» 各国预警机扫盲贴
这是去年的一篇新闻采访报稿，里面对相控阵，机械扫描，单面阵，三面阵都有介绍
记：您前面提到，相控阵雷达成为趋势，但相控阵雷达天线和传统的机械扫描天线比，也有一些先天的劣势。这些劣势是什么？
  曹：相控阵雷达天线与传统天线相比，其问题主要在于天线性能会随波束扫描角的增大而恶化，而传统天线不会有这个问题。这是因为，对于相控阵天线来说，当扫描角偏离天线阵面法向时，波束与天线阵面不垂直，而对天线性能起决定作用的就是与波束垂直的天线面积，称为有效面积。扫描角偏到阵面法线两侧60°时，有效面积只有全面积的一半，天线性能会严重恶化到不能用的程度，这就是一块相控阵天线一般只能扫描左右各60°范围的道理。而由于传统天线的波束始终与天线阵面垂直，因此对天线性能起决定作用的始终是全部的天线面积。天线性能的恶化包括两个方面，一是主瓣变胖，也就是天线增益降低，因为主瓣是从天线射出的电波能量在空间最集中的区域，主瓣越宽，说明这个区域内能量越少，这对于把雷达电波投射到更远的地方是不利的。二是副瓣太高，这个也好理解，因为从天线射出的总能量是一定的，蕴含在主瓣里的能量少了，自然跑到副瓣里的能量就多了。
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  记：那么，相控阵天线的这两个方面的不足有办法克服吗？这样来说，传统天线还不会被全面淘汰？
  曹：这两个方面的性能恶化中，主瓣变胖还可以通过多发几个雷达脉冲去弥补。因为相控阵雷达的波束扫描是可以电子控制的，可以让波束扫得快些，也可以扫得慢些。扫得慢些的时候，波束扫掠过目标时，停留的时间就会越长，也就是发射出的脉冲就越多，回来的能量也就多了，这样就弥补了天线增益下降所导致的能量减少。但是，副瓣抬高的这个问题无法解决，而且其影响会更严重，因为副瓣分布在各个方向上，都会照射到地面，所以会增加地杂波强度，这对于反杂波不利。所以一般来说，机械扫描雷达的反杂波能力会更好。至于说传统天线会不会被淘汰，我认为还不至于，它的出路在于两个方面：第一，雷达不是所有的任务都需要相控阵来解决，机械扫描雷达成本低、使用简单，很多情况下已经够用；第二，可以将传统天线的优点同相控阵结合起来。
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  记：您刚才讲到可以将传统天线和相控阵天线相结合，欧洲c-295预警机雷达的设计理念是通过旋转天线罩与相控阵天线一体化设计，在天线罩直径一定的情况下，一副天线可以沿着直径安装，长度可以相应增加，以安装更多的发射/接收模块，因此具有更大的功率、更加灵活的扫描，美国e-2c改进型也有这种设想。这种设想同您讲的是不是一个意思？
  曹：是的。c-295和e-2c都是圆盘形式的。如果采用相控阵来实现全方位覆盖，至少需要三个阵面，可这两款预警机的载机都是小飞机，允许的圆盘尺寸都不会很大，c-295才6米，e-2c和其改进型e-2d才7米。同样尺寸的圆罩里布置3个天线阵面，相比只布置1个阵面，也就是旋转天线，毫无疑问3个阵面的天线尺寸会小一些。而天线尺寸小了以后，探测距离就不够了。旋转天线的好处是天线尺寸可以更大一些，并且反杂波性能好，可是扫描又不能像相控阵那样灵活快速。那么，能不能把二者结合呢？可以，这种结合叫做“机相扫”。由于工作在相控阵扫描方式下，可以多发脉冲、降低扫描周期，探测距离还可以进一步增加。
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  记：您能否进一步介绍一下机械扫描是怎样同相控阵扫描结合工作的？
  曹：以e-2d为例，雷达在旋转天线的过程中，如果发现某个方向有威胁目标，需要马上再次用波束照射目标，就可以用计算机控制波束进行回扫，克服了单纯的机械扫描要再次观察目标只有等到转了一圈以后的弱点。当然，回扫的角度不会超过天线法线两侧的60°范围。而如果仅需要观测120°空域而不是全空域，天线可以不旋转，仅用相控阵方式工作。
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  记：听了您的介绍，我们知道了圆盘形预警机雷达主要有三种，一种是像空警2000这样只有相控阵扫描的，一种是像美国e-3和俄罗斯a-50只有机械扫描的，还有一种是c-295和e-2d这样机相扫的。那么，为什么圆盘型雷达使用这么普遍？共形阵提出很多年了，为什么到目前为止还只是以色列自己在研制？
  曹：我想，这个问题牵涉到圆盘形、共形阵和平衡木这三种预警机主要气动构型的选择问题。我个人总的看法是，在能够满足雷达探测距离要求的前提下，圆盘可能是最好的选择。如果为了满足距离要求，圆盘所能提供的天线尺寸不够，那就要采取其它一些天线罩形式。例如平衡木形式，可以在像c-295这样大小的飞机上把平衡木的长度做到9米以上，采用共形阵形式，可以在“湾流”550这样大小的飞机上把天线阵面尺寸做到10米×2米，这种尺寸都是圆盘所不能达到的。但在做到天线大尺寸的同时可能会以牺牲全方位性能为代价。平衡木机头和机尾有盲区；共形阵机头和机尾虽然能够覆盖，但距离要近得多。而对于圆盘来说，不管是转的，还是不转的，都能够满足全方位均匀覆盖的要求，而且圆盘的兼容性非常好，同样一个圆盘，既能做转的，又能做不转的，两个都有优势。
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  记：为了弥补平衡木的方位盲区，e-737上加装了顶帽，这是否能很好地解决平衡木的问题？另外，您刚才提到，共形阵也有方位探测不均匀的问题，能否再解释一下？
  曹：e-737平衡木上面增加的顶帽天线，它的波束射出方向是朝向机头和机尾的，而且对天线波束性能起作用的，是天线在机头和机尾方向的尺寸，这个尺寸很大，而不是在翼展方向上的尺寸，所以能够较好地弥补盲区。这种天线的波束射出方向与天线所在平面平行，而不是像侧射天线那样与天线所在平面垂直，称为端射天线。我们早期有线电视还没有普及的时候采用的八木天线就是最早的端射天线。但这种天线在目前的技术水平上，增益和所能够达到的最大扫描角都还不能同侧射天线匹配，所以机头和机尾的探测距离仍然会近一些。至于共形阵，其方位探测不均匀主要是由于机头和机尾所能允许安装的天线尺寸要比在机身两侧小很多，以波音707“费尔康”为例，机头天线面积只有3平米多，只有侧面天线面积的1/6。当然，在天线面积较小的情况下，可以让雷达工作在较短的波长上来弥补，这样也能把增益提上去。所以，后来以色列又搞的“海雕”共形阵预警机在头尾部的雷达天线，其工作波长为10厘米，而机身两侧的雷达，工作波长为25厘米。但即使这样做，由于波长的倍数差异不能全部弥补天线面积上的倍数差异，所以，全方位探测还是不均衡的。
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  记：现在圆盘形预警机雷达仍然普遍应用，而且新生的圆盘形预警机都在往相控阵方向发展，那么，美俄采用机械扫描的圆盘形预警机有没有可能通过现代技术改造弥补一些劣势？
  曹：首先说说美国。美国海军的圆盘形预警机从机械扫描的e-2c改进为e-2d了，这是有源相控阵结合机械扫描的新东西，影响很大，已经不能看作e-2c的升级，而是一个新的型号。美国空军的e-3预警机，其雷达还没有看到想改成有源相控阵的报道，但它也在做一些改进，例如提高发射功率、改进波形设计、采用新器件减少处理损耗等等措施，探测距离增加了80%以上。同时在系统方面也做了很多改进，包括采用新型宽带数据链、加强战场多源数据融合和态势形成软件改进等等，最新的升级型号为e-3g。俄罗斯的a-50预警机则要被a-100所替代，其载机将从伊尔-76改为伊尔-476，雷达将采用有源相控阵。
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  记：俄罗斯a-100将采用什么样的构型呢？
  曹：目前还没有看到相关的更多报道。我个人觉得，采用圆盘构型的可能性要大一些。一方面，伊尔-476与伊尔-76在基本的气动布局上相似，上单翼飞机也不太可能采用共形阵。另一方面，基于伊尔-76的圆盘形构型非常成熟，以色列出口印度的伊尔-76“费尔康”以及俄罗斯自身的a-50，都是这种构型。至于是做成三面阵的还是做成单面阵的，要看威力要求是多大。如果要满足对小型战斗机400千米左右的发现距离要求，即使三面阵也应该足够，而这个距离相比a-50已是提高了不少。如果要提高对隐身飞机的发现能力，则用机相扫的可能性大。当然，如果威力要再提高，就应该采用别的构型了。
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  记：现在大家很关心航母舰载预警机。我国现有的固定翼飞机平台，基本没有适合滑跃起飞的，像运-12那样最大起飞重量5.3吨、最大商载1.7吨的飞机，有可能改成舰载预警机吗？运-7那种最大起飞重量21吨、载重4.7吨的飞机能作为携带弹射器的航母预警机吗？
  曹：e-2最大起飞重量26吨，最早是搭载8万吨级的航母。我国现在的航母平台为6万吨级，但即使如此，运-12仍然显得太小。国产飞机中运-7的确比较接近e-2。但要注意到，运-7的最大起飞重量是21吨，比e-2的载机c-2a要轻不少，机长和翼展却要大不少。因此，运-7与母舰的适配性在实现起来要困难一些。而且c-2是专门为预警机上舰研制的，在与母舰的适配性上做了很多特殊的设计，例如机翼可折叠、雷达罩支腿高度可升降等等。如果运-7作为一种现成的飞机去改预警机，这些设计恐怕都得采用，再加上其它的改装措施，由此带来的设计工作量可能不亚于研制一型适配航母的新飞机，其基本参数也可能发生较大变化。虽然如此，在没有更好平台的条件下，我个人认为运-7可能还是重要的选择。
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  记：在因为各种原因不能装备固定翼预警机的情况下，采用预警直升机在效能上会与固定翼预警机有多大区别？
  曹：舰载预警直升机的升限相比固定翼预警机要低很多。如果固定翼预警机的升限在8 000米，对贴海面飞行的飞机，最大视线距离为370千米左右；而预警直升机升限在4 000米时，最大视线距离仅有250千米左右。并且由于它机体小，人员少，指挥控制能力也要弱很多。但是它的基本价值就在于还是能够克服地面或舰载雷达视线距离近、对低空飞行的目标探测距离只有三四十千米的缺陷，有效防范敌人的低空突袭，这对于舰队防空有重要意义。另外，它使用灵活，对母舰的空间要求比较低，造价也便宜，装备数量可以比固定翼预警机多很多。还有，从海面作战的多种战术需要考虑，预警直升机的雷达功能一般都比单纯的预警机雷达功能要多，包括对海面成像、信标、反潜和气象预警等。所以，预警直升机一方面可以与固定翼预警机配合，完成部分区域的雷达低空警戒和少量的指挥引导任务，另一方面又能执行除雷达警戒和指挥引导以外的其它海军所特有的作战任务。
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  记：预警直升机有三种雷达挂载方式，分别是英国“海王”的机身侧部收放筒，俄罗斯卡-31的腹部收放板，法国的“超美洲豹”后部收放筒。这三种布局各有什么特点？
  曹：这三种布局总体上来说都是收放式的，因为如果采用固定式的天线结构，可能很难具备安装条件。例如，像固定翼预警机那样把天线固定在机身上部并且架高显然不行，因为有旋翼。在想法设法获得足够大天线面积的情况下，到底采用什么样的挂载方式，需要结合载机的各方面情况来定。从这三种飞机的布局来比较，卡-31的腹部收放板所获得的天线面积是最大的，达到了6米×1米。当然，天线能够做到多大，还与直升机本身的大小有关。
http://mil.chinaiiss.com/html/20121/11/a47044_1.html
网友评论(1326703)2013-01-21 13:30
科普帖很喜欢。。。
可是能不能排一排版.... 看起来好累。。
