F22为什么是神（下）——浅析F22拥有和曾经拥有的技术优势隐身篇

2022-06-15 17:35 作者:乖巧的阵风姬 0人读过 | 我要投稿

　　上半部分我们谈了其他F22相较于神的不足之处以及他们犯下的罪行，现在我们来谈谈F22为什么是神，F22为什么凌驾于其他四代机之上，以及在他身上究竟有哪些技术值得我们去学习。

好吧，前面部分是开玩笑的，不过作为世界上第一款服役的五代机，F22毫无疑问是成功的，有一句话是这么说的一流企业定标准，二流企业做品牌，三流企业做产品。F22在新世纪初的横空出世毫无疑问是具有颠覆性的，要知道同期服役的战斗机也还有歼10，阵风，台风，F2等等三代机。作为第一款五代机，F22毫无疑问在后来者身上留下了深刻的烙印，现在有希望服役的五代机中除了苏57，歼20，苏75等等都没有脱离F22的影子，这点就说明F22的设计具备何等的前瞻性，因此F22身上仍然有很多地方值得我们细细解析，本文将围绕4S标准细细向大家解说F22身上具有开创性的技术。

4S标准，即隐身（Stealth），超级态势感知力（Superior Avionics for Battle Awareness and Effectiveness，以下简称SA），超机动（Super Maneuverability），超巡（Super Sonic Cruise）四种能力。美国空军曾经依次为标准来判断一架飞机是不是四代机（这里采用了旧美标，也是国内比较常用的划代方式）

隐身

隐身分为雷达隐身和红外隐身，对雷达隐身来说，整体外形设计占据了隐身的大头，从整体来看，F22较好的遵循了平行原则，所有边缘尽量平行，将入射雷达波合并集中到有限的几个非主要威胁方向上，限制镜面反射的范围和角度，从这个角度上讲，F22做的非常好，单纯从反射方向来看，8个反射方向的数量是现役四代机中最少的。

同时，F22在主翼上采用了切尖设计，减轻了锐角产生尖点散射，这点其他五代机都做挺好的。（除了球电的垂尾）

此外F22还应用了曲面隐身技术，从上方看，F22机身和机翼过渡的十分平滑，因为比较平滑，以电磁波的特效，电磁波在这样的表面上往往不会直接反射，而是在机体表面爬行，然后反射到低威胁方向上。

得益于电子技术的飞速发展，拥有了运算速度惊人的超级计算机，因此在F-22的RCS分析和计算中采用了整机计算机模拟(综合了进气道、吸波材料/吸波结构等的影响)，比F-117的分段模拟后合成结果更先进、全面和精确，这才使得F22机体表面可以采用连续曲面设计。这在F117时代是不敢想象的，当然了，曲面隐身不是万能的，在这个过程中多少也是会有曲面散射存在，曲面散射更多的还是调和了隐身和气动直接的矛盾。像球电那样的因为机身内部空间不足而多出来的一些鼓包，虽然可以通过曲面隐身设计优化，但是仍然不能完全消除影响。

在对缝隙处理上，F22在控制面缝隙上应用了导电柔性蒙皮技术（很多介绍中这个是F35应用的新技术，澄清一下，F22也应用了）

可以使爬行波继续爬行而不是产生缝隙散射，而对于实在没法避免的设备开口，F22采用了锯齿设计，锯齿设计的本质是通过锯齿将缝隙的散射方向由主要威胁方向变为次要威胁方向，因此我们仔细观察可以发现F22的锯齿都是和机翼外缘平行的。

而锯齿是越多越密越好吗？不是的，锯齿越多就意味着锯齿尖端所造成的尖点反射越多，但锯齿越多也意味着开口形状越接近于开口本应有的形状，强度也就越强。因此锯齿的数量需要权衡。

在座舱盖方面，F22选择了镀氧化铟锡膜的聚碳酸酯类材料与丙烯酸酯类材料注射成型的一体化座舱，而且没有内设框架，这意味着飞行员拥有更好的视野，但为了支持结构加厚的座舱盖，也使得飞行员只能选择抛盖式的弹射方式。正常情况下的座舱盖是不阻挡雷达波的，雷达波射入座舱内，座舱内负责的结构和腔体容易造成很大的反射，因此便采用了金属镀膜的方式（现如今，金属镀膜技术也已经应用到了各类战机座舱盖上），在不透雷达波的同时保证座舱盖的透光性，其中氧化铟锡膜透光率最高，化学性质稳定，还可增加座舱盖耐磨性，而金膜透光率稍差，但制造工艺相对简单，同时金膜化学性能非常稳定，一旦镀膜之后可以保持很多年，可维护性比氧化铟锡膜要更好，而F22选择的是氧化铟锡膜，同时一体化的座舱也可以避免爬行波被缝隙散射。

与之类似的还有F22的雷达罩，因为雷达得从里面探测，所以雷达罩需要是透波材料，因此F22从两方面入手优化头部隐身能力，一方面倾斜布置AN/APG77雷达，避免正面雷达直射造成的镜面反射，这种方式也成了后来战机的常见设计。

另一方面，F22的雷达罩也做了特殊处理，采用了“频率表面选择技术”（FSS），在阻挡某些波段电磁波透过雷达罩的同时，使得自己的雷达波段可以通过雷达罩。

进气道方面，F22采用的加莱特进气道虽然现在被人广泛吐槽不隐身，但实质上加莱特进气道通过双斜切的方式改变了进气道内壁的角度，有效避免了穿透可调节进气道的直角反射，可以说在尚未掌握DSI技术之前，加莱特进气道也是隐身飞机的不错选择。

当然实际上这个图也有问题，DSI进气道出于将鼓包产生的激波压缩面包裹的因素，两侧唇缘是没有后掠的，只有前掠，

这意味着两侧唇缘和进气道内壁是呈一个锐角的，更容易产生角反射。不过和加莱特斜板前缘的边缘散射一样，都是小问题。DSI进气道的一个隐身缺点是鼓包容易产生曲面散射，不过也可以通过曲面隐身设计优化，降低对主义反射方向的反射。但和加莱特进气道的附面层隔板造成的腔体反射比起来就是小巫见大巫了。当然了，洛马的设计人员也意识到了这个问题，因此通过使进气道前缘和上表面贴合以及附面层吸附技术使得F22的附面层隔板相比于F/A18C/D少了一个，至于机身内侧，抱歉，附面层太厚，实在是没办法。

而对于进气道内部，采用S型弯曲的方式避免了雷达波在进气道中直射到叶片上产生复杂的镜面反射，此外F22也在进气道内壁上涂了一层吸波材料使得雷达波在进气道内壁得以吸收，尽可能降低进气道的反射。

至于喷口，F22二元矢量的矩形喷口受到了很多人的吐槽（本人也是其中之一）

但是二元矢量喷口的隐身缺陷也仅仅限于腔体反射，实际上二元矩形喷口使得F22的后体设计可以更为平滑，减少曲面反射，除非从后方照射，在其他角度来看，实际上可能会更为隐身。而对于腔体反射，洛马设计师认识到了问题，通过修型，尽可能的降低了腔体反射。

在论文可以看出和F22比较类似的喷管B综合表现同其他修型二元喷口表现还是不错的（而没有修型的喷管O则回回拔得头筹），至于水平极化方式下较小姿态角绕射场RCS较大的问题，我们看一下现实中的F22

可以看出，实际上也是做了修型处理，而非论文中的直接就是垂直的。除此之外F22喷口中也加力一个格栅，和苏57的进气格栅相同，可以防止雷达波直射叶片，吸收腔体反射。

虽然做了这么多处理，但矩形喷口的腔体反射仍然是一个不能忽视的问题，如何避免雷达照射腔体也是处理的关键，

我们可以看到F22水平尾翼做了向后延伸处理，尽可能的在更多角度起到对喷口的遮蔽作用。

很多论文说二元矩形喷口拥有隐身优势，其实指的更多是红外隐身优势，我们分别画一个圆和长方形就可以看出，在同等面积下，长方形边长更大。放到喷口上就是，同等尾焰体积，二元矩形喷口的表面积更大，散热更快。

如同我们可以发现，各类二元喷口在红外辐射特征方面基本上都全面低于圆形喷口。其次，F119发动机可以将发动机的中心高温气流和旁通气流混合，极大的降低了巡航状态下的喷气红外特征，而且尾喷管里装有液态氮槽，可以瞬间降低喷口处高温喷流释放的温度，使F-22在红外制导格斗导弹追踪时具有很好的瞬间红外隐身性能。据相关资料推断，F-22在推力损失仅有2% ~ 3%的情况下，将尾喷管3~5μm中波波段的红外辐射强度减弱了80%~90%，同时使红外辐射波瓣的宽度变窄，再配合热诱弹，可极大的削弱红外格斗弹的攻击能力。

对于隐身来说，材料也是至关重要的组成部分，F22身上大量采用了复合材料

指的注意的是，单纯用质量占比来比较复合材料的使用情况其实是不太公平的，因为大部分复合材料要比金属材料要轻，很有可能就是明明很多地方都采用了复合材料，结果还不如一小块地方采用了金属材料重。当然了，尽管如此F22实际上比初始设计要超重（空军的人认为复合材料的应用可以使ATF计划服役的战机重量大幅缩减，但是洛马等设计局其实在设计阶段就意识到，随着五代机体内所要安装的设备增多，和当时复合材料不靠谱的情况，超重是必然）。

所以而从初步设计和YF22再到F22A的进化中我们可以看到，钛合金的用量是逐步增加的，这都是为了结构强度做的牺牲，复合材料不是越多越好，比如印度的光辉战机，复合材料占比就达到了逆天70％，但实质上正是因为有些地方不应该用复合材料，强度不够，而要加强结构补强，最终甚至造成了超重的结果。如果F22也强行的使用了如此之多的复合材料，恐怕会造成进一步的超重。所以F22主要在蒙皮上大面积采用复合材料，既兼顾了减重作用，也起到了隐身吸波的作用。

至于涂层方面，F22使用了一种碳铁化合物涂料，相比于F117的贴片式，更轻且易于喷涂，还更牢固，当然这个优势也仅限于对F117，对歼20，F35来说实际上是劣势的。不过就最新的照片显示F22已经对涂料进行了升级。