隐身轰炸机和隐身战斗机的发明历史是怎样的？

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隐形飞机的研制历史可能比我们想象的要早。其实人类对军用飞机的隐身设计最早可以追溯到二战末期。

二战末期。德国人推出了一款造型怪异的轰炸机原型机。Horton go.229。这款飞翼构型的轰炸机不论是其飞翼构型。进气口和尾喷口的屏蔽设计。还是碳质吸波材料和弱介电常数的蒙皮（木质）都可以证明这是一款专门优化过的低雷达反射界面的飞机。这是已知最早的隐身设计。

二战末期德国研发的Horton go.229

U-2隐身验证机

黑鸟家族。外形过渡圆滑。有一定低雷达散射截面的设计

为什么采用的隐身设计不起作用呢？究其根本。是因为此时的美国还没有掌握飞机RCS计算的正确模型。虽然RCS的计算早就有一些数学模型存在了。比如物理光学法。然而这个计算量极其庞大。建立模型也非常困难。加上当时的计算机根本支持不了这样的计算。所以隐身战机的外形设计必然是要失败的。

洛克希德·马丁 70年代研发的“超级卫星”隐形对地攻击机

而在大洋彼岸。苏联的一位名不见经传的科学家乌菲姆谢夫在60年代提出的一个理论。最终成为了隐身战机设计的突破口。乌菲姆谢夫提出了一个理论叫物理衍射理论（Physical Theory of Diffraction。PTD）。这个理论的核心内容物体对雷达电磁波的反射强度和物体的尺寸大小无关。而和边缘波的电流强度有关。根据这个物理方程模型。可以计算任何构型飞行器的RCS值。

然而由于苏联这边未对该理论有足够的重视。因此被束之高阁。然而墙里开花墙外香。该理论漂洋过海后。被洛克希德·马丁臭鼬工厂的工程师丹尼斯·奥瓦霍塞发现。受该理论的启发。丹尼斯发现原来复杂外形的物体雷达散射场可以用镜面反射场加边缘电流的总效应表示的。这提供了一种有效的RCS计算方法。

臭鼬工厂根据PTD理论设计出了一种程序。可用来计算RCS最小的飞行器外形。但由于当时超级计算机浮点运算能力实在太捉急了。只能设计出由有限多个三角形组成的飞机外形（想想3D游戏刚出来的时候是不是也是多边形的？）。这个工程上的成果在1977年被直接应用到了世界上第一款真正的隐形验证机——海弗兰验证机上。随着海弗兰验证机的成功。该成果应用到了一款隐身轰炸机上。这就是F-117隐形轰炸机。

F117采用的多边形和锯齿型边缘设计。可以将雷达波散射到特定几个方向。而机头方向上可以保证RCS非常小（0.0001～0.01平方米）。采用倾斜双垂尾。可以将侧面射来的雷达波偏转到其他方向。不会被接收机接收；此外采用完全内置的武器。即所有武器放在弹仓中。以免武器弹药和挂架影响到隐身性。

海弗兰验证机

F117隐身轰炸机

F117的RCS模拟。RCS分布呈蝴蝶型。机头方向RCS最小

在F117的设计获得巨大成功后。美国并未停止开发更新的隐身轰炸机。因为F-117的载弹量和航程太弱鸡了。只能算一款战术轰炸机或者攻击机。不具备战略打击能力。新的隐身战略轰炸机于1980年代开启。由诺斯罗普公司操刀。沿用了飞翼构型。在此基础上加入了翼身融合设计。并采用更加光滑过度的外形。以此优化气动外形。为了优化隐身。并采取了更为激进的设计——去掉了垂尾。仅使用机翼上的几个阻力舵以及两个发动机的差动来控制机身的航向偏转和滚转机动。由于以上的改进。B-2的隐身在全方向上做的都比较好。

B-2并非是诺斯罗普平地上建高楼。实际上在二战期间诺斯罗普就已经开始为军方开发了一款飞翼构型的轰炸机——YB-35。当然它是1946年才开始生产。二战都已经结束了；紧接着诺斯罗普在1947年又研制了飞翼构型的喷气版本——YB-49。这两个飞机虽然当时没有主要考虑隐身性能。然而这种飞翼构型天然具有不错的全向隐身能力。为后来的B2打下了很好设计基础。

使用螺旋桨推进的YB-35和喷气推进的YB-49

B-2轰炸机

B-2轰炸机不加油最大航程达到了1.2万公里。最大起飞重量达170.6吨。两个内置弹舱可以携带25吨的弹药（16枚AGM-129）。这是一款真正意义上的隐身战略轰炸机。

F-22的ATF（Advance Tatical Fighter）计划几乎是和B-2的同时开展的。在80年代在洛克希德·马丁和诺斯罗普之间展开了激烈竞争。最终设计靠谱。工期不拖的洛克希德的YF-22略胜YF-23一筹。成为了美国首款隐身战斗机。这款飞机同样适用内置弹舱作战。不仅隐身性能好。气动外形也是精妙绝伦。拥有4S性能（超音速巡航。超机动性能。隐身性能和超视距打击）。

YF-22和YF-23

F-22可以算天下第一委屈的战斗机。武功盖世。无用武之地

随着F-22服役。它的一些缺点就暴露出来了。最大的问题在于对地对海攻击能力差。除了攻击能力差以外。海军和马润觉得这么个大宝贝。动不动就要恒温机库。吃点海风动不动就要趴窝保养。伺候不起。因此坚决不要。于是空军海军和陆战队联合起来又搞了一个干糙活的五代机项目——联合攻击机项目（JSF）。这就是F-35的由来。这一次竞争在洛克希德马丁和波音之间展开。技术雄厚的洛克希德·马丁在俄罗斯Yak141垂直起降专利的加持下。击败了波音。顺利把X35的X变成了F。除发动机不是变循环以外。X35都要比X32更优秀。尤其是颜值。

波音的X32

F-35垂直降落模式。采用了尾喷管垂直向下旋转90度的方式

F-35比起F-22。应用了更多的先进技术。比如吸波性能更好同时更皮实的隐身涂层。分布在全身的光电传感器和雷达电子设备。让F-35拥有超强的态势感知能力。甚至可以在全程雷达静默下完成任务。目前F-35在全世界范围内累计交付的数量已经达到了390架。不光是美国自己装备。还成功卖给了不少小兄弟。

F-35的EOTS可以实现360度可见光-红外探测能力覆盖

F-35周身布满了敌我识别天线。雷达告警器。电子战设备和光电分布式孔径系统（EODAS）

美国在隐身战斗机上的进步和技术成就是举世瞩目的。然而进入了21世纪10年代后。另一款战斗机很大程度上夺取了F-22和F-35的光环——这就是我们的歼20。歼20在设计哲学上兼顾了空优和对地。拥有F-22没有的态势感知能力和F-35没有的超机动能力。不得不说我们国家的飞机设计师是很有智慧的。

歼20的隐身设计非常靠谱

歼20也使用了类似F-35那样的EOTS和EODAS。态势感知能力超强

从五代机开始。中美第一次站到了同一高度上。而六代机开始。美、俄、英、法、中等国家也都已经纷纷开始提出自己的计划和预研工作。在这个时代。隐身设计理论在这个时候已经非常成熟了。六代机要解决的还是能否搞定用更加整洁的外形和更少的舵面来实现超机动。此外高能武器。人工智能。涡轮机组合循环和变循环发动机技术。都将是未来六代隐身机的可选发展方向。现在还看的不是特别清楚。只能说八仙过海各显其能。谁的方案更成熟。更能经受时间考验。就越可能成为下一代战机的标准了。

各国的六代机方案

其他观点：

low.ubseraIe.technoIogy／低可探测技术。

SteaIth.technoIogy隐形技术／俗称为“隐身技术”。

其他观点：

“隐身”指的是飞机利用特殊气动外形以及机身上覆盖的特殊吸波材料。降低雷达、红外等特征信息。使敌方的各种探测设备难以发现飞机的能力。隐身技术的发展实际上是围绕两方面来进行的。其一是雷达反射面积（RCS）如何判断和计算。第二就是如何设计能够有效降低雷达反射面积的气动外形。如何开发降低红外、电磁特征的技术手段。

（雷达探测飞机示意图）

二战时期。英国率先将雷达投入实战。在不列颠空战中。雷达发挥了极其重要的作用。为英国空军提供了大量德国空军的空情信息。雷达技术的成功让各国开始对如何规避雷达探测究产生了浓厚兴趣。到了二十世纪四十年代。有人提出了雷达反射面积（RCS）这一概念。用它来表示物体对雷达波散射的程度。雷达反射面积越大。物体对雷达的反射越强。反射越强的物体当然也越容易被雷达发现。尽管RCS的概念逐渐变得清晰。但是它的实用却有着不小的困难。因为当时人们还没有办法准确计算不同外形物体的RCS。早期的隐身技术研究。更多的还得依靠经验和实验。这使得相关研究既耗时又费力。所以早期的实验研究多带有盲目性。进展也比较缓慢。1962年苏联人乌菲姆谢夫根据前人理论。率先提出物体对雷达波的反射强度与物体边缘布局有关。并且复杂物体的雷达反射场可以模拟成众多小平面反射场与所有边缘电流的总和。于是RCS有了明确的计算方法。然而不幸的是。苏联当局对隐身技术并不感兴趣。也没有重视。反倒是美国人看到了它的价值。并根据这套理论研制出了RCS的计算模拟工具。进而奠定了美国在隐身技术领域的地位。

（乌菲姆谢夫教授）

二战末期德国就已经开始了低RCS战机的研究。其中以Horton go.229最为有名。它首次采用了飞翼机构型。其进气道和尾喷口思路的设计思路与现代隐身战机基本吻合。二战结束后。美国获得了该机的部分资料。并且进行了相关测试研究。进而研制了XB-35飞翼机。不过由于当时的技术条件无法解决飞机稳定性和操纵性问题。这一项目很快被放弃。因为缺乏RCS模拟技术。美国人选择了覆盖吸波材料的方法进行雷达隐身尝试。代表机型为U2侦察机。不过随着冷战双方防空力量越来越强。U2的尝试并不成功。先后被击落了7架。随后美国开始研究翼身融合设计与吸波材料相结合的隐身方式。据此设计了SR-71黑鸟侦察机。不过黑鸟并没有对发动机、进气道等位置和红外特征进行遮挡。这导致它在高速飞行还是很容易被发现。这一点在B-1b轰炸机的研制中得到了优化。除了翼身融合技术以及覆盖吸波材料外。B-1b轰炸机还采取了内置弹舱。浅S进气道。遮挡发动机叶片等技术手段。这使得B-1b的RCS大幅度减小。

（二战末期德国研制的Horton go.229飞翼机）

（美国研制的XB-35重型轰炸机）

（U2侦察机）

（SR-71采用了翼身融合技术与吸波材料的方式降低RCS）

到了70年代。随着RCS计算模拟技术的发展。计算机辅助设计隐身战机时代悄然来临。在之前气动外形设计的基础上。美国人用平坦表面将雷达波弹开。再将这些平面组合起来。进而得到RCS很小的飞机。在RCS计算机模拟软件的帮助下。基于这种思路美国人研制出了F117战斗机。该机完全依靠气动外形进行隐身。采用钻石状多面体菱形的外形设计。整架飞机就像多块菱形拼起来的一样。F117大量采用成熟设计。对发动机的红外特征和进气道进行了遮蔽。并且采用了无加力涡扇发动机。还进行了消音处理。为降低自身电磁辐射。甚至连雷达都没有安装。这些措施让F117的正向RCS只有0.025平方米。于是它也成为了世界上第一款实用型的隐身战机。在海湾战争、阿富汗战争、伊拉克战争等多场局部战争或军事行动中。取得了良好的战果。

（F117采用了钻石状多面体菱形外形设计。配合多种隐身措施。取得了良好的隐身效果）

F117虽然被称为战斗机。但它实际上还是轰炸机。无法进行空战。但是作为轰炸机。它的载弹量和航程又有限。难以满足需求。所以美国又想起了当年的飞翼机。利用先进的电子飞控软件系统。解决了飞机翼稳定性和可控性不足的问题后。美国研制出了B2轰炸机。该机从红外、雷达、视觉、听觉等多个方面都做到了低可探测性。并且具备了高航程、高载弹量的要求。B2的发动机、进气道、尾喷口等敏感部位都作了遮挡处理。隐身涂层也与之前相比也有了很大的进步。直到现在这款单价高达20亿美元的B2依旧是世界上最好。也是唯一的隐身轰炸机。

（B2隐身轰炸机）

进入90年代后。第三代战斗机开始普及。美国空军更是认为隐身战斗机才是未来战斗机的发展方向。根据之前的设计经验。美国空军开始研制隐身战斗机。但与隐身轰炸机不同的是。战斗机还需要具备超机动性、隐身能力、超音速巡航等能力。为此。新一代隐身战斗机采用了凹凸曲面菱形、全线长棱边、菱形机翼、 V字形垂尾、内置武器弹舱的机身设计。以兼顾雷达及红外特性的隐身。在这种思想下。F22和F35应运而生。

（F22战斗机）

（F35炸弹偶记）

三代战机的隐身设计主要还是通过将机身上高RCS部分进行优化设计。来降低被雷达探测到的概率。而目前具备研制隐身战斗机能力的国家只有美中俄三国。美国无疑是其中的佼佼者。他们的技术最为雄厚。俄罗斯继承了苏联的技术基础。但是受经济低迷的拖累。其电子技术比较落后。加之俄罗斯人对隐身技术的理解与美国不同。所以俄罗斯的隐身战机发展较为缓慢。随着技术的积累。中国已经走出了自己的技术风格。歼20战斗机的服役。也标志着我国在隐身战机领域取得了巨大的进步。开始走向世界领先水平。

（俄罗斯苏57战斗机）

（歼20战斗机）

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