是它的雷达探测到了一架携带龙勃透镜、故意暴露自己的歼20。

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龙勃透镜对隐身战机来说是一种主动暴露自己的手段,通常用于飞行安全和技术保密,也可能用于示威。当然,战时为了达到隐身效果自然是不会加装这种装置的。不仅仅是歼-20,一般只要有严重隐身特性的战机都会根据情况加装,包括下图的F-35



龙勃透镜是一种比较特殊的透镜,与我们常见的凹面镜和凸面镜的“凹”或者“鼓”的形状不同,龙勃透镜是一个完整的球形透镜,就像下图这样。他的典型特性就是可以把特定波长的的入射电磁波汇集到一个点上,反过来也可以将电磁波沿着原方向反射回去。其优点就是球形可以全向接收和发射电磁波,几乎拥有无死角的视场,也使得龙勃透镜的雷达截面积远远高于他的实际面积,有信号放大的效果。


当然有朋友可能发现,在这个图里面电磁波“弯了”,这有点不符合电磁波直线传输的特点。电磁波路径的改变是因为透镜的内部材料是分层的,每一层折射率不一样,这也是龙勃透镜的加工难点。所以虽然龙勃透镜在1944年就由美国数学家鲁道夫·卡尔·卢纳伯格提出,但受到当时材料和加工技术的限制根本就没有得到实际应用。直到上世纪60年代美国才首先应用到SPG-59雷达,但还是说加工和材料不到位,达不到预定增益效果,严重影响探测距离。当然,现在这种透镜已经非常成熟了,不仅大规模军用,而且民用雷达也广泛使用。比如用于卫星通讯的“Lune-Q”龙勃透镜天线;气象测风雷达;卫星信号阵列等等




为什么隐形战机会挂龙勃透镜,上面我们提到过放大信号的优势。隐形战机本身应用了外形、涂料等特殊设计达到低雷达特性的优势,甚至可能在特定姿态下出现雷达信号消失的可能性。这种优势在作战过程中对敌方来说可以做到神不知鬼不觉,但也对已方雷达探测构成影响,特别是非作战飞行中可能会造成一定的安全问题。所以珠海航展上出现的歼-20全程挂龙勃透镜飞行,这里主要表现在2个方面:

飞行安全

由于歼-20本身的隐身特性,无论是飞行表演还是正常飞行训练都有可能会与其他飞机构成干涉,可能航线冲突可能造成乱流。在这种情况下如果空管和地面不能有效掌握隐身战机的位置和姿态就可能无法做出有效的空中协调,特别是一旦与民航机出现位置干涉,相撞会造成大量人员伤亡和经济财产损失。1971年7月30日,日本ANA58号航班与日本航空自卫队F-86战斗机在28000英尺高空相撞,ANA58航班162人全部死亡。

技术保密

不管在航展上还是日常飞行,不能保证飞行下方的人带有小雷达或其他探测仪器对正在飞行的隐身战斗机进行技术数据的收集,这样会严重暴露战机本身的一些关键技术指标。所以为了避免这些问题,干脆挂龙勃透镜掩盖自己真实的雷达特征。或者用于主动示威,在冲突区或敏感区派出隐形战机,但为了让对方能够看到我就挂龙勃透镜主动将自己告知对方产生威胁示威的效果。

以前常用一种叫“角反射器”的结构用于主动暴露,角反射器会将电磁波会在金属角上产生折射放大,产生强烈的回波信号,常用语隐形战舰暴露或海上遇险救援。但这种东西并不太适合隐形飞机,因为会严重增大空气阻力,精度也不如龙勃透镜好。


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如果平时细心观察,在阅兵、航展、平时公开亮相中,歼-20隐身战机的机腹并不是光滑平整的,它的机腹中部靠后的位置上会装有一个小圆筒形状的装置(注意和同一对称位置上的两个前后向分布式光学孔径系统的区别)。这个装置就是所谓的龙勃透镜,龙勃透镜名字听起来挺怪的,具体内部原理也比较复杂拗口,这里就不展开讨论,只需要知道它的能耐就是可以折射放大雷达波。别看它的体积非常小,但是却拥有很大的雷达反射截面(RCS),隐身战机装备它之后,可以说之前的所有隐身设计都白费了,它能够让隐身战机在雷达上变成一个非常显眼的目标。 虽然龙勃透镜是天生的反隐身装备,但是它却受到了隐身战机们的青睐,除了歼-20,F-22A、F-35这几款隐身战机都经常性的携带有这款装备。俄罗斯的苏-57半吊子隐身战机倒是从来没有挂载过,因为它的RCS本身就大,并不需要龙勃透镜的帮忙! 那么,隐身战机们为什么要挂载龙勃透镜呢?这主要是出于两个原因:第一,让隐身战机被发现;第二,让隐身战机“隐藏”起来。让隐身战机被发现是指让隐身战机能够被普通雷达发现,以便能够让空管人员知道它的具体位置,协调空中各飞机的航行线路位置,这对于飞机的飞行安全是至关重要的。 说“让隐身战机‘隐藏’起来”,是指让隐身战机的具体隐身数值不让对手发现,将己方隐身战机最重要的隐身能力隐藏起来,只有战时才将它展示出来。 RCS值具体数值大小是一款隐身战机最重要的性能指标之一,是被高度保密的,连最开放、最不怕泄密的美国,也从来没有给出过F-22A、F-35等隐身战机的具体隐身数值,只给出一个大概数据。隐身战机挂载龙勃透镜后,成功变成一款非隐身战机,外界根本无法测算出其没有挂载龙勃透镜前的真实隐身水平,无法为未来可能爆发的战争积累下什么有用的数据。实际上,再细心留意就可以发现,此前美空军将F-22A“猛禽”隐身战机部署在中东地区,执行在叙利亚上空的巡逻任务以及在去年,F-35A隐身战机在阿富汗境内首次参加实战行动时,都无一例外的携带有龙勃透镜。这正是出于上述考虑,避免被俄罗斯等国家收集到它们的隐身性能资料。隐身战机在何时该秀隐身,在何时该“认怂”不隐身,还真的是需要细细斟酌呢!

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歼-20,具备后发优势,采用了单座双发、DSI鼓包进气道、上反鸭翼带尖拱边条的鸭式气动布局,全面对标F-22隐形战机;因此,其隐形性能、作战半径、滞空时间、技战术性能等指标可期。至于空战能力是否强悍,在珠海航展闭幕式上,作为压轴大戏的两架歼-20作了精彩的飞行表演,显示了歼-20高超的飞行品控性能,以及卓越的空中机动能力,作战能力我看行。在众目睽睽之下,参与表演的那两架歼-20,打开了机腹弹仓和机翼处的侧弹仓,露出了平常含而不露的4枚霹雳系列远程空空导弹,以及2枚霹雳系列近距格斗空空导弹。由于歼-20大量采用了新材料,以及新工艺,新的机体防护层和高科技涂料,因此,其隐形性能非常特出,那么,其高空或超低空飞行时,由于雷达反射小,就不易被地面雷达所捕捉到。平常执行战备巡逻任务,或进行军事演习时,为了全程监测歼-20的飞行,必须在机腹位置安装一只龙勃透镜,让地面雷达能够全程掌控歼-20的飞行动态。所谓的龙勃透镜,是一个球形的多面折射透镜,在透镜的两侧,能够形成两个相互折射,并无限放大的影像,以便于放大信号,方便地面雷达能随时捕捉到隐形战机,以及对隐形战机的定位和监控,自始至终,不让目标从雷达屏幕上消失。什么原因,就不方便展开了,但只要是有正常思维的人,都明白其中的道理,各国空军对战机和飞行员,都有一整套严格的掌控措施,战机一旦起飞,肯定要全程监控战机的动态,不让其从雷达屏幕上消失。龙勃透镜,就是起到放大隐形战机目标,从而让地面雷达能全程监控隐形战机的动态,目前,F-22、F-35等隐形战机,在战机起飞时,都是打开龙勃透镜的。此外,隐形战机安装龙勃透镜,也是为了方便民航空管雷达发现,不至于导致隐形战机和民航机发生碰撞事故;因此,隐形战机在非战斗转场飞行时,一般都会临时加装龙勃透镜。

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众所周知,非隐身战机在执行飞行和降落之时,由于雷达反射面相对隐身战机增加不少,很容易在雷达发现,这对机场降落指引非常重要。战机在飞行过程中,很容易在雷达出现闪光点,这都让雷达清楚知道战机所处位置。但是,隐身战机就在于隐藏其行踪,这种好处就是在雷达面前消失,保证其隐身特征。F-35战机在中东地区大放异彩就是依靠着其隐身性能,做到来无影去无踪。俗话说:有利必有弊。隐身性能对战机生存率至关重要,但也对其造成不可估量的影响。

我国歼-20战机作为空军王牌战机,依靠着其隐身性能可对抗美军F-35战机和F-22战机,这种雷达反射面小可让地面雷达很难捕获去信号特征。虽然,隐身性能有好处,也许要在特殊情况下增加其雷达反射面(RCS),做到“隐真示假”。因此,歼-20战机在机腹下也装备着龙勃透镜。

其实,龙勃透镜是由一个椭球形多面折射透镜,部分涂敷有金属反射层,可以让雷达发射波直接沿着原路反射回去,利用透镜增加雷达反射截面积。这也就是歼-20战机为何装备龙勃透镜,增加雷达反射器来提高自身雷达反射截面积。

龙勃透镜体积下和重量轻,在战机也可以装,也可以不装。这就是为何非隐身战机很少装备这款设备。目前,各国空军对隐身战机探测都是难点,这其中也包括美军先进雷达和俄罗斯。在执行作战任务时,隐身战机隐藏行踪,增加空战的胜率,这就是在别国空域。但是在本国空域,隐身战机如果在隐藏行踪,很容易出现空中事故,毕竟战机雷达和地面雷达很难探测,这就是为为何歼-20战机加挂龙勃透镜来增强隐身战斗机的雷达反射截面积,方便本国雷达和战机对其监测。

歼-20战机在我国空军一直进行训练和演习,这就需要挂载龙勃透镜,以便我国地面雷达掌握其行踪。但是,歼-20战机不仅仅是进行演练,最重要是保卫我国领空和领海,这也是歼-20战机肩负的重要使命。毕竟,我国任何战机都需要做到和平时期练手,战争时期就是针对对手长剑。

因此,歼-20战机在战争阶段就会卸掉龙勃透镜,保证战机来无影去无踪的良好隐身性能。毕竟,歼-20战机生存和突防也是相当重要,利用龙勃透镜隐真示假,这样可兼顾两方面。

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来个虚拟场景,不挂龙勃透镜参加展会的歼-20可能会有下面的状况发生。

地面:不是说歼-20今天要来吗,怎么大半天了雷达上没有任何显示,是不是雷达坏了?

歼-20:都降落半天了怎么地勤没拿个梯子过来下飞机,快憋不住了。

实际情况虽然没那么夸张,但是歼-20的隐身特性决定了在日常飞行训练过程要适当的加装龙勃透镜,这就是一个信号放大器尽量让地面雷达可以早点识别,以免发生误会或者尽早安排保障。

歼-20:地面塔台,我们来了,准备看表演哦!

塔台雷达:忽悠人吧,在哪?

当然除了自家人方便识别外,在日常训练或执行任务过程也可以加装龙勃透镜,如果被第三方国家雷达照射到时可以反射一个错误的识别信息,对于自身真实的隐身性能数据能起到保护作用。不知道大家有没有印象,之前以色列F-35战斗机相当自信带上龙勃透镜,大白天飞越黎巴嫩首都贝鲁特。这是对对手极大的轻视,又或者就是故意让其他国家获取不真实的信息号特征。

总而言之,歼-20日常训练装上龙勃透镜无非为了方便自家识别,以及迷惑其他国家。也从侧面反应了歼-20战斗机的隐身性能之强,至少对于目前的雷达来说识别很难。