来看越大越好。但是，众所周知，M 数的增大将产生气动加热问题，势必影响飞机结构的选
材。一般来说，以铝合金为基本结构材料的飞机，其最大飞行速度不能超过M 2.5，否则气
动加热问题难以解决。这样，从气动和结构选材两方面综合考虑，可以得到这样的结论：超
音速客机的巡航速度应选择M =2.0～2.5。实际上，英、法合制的“协和”号和前苏联的Ty-144
客机的巡航速度也都在此范围内。
T驻点
二、气动加热
超音速客机在飞行过程中，机翼、尾翼、机身等部件前缘驻点附近的气流受到完全阻滞，
速度降为零，温度升高，称之为驻点温度，其表达式为： 驻点T
)
2
(1 1 ∞
−
= TH + k M
或 0.2 2 (9.9) ∞ T T + T ⋅ M H H ＝ 驻点
式中：T 的单位为绝对温度K。
可以看出，当飞行M 数较高时，气流的驻点温度，将比当地的大气温度高得多。如飞行
高度为11000 米，大气温度TH 为-56.5℃，当M =2.0 时， 即为116.5℃；而当驻点T M =2.5
时， 增至214℃；M=3.0 时， 为334℃，从而对飞机机体结构产生气动加热。 驻点T 驻点T
在非驻点的表面上，蒙皮受到气动加热后，温度也要升高，但由于气流使热量散失一部
分，结构表面也有热辐射和热传导同时存在，故表面温度总比驻点温度低一些。当热交换达
到平衡后，温度不再改变，此时，即达到了平衡壁温。由于是气动强迫加热，对金属蒙
皮而言，只要1～2 分钟，即可到达平衡壁温。
驻点T
与结构材料的性质、蒙皮的表面状况和距驻点的距离均有关系，所以，计算起来很
复杂。初步设计时，可以用以下的近似公式计算：
驻点T
H T M T ) 1 ( 2∞
= +ξ 蒙皮 （9.10）
其中，系数ξ =1.7～1.8，与计算点距离驻点的远近有关。当距离为1 米时，取ξ =1.7，
若飞行速度M ＝2.0， =94℃；M=2.5， =174℃；M=3.0， =271℃。 蒙皮T 蒙皮T 蒙皮T
金属结构受到气动加热后，会产生热蠕变，由于不均匀的突然加热和冷却，会产生热应
力和热疲劳等问题，从而使结构的强度降低。
一般来说，以铝合金为主的结构只能用到150～180℃的温度，钛合金允许用到280～300
℃的温度，温度再高则需要用耐热合金钢材料，这势必要对飞机结构的重量、成本和加工工
艺带来不利的影响。
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第十章 飞机外形隐身设计
由于军事上的需要和现代科学技术的不断发展，针对飞行器的探测技术日益完善。不仅
在地面上有强大的雷达网，在空中有预警机，而且在太空还有战略预警系统，对飞机在战争
中的生存力构成了严重的威肋。因此，飞机隐身性能已成为军用飞机生存力的一个重要指标。
隐身技术的目的就是降低飞行器在战争环境中被发现的概率从而提高生存力。而飞机隐
身设计就是要求在飞机设计的各个阶段运用隐身技术来有效地控制和减小飞行器的目标特
征，使所设计出的飞机能满足机隐身性能要求。现在，隐身设计已成为军用飞机设计的一个
重要方面。
飞机隐身技术所研究的内容，总是对应于某种探测手段而言的。因此，可以按所针对的
探测方法，分为抗可见光探测、抗声波探测、抗雷达探测、抗红外和抗激光探测等方面的隐
身技术。因当前的防空体系是以微波雷达探测和红外探测为主，本章主要介绍与飞机总体设
计有关的抗雷达探测的隐身技术和抗红外探测的隐身技术。
§10.1 雷达散射截面
由于雷达隐身技术可简单地归结为雷达散射截面的减缩技术，因此雷达散射截面是隐身
设计中最为重要的概念。而关于飞机雷达散射截面的分析、计算和测试的方法则是减缩雷达
散射截面的基础。雷达散射截面的英文是Radar Cross Section，通常简称RCS，它是度量目
标在雷达波照射下所产生的回波强度的一种物理量。从直观的物理意义上讲，任一目标的RCS
可用一个各向均匀辐射的等效反射器的投影面积（横截面积）来定义，这个等效反射器与被
定义的目标在接收方向单位立体角内具有相同的回波功率。为了更加形象地说明RCS的意义，
我们举一个简单例子。用一个半径为a的导体圆球代替一个任意目标，如果在同一雷达波照射
下，圆球收接雷达波功率后再均匀辐射的电场或磁场强度和任意目标的回波（后向散射波）
的电场或磁场强度相等的话，那么这个圆球的最大横截面积πa2就称为该任意目标的RCS。习
惯上用σ来表示雷达散射面RCS的量值，RCS具有面积量纲。
雷达散射截面的一般定义为：目标在单位立体角内向接收机处散射功率密度与入射波在
目标上的功率密度之比的4π倍。其数学表达式为：
i
s
R E
σ lim 4πR2 E
→∞
= 或
i
s
R H
σ lim 4πR2 H
→∞
= (10.1)
式中R为天线与目标的距离，Es，Hs分别为接收机处的电场和磁场的强度；Ei，Hi分别为目标处
入射波的电场和磁场的强度。
以上给出的RCS 定义，是单站RCS，即发射天线和接收天线是一副天线（或收发天线虽
分离，但相距很近时的情况），只考虑了后向散射的情况。当考虑其它方向上的散射场时，则
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称为“双站”情况，所对应的RCS 称为双站RCS。图10.1 示出了单站RCS 与双站RCS 的区别。 中国航空网 www.aero.cn 航空翻译 www.aviation.cn 本文链接地址：飞机总体设计(45)
