首先空警3000是个网络编号,大家是根据空警2000,然后推算出这种大型预警机的应该是3000,但据说实际上是空警20,但实际情况等到正式发布确认,但实体没有变,主要就是个编号问题;
现在东大国有着全世界最为庞大的预警机规模,均是采用了先进的相控阵体制雷达,但缺点也不是没有,就是平台性能不足,速度慢,载荷低,雷达性能不能充分发挥;
而运-20B批量服役后,提供了更加先进的基础平台;
空警3000采用比2000直径更大雷达罩,内置旋转阵列雷达尺寸也会增加,而且有可能采用反隐身能力更好的P波段雷达+S波段;对于反隐身除了雷达波段,另外一个重要因素就是雷达阵面要足够大,而空中作战威胁最大的就是隐身战斗机,所以为了保证足够阵面尺寸就无法采用共形天线技术,但这么做就会出现雷达波束被机身与机翼遮挡问题;
而空警3000试飞这么长时间测试内容很多,其中有个主要任务就是解决雷达被遮挡的问题;
本文就详细解读一下通过哪些技术手段处理这些问题;
先说最根本的物理原理,雷达靠微波电磁波工作,这种波有个特点,只能沿直线传播,而且穿不透金属。
飞机机身、机翼、发动机吊舱全都是金属结构,电磁波一撞上就会被直接反射、屏蔽掉。
只要机身、机翼挡在雷达天线和空中目标中间,这条探测通路直接就断了,那个方向自然就成了探测盲区,简单讲就是雷达视线被实体金属结构给隔断了。
早期圆盘里面基本就装了单一面天线阵,雷达主波束只会垂直朝着阵面方向发射,只有正前方探测效果最好,上下左右边缘的信号强度会大幅衰减。整个圆盘全靠机械旋转才能实现三百六十度扫描,天线转着转着
总会有阵面正对机身、机翼、尾翼的时候,这个时候主波束直接打在机身上,既穿不过去探测机体后方的目标,还会产生特别强烈的机身杂波,接收机全是干扰信号,远处飞机的回波直接被盖住,相当于那个方向完全看不见东西。
然后就是平台布局带来的问题,绝大多数预警机都是运输机改的,雷达圆盘只能架在机身背部,就算用支架把雷达往上抬高,机翼还是装在机身两侧偏下的位置,机翼本身有厚度、有翼展,下面还挂着发动机吊舱。
从空间几何关系上就能看出来,雷达往下、往两侧下方扫低空的时候,视线天然会被机翼切开一块固定区域,机身长条金属结构又会挡住雷达正下方的视野,垂尾、机尾还会遮住后下方空域。支架只能缩小遮挡范围,但不可能彻底消除,只要雷达和机翼存在高度差限制,向下看低空一定会有障碍物挡着波束。
还有天线波束本身的局限,单面阵列雷达俯仰可调的角度很小,上下偏转也就十几度,没办法大幅度抬高或者压低波束,绕开机身机翼这些障碍物。一旦雷达转到朝向机翼的角度,低空目标刚好卡在机翼遮挡的俯仰区间里,波束挪不开,直接就被阻断。
不光是完全挡住波束才算遮挡,金属机身带来的杂波干扰,也会造成等效盲区。会超过远处战机、导弹的微弱回波。雷达根本分辨不出哪个是杂波、哪个是真实目标,这个方向就算没有完全阻断电磁波,也等于失去了有效探测能力。
圆盘预警雷达被机身机翼遮挡之后,有不少负面影响,下面详细讲。
首先最直观的就是出现固定探测盲区,只要机翼、机身挡住雷达波束,这个方位不管是战斗机、巡航导弹还是低空无人机,雷达全都捕捉不到。而且这种盲区不是随机出现的,圆盘雷达一直在旋转扫描,每转一圈,对应机翼、机身的遮挡扇区就会周期性失效一次,等于空域里一直存在一块持续漏检的死角。
原本雷达能稳定锁定空中目标,持续输出坐标、速度、高度数据给后方战机和防空系统。一旦目标飞到机体遮挡区间,雷达瞬间丢失回波,跟踪链条直接断开。等雷达转过遮挡区域重新看到目标时,中间会有一段空白探测时段,这段时间里不知道目标往哪个方向机动、有没有改变高度、是否释放干扰弹,再次捕获目标还要重新完成识别,容易出现目标跟丢、误判航线的情况;
就算波束没有被完全挡住,雷达电磁波照射到机身、机翼金属结构后,会反射极强的近距离杂波信号。这种杂波距离近、信号能量大,会直接淹没远处小型飞行器微弱的回波,雷达很难过滤干净。
轻则雷达屏幕出现大片虚假噪点,操作人员分辨不出真实目标;重则直接把低空、近距目标过滤掉,形成隐形盲区,哪怕目标不在实体遮挡路径上,杂波干扰也会让雷达探测距离大幅下降。
为了尽量减少遮挡带来的盲区,预警机组训时必须刻意保持特定飞行高度、转弯角度,不能大幅度俯冲、侧飞、急转弯。一旦战术需要改变飞行姿态,机翼和机身遮挡的扇区会同步扩大,盲区范围随之增加,无法根据战场局势灵活调整阵位。
所以在预警机工程上会采用多种方式处理这个问题,减少影响:
先说最基础的办法就是拉开雷达和机翼机身的物理距离。造预警机的时候会给背部圆盘雷达加装又高又长的支撑立柱,把整个雷达圆盘抬得远远高于机翼平面,靠垂直高度差减少向下、向两侧的波束被机翼切割的范围,立柱越高,低空遮挡扇区就越小。
同时微调圆盘的安装倾角,让雷达阵面微微朝下倾斜一点,主探测波束适度偏向低空,减少机身背部直接挡住正面波束的区域。另外改装运输机平台时,会优化机翼、发动机吊舱的位置布局,尽量不让机翼主梁、引擎外壳落在雷达主要扫描视场里,机身侧壁、尾段也会做流线修型,降低金属蒙皮对侧向波束的反射干扰,从根源缩小遮挡的几何范围。
改用背靠背双面阵列,两面天线背对背装在同一个圆盘罩里,一面负责前上空域,一面覆盖后下空域,机械旋转过程中,哪怕其中一面被机翼机身遮挡,另一面还能正常扫描对应的盲区空域,大幅缩短盲区持续的时间。
更先进的型号会在圆盘内划分多块独立电控子阵,各个子阵能单独发射接收波束,不用单纯依靠机械旋转转向,靠电控灵活抬高、压低波束角度,主动绕开机身、机翼这些实体障碍物,相当于波束自己主动避开遮挡路径,直接从信号发射端减少被挡住的概率。
雷达罩本身也会选用高透波复合材料,针对机身机翼对应的遮挡扇区优化透波性能,降低电磁波穿过壳体时的损耗。
然后就是后端信号处理算法,就算物理结构再优化,也一定会残留一小片无法完全消除的遮挡扇区,这时候全靠软件算法解决。
雷达系统内部会提前录入整架飞机的三维立体模型,标定机翼、机身、垂尾对应的遮挡角度区间,天线旋转到对应角度时,处理器会立刻识别出这片区域存在遮挡,自动切换无遮挡的子阵波束扫描这片空域,同时调用机身侧面小型辅助雷达同步补盲。
除此之外机身搭载的光电红外探测设备弥补盲区
但单靠背部圆盘主雷达很难彻底消除下方、侧后方盲区,可以在机头、机尾、机翼末端加装小型平板补盲雷达,专门对雷达被机翼遮挡的低空、后向扇区,专门负责填补主雷达看不到的死角,和圆盘主雷达搭配形成一套完整互补的机载探测网络。
结束语:空警3000这种宽大机身作为载机遮挡问题会更加复杂一些,工程上更加复杂,试飞调试周期也会更长,但我国在这个方面经验丰厚,都会逐步解决!服役后将是世界最最强预警机!
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