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中国战机雷达创下一项世界之最,意义非比寻常远超改进现役战斗机-世界之最中国篇

-|分类:世界之最|2017-05-19 15:00:49|-

近日,中国战斗机雷达事业有一个大好消息:

中国航空工业雷达所创造了一个世界第一,研发了一种出色新型雷达,并已成功试飞验证!

世界之最中国篇

(上图:中国KLJ-7A相控阵雷达)

这一雷达就是世界首创的作战飞机机载风冷二维有源相控阵火控雷达。

雷达所首创的这一雷达,关键在于突破性的在机载有源相控阵火控雷达上,运用了风冷散热技术。

一、解决改进升级现役战斗机传统雷达的散热难题

给现役战机装备相控阵雷达,有很大的吸引力 —— 它取消了复杂沉重不可靠的天线机械转动机构,波束指向快速灵活,数据更新速率快,方便与数字式信号处理系统整合,工作模式切换快,可靠性高,抗干扰能力强。

例如美军F-15战斗机最重要的升级设备之一:APG-63(V)3雷达,它是传统的APG-63雷达逐步升级而成的有源相控阵雷达。

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但这一崭新的雷达技术,一直存在冷却上的难题 —— 当然,各个军事大国在全新设计的现代战斗机有源相控阵雷达,已经有力的解决了冷却问题。

可是如果需要用有源相控阵技术,改进升级现有战斗机的现役雷达,难度就大多了。

法国阵风战斗机的RBE2AA有源相控阵雷达,全新设计,冷却问题已经解决

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在改进、升级现役雷达时,为了节省成本和加快升级过程,常常保留现役传统脉动多普勒火控雷达主体部分,仅将传统天线等发射接受部分改为使用有源相控阵技术,这时解决散热问题的技术难度很大 —— 传统雷达并没有考虑有源相控阵的巨大发热量,而现役战斗机、现有雷达的结构、供能都无法大改。

在外国的一些战机、导弹有源相控阵雷达中,采用了非风冷方式,例如日本AAM-4B空空导弹的雷达,它的散热设计能耗较高,因此设计上增加了携带的燃料,以满足供能需求。

在这一前提下,风冷方式有着简单、耗能少、成本低等特点,但是风冷传统上效率较低,因此在现役战斗机各种限制下,长期存在无法满足战机有源相控阵雷达冷却的需求。而中国军工行业的这一突破,化解了相关难题。

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AAM-4B空空导弹使用相控阵雷达,因此没有转动天线的机械部分

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二、解决空空导弹等空间狭小武器的有源相控阵雷达散热难题

散热冷却问题,被公认为相控阵雷达的研制难关,而战机、导弹上的相关雷达难上加难。战机航空电子设备有大约一半来自于高温问题,雷达也不例外。特别是在限制特别多的战斗机、导弹导引头上,因为天线阵中负责收发信号的T/R组件密度大,全部集中在一个平面上,间隔只能是波长一半左右(在X波段间隔必须只有15mm左右,而且这是两个组件中心算起的间隔,组件边缘间距要更小)。

按目前技术水平,假如相关效率为25%,一个常见的导引头相控阵雷达天线产生好几百瓦的热量,战机机载有源相控阵雷达热量只会更大。可以想像在狭小空间内要传走几百瓦热量,对风冷技术要求极高。

导弹上的雷达空间有多小?左边是俄罗斯R-27R/ER导弹使用的9B-1101K单脉冲半主动雷达,中间为R-77主动雷达空空导弹的9B-1348E雷达,右边是R-27AE上的9B-1103K主动雷达。它们都必须安装在少于200毫米的狭小空间内。

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这也是为什么世界上还没有几个风冷的同类雷达。甚至在许多专业著作中,明确指出这一级别的有源相控阵雷达,“不宜采用自然散热或风冷”方式,而应使用热管等其它方式。具体手段包括把天线整体浸入液冷系统中,或使用固态散热、循环液体导热技术,但这些方法都不太适合于改造现有传统雷达。

三、显著改善战机、导弹有源相控阵雷达的探测有效性

解决风冷技术问题,还对增大有源相控阵雷达探测距离有着决定性的意义 —— 按照目前的技术水平,有源相控阵雷达虽然有着巨大的优势,但即便它的总功率增加10倍,使用集中波束探测时,有效距离却只能增加0.87倍。也就是说,想要增加探测距离,总功率就要大幅度增加,但随之而来的散热问题更为困难。中国军工人解决了风冷方式技术问题后,使得增加探测距离的难度显著降低。

如前所述,有源相控阵雷达的好处远不止探测距离远,散热冷却问题的缓解将令中国军工行业能在更多的战机、导弹上发挥这一探测手段的优秀性能,全面提高战斗力。

四、解决“共形有源相控阵雷达”散热难题

中国航空工业雷达所在有源相控阵雷达风冷问题上的突破,也使得中国军工更为解决彻底解决“共形有源相控阵雷达”的技术难题。

共形有源相控阵雷达的优点在于,它的天线不再限制为机头安装的单一天线阵列,可以在机身各个位置,包括侧向机身表面、宽度极大的机翼前缘正面安排有源相控阵T/R收发组件,这对于改善整体雷达探测能力有着突破性的意义 —— 仅仅能够将多个雷达天线安排到更大的距离上这一点,就能令整体探测能力显著提高,特别是在针对隐身战斗机的无线电信号被动定位等领域,会获得前所未有的出色能力。

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据称苏-35战斗机机翼前缘装有有源相控阵雷达天线

不过,在各种非传统的机身位置上安装有源相控阵雷达T/R组件,散热难度要比在机头安装雷达更大 —— 这时候中国最新风冷技术的优势就凸显出来了,它比热管等方式更为易于安排,非常有希望解决狭窄位置,例如机翼前缘的T/R组件散热问题。

此外,战斗机、导弹需要高速飞行,特别是在空空导弹上,气动加热对雷达相关位置的影响,也必须考虑进去。有了风冷技术的突破,战机、导弹也不再需要为了头部巨大的雷达天线而牺牲气动、隐身性能,可以更为灵活的选择最佳的气动设计。

下图中的歼-8II战斗机,虽然已经相当老旧,但如果能改为使用具备有源相控阵技术的改进型雷达,仍有一定价值。

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小节

综上所述,中国航空工业雷达所的最新风冷机载有源相控阵雷达技术,显然意义不局限于改进现役战斗机,还对未来探测能力更为强大的空空导弹与机载共形雷达发展,有着决定性的作用。



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天线:
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