徐志遠(yuǎn)

(鄭州機(jī)電工程研究所，河南 鄭州 450000)

0 引言

遙控武器站是一種遠(yuǎn)程操作控制的武器系統(tǒng)，通常由火力系統(tǒng)、供彈系統(tǒng)、跟瞄系統(tǒng)和架體等組成。國內(nèi)外武器站總體結(jié)構(gòu)布置多采用火力系統(tǒng)居中，其他設(shè)備左右布置的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可有效降低整體高度和減少不平衡力，如瑞典的SAAB Trackfire、以色列的Wave 350、意大利的HITROLE 等。隨著雷達(dá)探測技術(shù)的快速發(fā)展，隱身設(shè)計作為武器系統(tǒng)提高作戰(zhàn)能力和生存能力的重要手段，如何更好隱藏和保護(hù)自己成為未來發(fā)展趨勢。

目前，最常用的隱身技術(shù)主要是外形隱身技術(shù)和隱身材料技術(shù)[1–2]。外形隱身技術(shù)是利用特殊的外形結(jié)構(gòu)減小威脅方向雷達(dá)散射截面從而減小自身的雷達(dá)橫截面（Radar Cross Section，RCS）[3–4]；隱身材料是通過材料本身吸收雷達(dá)波能量實現(xiàn)隱身目的。無論采用哪種隱身技術(shù)，為達(dá)到最好的隱身效果，首先都要對各種設(shè)備進(jìn)行外形隱身設(shè)計，在外形隱身設(shè)計無法滿足要求的情況下考慮同時采用其他隱身技術(shù)。

本文針對遙控武器站的常用布置方式設(shè)計不同的外形隱身結(jié)構(gòu)，并對不同的隱身結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真計算，對比分析各種結(jié)構(gòu)的隱身效果和使用場景。

1 隱身設(shè)計方法

以某型艦載遙控武器站為例將外形隱身設(shè)計方法歸為兩類：一是全隱身，即設(shè)計一種隱身防護(hù)罩將整個遙控武器站包裹起來，利用隱身防護(hù)罩實現(xiàn)隱身目的；二是局部隱身，對遙控武器RCS 貢獻(xiàn)大的部分進(jìn)行隱身設(shè)計，減小遙控武器的整體RCS 值。

艦艇考察隱身雷達(dá)波段主要為S 波段、X 波段和Ku 波段，波長為2～18 GHz[5–6]。本文仿真計算將在該波段內(nèi)選取不同頻點進(jìn)行計算分析。

1.1 全隱身設(shè)計

通過設(shè)計一種隱身防護(hù)罩實現(xiàn)全隱身的目的，該隱身防護(hù)罩安裝在架體上，可隨系統(tǒng)進(jìn)行方位轉(zhuǎn)動；前側(cè)開門可隨火力系統(tǒng)的高低俯仰進(jìn)行開合，平時保持閉合狀態(tài)；后側(cè)開門，便于裝彈和勤務(wù)。該隱身防護(hù)罩多采用斜面，防護(hù)罩后側(cè)為放置各種設(shè)備需預(yù)留一定空間，依據(jù)體積和重量盡量小的原則，斜面傾斜角度一般采用10°～20°左右[7]，該角度可根據(jù)不同設(shè)備的不同要求進(jìn)行修改。隱身防護(hù)罩外形結(jié)構(gòu)如圖1 所示，防護(hù)罩材料為鋁合金，重量120 kg。

圖1 隱身防護(hù)罩模型Fig.1 Stealth Shield model

計算條件：1）選取3 個波段的3 個頻點3 GHz、10 GHz、15 GHz；2）俯仰角0o，方位角0o～180o；3）垂直極化與水平極化。

計算結(jié)果如圖2 所示。計算隱身防護(hù)罩3 GHz、10 GHz、15 GHz 時的RCS 均值分別為：垂直極化0.32 m2、0.23 m2和0.28 m2；水平極化0.32 m2、0.24 m2和0.27 m2。結(jié)果顯示，全隱身設(shè)計時，RCS 值最大為0.32 m2。

圖2 隱身防護(hù)罩垂直極化與水平極化的RCSFig.2 The RCS of the stealth shield is vertically polarized and horizontally polarized

1.2 局部隱身設(shè)計

遙控武器站架體兩側(cè)設(shè)備大多需要防護(hù)或防水，一般均有防護(hù)罩；中間的火力系統(tǒng)也多有罩子防護(hù)；外露部分多為炮管及光電等設(shè)備。隱身設(shè)計前首先對炮管外露部分等的RCS 值進(jìn)行計算評估，經(jīng)計算可知對整體高RCS 貢獻(xiàn)較小，故對架體、左右防護(hù)罩、上防護(hù)罩和跟瞄系統(tǒng)等進(jìn)行局部隱身設(shè)計。

計算炮管外露部分的RCS，炮管外露部分簡化模型如圖3 所示。

圖3 槍管外露部分簡化模型Fig.3 Simplified model of the exposed part of the barrel

計算條件：1）選取3 個波段的3 個頻點3 GHz、10 GHz、15 GHz；2）俯仰角0o，方位角0o～180o；3）垂直極化（VV）與水平極化（HH）。

計算結(jié)果如圖4 所示。計算炮管外露部分3 GHz、10 GHz、15 GHz 時的RCS 均值分別為：垂直極化0.03 m2、0.031 m2和0.025 m2；水平極化0.03 m2、0.027 m2和0.033 m2。結(jié)果顯示，炮管外露部分的RCS 值為0.03左右，在滿足隱身指標(biāo)的前提下可對該部分不進(jìn)行隱身設(shè)計。

圖4 炮管外露部分垂直極化與水平極化的RCSFig.4 The exposed portion of the barrel is vertically polarized with the horizontally polarized RCS

對架體、左右防護(hù)罩、上防護(hù)罩和跟瞄設(shè)備等進(jìn)行隱身設(shè)計，設(shè)計原則為盡量采用斜面（傾斜角度根據(jù)隱身指標(biāo)和實際需要確定），無法改變外形的設(shè)備盡量設(shè)計局部隱身防護(hù)罩（如無法改變外形又無法增加防護(hù)罩的設(shè)備，建議本身外形設(shè)計時加入隱身設(shè)計并考慮采用隱身材料，如光電設(shè)備等）。傾斜角度大概10°左右。外形結(jié)構(gòu)如圖5，防護(hù)罩材料鋁合金，重量40 kg。

圖5 局部隱身簡化模型Fig.5 Simplified model of local stealth

計算條件：1）選取3 個波段的3 個頻點3 GHz、10 GHz、15 GHz；2）俯仰角0o，方位角0o～180o；3）垂直極化與水平極化。

計算結(jié)果如圖6 所示。計算隱身防護(hù)罩3 GHz、10 GHz、15 GHz 時的RCS 均值分別為：垂直極化2.96 m2、4.1 m2和3.78 m2；水平極化2.89 m2、4.21 m2和3.68 m2。結(jié)果顯示，全隱身設(shè)計時RCS 值最大為4.21 m2。

2 隱身方法分析

本文提出全隱身和局部隱身2 種隱身設(shè)計方法，并進(jìn)行了計算分析。結(jié)果表明，全隱身設(shè)計的RCS 值明顯小于局部隱身RCS 值，就隱身結(jié)果而言全隱身的效果更好。但考慮到實際的裝備條件和需求，2 種設(shè)計方法各有優(yōu)劣：全隱身設(shè)計的RCS 值更小，隱身效果好，但整體體積、重量、設(shè)計難度和成本等會有不同程度增加，適用于隱身指標(biāo)高、裝備空間大、對重量要求不敏感的情況下使用；局部隱身方法的RCS 值較大，隱身效果較差，但整體體積和重量較隱身設(shè)計之前不會有較大變化，適用于隱身指標(biāo)不高、裝備空間較小、對重量要求敏感的情況下使用。

各種雷達(dá)隱身設(shè)計方法不僅可單獨使用，也可混合搭配使用，最常用的是外形隱身設(shè)計和材料隱身設(shè)計同時使用，可有效降低設(shè)備的RCS 值，也更適用于工程設(shè)計。

3 結(jié)語

本文針對外形雷達(dá)隱身設(shè)計提出了全隱身和局部隱身2 種外形隱身設(shè)計方法，通過仿真計算和應(yīng)用分析，給出了不同的適用場景。具體設(shè)計時可根據(jù)不同的隱身指標(biāo)和設(shè)計要求選擇不同的外形隱身設(shè)計方法，具有理論參考價值和工程應(yīng)用價值。