前言

本文旨在从物理光学与电磁散射理论的角度对隐身设计中一些反直觉的现象进行事实校对与逻辑梳理。

战场几何：雷达主要从哪里看？

误解：地面雷达会从下方照射飞机，预警机会从上方照射飞机。

在典型的超视距（Beyond Visual Range, BVR）交战距离上，雷达和目标的横向距离远大于两者的高度差。

平视几何：对于100公里外的目标，即使高度差10公里，仰角也仅为5.7度左右。地面雷达探测飞机的迎角（Aspect Angle）通常在15度以内，几乎就是平视。
例外情况：只有近距离防空（AAA/SHORAD）或弹道导弹防御（Ballistic Missile Defense）等特殊场景，才会出现大仰角探测。

因此，一般的“全向隐身”指标，通常是指360度方位角、正负15度仰角范围内的低可探测性。

最佳外形：“飞碟”与能量守恒

误解：把雷达波均匀散射到各个方向（像飞碟那样）是最好的隐身。

理论上，“无限大且厚度为零”的飞碟对水平极化波是完美的，但在工程现实中这是个陷阱。

厚度的工程悖论：首先，飞机必须有足够的体积来装载燃油和设备，并产生升力，因此不存在所谓的“零厚度”。其次，对于有厚度的物体，如果将雷达波均匀反射到各处（类似漫反射），根据雷达方程（R∝4σ），探测距离的缩短并不显著，战术意义有限。
极化的陷阱：即使能造出极薄的边缘，它对垂直极化波也是灾难。由于电荷在极窄边缘的堆积效应，薄边缘在垂直极化下会形成强烈的线电流辐射。因此，隐身飞机边缘必须有一定的楔角（Wedge Angle），既满足结构容积，又解决垂直极化散射。
波束控制（Lobing）：现代隐身设计的核心策略是能量守恒下的方向再分配。既然雷达波射过来必然会反射回去，上策是将强烈的反射能量“堆”到极少数、极窄的方向上。
- 只要敌方雷达不在那几个极窄的波束路径上（概率极低），在这个方向上看起来就是完全黑的。
- 这也解释了为什么F-117、B-2、F-22都要极力追求边缘平行（Edge Alignment）：把所有零部件的反射峰值都归拢到同一个方向，宁可让那个方向亮得刺眼，也要保证其他方向的绝对黑暗。

尺寸悖论：更大的飞机更难隐身吗？

误解：物体越大，雷达反射截面积（RCS）必然越大。

这是一个非常反直觉的结论：在光学区（尺寸 >> 波长），非镜面方向的RCS与物体表面积几乎无关，而只与边缘和端点有关。

物理直觉：黑暗房间里的镜子

想象在黑暗的房间里用手电筒照一面方形的镜子：

镜面反射：除非镜子正对着你（镜面反射），否则你看不到镜面本身发出的光。反射强度与面积有关。
边缘衍射：如果镜子歪斜了一点，镜面光消失了。但如果你的视线恰好垂直于镜子的某条边（边缘法向），你会看到那条边缘在闪光。此时反射强度只与边缘的长度成正比，而与镜子的面积无关。
端点散射：如果你继续移动，既不正对镜面，也不正对边缘（法线），边缘的光也消失了。此时你唯一能看到的极微弱的“星光”，来自于镜子的尖角（端点）——也就是“边缘的边缘”。
结论：在大多数非特定角度下，反射强度与面积无关，甚至与边缘长度也无关，只与端点（Vertex）的数量成正比。这也是为什么要尽量减少锯齿数量的原因。

核心物理原理

更严谨地说，根据电磁散射理论（如Maggi-Rubinowicz变换），对于大尺度光滑平面，在非镜面反射方向上，表面内部的散射贡献通过相位干涉完全抵消，数学上精确为零。此时所有的剩余反射能量，完全等价于仅由**边缘（Edge）**产生的衍射波。

隐身修形的本质：不是按比例缩小RCS，而是从增长规律上改变反射机制。隐身飞机（如B-2）消灭了所有朝向威胁扇区的镜面（倾斜侧壁）和角反射器，在雷达眼中只是一组会衍射的“线条”和几个闪烁的“顶点”。
- 普通飞机：充满了曲面镜面反射（机鼻）、角反射器（垂尾与平尾夹角）、腔体反射（进气道）。RCS随体积显著增长。
- 隐身飞机：消灭了所有朝向威胁扇区的镜面（倾斜侧壁）、消灭了角反射器。此时，B-2这样庞大的轰炸机，在雷达眼中只是一组会衍射的“线条”和几个闪烁的“顶点”。

边缘处理：为什么B-2的前缘像“牙签”？

误解：前缘越圆润越好，或者越锋利越好。

隐身飞机的边缘设计（尤其是机翼前缘）面临一个两难：

尖锐前缘：电磁散射小，但在低空由于鸟撞和结构强度要求，无法实现。
圆钝前缘：结构好，但如果不处理，它就是一根粗大的圆柱。当这根“圆柱”在翼尖突然截断时，电流无处可去，会产生极强的端点散射（Truncation Effect），这是一种各向同性的全向发光，是隐身大忌。

B-2的“牙签”设计（Toothpick Leading Edge）： 这是一次天才的物理妥协。

中间钝：在机翼中间段保持较大的曲率半径，满足结构需求。
两头尖：向翼尖延伸时，曲率半径逐渐减小，直至归零。
物理意义：这就像对天线阵列进行幅度加权（Tapering）。通过让前缘半径“渐变消失”，消除了粗大截断面的强散射，让表面电流在流向翼尖的过程中“软着陆”。对于长直边缘，锯齿越少、单段越长，端点越少，这种处理越有效。

吸波材料（RAM）的作用与进气道

误解：吸波材料只起辅助作用，或者每次反射只吸收一点点。

虽然“隐身是形状、形状、形状和材料”，但对于某些结构（如进气道）和物理现象（如行波），材料是决定性的。

进气道：指数级衰减的陷阱

S形进气道本质上是一个谐振腔。如果没有吸波材料，雷达波射入后会发生多次全反射，能量几乎无损地弹射出来。现代先进吸波材料在特定波段可以轻松做到-10dB（吸收90%）甚至-20dB（吸收99%）的吸收率。

假设材料吸收率为90%（反射系数0.1）。
雷达波在进气道内经过3次反射。
剩余能量 Eout≈0.1×0.1×0.1=0.001。这意味着回波强度降低了30dB（一千倍）。对于进气道这种多次反射结构，RAM的效果是指数级放大的。

表面行波（Traveling Waves）：为什么平滑表面也要涂RAM？

即使消除了镜面反射，雷达波以掠入射（Grazing Angle）照射金属表面时，会激发出表面行波。这些波会沿着机身蒙皮“爬行”，直到撞上边缘或缝隙，再次形成强散射。因此，F-35或B-2的表面涂层，很大一部分作用不是为了吸收入射波，而是为了在行波跑到下一个散射源之前，将其能量耗散掉。

长波雷达与材料厚度

误解：吸波材料必须达到自由空间波长的1/4才能生效（比如米波雷达需要半米厚的涂层）。

传统的Salisbury Screen确实要求1/4波长厚度，但这指的是介质内的波长，而非空气中的波长！

缩短波长：介质中波长 λm=λ0/μϵ。如果能同时提高材料的磁导率（μ）和介电常数（ϵ），就能大幅压缩波长。
阻抗匹配：为了让雷达波“愿意”进入材料而不是直接表面反弹，材料的阻抗 Z=μ/ϵ 必须接近空气阻抗。这意味着 μ 和 ϵ 需要同步提高。
铁磁材料的魔法：在VHF/UHF频段（米波），铁磁性材料具有很高的磁导率，可以将涂层厚度压缩到自由空间波长的1/10甚至更薄。虽然对抗长波依然很难（因为材料重且带宽受限），但绝不是物理上不可能。

双基/多基雷达：隐身的终结者？

误解：只要用两台分开的雷达，隐身飞机就废了。

双基雷达（发射机和接收机分置）的确在物理原理上抓住了隐身的软肋，但在工程上充满挑战。

物理机会

捕捉被“踢开”的波束：隐身飞机把镜面反射踢到了“其他方向”。如果接收机恰好部署在那个极窄的反射路径上，隐身飞机就会瞬间变得很亮（RCS激增）。
前向散射（Forward Scattering）：当飞机恰好穿越发射机和接收机的连线时，根据巴比涅原理，其RCS仅取决于投影面积，与隐身外形无关。

工程挑战

几何覆盖率：反射波束极窄（类似手电筒光柱），要想“恰好”接住这个光柱，需要密集的接收机网络。
前向散射的局限：要利用前向散射，飞机必须飞在发射站和接收站的连线上。对于地对地双基系统，这条连线贴近地面，高空飞机根本无法触发。只有“天-地”双基或“空-空”双基才具备几何可行性。
直射波干扰：接收机直视发射机会导致接收机饱和，从强大的直射信号中提取微弱的目标多普勒信号，对信号处理要求极高。

结论：双基雷达能让隐身飞机偶尔“闪烁”，但难以形成稳定连续的火控级跟踪。