戰鬥機雷達罩的秘密：顏色不同性能也大不相同

【摘要】本文原載於《兵器知識》2014年第7期【專家在線】 主持人：藍白，專家：中秋。詳細說明了各類戰機雷達罩的特點，包括黑色機頭的殲-10/11、用淺色雷達罩並取消機頭空速管的殲-10B和IF-17，以及使用有源相控陣(AESA)雷達的戰機只能採用沒有機頭空速管的、還得淺色天線罩的網路傳言的說明，相當詳盡的科普文字，強力推薦。

航空雷達大都安裝在機頭的前方，也稱為「鼻錐罩」。戰鬥機雷達罩的功能首先是保證雷達不受氣流衝擊、壓力影響，保持雷達艙的溫度和壓力恆定。另外要通過結構和外形設計，保證雷達波的高透過性，嚴格控制波瓣畸變和失真。雷達性能取決於設計時的功率和技術水平，而雷達罩的設計水平和技術指標可明顯影響雷達的實際性能。中國軍工技術和航空科研發展很快，先進戰鬥機更新換代的周期越來越短。在黑色機頭的殲-10/11剛被大家認識後不久，採用淺色雷達罩並取消機頭空速管的殲-10B和IF-17又開始出現。而在殲-10B出現後不久就傳出了應用AESA(有源相控陣)雷達的飛機只能採用沒有機頭空速管的、還得是淺色的天線罩的觀點。這個觀點雖然到現在還沒有確定的來源和依據，但已被網路上的軍迷所廣泛接受。本篇只是根據國外型號和國內有關技術發展，通過實例對這個觀點的根據進行對照分析，以此說明AESA與空速管和天線罩顏色並無直接聯繫。

國產殲-10A/S、殲-11B戰鬥機都採用了黑色雷達罩

殲-10B、殲-20、殲-15都採用了更為合理的灰色雷達罩

但殲-11D的雷達罩仍沿用黑色，證明了AESA與天線罩顏色並沒有直接關係

雷達罩顏色受什麼影響

雷達罩顏色與機體塗裝有關。軍機塗裝有識別和隱蔽兩個目的。從歷史上看，作戰飛機塗裝經過了幾個階段。一戰時的塗裝以識別為主要目的，這個時期的飛機塗裝帶有鮮明的個人色彩，往往塗成飛行員喜歡的顏色，雖然有靠塗裝分辨敵我和部隊符號的目的，但飛機的外表仍顯得雜亂無規律。航空兵在二戰期間已經成為重要作戰力量，飛機塗裝也開始重點考慮戰場上的隱蔽性，接近天空背景的灰色調開始應用。但陸基飛機相對更偏重地面隱蔽性好的綠色，大戰中、後期開始出現深/淺灰、藍/灰與綠色調的迷彩偽裝色。噴氣戰鬥機出現後很快就進入超音速階段，核武器也在同時期引發了全面戰爭的預想。於是能有效反射光輻射，又有低阻力、低重量優點的原鋁蒙皮得到廣泛應用，鋁蒙皮強反光問題在核戰爭環境下也可以接受。

越戰期間亞洲和歐洲地面戰場的航空兵，對超視距空戰的神化降低了對目視隱蔽的重視程度，戰鬥機大都選擇了下淺上深的雙色偽裝塗裝，很多戰鬥機應用了色彩差異明顯的綠色。戰爭經驗促進了第三代戰鬥機的發展，而強調空優和格鬥空戰性能的三代機，普遍選擇了有利於目視隱蔽的低可視塗裝。雷達罩作為飛機面敵的機體前端，必須降低色彩對比度，淺色調雷達罩開始廣泛應用。

按照上世紀70-80年代進行的色彩偽裝技術研究，活動於晝間的飛機適合採用淺灰色，夜間採用深灰色則有更好的隱蔽性。除非在無月、無光污染的純黑夜色條件下，黑色都不是色彩偽裝的好主意。根據演習和測試中所取得的數據，同距離晝間目視空戰中，黑色要比紅色更容易進行目標視覺識別。美國戰鬥機在越戰期間採用過深色叢林塗裝，雷達天線罩以黑色為主，實戰證明深色外表並不適合在空戰中使用。西方國家在80年代進行的戰鬥機空戰訓練中，黑色雷達罩是迎頭識別的重要標誌，發動機拉煙的黑色帶則是側向識別的主要標誌。正是因為識別效果好，黑色數字和條、帶已經成為航空標準識別色。

早期F-16的雷達罩是黑色的，結果發現在迎頭交戰中雷達罩非常顯眼，增加被目視發現的距離，所以很快就改成了灰色

早期F-16的雷達罩是黑色的，結果發現在迎頭交戰中雷達罩非常顯眼，增加被目視發現的距離，所以很快就改成了灰色

美國在作戰飛機色彩隱蔽性研究方面投入最大。根據美國航空兵裝備技術研究的結果，活動於中、低空的戰術飛機適合採用淺灰色，活動於中、高空的飛機上表面可用偏深的灰色以削弱反光，高空偵察機可以採用純黑色以便利用太空背景隱蔽。美國空軍廣泛應用的淺色調戰鬥機塗裝，大都是根據所處地區的具體條件，分別選擇2-3種不同色度的灰色組合，通過圓滑連接的色塊破壞飛機的輪廓，雷達罩則與機體同色。蘇聯空軍早期戰鬥機採用了綠色雷達罩，但前線戰鬥機為增加隱蔽性也很快開始採用灰或白色雷達罩，空優戰鬥機也是按照上深下淺的碎塊迷彩，或上灰下藍的雙色塗裝，雷達罩則採用環境適應性好的深灰或月白色。俄羅斯最初出口的蘇-27SK採用了上深下淺的一體化雙色塗裝，深灰色增強全天候隱蔽性並降低太陽反光，下方的淺灰用以降低與背景的對比度。

雷達罩的性能主要來源於透波結構的電學性能。電學性能則取決於材料類型，工作頻率、實際厚度和材料、塗層性能。雷達罩的材料大都選擇玻璃纖維夾層結構，也有採用成本很高但電學性能更好的石英纖維。纖維材料和疊層結構在雷達罩外表很難分辨。事實上，雷達罩顏色大都直接體現纖維和樹脂黃、褐等基色，在雷達罩基體底漆的外層再由內到外進行聚醯胺底漆+抗雨蝕塗料+抗靜電塗層的施工。抗靜電塗層在最外面，雷達罩偽裝色就由它決定。

各種灰色、白色、黑色的雷達罩與天線罩，雷達罩的顏色由抗靜電塗層決定

在雷達罩內側就能看到纖維材料和樹脂原色了，這是一個遭到鳥擊的F-16雷達罩

飛機飛行時摩擦產生的靜電如果附著在天線罩上，會明顯干擾機載雷達的工作。抗靜電塗層是在塗層基材中加入導電粉末，分為樹脂型和橡膠型兩個主要類別。樹脂類是硬式塗層，斷裂延長率低，硬度高，抗紫外線性能好，不變色。橡膠類塗層則是彈性塗層，斷裂延伸率高，硬度低，抗紫外線性能較差，容易變色。經過耐久性測試，樹脂塗層迎風面尤其是在起降時容易受沙塵影響的部分磨損較明顯，橡膠塗層的磨損相對要低。早期機載雷達樹脂材料硬式塗層的耐用性差，軟性塗層則已實現了從氯丁橡膠向氟橡膠的進步。國外主要採用黑色氯丁橡膠、黑色彈性聚氨脂和黑、白色氟橡膠，材料透波率在93.4-98.8%，塗層的理論壽命在24-36個月。抗靜電塗層最初採用石墨作為導電材料，但用石墨作為添料只能生產黑色塗層，顏色選擇範圍大的金屬氧化物導電粉末已在國外廣泛應用。無論天線罩的基體和底漆是什麼顏色，最終決定天線罩顏色的是抗靜電塗層，而添加粉末材料的抗靜電塗層恰恰不是透明的。

蘇-27白色雷達罩配合空優迷彩的偽裝效果很好

出口我國的蘇-27SK採用了獨特的雙色灰和灰色雷達罩塗裝，雷達罩下方的淺灰弧形區域應該是為了降低雷達罩與機腹淺灰的顏色對比強度而設計的

但灰色雷達罩的塗層暴露在陽光中會因紫外線的照射而老化，所以顏色會越來越深

FC-1「梟龍」戰鬥機雷達罩率先採用淺色彈性抗靜電塗層

根據公開資料的數據，國內有關企業在上世紀80年代研製成功了首代黑色彈性抗靜電塗層。上世紀末先後生產的國產作戰飛機，大都採用了純黑色雷達罩的顏色標準，主要就是受到首代軟性抗靜電塗層色標的影響。中國航空兵也很重視低視覺塗裝的戰術價值，如引進的蘇-27採用了鉛灰色塗裝，殲-10則選擇了與西方戰鬥機相似的淺灰色塗裝。但這些型號都採用了純黑色的雷達天線罩，使天線罩與機身形成明顯色差，淺色低視覺塗裝的殲-10雷達罩的色彩差異則更明顯。根據公開資料記載，這個期間雷達罩的顏色選擇，完全是受到塗層技術限制的結果。

國內化工企業在90年代開發出首代淺色抗靜電塗層，但當時的塗層雖然滿足了低視覺顏色的要求，卻存在耐熱性等指標差的缺陷，與彈性底漆和抗雨蝕塗層的結合性能也不理想，除部分應用於測試和技術研究外，難以實際應用到批生產的雷達罩工藝中。新一代淺色彈性抗靜電塗層開發成功後，開始在多個機型雷達罩中應用。

通過上述介紹，可以認識到雷達罩顏色與雷達類型完全沒有關係，更不存在什麼AESA用灰色雷達罩，平板縫隙用黑色雷達罩的「標準」。可以說得上區別的也許是在只有黑色抗靜電塗層時，國內可實用的只有平板縫隙天線雷達。不同時期不同雷達罩顏色與雷達類型的對應，只是推出時間接近造成的偶然。

空速管的分類和技術特點

飛機空速管是種重要的大氣數據感測器，用來精確測量飛行時的大氣總壓和靜壓，轉換成飛行控制需要的飛行速度、升降速度和大氣壓力數據。空速管在使用中要受到氣流干擾，空速管的長度越大，前端測壓口與機體的距離越遠，測量的靜壓就越接近大氣真實靜壓。根據測量精度的要求，空速管的最佳安裝位置是在與機身軸線相同的機頭前方。大長度空速管的剛度要求較高。當現代戰鬥機開始在機頭廣泛裝備機載雷達後，複合材料製造的天線罩剛度顯然不如金屬機體結構，容易因為基座彈性結構變形影響到空速管的測量效果。較長的空速管還會影響飛行員的前向視野。

採用機頭進氣方式的殲-6/7的空速管安裝在機頭下，可以設置相當長的探桿，缺點是結構重量過大，對地面活動的影響也比較多。後期的殲-7將空速管縮短後移到機頭側面，殲-8Ⅱ和殲轟7則採用較短的機頭錐空速管，引進的蘇-27和殲-10也採用雷達罩前空速管，並利用安裝位置優勢縮短空速管長度。

早期殲-7/米格-21的下置長空速管

米格-23改成了較短的雷達罩空速管

L形靜壓管

傳統的空速管是物理測壓的氣動補償空速管。按照不同速度下補償曲線的範圍，以及美軍標準的規定精度，機頭氣動補償空速管的長度應為機頭直徑的0.5-1，可見機頭空速管的長度並不能隨便選擇。補償空速管的設計相對比較簡單，但位置和尺寸限制比較嚴格，這就促成了計算空速管的技術發展。補償空速管靠氣動補償來保證測量精度，計算空速管則是在確定空速管的位置和尺寸後，通過風洞測試和試飛所取得的數據，測量出靜壓源誤差與速度、攻角、側滑角的關係曲線，通過大氣數據計算機的程序以測量曲線為依據，對空速管測量的靜壓數據進行補償和修正。計算補償方式雖然不能消除靜壓測量值，卻可以通過計算補償方式將誤差影響降到安全範圍內。氣動補償空速管主要依靠測量元件保證精度，計算補償空速管則需要大氣數據計算機的支持。但計算補償方式使空速管的安裝位置更靈活，更利於飛機雷達電子和座艙目視的設計協調。

國外戰鬥機在70年代開始採用機身靜壓管設計方式。通過利用大氣數據計算機和計算空速管，取消機頭雷達罩位置前伸的氣動補償空速管，在雷達罩後機頭周邊位置設置L形靜壓管，並用對稱設置多支小型靜壓管的方式，保證在複雜飛行狀態下對空速的測量精度。空速管直到現在仍然是飛機空速測量的重要手段，即使F-22A這樣儘可能減少機體外表突出設備的機型，仍然要在機頭兩側安裝空速管。從航空技術現狀看，短期內空速管的功能仍然不受影響，現代戰鬥機對空速管的選擇，還是集中在裝在什麼地方和採用什麼方式。

「梟龍」和殲-10B取消了傳統空速管，在機鼻周圍布置了4個L形靜壓管

現代戰鬥機的原型機試飛階段仍需要使用傳統空速管

氣動補償空速管直接測量自然靜壓，安裝位置受限，尺寸較大卻有較高的精度，遠離機體的階梯形管體還可與測角和測偏裝置綜合。計算空速管輕便，安裝位置也靈活，卻需要數據支持。所以，新飛機的原型機在飛氣動數據的早期階段，都安裝精度高的常規氣動補償空速管。只有獲得充足準確的氣動數據和修正係數後，才可用於支持大氣數據計算機的修正程序，計算補償空速管才能取代氣動補償空速管。這就是ATF/JSF這樣技術先進的樣機開始試飛時都在頭上頂個「避雷針」的原因。

近年來國內網路上流傳著一個觀點，就是通過觀察是否有機頭空速管作為分辨飛機是否安裝AESA雷達的依據，進而認為雷達罩沒有前方空速管就是先進。空速管與其內部的測量元件和導線都是金屬材料，當空速管設置在雷達天線罩前方時，金屬結構必然會影響到雷達系統的正常工作。取消空速管能消除雷達前方的不透波結構，確實有利於改善雷達工作環境，但把空速管與有無AESA聯繫起來真是很牽強。

雷達罩金屬遮擋問題

機頭空速管的優點是測量精度比機身空速管高，大氣數據計算機的誤差修正精度較容易保證。至於影響雷達工作的問題，無論是最早的圓錐掃描和單脈衝雷達，還是現在主力的平板縫隙PD雷達，再到最先進的AESA相控陣天線，機頭空速管所產生的影響和問題都是一樣的，對不同類型的雷達工作並沒什麼差異性的影響，自然也不存在AESA就不能有機頭空速管的要求。

用實際例子為依據。先不說在70年代的F-15就已經取消了雷達罩空速管，國內出口的JF-17也沒有安裝機頭空速管，而這兩個型號的機載雷達都是平板縫隙天線。日本F-2戰鬥機最早採用的就是AESA雷達，但仍然保持了與F-16相同的機頭空速管。美國為F-16開發的兩種改裝用AESA雷達，改造中也並不要求取消原有的機頭空速管。蘇聯/俄羅斯為米格-29、蘇-27系列開發的相控陣雷達，雖然並不是採用AESA天線，但這些型號也保留了機頭空速管。通過不同國家的例子，可以證明AESA與機頭空速管並沒有直接關係。

F-15由於沒有機頭空速管，所以雷達罩內部內乾淨，只有個一封堵螺帽

空速管確實是雷達天線前方的不透波結構，但現代飛機雷達罩上並不僅有這個金屬部件。飛機在飛行時會遇到各種氣候條件，以金屬為主要材料的飛行器等於是個高空避雷針。即使在飛行時適當選擇航線和高度層，在惡劣氣候下超音速飛行時雷擊危險性也相當大。不導電的雷達罩如果沒有放電措施，很容易在受到雷擊時破壞結構和內部雷達系統。現代戰鬥機雷達罩表面大都安裝防雷擊分流條，區別只是安裝位置和結構形式不同，目的是通過與機體連接的金屬導體，將擊中雷達罩位置的雷電導通到機體後釋放掉，避免雷擊對雷達造成破壞。常用的雷達罩防雷擊分流條有金屬箔條、金屬帶和紐扣式三種。

F-22雷達罩的雷擊測試，電流順著防雷條通到機體

金屬箔條重量輕、安裝方式簡單，空氣動力性能出色。但金屬箔條在遭到雷擊時會迅速加溫，截面小的箔條在高溫中會融化蒸發，僅能作為一次性使用的防護措施。金屬帶的導電性能高，但截面尺寸較大，所產生的氣動阻力和重量影響也大，而且整體金屬帶與複合材料雷達罩的熱膨脹係數差異較大，使用中容易出現結構分離，影響結構完整性，並破壞抗雷擊的導電和保護效果。紐扣式導電條則是金屬條的適應性發展物。紐扣式導電條的尺寸和安裝位置與金屬條相似，結構上是大量很薄的小圓鋁片連續安裝在基帶上。它能按照雷達罩的曲線固定在雷達罩外表，點式金屬片與雷達罩的連接比較牢固，不易受材料熱膨脹係數差異的影響。短間距的鋁片重量比金屬帶要輕，也能獲得相當於金屬片的電導性能，是目前各型飛機雷達罩防雷設施的主要形式。

按照技術要求，無論什麼類型的防雷擊分流條，順氣流方向安裝的分流條的前端，必須超過雷達天線掃描包絡面的前方。採用平板縫隙旋轉天線的戰鬥機，防雷擊分流條的長度大都在天線罩軸向2/3左右，因為機掃雷達的天線需要全向旋轉，天線用支架安裝在機頭背板，分流條必須覆蓋雷達天線旋轉所要運動的範圍。F-22A採用的AESA雷達雖然不需要旋轉，但為保證雷達天線的雷擊安全性，防雷擊分流條整體橫穿過折邊位置的天線罩前端。

殲-10戰鬥機雷達罩上的防雷條清晰可見

這是印度LCA戰鬥機的雷達罩雷擊測試

無空速管雷達天線罩的優勢

雷達波在掃描到天線罩上的金屬結構時，金屬反射的雷達波會嚴重干擾雷達工作，解決措施則是在雷達罩內層金屬部件影響區，敷設雷達吸波材料以避免金屬的信號反射。按照正常的雷達天線罩工藝方法，以雷達波長作為技術標準，採用泡沫結構的雷達吸波材料遮擋金屬部件，使照射到金屬部件位置的雷達波束被消耗掉，儘可能不被金屬件反射回雷達天線。無論是機械掃描還是電掃描雷達，空速管和雷擊分流條都處於雷達掃描範圍內，金屬部件的信號反射處理手段也大體相同，都是採用吸收消耗的方式削減雷達罩內反射信號。

防雷擊分流條的作用目前無可替代，無論採用什麼雷達都不可能取消這個結構，技術措施也沒什麼特殊的。雷達罩空速管在幾十年前就被機身靜壓管取代，近年來新設計生產的作戰飛機，大都已不在雷達罩中心點安裝空速管。

取消空速管的首個優點是降低了結構設計難度。金屬空速管的基座是非金屬的天線罩，飛行時空速管受到壓力和彎矩影響時，剛性管體的應力會傳到天線罩上，對基座的位置精度和受力不利，對高機動性戰鬥機的影響更明顯。機頭空速管對雷達罩尖端連接位置的材料強度要求很高，不利於根據雷達技術合理化設計雷達罩的結構。雷達罩的強度要求和結構重量都比較大，機頭靜壓管維護還必須打開雷達罩進行，對生產工藝要求高，維護涉及範圍也較大。

機頭空速管的測量精度確實很高，但為滿足數據測量裝置備份的要求，即使設置機頭空速管的戰鬥機，往往也在機身位置安裝有輔助功能的短L靜壓管。採用補償式空速管時，空速管安裝位置沒什麼選擇餘地。但在採用大氣數據計算機修正的計算空速管後，將主數據空速管由機頭位置移動到機身，等於增加了機身L靜壓管的測量精度要求，卻沒增加靜壓管的數量和管道系統，靜壓管的製造和維護保養都更簡化。

取消空速管後，能降低降低雷達罩的結構設計難度

雷達罩要通過人工或機械磨削方式修正超差來保持電性能的一致

F-22、F-35的菱形雷達罩採用新工藝製造，已經沒有的需要封堵的工藝孔

取消機頭空速管後的雷達罩結構設計更加自由，能按照雷達信號的有利特點確定雷達罩的層數、罩體厚度、鋪疊方式和纖維方向，獲得結構強度與重量和電性能平衡的有利結構。雷達罩雖然在設計時會考慮工藝問題，但在製造完成後必然會存在電性能的起伏。因為雷達罩玻璃鋼材料纏繞後樹脂固化的厚度無法保證高度一致，厚度差異對雷達波束一致性有影響。目前普遍採用測量製成件毛坯的電性能後，通過人工或機械磨削方式修正超差來保持電性能的一致性，以避免波束畸變。沒有機頭空速管就可以簡化雷達罩的結構，使設計更合理，還能改善加工質量，簡化後期參數調整工藝，增強雷達罩對雷達性能的支持。

雷達罩採用絕緣非金屬材料整體成型，無論是採用真空袋模壓、常壓袋模壓、高壓釜模壓成型或樹脂傳遞模塑法，都必須在固化前首先完成纖維纏繞這個基本工序。現有加工工序大都採用模具纏繞加絲工藝，雷達罩內模在兩端支撐的支持下旋轉運動加絲，在完成纏繞後必然會在兩端留出工藝開口。雷達罩尾段大端面用來與機體前部框架連接，雷達罩尖端存在的工藝孔原本用來安裝空速管，取消空速管的雷達罩則需要採用獨立部件封堵。如果仔細分辨現有戰鬥機的雷達罩外形，可以發現無空速管的雷達罩前端尖點位置，大都有個顏色不同的小型尖錐形填充物。這個部件的存在是為了封堵繞絲模具的工藝孔，改善纖維纏繞的工藝性和降低技術難度，同時也是用整體成型錐體改善雷達罩的強度，部分封堵用材料甚至直接選擇金屬件以增強強度。這種工藝與空速管的遮擋效果接近，與雷達工作之間並沒有無法解決的矛盾。F-15在70年代設計時就採用無空速管的雷達罩，這個時候並不存在可用於戰鬥機的AESA雷達，F-15當時也沒有應用AESA雷達的規劃，類似的例子還有EF-2000，可見雷達罩有沒有空速管與AESA沒有關係。現代雷達罩鋪疊和成形技術發展很快，不再必須設置模具前端的工藝孔。但從已有雷達罩的工藝技術尤其是國外戰鬥機改裝AESA雷達的樣例看，取消雷達罩空速管就是為了改善雷達罩結構性能，而不是為了AESA專門採用的措施。

總的講，電掃和機掃天線的電性能要求並無大的差異，都是按傳輸效率、瞄準誤差和方向圖畸變確定參數。功率反射則需要考慮到雷達罩設計、材料和附件的諸多因素。無論採用什麼類型雷達和天線罩材料，雷達系統對天線罩的顏色都沒有什麼要求，非金屬外殼上金屬部件雖然是越少越好，但也沒到哪個位置不能有什麼的嚴格程度。

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