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来源:电子工程、新浪军事、科普中国
前一阵子中航工业雷达研究所(607所)官方发布的消息,宣布该所研制成功国际首款机载风冷二维有源相控阵火控雷达,近期经试飞验证,取得重大突破。据各方面消息,这款雷达可能是为参加“枭龙”Block3战斗机雷达竞标而研制的,将与中电集团14所在2016年珠海航展上展示的KLJ-07A雷达展开竞争。
这种新型雷达面向的是巴基斯坦空军JF-17战斗机
607所是这么介绍新型雷达的特点:
我最贴心:我运用高效风冷散热技术,成功解决了配装PD雷达战机不能原位直接换装有源相控阵雷达的世界性难题。
我最轻盈:飞机只有飞得更轻才能飞得更快,我的风冷系统为飞机减轻负担。飞行将更加风姿绰约。
我最实惠:我凝聚了工程师们的智慧结晶,大大降低了换装成本,缩短换装周期,可大幅提升飞机综合作战效能。
英雄:国际首款风冷二维有源相控阵火控雷达
祖籍:江苏无锡专业背景:我国唯一的机/弹载雷达专业研究所。
技能效果:战鹰之眼
输出能力:提升我国国防实力、促进科研装备发展进步、提高我国机载雷达的国际竞争力
段位:谦虚点~荣耀王者
14所为JF-17 block3研制的KLJ-7A雷达
看起来这款雷达好棒的,那虎哥得先在这里给大家科普下相控阵雷达以及有源相控阵雷达(AESA)与无源相控阵雷达(PESA)的区别了。
所谓相控阵雷达,是指采用了相控阵体制的雷达。
通过改变阵列天线中每一个天线的馈电相位,从而使天线阵列无需转动,就能实现波束扫描。传统的雷达,要想使雷达波束扫描起来,得给天线加一个伺服器,用机械的方式让天线转动起来。相比这种固定波束的雷达,相控阵雷达扫描周期更短,能实现波束捷变,能从容应对多目标,可靠性也更高。这种天线不动,波束扫描的方式称为电子扫描。值得一提的是,实现电扫描的方式除了控制相位,还有频率扫描、时间延迟法。
相控阵雷达最早采用的是无源相控阵(PESA)体制。简单来讲,就是说每一个阵列天线,后面接一个移相器后,都接至一个发射机/接收机或者几个发射机/接收机。就是发射机/接收机共用的意思,如图1-1所示。比如典型的无源相控阵雷达如:苏35s使用的雪豹E,宙斯盾系统里的SPY1。
图1-1 无源相控阵雷达框图
无源阵:
1、采用集中式发射机,发射机输出信号放大后经过功分网络,再经过移相器移相,最后接至天线阵列面。2、因为这种集中式发射机的方式,几乎都采用电真空器件。这样在功率分配网络中损耗较大。
3、总体技术难度较有源阵小。
相对而言的有源相控阵(AESA),是一种更为先进与复杂的体制。与无源阵的主要区别是,天线阵列不再共用一个或少数几个发射机,而是每一个阵元后面,都有功率放大器件(T/R组件)。简单来说相当于每一个阵元都有单独的发射机与之对应。这里的“有源”也即指功率放大器件,如图所示。
典型的有源相控阵系统有F22的机载APG77,052C导弹驱逐舰的舰载346型雷达。
有源阵:
1、采用分布式发射机,多为每一个天线后方有单独的发射机相连,且阵元天线后接单独的T/R(收/发)组件。这就是“有源”名字的来历。也有的有源阵把阵列面分为很多小阵。每一个小阵共用一个单独的发射机。2、采用T/R组件,固态发射机。T/R组件上面可集成低噪放、移相器等部件。因为多采用固态器件,可大幅减小雷达总体的质量和体积,并且提高效率和可靠性。
3、更容易实现大功率。采用空间功率合成各子发射机的功率。固态器件技术发展至今,在X波段及以下,固态发射机的功率已经能和电真空器件相比。固态器件工作电压更低,可靠性更高,也容易实现功率合成,所以在这些频段,总的来说固态器件更有优势。
枭龙战斗机的机头部分为换装大型雷达流出了空间,但对于有源相控阵雷达而言,冷却系统的布置可能需要更大的空间
由于AESA雷达T/R模块中的射频功率放大器(HPA)同天线辐射器紧密相连,而接收信号几乎直接耦合到各T/R模块内的射频低噪声放大器(LNA),这就有效地避免了干扰和噪声叠加到有用信号上去,使得加到处理器的信号更为"纯净",因此,AESA雷达微波能量的馈电损耗较传统机械扫描雷达大为减少。
由于信号的发射和接收是由成百上千个独立的收/发和辐射单元组成,因此少数单元失效对系统性能影响不大。试验表明,10%的单元失效时,对系统性能无显著影响,不需立即维修;30%失效时,系统增益降低3分贝,仍可维持基本工作性能。这种"柔性降级"(graceful degradation)特性对作战飞机是十分需要的。
所谓同时多功能,即指有源相控阵能在同一时间内完成一个以上的雷达功能。它可以用一部分T/R模块完成一种功能,用另外的T/R模块完成其它功能;也可用时间分隔的方法交替用同一阵面完成多种功能。如雷达在进行地图测绘(SAR/GMTI)、地物回避、地形跟随、威胁回避的同时,还可实现对空中目标的搜索和跟踪,并对其进行攻击。由于AESA是由多个子阵组成,而每个子阵又是由多个T/R模块组成,因此,可以通过数字式波束形成(DBF)技术、自适应波束控制技术和射频功率管理等技术,使雷达的功能和性能得到极大的扩展,可以满足各种条件下作战的需要。并能因此而开发出很多新的雷达功能和空战战术。
隐身飞机配装相控阵雷达(PESA 或者是AESA)几乎是唯一的选择。迄今为止还没有出现使用机械扫描雷达的隐形飞机,也说明了这一点。
而有源相控阵雷达又有风冷与液冷两种,而风冷其实在上世纪70年代就在用了,但进入90年代后,随着发热量大幅度上升,风冷制冷量已经不足,这迫使工程师们开始使用液冷技术,常用的冷却液有乙二醇加水(EGW)或丙二醇加水(PGW)。液冷系统相比风冷系统更加复杂和昂贵,但具有更高的制冷效果。
在航空领域,由于高空空气密度低,液冷技术相比风冷更具优势。举例而言,35000英尺高度时,因为空气密度降低,风冷的效率只有水平面高度时的40%。因此,现代有源相控阵雷达都选择了液冷,包括F-22和F-35战斗机的雷达。目前,美国等国正研究双面液冷技术,进一步提高液冷的效率。
采用风冷技术的好处是,这种新型雷达的尺寸和体积或许会小一些,轻一些,不仅更容易安装在“枭龙”Block3的头部,还可以用于改装巴基斯坦空军已经入役的较早期“枭龙”战斗机。新闻中提到的该雷达已经装机验证试飞,或许就是安装在一架经过改装的“枭龙”BLOCK1或BLOCK2型上。
而中国这次必定是在风冷技术方面有了比较大的突破,采用风冷技术也意味着该型雷达的功率或许要小一些,或者采用了其他特殊设计。
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