第42卷第1期 红外与激光工程 2013年1月 Vol.42 No.1 Infrared and Laser Engineering Jan.2013 红外隐身技术发展趋势 桑建华，张宗斌 (中航工业成都飞机设计研究所，四川成都610041) 摘要：随着科学技术的不断发展，红外隐身技术在新式武器装备上被广泛应用，是现代武器装备的 显著特征。红外传感器诞生并应用于导弹导引，已成为各类武器装备的重大威胁，以红外探测器为例 尤为突出。通讨对武器装各的威胁分析，佩术了红外隐身性能对各类武器装各的重要性以及红外隐 身技术的发展情况：以固定翼飞行器为重点，同时也对直升机、水面舰艇及地面武器坦克装备等加以 分析，并分别简述了各类武器装备的红外辐射源、红外辐射强度控制技术措施及发展趋势，通过试验 证明了红外隐身技术的研究和应用对于各类武器装备的重要性。 关键词：红外隐身技术：红外辐射强度：固定翼飞行器：直升机：水面舰艇：坦克 中图分类号：TN21 文献标志码：A 文章编号：1007-2276(2013)01-0014-06 Development trends of infrared stealth technology Sang Jianhua.Zhang Zongbir (AVIC Chengdu Aireraft Design Research,China) Abstract:With the development of science and technology.infrared stealth technology has been widely used in new weapons and equipments,and it has become an important performance and significant feature of the modemn weapon equipment.The birth of the infrared sensors for missile seeker applications becomes a major threat for various types of weapons and equipments.especially for infrared detectors The threats to weapons were analyzed:infrared stealth performance of the various types of weapons and equipment and development of the infrared stealth was summarized;the sources of infrared radiation control technology measure of IR and development tendency were briefly analyzed for fixed wing aircraft as the key,but also for helicopters,surface ships and ground weapon equipments.The test results prove that research and application of the infrared stealth technology are important to all kinds of weapons and equipments. :infrared stea:infrared radiation fixed: warships;tanks 收稿日期：2012-05-08：修订日期：2012-06-11 作岩简介：桑建华(1956-)，男，研究员，博士生导师，牌士，主要从事飞行器设计及隐身技术方面的研究 1994-2014 China Academie Joural Electronie Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.ne
红外隐身技术发展趋势 桑建华，张宗斌 (中航工业成都飞机设计研究所，四川 成都 610041) 摘 要： 随着科学技术的不断发展，红外隐身技术在新式武器装备上被广泛应用，是现代武器装备的 显著特征。红外传感器诞生并应用于导弹导引，已成为各类武器装备的重大威胁，以红外探测器为例 尤为突出。通过对武器装备的威胁分析，阐述了红外隐身性能对各类武器装备的重要性以及红外隐 身技术的发展情况；以固定翼飞行器为重点，同时也对直升机、水面舰艇及地面武器坦克装备等加以 分析，并分别简述了各类武器装备的红外辐射源、红外辐射强度控制技术措施及发展趋势，通过试验 证明了红外隐身技术的研究和应用对于各类武器装备的重要性。 关键词： 红外隐身技术； 红外辐射强度； 固定翼飞行器； 直升机； 水面舰艇； 坦克 中图分类号： TN21 文献标志码： A 文章编号： 1007-2276(2013)01-0014-06 Development trends of infrared stealth technology Sang Jianhua, Zhang Zongbin (AVIC Chengdu Aircraft Design & Research Institute, Chengdu 610041, China) Abstract: With the development of science and technology, infrared stealth technology has been widely used in new weapons and equipments, and it has become an important performance and significant feature of the modern weapon equipment. The birth of the infrared sensors for missile seeker applications becomes a major threat for various types of weapons and equipments, especially for infrared detectors. The threats to weapons were analyzed; infrared stealth performance of the various types of weapons and equipment and development of the infrared stealth was summarized; the sources of infrared radiation, control technology measure of IR and development tendency were briefly analyzed for fixed wing aircraft as the key, but also for helicopters, surface ships and ground weapon equipments. The test results prove that research and application of the infrared stealth technology are important to all kinds of weapons and equipments. Key words: infrared stealth technology; infrared radiation intensity; fixed wing aircraft; helicopters; warships; tanks 收 稿 日 期：2012-05-08； 修 订 日 期：2012-06-11 作 者 简 介：桑 建 华(1956-)，男，研 究 员，博 士 生 导 师，博 士，主 要 从 事 飞 行 器 设 计 及 隐 身 技 术 方 面 的 研 究 。 第 42 卷第 1 期 红外与激光工程 2013 年 1 月 Vol.42 No.1 Infrared and Laser Engineering Jan.2013
第1期 桑建华等：红外隐身技术发展趋婷 15 个方面：其一是35m波段的红外隐身技术，主要 0引言 解决发动机的红外隐身问题，温度高是技术实现的 特点之一：其二是8-14m波段红外隐身技术，主要 随着科学技术的进步，传感器和探测器（系统） 发展迅速。红外传感器证生后。很快用于导弹的导 解决大面积机体外表面的红外隐身问题，主要技术措 引，成为各种武器装备的直接威胁，从而对武器装备 施的基本原理与发动机的红外隐身技术原理相同，与 的牛在应生了后大的影响。材料特术知芯片特术的 雷达隐身技术的兼容是其技术实现的特点之一。 不断进步使红外传感器技术发展迅速，红外探测器 1.1固定翼飞行器红外辐射源 固定翼飞行器的红外辐射源包括机体外表面 的探测距离已与机载雷达的探测距离相当甚至更 远，成为探测飞行器的重要手段之一，从面使飞行器 发动机腔体及尾喷流3部分。机体外表面的能量主 要集中于8~14m波段，而发动机喷管和尾喷流的 的红外隐身问题变得非常迫切。机载红外搜索跟踪 红外辐射能量主要集中于35μm波段。这3部分能 系统IRST)机载前视红外系统FLR)等探测系经隐 蔽性好、角探测精度高，抗电磁干扰能力强、探测距 量的总和，使固定翼飞行器的红外辐射能量达到 个非常大的量级，对于大部分常规飞行器：3-5um 离大，且探测波段酒盖红外中波(3-5um)和红外长 波(8-14um)四：同样，该类红外探测设各对舰艇、坦 波段红外辐射强度约在1500-20000W/sr量级，且 随发动机的工作状态和观察角度变化：8-14m波 克等武器装备的生存力也构成越来越严重的威胁。 为了应对上述威。各种武器势备都十分面视红外 段约为1000-3000W/sr量级，且随飞行器的Ma数 隐身技术的研究和应用，以便有效控制武器装备的 和观测角度变化。另一方面，高空环境温度较之于 飞行器表面的温度要低得多，因此飞行器红外辐射 红外特征信号，缩小敌方红外探测系统的作用距离 特征在天空背景中显得异常明显。能量大，特征明 以提高自身的生存能力、突防能力及作战效能」 是飞行器红外辐射的重要特点。 红外隐身技术在新式武器技备上开始广泛应用网 12固定翼飞行器红外隐身技术措施 红外隐身已成为现代武器装备必须具备的重要性能 ()遮挡技术。外形遮挡主要是利用飞机外形布 和显著特征。目前武器装各红外隐身技术发展有两 局，如垂尾、后体边条、腹鳍等，在某些扇区部分遮挡 个显著特点.其一是针对多波段(35.814um)先进 排气系统的高温热壁面，后体边条和下遮挡板等对 红外探测器的出现和应用，促使红外隐身技术向全 尾喷口腔体和尾喷流进行遮挡，对于抑制3-5um波 方位多频段发属-习：其二是要求与其他隐身性能 段的红外辐射强度有明显的效果：“S”弯喷管技术园 进行平衡和综合设计（如雷达、可见光隐身等）。 遮挡技术的另一种表现形式，主要目的是遮挡发动 根据斯蒂芬一波耳兹曼定律，目标红外辐射能量 机中心维和热喷流，从而阻止这部分辐射源辐射的 与发射率、温度的四次方成正比，因此武器装备红外 红外能量向红外深面强方向传轮典型的原理试 隐身技术的核心是缩减或控制红外辐射能量。红外 表明，设计良好的立尾对侧后45°方位的红外辐射强 探测器对目标的探测距离与目标红外辐射强度的平 度有明显的抑制效果，在3~5um波段红外辐射强 方根值成正比关系，如果目标的红外辐射强度下降 可降低20%一45周。遮挡技术可以有效遮挡发动机 10dB(90%).则探测器作用距离下降68%。红外辐射 舱外相对较高区域的表面温度， 并且对现代隐身 强度，亮度、与目标周围背景的对比度是表征红外隐 机8-14m波段也同样具有较好的红外隐身效果 身性能的重要参数，不同的武器装备可能有不同的 遮挡技术已在F-22、F-35和B-2等多款作战 要求和侧重，但其最主要的技术措施都是通过遮挡 飞机上得到成功应用，特征是尾喷口内缩，利用垂 冷却（降温）和降低（调整）目标表面发射率等来实现 尾，平尾、支板和喷管侧壁等热端部件，例如B-2飞 红外隐身技术要求。 机采用了“S”弯喷管，有效降低了红外辐射强度。 (2)隆温技术。在发动机民部腔体内的中心维 1固定翼飞行器红外隐身技术 支板和喷管侧壁等热端部件上，采用气膜冷却技术 固定翼飞行器红外隐身技术的主要内容包括两 可以有效降低发动机腔体的红外辐射强度，典型的 1994-2014 China academic Journal electronic Publishing House all rights reserved httn://www.enki net
第 1 期 0 引 言 随着科学技术的进步 ，传感器和探测器(系 统) 发 展迅速。 红外传感器诞生后， 很快用于导弹的 导 引，成为各种武器装备的直接威胁，从而对武器 装备 的生存产生了巨大的影响。 材料技术和 芯片技术的 不断进步使红外传感器技术发展迅速， 红外探测器 的探测距离已与机载 雷达的探测距离相当甚至更 远，成为探测飞行器的重要手段之一，从而使飞行器 的红外隐身问题变得非常迫切。 机载红外搜索跟踪 系统(IRST)、机载前视红外系统(FLIR)等探测系统隐 蔽 性 好、角 探 测 精 度 高、抗电磁干扰能力强、探 测 距 离 大，且探测波段涵盖红外中波(3～5 μm)和 红 外 长 波(8～14 μm)[1]；同 样，该类红外探测设备对舰艇、坦 克等武器装备的生存力也构成越来越严重的威胁。 为了 应对上述威胁， 各种武器装备都十分重视红 外 隐身技术的研究和应用， 以便有效控制武器装备的 红外特征信号，缩小敌方红外探测系统的作用距离， 以提高自身的生存能力、突防能力及作战效能[2]。 红外隐身技术在新式武器装备上开始广泛应用[1-6]， 红外隐身已成为现代武器装备必须具备的重要性能 和显著特征。 目前武器装备红外隐身技术发展有两 个显著特点：其一是针对多波 段(3～5、8～14 μm)先 进 红外探测器的出现和应用， 促使红外 隐身技术向全 方 位、多 频 段 发 展[1-2]；其二是要求与其他隐身性能 进行平衡和综合设计(如雷达、可见光隐身等)[1-3]。 根据斯蒂芬-波耳兹曼定律，目标红外辐射能量 与发射率、温度的四次方成正比，因此武器装 备红外 隐身技术的核心是缩减或控制红外辐射能量。 红外 探测器对目标的探测距离与目标红外辐射强度的平 方根值成正比关系， 如果目标的红外辐射强度下降 10 dB(90%)，则探测器作用距离下降 68%。 红外辐射 强度、亮度、与目标周围背景的对比度是表征红外隐 身性能的重要参数， 不同的武器装备可能有不同的 要求和侧重，但其最主要的技术措施都是通过遮挡、 冷 却(降 温)和 降 低(调 整)目标表面发射率等来实现 红外隐身技术要求。 1 固定翼飞行器红外隐身技术 固定翼飞行器红外隐身技术的主要内容包括 两 个 方 面：其 一 是 3～5 μm 波段的红外隐身技术，主 要 解决发动机的红外隐身问题， 温度高是技术实现 的 特点之一；其二是 8～14 μm 波段红外隐身技术，主要 解决大面积机体外表面的红外隐身问题，主要技术措 施的基本原理与发动机的红外隐身技术原理相同，与 雷达隐身技术的兼容是其技术实现的特点之一。 1.1 固定翼飞行器红外辐射源 固定翼飞行器的红外辐射源包括机体外表面 、 发动机腔体及尾喷流 3 部分。 机体外表面的能量主 要集中于 8～14 μm 波段， 而发动机喷管和尾喷流 的 红外辐射能量主要集中于 3～5 μm 波段。这 3 部分能 量的总和， 使固定翼飞行器的红外辐射能量达到一 个 非 常 大 的 量 级， 对于大部分常规飞行 器：3～5 μm 波段红外辐射强度约在 1 500～20 000 W/sr 量 级，且 随发动机的工作状态和观察角度变化 ；8～14 μm 波 段约为 1 000～3 000 W/sr 量级， 且随飞行器的 Ma 数 和观测角度变化[7]。 另一方面，高空环境温度较之于 飞行器表面的温度要低得多， 因此飞行器红外辐射 特征在天空背景中显得异常明显。 能量大、特征明显 是飞行器红外辐射的重要特点。 1.2 固定翼飞行器红外隐身技术措施 (1) 遮挡技术。 外形遮挡主要是利用飞机外形布 局，如垂尾、后体边条、腹鳍等，在某些扇区部分遮 挡 排气系统的高温热壁面， 后体边条和下遮挡板等对 尾喷口腔体和尾喷流进行遮挡，对于抑制 3～5 μm 波 段的红外辐射强度有明显的效果；“S”弯喷管技术是 遮挡技术的另一种表现形式， 主要目的是遮挡发 动 机中心锥和热喷流， 从而阻止这部分辐射源辐射 的 红外能量向红外探测器方向传输。 典型的原理试验 表明，设计良好的立尾对侧后 45°方位的红外辐射强 度有明显的抑制效果，在 3～5 μm 波段红外辐射强度 可降低 20％~45％[8]。 遮挡技术可以有效遮挡发动机 舱外相对较高区域的表面温度， 并且对现代隐身飞 机 8～14 μm 波段也同样具有较好的红外隐身效果。 遮 挡 技 术 已 在 F-22、 F-35 和 B-2 等 多 款 作 战 飞机上得到成功应用， 特征是尾喷口内缩， 利 用 垂 尾、平 尾、支板和喷管侧壁等热端部件，例 如 B-2 飞 机采用了“S”弯喷管，有效降低了红外辐射强度。 (2) 降温技术。 在发动机尾部腔体内的中心锥、 支板和喷管侧壁等热端部件上， 采用气膜冷却技 术 可以有效降低发动机腔体的红外辐射强 度， 典型 的 桑建华等： 红外隐身技术发 展趋势 15
16 红外与激先工程 第42 气照冷却系统。冷气流量约占发动机主暗流的 度慢，作战的时机和作战的对象与固定翼飞行器有 1.5%,使热端部件表面的温度降低35~80K,使发动 很大的差别，导致其隐身性能和要求不同。因为雷达 机尾部3~5m波段红外辐射强度降低30%以上 探测不到被山丘，森林和律筑物道挡的直升机：直 涡轮风扇发动机利用外涵道气流冷却尾喷管和燃气 升机贴地飞行或旋停时（这是固定翼飞行器办不到 射流.是一种有效冷却发动机腔体的技术措施，这也 的)地面的杂乱同被也将掩梦吉升机而使雷大失夫 是涡扇发动机红外辐射强度明显低于涡喷发动机的 作用，红外和可见光探测器也是同样的命运。在这些 主要原因。蹄流隆阻措施主要包括强化喷管内函气 探测摆发现直升机之前.通过直升机的声响可探面 流与外涵气流摻混，以及强化喷流与大气的掺混，典 和识别直升机，因此，声隐身是直升机特有的，也是 型设计包括二元喷管设计，喷管出口锯齿设计，S弯 最重要的特点。但仅就红外隐身而言，直升机红外辐 喷管设计波瓣湿合等等采用冷知隆温技术降低 射源主要有发动机、滑油散热器、主减速器及其他传 机体外表热点部位温度，也可以有效降低飞行器表 动齿轮的散热装置等回。其主要的红外隐身技术措 面8-14m被段的红外辐射强度。 施包括： F-22采用了多项红外隐身技术，该飞机利用燃 ()遮挡技术遮挡热表面，在暴露的发动机排气 对装皮和机载前终讲行冷知均取得了较好的红外隐 管外加一层排气管。两管之间留有冷却空气流动的 身效果：在喷管扩张段及临近机身部位设计了大量冷 间隙，或采用隔热材料对热表面进行隔热等方法 却用的狭缝及气膜孔：F-15B高速飞行试验(Ma数 RAH-66“科曼奇”隐身武装直升机在尾梁两测设计 1.4结果表明层流区域的温度显著低于湍流区域。 了向下的狭长缝隙式排气口，不仅能降低发动机的 (3)红外低发射率材料技术。对于尾喷管腔体」 排气噪声，而且还能减少发动机排气的红外辐射特 低发射率技术可以用于末级祸轮中心锥支板等高 征。从而使直升机红外辐射强度大幅度降低。 温部件表面。在典型发动机的红外抑制研究实验中 (②)冷却技术。冷却技术就是使发热的部位尽快 在祸轮上采用低发射率材料，使其发射率由0,9降 路温红外思射器府可小20保以上四单围AH-64 低到0.2以下，在尾部方向，可使腔体和喷流的红外 阿帕奇直升机装置一种红外抑制器 可以有效降低 辐射强度降低30%以上：采用低发射率材料和降温 发动机排气系统温度。独特的长条形向下排气设计， 两项技术，可使尾向的3-5um波段红外辐射强度降 通过尾梁上方的第二个进气口吸入的冷却空气与发 低50%-80%。低发射率技术同样可用于飞行器机体 动机热排气混合，经尾梁两侧向下的缝隙排出，再由 外表面，使飞行器在8-14um波段红外辐射强度大 旋翼下洗流混合、扩散，使排气温度明显降低。 幅度下降 F-22飞机及其发动机上，均大量采用了红外低 3水面舰艇红外隐身技术 发射率材料技术，其基本涂层体系中，有一层红外低 对干主现在水面作战的大形服船（句括航空母 发射率的隐身涂层，可有效抑制红外辐射特性-回 舰)而言，舰体巨大，其各种目标特征也极强。由于发 有效控制了3-5um和8-14μm波段红外辐射强度 动机功率强，舰体表面积大从而导致红外辐射强度 (4)二元喷管技术。常规发动机多采用轴对称喷 巨大。对于这种大型军舰，各种雷达和红外探测器是 管，基于雷达，红外隐身设计要求，采用奥型的矩形 其最主要的威胁。各国为降低大型水面舰船目标特 和异形等非轴对称喷管，以宽高比2：1的实验喷口 征投入了相当的资源，研究了大量舰船目标特征控 为例，可使正尾部方向的红外辐射强度降低10%以 制技术，原理上采用了与飞行器相类似的各种隐身 上，其他方向可降低20%-60%。二元喷管的红外 技术，就红外隐身而言，主要包括：舰船发动机排气 隐身技术措施已在F22和B2等多型飞机上成功应用。 系统红外抑制器技术、舰艇表面水雾喷淋降温红外 2直升机红外隐身技术及措施 技术等红外据时品府的明昆成小可以有效 少干扰系统的复杂性及其尺寸、质量等，还可能导致 对于带有旋翼的直升机，由于其飞行高度低，速 终端武器系统的失效。 1904 2014 China academic jou All rights ve vww.cnki.ne
红外与激光工程 第 42 卷 气 膜 冷 却 系 统 ， 冷气流量约占发动机主喷流的 1.5%，使热端部件表面的温度降低 35~80 K，使 发 动 机 尾 部 3～5 μm 波段红外辐射强度降低 30％以 上 。 涡轮风扇发动机利用外涵道气流冷却尾喷管和燃气 射流，是一种有效冷却发动机腔体的技术措施，这 也 是涡扇发动机红外辐射强度明显低于涡喷发动机的 主要原因。 喷流降温措施主要包括强化喷管内涵气 流与外涵气流掺混，以及强化喷流与大气的掺混，典 型设计包括二 元 喷 管 设 计、喷管出口锯齿设计、S 弯 喷管设计、波瓣混合器等等。 采用冷却降温技术降低 机体外表热点部位温度， 也可以有效降低飞行器表 面 8～14 μm 波段的红外辐射强度。 F-22 采用了多项红外隐身技术，该飞机利用燃油 对蒙皮和机翼前缘进行冷却，均取得了较好的红外隐 身效果；在喷管扩张段及临近机身部位设计了大量冷 却用的狭缝及气膜孔[9]；F-15B 高速飞行试验(Ma 数 1.4)结果表明层流区域的温度显著低于湍流区域。 (3) 红外低发射率材料技术。 对于尾喷管腔体， 低发射率技术可以用于末级涡轮、中心锥、支板等 高 温部件表面。 在典型发动机的红外抑制研究实验中， 在涡轮上采用低发射率材料， 使 其 发 射 率 由 0.9 降 低到 0.2 以 下，在 尾 部 方 向，可使腔体和喷流的红 外 辐射强度降低 30％以上； 采用低发射率材料和降温 两项技术，可使尾向的 3～5 μm 波段红外辐射强 度降 低 50%～80%。 低发射率技术同样可用于飞行器机体 外表面， 使飞行器在 8～14 μm 波段红外辐射强度大 幅度下降。 F-22 飞机及其 发 动 机 上，均大量采用了红外低 发射率材料技术，其基本涂层体系中，有一层红外 低 发射率的隐身涂层，可有效抑制红外辐射特性[9-10]， 有效控制了 3～5μm 和 8～14μm 波段红外辐射强度。 (4) 二元喷管技术。常规发动机多采用轴对称喷 管，基 于 雷 达、红外隐身设计要求，采 用 典 型 的 矩 形 和异形等非轴对称喷管， 以宽高比 2：1 的实验 喷口 为例， 可使正尾部方向的红外辐射强度降低 10％以 上，其他方向可降低 20％～60％[11]。 二元喷管的红外 隐身技术措施已在 F22 和 B2 等多型飞机上成功应用。 2 直升机红外隐身技术及措施 对于带有旋翼的直升机，由于其飞行高度低，速 度慢， 作战的时机和作战的对象与固定翼飞行器有 很大的差别，导致其隐身性能和要求不同。 因为雷达 探测不到被山丘、 森林和建筑物遮挡的直升机 ；直 升机贴地飞行或旋停时(这是固定翼飞行器办不到 的)，地面的杂乱回波也将掩蔽直升机而使雷达失去 作用，红外和可见光探测器也是同样的命运。 在这些 探测器发现直升机之前， 通过直升机的声响可探测 和 识 别 直 升 机，因 此，声隐身是直升机特有的，也 是 最重要的特点。 但仅就红外隐身而言，直升机红外辐 射源主要有发动机、滑油散热器、主减速器及其 他传 动齿轮的散热装置等[12]。 其主要的红外隐身技术措 施包括： (1) 遮挡技术遮挡热表面，在暴露的发动机排气 管外加一层排气管， 两管之间留有冷却空气流动的 间 隙， 或采用隔热材料对热表面进行隔热等方法。 RAH-66“科 曼 奇”隐身武装直升机在尾梁两侧设计 了向下的狭长缝隙式排气口， 不仅能 降低发动机 的 排气噪声， 而且还能减少发动机排气的红外辐射 特 征。 从而使直升机红外辐射强度大幅度降低。 (2) 冷却技术。 冷却技术就是使发热的部位尽快 降温，红外辐射强度可减小 20%以上[13]。 美国 AH-64 阿帕奇直升机装置一种红外抑制器， 可以有效降 低 发动机排气系统温度。 独特的长条形向下排气设计， 通过尾梁上方的第二个进气口吸入的冷却空气与发 动机热排气混合，经尾梁两侧向下的缝隙排出，再由 旋翼下冼流混合、扩散，使排气温度明显降低。 3 水面舰艇红外隐身技术 对于主要在水面作战的大型舰船 (包 括 航 空 母 舰)而言，舰体巨大，其各种目标特征也极强。 由于发 动机功率强、 舰体表面积大从而导致红外辐射强度 巨大。 对于这种大型军舰，各种雷达和红外探测器是 其最主要的威胁。 各国为降低大型水面舰船目标特 征投入了相当的资源， 研究了大量舰船目标特征控 制技术， 原理上采用了与飞行器相类似的各种隐 身 技 术，就红外隐身而言，主 要 包 括：舰 船 发 动 机 排 气 系统红外抑制器技 术、 舰艇表面水雾喷淋降温红 外 抑制技术等。 红外辐射强度的明显减小，可以有效减 少干扰系统的复杂性及其尺寸、质量等，还可能 导致 终端武器系统的失效。 16
第1期 桑建华等：红外隐身技术发展趋婷 17 3.1水面舰艇红外辐射源 (4)红外隐身材料技术。红外隐身材料的应用 水面舰艇的红外辐射源主要包括两部分。自 广泛，例如：在舰艇表面涂覆降低红外辐射的绝热 身红外辐射源。主要有发动机和其他动力设冬的散 浍料戒图对太阳能的吸数和短射降低船体表面 热、发动机的排放，通风设备的排气及舰船内部舱室 温度：在机舱、舵机舱等发热部位，以及烟肉内壁吸 的热损耗等。其中烟肉管壁和排气烟羽温度高（可达 排气管道外表面粘贴绝缘隔热层红外辐射挡板，等 400500)而积较大可丹即狂号昆的白身红外短 等。典型的应用实例有：法国海军“拉斐特级护卫 射源：；机舱两侧船体钢板通信枪杆等也是重要自身 舰烟囱采用玻璃钢，其表面涂了一种低辐射的隐身 红外辐射源。外部红外辐射源。主要由舰艇表面吸 涂料达到隔热效果同时发动机挂气口和玻璃钢 收、反射周围环境热辐射（如来自太阳、大气和海水 排气管也做了精细的隔热处理；美国海军“阿利 的辐射)产生。 般舰艇的表面温度比烟道等其他内 伯克”级导弹驱逐舰，其排气管顶部等高温部位均 部过热区的温度要低很多，但由于舰艇表面积很大， 覆有可减少向外辐射热量的屏蔽和绝热材料网：英 即便与环境有很小的温差也会产生很强的信号 国军舰上的“飞鱼”导弹发射装置上就盖有一种称 3.2水面舰艇红外隐身技术措蕊 为“弗列克塔卡姆”的隔热垫或热屏蔽层，可反射 (1)烟肉喷射引射技术。利用燃气轮机排气量 95%的热辐射 大，排气流速高的特点，将废气引入多重冷却推 系统，使高温废气与外界低温气体充分混合并在 4坦克红外隐身技术 烟肉内管壁形成一薄层冷却空气，可使烟肉管壁温 在大多数情况下，到坦克参战时，战争已经进入 度降低近250-300K、排气烟羽温度降低150-200K 并可以有效降低通信檐杆等烟肉附近设各的温度到 第二阶段。飞行器和水面舰船等担当的是第一波攻 如美国“斯普鲁思斯”级驱逐舰采用该技术并辅之以 击任务，其非终端威胁多是中远距离的探测器，而陆 战装名所面临的大多数是近距离的探测器。因此，坦 水雾冷却烟气措施，可使35μm波段内的红外辐射 能量可以降低95%以上。 克等装备所面临的威胁与飞行器和水面舰船是有很 (2)舰体总体设计技术。将主排气口设置在水线 大差别的（虽然也存在中远距离的探测器对坦克集 以下，利用海水和浪花降低烟肉管壁和排气烟羽温 群等进行探测，但这种探测本身并不会在非常短的 度，例如瑞典“维比斯“级轻型护卫舰，烟囱出口设 时间内形成对坦克致命的威胁，就像探测器对机场 在舰艇尾部，废气从船尾排除至海上冷却，有效降低 的探测一样)。 了舰艇的红外辐射能量，采用该技术使红外探测器 另一方面，坦克装备的作战环境和背景与飞行器 的发现距离缩短了50%以上：又如美国洛克希德 和水面舰船有很大的不同，飞行器和水面舰船的背景 公司研制的“海影”号护卫舰，采取将发动机和辐射 是天空和海洋，对于雷达，红外探测器而言是相对干 设备的排气管路安装在水线下的设计，控制船体红 净和冷的，而且是非常单一的。坦克装备的背景可能 外辐射能量可。 是沙漠、丛林，山丘，城市等，结合目前主流的红外探 (3)水雾遮蔽技术。在舰艇周围喷射海水水雾 测器对陆战装备的威胁，终端武器形成了陆战装备的 吸收舰体辐射出的红外辐射能量，同时海水雾化还 隐身特点 一可见光，声毫米波和红外隐身要求，并 可隆低舰体温度，水雾遮蔽技术可使舰艇8-14山m 在不同的装备上各有侧重。但有一点是相同的，即都 波段内的红外辐射能量降低80%回，俄罗斯“现代 是针对近距离的探测，有时候可能还是近场的。坦克 级驱逐舰、美国“杜鲁门”号航母和英国的“海幽灵 等装备的隐身难度与飞行器也有很大的不同，如外形 护卫舰等，安装了特制的喷雾自卫系统“可喷雾自 整形对坦克并不困难，没有空气动力问题，吸波材料 卫系统喷出细密水雾，几秒钟内便可把舰体全部笼 使用量对坦克而言也不是太大的问题，不像飞行器为 罩在薄雾之中.并与海面和天空的背景浑然一体。由 了减少每1g重量而进行的不解的努力。 于该技术所需的设备成本低、便于随时使用等优点 41坦克红外辐射源 是一种效费比较高的红外隐身技术措施。 发动机是坦克最大的热源，其排气口温度超过 21994-2014 China academic journal electronic publishing House all rights reserved http://www.enki.ne
第 1 期 3.1 水面舰艇红外辐射源 水面舰艇的红外辐射源主要包括两部分[14]。 自 身红外辐射源， 主要有发动机和其他动力设备的散 热、发动机的排放、通风设备的排气及舰船内部舱室 的热损耗等。 其中烟囱管壁和排气烟羽温度高(可达 400～500 ℃)、面 积 较 大[3]，是舰艇最强的自身红外辐 射源； 机舱两侧船体钢板通信桅杆等也是重要自身 红 外辐射源。 外部红外辐射源， 主要由舰艇表面 吸 收、反射周围环境热辐射(如 来 自 太 阳、大 气 和 海 水 的辐射)产生。 一般舰艇的表面温度比烟道等其他内 部过热区的温度要低很多, 但由于舰艇表面积很大, 即便与环境有很小的温差也会产生很强的信号。 3.2 水面舰艇红外隐身技术措施 (1) 烟囱喷射引射技术。 利用燃气轮机排气量 大、排 气流速高[15]的特点，将废气引入多重冷却排 气 系 统[16]，使高温废气与外界低温气体充分混合并在 烟囱内管壁形成一薄层冷却空气， 可使 烟囱管壁温 度降低近 250～300 K、 排气烟羽温度降低150～200 K， 并可以有效降低通信桅杆等烟囱附近设备的温度[3]， 如美国“斯普鲁恩斯”级驱逐舰采用该技术并辅之以 水雾冷却烟气措施，可使 3～5 μm 波段内的红外辐射 能量可以降低 95 %以上[3]。 (2) 舰体总体设计技术。将主排气口设置在水线 以 下, 利用海水和浪花降低烟囱管壁和排气烟羽温 度，例如瑞典“维比斯”级轻型护卫舰，烟囱 出口设计 在舰艇尾部，废气从船尾排除至海上冷却，有效降低 了舰艇的红外辐射能量， 采用该技术使红外探测器 的 发 现 距 离 缩 短 了 50%以 上[17]；又如美国洛克希德 公 司 研 制 的“海 影”号 护 卫 舰，采取将发动机和辐 射 设备的排气管路安装在水线下的设计， 控制船体红 外辐射能量[17]。 (3) 水雾遮蔽技术。 在舰艇周围喷射海水水雾， 吸收舰体辐射出的红外辐射能量， 同时海水雾化 还 可降低舰体温 度， 水雾遮蔽技术可使舰艇 8～14 μm 波段内的红外辐射能量降低 80%[17]，俄 罗 斯“现 代” 级 驱 逐 舰、美 国“杜 鲁 门”号航母和英国的“海 幽 灵” 护 卫 舰 等，安装了特制的喷雾自卫系统[14,17]，喷 雾 自 卫系统喷出细密水雾， 几秒钟内便可把舰体全部笼 罩在薄雾之中，并与海面和天空的背景浑然一体。 由 于该技术所需的设备成本低、便于随时使用等优点， 是一种效费比较高的红外隐身技术措施。 (4) 红外隐身材料技术。 红 外 隐 身 材 料 的 应 用 广 泛 ，例 如 ：在舰艇表面涂覆降低红外辐射的绝热 涂 料，减弱对太阳能的吸收和辐射 ，降 低 船 体 表 面 温 度；在 机 舱、舵机舱等发热部位，以 及 烟 囱 内 壁 吸 排气管道外表面粘贴绝缘隔热层红外辐射挡板，等 等。 典型的应用实例有：法 国 海 军“拉 斐 特”级 护 卫 舰烟囱采用玻璃钢，其表面涂了一种低辐射的隐身 涂 料, 达 到 隔 热 效 果， 同时发动机排气口和玻璃钢 排气管也做了精细的隔热处理[18]；美 国 海 军 “阿 利 伯 克”级 导 弹 驱 逐 舰 ，其排气管顶部等高温部位均 覆有可减少向外辐射热量的屏蔽和绝热材料[19]；英 国 军 舰 上 的 “飞 鱼 ”导弹发射装置上就盖有 一种称 为 “弗 列 克 塔 卡 姆 ”的 隔 热 垫 或 热 屏 蔽 层 ， 可 反 射 95%的 热 辐 射[17]。 4 坦克红外隐身技术 在大多数情况下，到坦克参战时，战争已经进入 第二阶段。 飞行器和水面舰船等担当的是第一波攻 击任务，其非终端威胁多是中远距离的探测器，而陆 战装备所面临的大多数是近距离的探测器。 因此，坦 克等装备所面临的威胁与飞行器和水面舰船是有很 大差别的 (虽然也存在中远距离的探测器对坦克集 群等进行探测， 但这种探测本身并不会在非常短 的 时间内形成对坦克致命的威胁， 就像探测器对机 场 的探测一样)。 另一方面，坦克装备的作战环境和背景与飞行器 和水面舰船有很大的不同，飞行器和水面舰船的背景 是天空和海洋，对于雷达、红外探测器而言是相对干 净和冷的，而且是非常单一的。 坦克装备的背景可能 是沙漠、丛林、山丘、城市等，结合目前主流的红外探 测器对陆战装备的威胁，终端武器形成了陆战装备的 隐身特点——可见光、声、毫米波和红外隐身要求，并 在不同的装备上各有侧重。 但有一点是相同的，即都 是针对近距离的探测，有时候可能还是近场的。 坦克 等装备的隐身难度与飞行器也有很大的不同，如外形 整形对坦克并不困难，没有空气动力问题，吸波材料 使用量对坦克而言也不是太大的问题，不像飞行器为 了减少每 1 g 重量而进行的不懈的努力。 4.1 坦克红外辐射源 发动机是坦克最大的热源， 其排气口温 度 超 过 桑建华等： 红外隐身技术发 展趋势 17
红外与激光工程 第42卷 600K，发动机外壳温度也可达500-600K,是坦 克红外特征控制的重点。此外，坦克炮管在射击时出 参考文献 现强烈闪光和升温。典型的坦克火饱射击后温度可 Sang Jianhu .Wang Ganglin.Infrared stath of fixed wing 高达673K四。履带与主动轮和负重轮及路面摩擦产 aircraft[].Stealth Technology.2005(1):2-7.(in Chinese) 生的热量较大 桑建华，王钢林，固定翼飞行器红外隐身小.隐身技术 4.2坦克红外隐身技术 20051:2-7 1)发动机温度控制技术坦克红外隐身重点在 hang Yong 于发动机和排气口的防护。据报道，先进的第四代坦 ical Science and Technology.2011(5) 5-7.(in Chinese 克动力装置采用了燃气轮机，以保持相对较低的部 桑建华张勇飞行器红外隐身技术航空科学技术 件温度在一定得度上可抑制坦京的红外特征，还试 201155-7 用了绝热复合柴油机，隔热程度可达到45%-65%四 3 Shi Xiaoy Infrared stealth 可有效降低坦克的热红外辐射能量 techniques for warships[].Infrared.2007.28(11):3-5.(in (②)主动冷却技术。在排气管中掺入液体或冷空 Chinese) 气，降低排出废气的温度。如“整体式推进系统"中安 张紫辉，徐晓刚，石小玉，水面鞭艇目标红外隐身技术 装的液冷式红外抑制系统 ,可有效减弱坦克的红外 红外.2007.28113-5. 特征信号测。 4 Xu Pengcheng and (3)炮管风冷技术。风冷炮管套简可以产生对流 opment of infrared stealth technology [J].Infrared.2006 致冷，使炮管尽快地，最大幅度地散热四。 27(1:16-20.in Chinese (4)添加剂技术。坦克装甲车辆燃油中加入可提 许聘程，李晓霞，胡亭。红外隐身草理及发展.红外 高燃烧效率的添加剂，改变排出气体的红外光谱分 2006.271:16-20 Hu Liping.Wang Zhihui,Man Hong.el Development of 布，使排气的红外频谱大部分处于大气窗口之外。 infrared stealth technology on tank and armor vehicle [J (⑤)低发射率材料技术，热遮蔽，红外烟幕等， OME Information.2009.26(8):24-27.(in Chinese) 是坦克红外隐身设计中的众多可选技术。 胡丽萍，王帮慧、满红，等.坦克装甲车辆红外隐身技术的 发展.光机电信息.209,26(8：24-27. 5结论 [6]Hou 现代武器装备要面对的探测器种类越来越多 OME Information.2001,18(11):41-45.(in Chinese) 隐身技术要求也越来越高，而且不同类型的武器装 候振宁.红外隐身技术的发展U几.光机电信息.2001.18(11) 备的要求还不尽相同，这是作战威环境所决定的 【a model and method of 飞行器强调隐身的平衡设计和综合设计，即飞行器 infrared radiation characteristics of aircraft vehicle exhaus 上针对不同的威胁（探测器）所采取的各种隐身技术 system [D].Nanjing:Nanjing University of Aeronautics 措施，应按规定的最小可探测水平对雷达，红外，射 Astronautics.2009 (in Chinese) 频和光学特征加以分析和评价，按威胁的重要程度 罗明东。飞行器排气系统红外辐射特征的计算模型与方法 进行排序，红外隐身技术要求仅仅是众多要求中的 :南京航空航天大学，209 一部分：在此基础上，再进行可探测特征控制的平衡 [81 Zhang Zongbin.Sang Jianhua.Experimental investigation of 设计，避免出现常说的“木桶效应”或“短板效应” infrared stealth technologies of aero-engine exhaust systen [C1/CAS.2012 如：只重视雷达隐身，性能要求提的非常高，红外隐 身性能没有提出要求或相对较差，将导致红外探测 9 Luo Mingdong.Honghu.An analysis and thinking on engine infra 器很早发现目标：还会出现雷达隐身要求过高导到 Technology.2007(1):21-26.(in Chinese) 飞行器研制成本大幅度增加而得不偿失。其他类型 罗明东。古洪湖。隐身飞机上发动机红外隐身技术的分析 的武器装各也应按此思路合理开展隐身设计 与思考.隐身技术，2007(1)：21-26 1994-2014 China Academic Journal Eleetronic Publishing Ho
红外与激光工程 第 42 卷 600 K[20]，发动机外壳温度也可达 500～600 K[20]，是 坦 克红外特征控制的重点。 此外，坦克炮管在射击时出 现强烈闪光和升温， 典型的坦克火炮射击后温度可 高达 673 K[21]。 履带与主动轮和负重轮及路面摩擦产 生的热量较大。 4.2 坦克红外隐身技术 (1) 发动机温度控制技术。坦克红外隐身重点在 于发动机和排气口的防护。 据报道,先进的第四代坦 克动力装置采用了燃气轮机， 以保持相对较低的部 件温度，在一定程度上可抑制坦克的红外特征；还试 用了绝热复合柴油机，隔热程度可达到 45%～65%[22]， 可有效降低坦克的热红外辐射能量。 (2) 主动冷却技术。在排气管中掺入液体或冷空 气，降低排出废气的温度。 如“整体式推进系统”中安 装的液冷式红外抑制系统， 可有效减弱坦克的红外 特征信号[20]。 (3) 炮管风冷技术。风冷炮管套筒可以产生对流 致冷，使炮管尽快地、最大幅度地散热[23]。 (4) 添加剂技术。坦克装甲车辆燃油中加入可提 高燃烧效率的添加剂， 改变排出气体的红外光谱分 布，使排气的红外频谱大部分处于大气窗口之外。 (5) 低发射率材料技术、热遮蔽、红外烟幕等，也 是坦克红外隐身设计中的众多可选技术。 5 结 论 现代武器装备要面对的探测器种类越来越多 ， 隐身技术要求也越来越高， 而且不同类型的武器装 备的要求还不尽相同，这是作战威胁 环境所决定的。 飞行器强调隐身的平衡设计和综合设计， 即飞行器 上针对不同的威胁(探 测 器)所 采 取 的 各 种 隐 身 技 术 措 施，应按规定的最小可探测水平对雷达、红 外、射 频和光学特征加以分析和评价， 按威胁的重要程度 进行排序， 红外隐身技术要求仅仅是众多要求中的 一部分；在此基础上，再进行可探测特征控制的平衡 设 计，避免出现常说的 “木 桶 效 应 ”或“短 板 效 应 ”。 如：只重视雷达隐身，性 能 要 求 提 的 非 常 高，红 外 隐 身性能没有提出要求或相对较差， 将导致红外探测 器很早发现目标； 还会出现雷达隐身要求过高导致 飞行器研制成本大幅度增加而得不偿失。 其他类型 的武器装备也应按此思路合理开展隐身设计。 参考文献： [1] Sang Jianhua, Wang Ganglin. Inf rared stealth of fixed wing aircraft[J]. Stealth Technology, 2005(1): 2-7. (in Chinese) 桑 建 华, 王 钢 林. 固 定 翼 飞 行 器 红 外 隐 身 [J]. 隐 身 技 术, 2005(1): 2-7. [2] Sang Jianhua, Zhang Yong. Infrared stealth technology of air vehicles [J]. Aeronautical Science and Technology, 2011 (5): 5-7. (in Chinese) 桑 建 华, 张 勇. 飞 行 器 红 外 隐 身 技 术 [J]. 航 空 科 学 技 术, 2011(5): 5-7. [3] Zhang Zihui, Xu Xiaogang, Shi Xiaoyu. Infrared stealthy techniques for warships [J]. Infrared, 2007, 28 (11): 3-5. (in Chinese) 张 紫 辉, 徐 晓 刚, 石 小 玉. 水 面 舰 艇 目 标 红 外 隐 身 技 术[J]. 红 外, 2007, 28(11): 3-5. [4] Xu Pengcheng, Li Xiaoxia, Hu Ting. Principle and development of infrared stealth technology [J]. Infrared, 2006, 27(1): 16-20. (in Chinese) 许 鹏 程 , 李 晓 霞, 胡 亭 . 红 外 隐 身 原 理 及 发 展 [J]. 红 外 , 2006, 27(1): 16-20. [5] Hu Liping, Wang Zhihui, Man Hong, et al. Development of infrared stealth technology on tank and armor vehicle [J]. OME Information, 2009, 26(8): 24-27. (in Chinese) 胡 丽 萍, 王 智 慧, 满 红, 等. 坦 克 装 甲 车 辆 红 外 隐 身 技 术 的 发 展[J]. 光 机 电 信 息, 2009, 26(8): 24-27. [6] Hou Zhenning. Development of infrared stealth technology[J]. OME Information, 2001, 18(11): 41-45. (in Chinese) 侯振宁. 红外隐身技术的发展[J]. 光机电信息, 2001, 18(11): 41-45. [7] Luo Mingdong. Study on calculation model and method of infrared radiation characteristics of aircraft vehicle exhaust system [D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, 2009. (in Chinese) 罗 明 东. 飞 行 器 排 气 系 统 红 外 辐 射 特 征 的 计 算 模 型 与 方 法 研 究[D]. 南 京: 南 京 航 空 航 天 大 学, 2009. [8] Zhang Zongbin, Sang Jianhua. Experimental investigation of infrared stealth technologies of aero-engine exhaust system [C]//ICAS, 2012. [9] Luo Mingdong, Ji Honghu. An analysis and thinking on engine infrared technology of stealth aircraft [J]. Stealth Technology, 2007(1): 21-26. (in Chinese) 罗 明 东, 吉 洪 湖. 隐 身 飞 机 上 发 动 机 红 外 隐 身 技 术 的 分 析 与 思 考[J]. 隐 身 技 术, 2007(1): 21-26. 18