深藏功與名，蘇聯人幫美國佬搞隱身飛機的故事
「十步殺一人，千里不留行。事了拂衣去，深藏身與名。」
唐 李白 《俠客行》節選
多少年來，人們一直期望能象聶隱娘一樣，來去自如，殺敵於無形。隱身飛機就是這樣的利器，1991年1月17日海灣戰爭爆發，F-117率先登場，一舉端掉伊拉克的防空指揮中心，顯示了隱身飛機在現代戰爭中巨大作用。
那麼，隱身飛機是如何搞出來的？蘇聯人又是如何在美國人在隱身技術大門徘徊的時候，給美國佬送去打開大門的金鑰匙？隱身外形設計有哪些訣竅？今天的大家聊聊隱身飛機研發時的一些故事。
B-2隱身轟炸機
前些天，「雲上的空母」介紹了幾種外形奇怪的飛機，令人大開眼界，我也很好奇，就找了找相關的資料，發現這些飛機原來都是早些年美國佬搞出來進行隱身技術驗證的。上圖為美國諾斯羅普格魯曼的「默藍」（Northrop Tacit Blue）隱身技術驗證機，圖片引用自「雲上的空母」
暗影無人機
把飛機藏起來
搞一種敵人無法發現的飛機，是許多國家的夢想，最早付諸實踐的是德國人。一戰期間，一夥德國佬腦洞一開：「飛機要是透明了，豈不美哉？」於是，他們找來福克III等三種飛機，糊上玻璃紙（Cellon，醋酸纖維)，開始搞隱身飛機啦。
上圖，一戰德國人的玻璃紙飛機
玻璃紙看起來是透明的，用來當飛機蒙皮，真是個天才的創意！，不過理想很豐滿，現實太骨感。德國佬的玻璃紙飛機見不得陽光，白天太陽一曬，溫度呼呼往上竄，堪稱烤箱，飛行員成了座艙里的燒串，更悲劇的是，夜晚太陽下山，玻璃紙飛機又變成冰窖，座艙里的飛飛們在冰窖和烤箱間反覆歷練，這要是能實現隱身（視覺隱身），也就是忍了，最悲劇的是，這種玻璃紙飛機在陽光的照耀下宛如寶石，居然閃閃發光，想看不見都難，真是滿擰了，透明飛機這條路走進了死胡同，就此打住，洗洗先睡了吧。
同時代的英國佬要高明些，「想讓飛機看不見？晚上出來不就得結啦！」（腦筋急轉彎有木有），英國人費了半天勁，搞出來一種夜間飛機，通體黑色，連降低發動機的噪音都想到了，他們給飛機裝了一個安靜得多的引擎和一個巨大的黑色排煙管，減少飛出的火星，他們比德國人更前進一步。
英國佬研究出夜間神機，想在偷的去偵察德國人的陣地或者丟炸彈，不過結果也挺悲劇，因為當年還沒有夜視儀之類的東西，他們的飛機飛到德軍陣地上空，啥也看不清，更別擔丟炸彈啦。
上圖，二戰美國曾嘗試給飛機前面裝「耶胡迪燈」，減少發現距離。
二戰期間，視覺隱身技術有個小突破，發明了一種叫「耶胡迪燈」的新方法，大體上就是給飛機正面裝一排燈泡，這樣會在觀察者中眼中，模糊飛機與天空的對比，當時反潛飛機是對付德國潛艇利器，這是一種打地鼠的遊戲，速度快，不被發現是關鍵，美國佬裝了耶胡迪燈的飛機，降低了飛機陰影與天空的對比，目視發現距離由十幾公里縮短到約3.2公里，這在當時是一種了不起的進步，不過，要說科技的發展許多時候是無法預知的，一種更高級神器取代了它。
史上最強蹭網
瓦特家的好孩子，雷達發明人，沃森瓦特
沃森.瓦特是蒸汽機發明人瓦特的後代，應當算最優秀的一個吧。1935年，他組織一幫人，在英國BBC廣播電台（米波）的兩個發射機之間偷偷裝了一套接收裝置，成功的發現了80千米之外的飛機，這種裝置，後來被人稱為雷達，不列顛空戰期間，雷達為打贏那場生死悠關的空戰，發揮了關鍵作用。
有了雷達這面照妖鏡下，天空里飛機成了菜板上的肉，只等著用什麼刀去剁它，如何對付雷達的問題，成了頭等大事，人們滿天灑金屬箔條放干擾，甚至用最簡單粗爆的辦法，用火炮、炸彈，甚至派出特種兵，直接把雷達滅了。
那麼，有沒有雷達看不見的飛機呢？
早期的大量實踐，科學家其實已經在雷達的探測方面，發現了一些規律。比如英制火神轟炸機，體積並不小，但在雷達眼裡，信號非常弱，只有一些特定的角度，才有清晰的信號（其實當時還沒意識垂直尾翼巨大的RCS），而與火神轟炸機相反，經常在北大西洋上空晃蕩的前蘇聯的圖-95熊式轟炸機，在雷達眼裡，簡直就是個耀眼的明星，在雷達屏亮上又大又亮，最破的雷達也能很容易發現（熊式轟炸機有四對大直徑對轉螺旋槳，不但噪音大得潛艇聲吶都能聽見，雷達也非常容易發現。
這傢伙簡直就是雷達寶貝，想看不到都難
上世紀五十年代末六十年代初，美國科學家們進行了大量嘗試，不過一直沒找到門道，往往理論上很合理，但在試驗室中結果根本對不上號，他們在隱身技術的大門瞎轉悠，一直沒有太大的突破，這個時候，上帝送到一位蘇聯人，大門敞開了。
送金鑰匙的蘇聯人
利瓦諾夫先生（Pyotr Yakovlevich Ufimtsev，1931年生，今天還活著)是位蘇聯科學家 ，他出身不足夠好，輪不到參與高精尖的項目，主要從事一些看起來用途不大的基礎研究。他早年專心研究激光照射下的不同幾何形狀的物體（（其實激光甚至可見光都是電磁波），比如不同形狀的平板、直線、圓球、矩形、菱形的反射規律，慢慢的摸索出了一些門道，更可貴的是，他把一些現象提練升華成能夠計算的公式，而如果把一架飛機的外形分解成這些更小的這些外形，就能預報出飛機在雷達眼中的樣子。利瓦諾夫揭開的秘密，簡單的說：
在雷達眼睛裡，外形比尺寸更重要，通過優化的飛機的外形，能顯著的縮少雷達波反射面積。
可以舉個例子：
比如一塊邊長1米的方形金屬板，如果正對雷達放置，其RCS大約是1000平方米，不過如何這塊板偏轉30度的話，就能減少到千分之一，與同樣截面積一個1.13米直徑的金屬球相當（標準RCS是1平方米）；繼續向下轉，等到金屬板與雷達波的入射方向水平啦，RCS就只剩的0.02平方米，值得注意的是，此時，儘管這塊板對於入射的雷達波相當於一根金屬線，但雷達仍然看得到；
還是這塊金屬板，如果相對入射方向旋轉45度的話，RCS與能變為原來的千分之一，繼續向後偏轉只要8度，就能變為0.001平方米，如果繼續轉到水平，也就是一個角對著入射方向，那麼又會下降一萬倍，也就是說同一塊板，對雷達的擺放角度和形狀的不同，會有一千萬倍的變。
就是這麼神，不過美國人早期的試驗中，往往受限於各種試驗的條件的影響，無法把理論計算的實測結果對上號，按利瓦諾夫的計算公式，美國人初步掌握了相關的數學計算方法，很快，諾斯羅普公司的工程師丹尼斯.奧弗赫斯（Denys Overholser）又根據論文中介紹的規律，研究一種名為「回聲1」計算機程序，專門用來預報飛機在雷達眼中的反應，事後，通過不斷的驗證試驗，修改相關的參數，越玩越准，這樣子，不必等飛機設計出來，就等預報飛機在雷達眼裡的樣子。隱身技術的發展是不可能一下子成功的，需要漫長的經驗積累和不斷調試。
RCS
其實隱身飛機的秘密就兩條，一是不容易反射電磁波的外形；二是能吸收或中和電磁波的塗料。
雷達眼中的飛機，並不是靜止不變的，其實如果看飛機角度不同，雷達上圖象差別很大，通常選取一些典型方向做為評價指標，而主要的標尺是RCS，也叫雷達反射截面積，單位是平方米，通常用直徑1.13米（截面積1平方米）金屬球來當參照物，為什麼要找金屬球呢？因為不同波長的電磁波，對有形狀的物體反射效果差別也挺大，而金屬圓球對不同波長電磁波不敏感。
以下引用晨楓先生文章里的數據，供參考：
F-15戰鬥機，405平方米（在雷達眼睛裡，F-15那兩個與水平垂直的方向舵，和機翼又是90度角，簡直就是黑夜裡塗銀粉的大門板，電筒一照，看不見都難）；
B-1B 戰略轟炸機，1.02平方米；
SR-71偵察機，0.014平方米；
F-22戰鬥機，0.065平方米；
F-117夜鶯，0.003平方米；
B-2戰略轟炸機，0.0014平方米（目前世界上最好的隱身飛機，美佬說反射面積相當於一只海鷗）。
雷達波照到飛機上，除了我們容易理解的鏡面反射，其實主要是漫反射。為了對付反射，隱身飛機下表面越平越好，上表面也盡量形成對入射波的小角度，最理想的形狀是飛蝶那樣的平底的草帽形。
B-2根本沒有尾翼，側面看上去象不象草帽
B-2的前起落蓋板，是不可能與前進方向水平的，而且收起時與機翼的後掠角基本平行
除了反射，雷達波以小角度照到飛機上，還會產生表面波和爬行波，表面波沿機體表面前進並不斷衰減，但走到了盡頭，無路可去，只好回頭是岸，這在雷達眼睛裡，也會形成閃亮的回波，這是無法避免的，表面波和爬行波造成的RCS可以達到1到1.5平方米左右，對於隱身飛機而言，一定要進行處理。所以美國的F-22和F-35機翼外形和機體表面的一些開口邊緣（雷達眼中相當於一條金屬線），由一系統平行線組成，這樣的話，雷達波只會反射到幾個固定的方向，而不會各個都是，而且飛機是動態的，這些亮點有可一閃而過，難以實穩定的跟蹤，常常就錯過了。
雲上的空母介紹的默藍驗證機，邊條都挺扁，相當於路更遠，爬行波更容易消散
這種盤子飛機，邊緣又扁又圓，要不是那個大垂尾，隱身效果應當不錯，至於駕駛性能嗎，先隱身再說。
對於雷達而言，除了上面提到的反射和爬行波之類，角反射體和腔體反射是更要命的東西。
角反射體是互相垂直的兩塊或三塊板子，能形成讓電磁波原路返回的角反射體，直接把雷達波送回去，美國人的試驗表明，1平方米的三塊金屬板，如果組成90相交的角反射體，RCS能輕鬆超過10000萬平方米，以往飛機的垂直尾翼，與水平的機翼就會形成角反射體，因此，必須象B-2那樣除之而後快，對於戰鬥機之類的，為了保證機動性，沒法去掉，就儘可能加大傾斜角度，而且角度越大越好。
隱身飛機許多機翼上都是互相平直的平行線，把不可避免邊緣反射集中在幾個方向，F-22的機翼外形和尾翼幾乎一致就是這個道理。
F-22的彈艙打開的狀態，找把尺量一下，可以找到許多平行線，這樣把反射限定在不多幾個方向上
那些有著的直上直下的垂直尾翼的飛機，也好意思叫隱身飛機，想想也是醉了。
腔體反射也是隱身飛機的大敵，一個開口不過手機大的腔體（10厘米見方，0.01平方米），RCS能達到15平方米的水平，所能比機身修形更加重要，飛機上最常見的腔體是飛機的進氣道、飛行員的駕駛艙甚至飛行員頭盔和飛機上必不可少的開口都是要好好對付的腔體。
B-2的駕駛艙內部有可拉下的金屬網，進入PEN（隱身突破）狀態前，要拉下來，同時鎖定左右操縱面，只靠改變發動機的動力提供車向力。
F-117的進氣道，正面裝了紗窗，不讓雷達看到壓氣機葉片
航空發動機正面壓氣機葉片，是極好的雷達反射體，所以隱身飛機首先要把發動機藏起來，通常是採用S型的進氣道，保證雷達無法直射到葉片，而且在進氣道里在塗吸波材料，雷達波竄進去，被圍追堵截，逃出來的盡量少，或者乾脆象B-2那樣，把進氣道頂到頭上去，地球的是彎曲的，絕大多數情況下，敵方的雷達都是仰視，當然看不見。實在沒辦法，會採用一些紗窗一樣的金屬網進行屏蔽。
F-22的座艙有層金箔
戰機的駕駛艙，必須讓飛行看得見外面，通常有一層極簿的金箔或類似的導電膜，極薄的金箔是可以透光的，形成一個完整的曲面，不會成為腔體。
其實，最先進的隱身技術也是相對而言，更準確的說法是低可探測技術，雷達的探測距離與反射強度的四次方根成正比，按前面晨楓先生提到的數據，F-15反射截面積約405平方米，F-22的反射戴面積0.065平方米，儘管相差6230倍，但在被探測距離不會差那麼多倍，假如以同樣一部雷達同樣條件照射的話，如果F-15的被發現距離是100公里，那麼F-22的被發現距離大約是其九分之一，約11公里左右。
因此，隱身飛機往往還需要摸清對方的雷達站，盡量繞開走。
先聊這些吧，個人理解，難免有偏差。
參考文獻：
《給豬裝上翅膀-飛機隱身技術漫談》 晨楓
TAG: |
※雖然已經擁有了航母和隱身戰鬥機，中國軍事實力依舊遠遜於美國
※隱身那些事兒：德國秘研飛翼機卻在戰後便宜了美國
※美國武器都搞隱身技術：中國反隱身部隊正在悄悄崛起
※美國機器人殺人事件解讀
※中國造的自行車，越南人妙用就讓美國人都被打趴
※翔龍無人機讓美國航母在南海無所遁形
※美國一架小型私人飛機墜毀
※美國總統沒用，讓同性情侶拯救人類？英國人腦黑洞給跪了……
※中國隱身戰機獲頂尖材料振奮人心！美國臉色大變慌了神！
※美國華人感言：為何國人願做美國夢？
※菲律賓新總統：美國人害怕打仗 與中國交朋友更好
※美國夫婦收養中國棄嬰，讓人熱淚盈眶的故事
※美國夫婦收養中國棄嬰，意外發現被隱瞞的殘酷病情……讓人熱淚盈眶的故事！
※美蘇博弈的犧牲品，蘇聯空軍在美國部署讓古巴很受傷
※伊朗是如何擁有雄貓戰機的？盟友變敵人美國懊悔不已
※他是美國人，竟進入了中國抗日烈士名單，他的傳奇故事讓人感動！
※美國人發現一個殘酷事實：中國無人機產業將催生解放軍新的戰鬥力
※美國這艘無人機遭到無情的謾罵，美國喊冤，中國才是真正的導火線
※中國空軍今後最強勁的敵人，美國密集驗證下一代隱形轟炸機