20180806-FLAK聊軍事：殲20的吸波結構如何分布？
FLAK聊軍事：殲20的吸波結構如何分布？
2018年8月6日
https://www.facebook.com/notes/flak%E8%81%8A%E8%BB%8D%E4%BA%8B/%E6%AE%B220%E7%9A%84%E5%90%B8%E6%B3%A2%E7%B5%90%E6%A7%8B%E5%A6%82%E4%BD%95%E5%88%86%E5%B8%83/861358510719551/
草原作文大賽之從黃皮雞照片解析吸波結構的奧秘
本文同步刊載於【北國防務】
近日，網路上出現多張殲20的清晰大圖，照片中的飛機僅上黃色的防腐蝕底漆而沒有正式塗裝，但在雷達天線罩與機翼、彈艙邊緣卻呈現黑色。除了雷達罩是為了需要對雷達波保持透明，不准上漆外，其他部位的黑色邊條很可能是電磁或材料特性特殊，無法噴上同樣的黃漆。因此，研究這些黑色邊條的位置，能否推敲出匿蹤設計者的思維呢？文簡單推敲一番。
殲20的側面（上）都有傾斜角度，就是為了讓面反射轉向（左下）而不會回到雷達。但邊緣散射會朝垂直面的360度散射出去（右下），增加了回到雷達天線的機率，必須以角度平行、吸波結構...等方式減抑。
根據匿蹤原理，我們知道雷達波打在飛機上的反應可分成三種：首先，雷達波會依入射角等於反射角的原則，反射到相反方向去，這可稱為「面反射」；其次，雷達波遇到邊緣也是依入射角等於反射角的原則作反射，但反射波繞著邊緣形成錐狀或環狀，就稱為「邊緣散射」；第三，雷達波不管打到面或邊上，都有部分能量會沿著表面爬行，直到下個不連續區域才產生散射，這稱為「表面波」。其中，讓匿蹤設計者最頭痛的是邊緣散射，因為面反射就好像在太陽下拿個大鏡子般，當它正對你眼睛雖然會很刺眼，但只要偏個角度你就看不到反光了。但是邊緣散射卻像是太陽下的一根細鐵絲，雖然只看到一條細細的反光，但因為環狀散射的關係，不管你從那個角度都看得到，這就代表飛機怎麼跑，雷達員也能從螢幕上看到它的邊緣散射。
早期的吸波結構是類似無回音室的原理，利用鋸齒狀結構讓電波來回反射，而被介質吸收能量，例如SR-71的機翼前後緣（左），據說B-2邊緣採用的新版吸波結構，是在玻璃纖維構成的微型蜂巢結構填入不同密度的石墨，讓能量無法反射，並被石墨阻抗以漸進方式消耗掉（右）
早期匿蹤飛機的設計者就是不瞭解邊緣散射的嚴重性，所以雷達截面積降不下來。而從F-117開始，設計者就知道邊緣散射是對垂直方向最強，如果讓飛機表面的眾多邊緣盡可能平行，則散射方向就會集中到少數角度，大部分角度就只會產生極微量的反射，在雷達眼中成為「隱形」。然而，洛馬工程師曾說，匿蹤設計原則就是「形狀、形狀、形狀、以及材料」。這並不是說只有形狀才是重要的，而是用形狀消除了大部分的回波，材料就可以再消除剩下的頑劣份子。例如在邊緣加上吸波結構，就降低邊緣散射能量，則匿蹤飛機就算用邊緣對著你，你也未必看得到回波了。因此，我們可以看到殲20的所有翼面前緣與側緣都有黑色邊條，很可能就是吸收邊緣散射的特殊結構。
雷達波沿表面爬行到機翼後緣後，部分散射能量會轉向180度而回到前方的雷達天線，因此匿蹤飛機的後緣必須加大前掠角使散射轉向（下），也可利用後緣的鋸齒狀結構來達到小尺度轉向效果。
在殲20的前翼與襟翼後緣，我們發現黑色邊條還呈現了鋸齒狀，這就與「表面波」有關了。一般人以為，飛機後緣只跟後半球的回波有關，所以飛機如果不在乎後半球的敵人，使可以省略後緣的匿蹤處理。但這是錯誤的觀念，當雷達打到前機身或機翼前緣後，一部份能量會沿著表面爬行，直到遇上結構接縫或後緣又產生環狀的邊緣散射，也會增加前半球的回波。因此，早期的匿蹤飛機會利用「飛鏢式」或「鋸齒式」後緣來增加後緣角度，甚至與前緣平行，就是為了降低表面波的後緣散射。但殲20的受限於戰鬥機的高機動需求，後緣角度不能太大，就只能透過吸波結構的鋸齒形狀增加後緣散射的角度，從而減少正前方的回波。
腹鰭主要是彌補橫向穩定性的不足，例如F-16（下）為了減重採用單垂直尾翼，就靠腹鰭來彌補高攻角與高速狀態的穩定性；殲20（上）可能也因為垂直尾翼面積較小而需用腹鰭彌補。
但是吸波結構只能做在邊緣，不能整片翼面都是嗎？新一代匿蹤技術是在碳纖維編織過程就加入吸波材質，所以殲20的黃色底漆下的碳纖蒙皮可能也有一定吸波能力。然而，機體不同部位的受力與溫度不同，主翼部位可能還要嵌入天線、燈具、維修艙蓋、外接派龍架....等等需求就需要較高強度的材料，就得犧牲吸波係數。但殲20的腹鰭僅具穩定功能而不負責控制，因此受力輕微；加上不具任何天線或燈具，因此我們可以看到腹鰭除了前、後緣外，中間一大塊也是黑色吸波材質。由於威脅雷達波大多來自下方，西方匿蹤飛機都避免使用腹鰭，而殲20的腹鰭藉由增加吸波材料的比例可降低對下半球匿蹤的衝擊。
前翼由於受力較大，目前還難以用全複合材料製造，例如颱風式（左下）是整片用鈦合金打造，疾風式（右下）則是前半鈦合金，後半複合材料，因此殲20的前翼（上）可能也是鈦合金結構，邊緣加上吸波結構。
有些人以為，前翼與腹鰭一樣都是單純的氣動面，也能用全吸波材料製成以消弭對前半球匿蹤的衝擊。但前翼與腹鰭的不同點在於前翼是控制面，需要改變攻角來產生俯仰力矩，而升力的反作用力就會形成結構負荷。事實上，由於前翼位於氣流的上游位置，其單位面積的受力會比主翼還大，因此像颱風式與疾風式的前翼都必須以高強度、抗疲勞的鈦合金結構打造，難以整片採用吸波結構，因此我們可看到殲20也只在邊緣採用吸波結構作加強。同樣的道理也可套用到殲20的全動式垂直尾翼，因為要產生偏航與高攻角滾轉力矩，對強度的要求較高，也只有邊緣能裝吸波結構。
（上）F-35之DSI進氣道的腫包是機身結構（紅圈處）的一部份，蒙皮材質也與機身相同，但進氣孔外唇則整條都是褐色吸波結構（下）殲20的「腫包」有兩片大型吸波蒙皮，進氣孔外唇也有長條狀黑色吸波結構，但轉角處可能因為工藝問題沒有涵蓋到。
不過，跟腹鰭一樣不用「出力」的部位還有DSI進氣孔的「腫包」，它是利用精確的表面形狀達到控制震波與排除邊界層亂流的效果，本身受力不大，因此殲20在腫包上下換成大片吸波材質可降低前方與側方的回波。另外我們可以隱約看到進氣道內壁也是黑色材質，這是因為殲20雖然採用S形進氣道讓雷達無法從前方照到引擎葉片，但雷達波打到進氣道內壁還是會在多重反射後打到引擎正面，又經過多重反射從進氣孔出來，所以整個進氣道內壁都需具有吸波效果，使雷達波在多重反射的過程衰減消失。
除了艙門外框與結構接縫外，（上）F-22的Caret進氣孔的整片邊界層隔板與機身內壁（紅圈）可能是褐色吸波結構，以避免邊界層隔板產生多重反射回波（中）F-35的垂直尾翼、水平尾翼與襟翼也是大塊黑色吸波結構。（下）新版的殲20出廠照也在側面與腹部彈艙增設了早期版本沒有見到的吸波外框，表示這些可能是更新的量產版本
以上談了這麼多都是推測，畢竟筆者無法到現場切一塊回來分析。但讀者可能也想知道的是：那美軍的吸波結構又長什麼樣子呢？美國從B-2開始就用全機碳纖維蒙皮來混入吸波成分，在碳纖維強化塑膠的成形過程就嵌入了吸波材質與微型結構，加上表面的吸波鍍層，形成全機的吸波效果。因此從F-22與F-35的出廠照片可以發現，全機幾乎是碳纖維蒙皮，翼面前後緣並沒有明顯的邊條。然而，它們在機身艙蓋外框與主要結構的接縫會出現不同顏色的複合材料，官方說法是因為局部受力較大或是溫度較高，需要不同材質來強化；但這些材料可能也強化了吸波功能，以阻止表面波從接縫處洩漏。值得注意的是，這波殲20的黃皮照也首度在側面與腹部彈艙也首度出現了吸波外框，顯示殲20在服役後也逐步加強吸波措施來追趕F-22/35的匿蹤性。
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草原作文大賽之從黃皮雞照片解析吸波結構的奧秘
本文同步刊載於【北國防務】
近日，網路上出現多張殲20的清晰大圖，照片中的飛機僅上黃色的防腐蝕底漆而沒有正式塗裝，但在雷達天線罩與機翼、彈艙邊緣卻呈現黑色。除了雷達罩是為了需要對雷達波保持透明，不准上漆外，其他部位的黑色邊條很可能是電磁或材料特性特殊，無法噴上同樣的黃漆。因此，研究這些黑色邊條的位置，能否推敲出匿蹤設計者的思維呢？文簡單推敲一番。
殲20的側面（上）都有傾斜角度，就是為了讓面反射轉向（左下）而不會回到雷達。但邊緣散射會朝垂直面的360度散射出去（右下），增加了回到雷達天線的機率，必須以角度平行、吸波結構...等方式減抑。
根據匿蹤原理，我們知道雷達波打在飛機上的反應可分成三種：首先，雷達波會依入射角等於反射角的原則，反射到相反方向去，這可稱為「面反射」；其次，雷達波遇到邊緣也是依入射角等於反射角的原則作反射，但反射波繞著邊緣形成錐狀或環狀，就稱為「邊緣散射」；第三，雷達波不管打到面或邊上，都有部分能量會沿著表面爬行，直到下個不連續區域才產生散射，這稱為「表面波」。其中，讓匿蹤設計者最頭痛的是邊緣散射，因為面反射就好像在太陽下拿個大鏡子般，當它正對你眼睛雖然會很刺眼，但只要偏個角度你就看不到反光了。但是邊緣散射卻像是太陽下的一根細鐵絲，雖然只看到一條細細的反光，但因為環狀散射的關係，不管你從那個角度都看得到，這就代表飛機怎麼跑，雷達員也能從螢幕上看到它的邊緣散射。
早期的吸波結構是類似無回音室的原理，利用鋸齒狀結構讓電波來回反射，而被介質吸收能量，例如SR-71的機翼前後緣（左），據說B-2邊緣採用的新版吸波結構，是在玻璃纖維構成的微型蜂巢結構填入不同密度的石墨，讓能量無法反射，並被石墨阻抗以漸進方式消耗掉（右）
早期匿蹤飛機的設計者就是不瞭解邊緣散射的嚴重性，所以雷達截面積降不下來。而從F-117開始，設計者就知道邊緣散射是對垂直方向最強，如果讓飛機表面的眾多邊緣盡可能平行，則散射方向就會集中到少數角度，大部分角度就只會產生極微量的反射，在雷達眼中成為「隱形」。然而，洛馬工程師曾說，匿蹤設計原則就是「形狀、形狀、形狀、以及材料」。這並不是說只有形狀才是重要的，而是用形狀消除了大部分的回波，材料就可以再消除剩下的頑劣份子。例如在邊緣加上吸波結構，就降低邊緣散射能量，則匿蹤飛機就算用邊緣對著你，你也未必看得到回波了。因此，我們可以看到殲20的所有翼面前緣與側緣都有黑色邊條，很可能就是吸收邊緣散射的特殊結構。
雷達波沿表面爬行到機翼後緣後，部分散射能量會轉向180度而回到前方的雷達天線，因此匿蹤飛機的後緣必須加大前掠角使散射轉向（下），也可利用後緣的鋸齒狀結構來達到小尺度轉向效果。
在殲20的前翼與襟翼後緣，我們發現黑色邊條還呈現了鋸齒狀，這就與「表面波」有關了。一般人以為，飛機後緣只跟後半球的回波有關，所以飛機如果不在乎後半球的敵人，使可以省略後緣的匿蹤處理。但這是錯誤的觀念，當雷達打到前機身或機翼前緣後，一部份能量會沿著表面爬行，直到遇上結構接縫或後緣又產生環狀的邊緣散射，也會增加前半球的回波。因此，早期的匿蹤飛機會利用「飛鏢式」或「鋸齒式」後緣來增加後緣角度，甚至與前緣平行，就是為了降低表面波的後緣散射。但殲20的受限於戰鬥機的高機動需求，後緣角度不能太大，就只能透過吸波結構的鋸齒形狀增加後緣散射的角度，從而減少正前方的回波。
腹鰭主要是彌補橫向穩定性的不足，例如F-16（下）為了減重採用單垂直尾翼，就靠腹鰭來彌補高攻角與高速狀態的穩定性；殲20（上）可能也因為垂直尾翼面積較小而需用腹鰭彌補。
但是吸波結構只能做在邊緣，不能整片翼面都是嗎？新一代匿蹤技術是在碳纖維編織過程就加入吸波材質，所以殲20的黃色底漆下的碳纖蒙皮可能也有一定吸波能力。然而，機體不同部位的受力與溫度不同，主翼部位可能還要嵌入天線、燈具、維修艙蓋、外接派龍架....等等需求就需要較高強度的材料，就得犧牲吸波係數。但殲20的腹鰭僅具穩定功能而不負責控制，因此受力輕微；加上不具任何天線或燈具，因此我們可以看到腹鰭除了前、後緣外，中間一大塊也是黑色吸波材質。由於威脅雷達波大多來自下方，西方匿蹤飛機都避免使用腹鰭，而殲20的腹鰭藉由增加吸波材料的比例可降低對下半球匿蹤的衝擊。
前翼由於受力較大，目前還難以用全複合材料製造，例如颱風式（左下）是整片用鈦合金打造，疾風式（右下）則是前半鈦合金，後半複合材料，因此殲20的前翼（上）可能也是鈦合金結構，邊緣加上吸波結構。
有些人以為，前翼與腹鰭一樣都是單純的氣動面，也能用全吸波材料製成以消弭對前半球匿蹤的衝擊。但前翼與腹鰭的不同點在於前翼是控制面，需要改變攻角來產生俯仰力矩，而升力的反作用力就會形成結構負荷。事實上，由於前翼位於氣流的上游位置，其單位面積的受力會比主翼還大，因此像颱風式與疾風式的前翼都必須以高強度、抗疲勞的鈦合金結構打造，難以整片採用吸波結構，因此我們可看到殲20也只在邊緣採用吸波結構作加強。同樣的道理也可套用到殲20的全動式垂直尾翼，因為要產生偏航與高攻角滾轉力矩，對強度的要求較高，也只有邊緣能裝吸波結構。
（上）F-35之DSI進氣道的腫包是機身結構（紅圈處）的一部份，蒙皮材質也與機身相同，但進氣孔外唇則整條都是褐色吸波結構（下）殲20的「腫包」有兩片大型吸波蒙皮，進氣孔外唇也有長條狀黑色吸波結構，但轉角處可能因為工藝問題沒有涵蓋到。
不過，跟腹鰭一樣不用「出力」的部位還有DSI進氣孔的「腫包」，它是利用精確的表面形狀達到控制震波與排除邊界層亂流的效果，本身受力不大，因此殲20在腫包上下換成大片吸波材質可降低前方與側方的回波。另外我們可以隱約看到進氣道內壁也是黑色材質，這是因為殲20雖然採用S形進氣道讓雷達無法從前方照到引擎葉片，但雷達波打到進氣道內壁還是會在多重反射後打到引擎正面，又經過多重反射從進氣孔出來，所以整個進氣道內壁都需具有吸波效果，使雷達波在多重反射的過程衰減消失。
除了艙門外框與結構接縫外，（上）F-22的Caret進氣孔的整片邊界層隔板與機身內壁（紅圈）可能是褐色吸波結構，以避免邊界層隔板產生多重反射回波（中）F-35的垂直尾翼、水平尾翼與襟翼也是大塊黑色吸波結構。（下）新版的殲20出廠照也在側面與腹部彈艙增設了早期版本沒有見到的吸波外框，表示這些可能是更新的量產版本
以上談了這麼多都是推測，畢竟筆者無法到現場切一塊回來分析。但讀者可能也想知道的是：那美軍的吸波結構又長什麼樣子呢？美國從B-2開始就用全機碳纖維蒙皮來混入吸波成分，在碳纖維強化塑膠的成形過程就嵌入了吸波材質與微型結構，加上表面的吸波鍍層，形成全機的吸波效果。因此從F-22與F-35的出廠照片可以發現，全機幾乎是碳纖維蒙皮，翼面前後緣並沒有明顯的邊條。然而，它們在機身艙蓋外框與主要結構的接縫會出現不同顏色的複合材料，官方說法是因為局部受力較大或是溫度較高，需要不同材質來強化；但這些材料可能也強化了吸波功能，以阻止表面波從接縫處洩漏。值得注意的是，這波殲20的黃皮照也首度在側面與腹部彈艙也首度出現了吸波外框，顯示殲20在服役後也逐步加強吸波措施來追趕F-22/35的匿蹤性。
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