E-7預警機「蘑菇蓋」為何能360度監視?端射天線解決前後探測問題

撰文:晨楓新苑
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【軍事】E-7預警機在澳洲、英國、土耳其、韓國等地已經投入使用,在美國則上上下下,眼下起死回生了,但再死一回也不必驚訝。

在雷達設計方面,E-7的「擠扁蘑菇」和薩博「愛立眼」的「平衡木」有明顯的傳承關係,最主要的差別在於「蘑菇蓋」。也正因為「蘑菇蓋」,E-7具有全向監視能力,而「愛立眼」只有兩側監視能力,後者顯然不大夠。

服役於美國空軍的E-7預警機。(美國空軍官網)

目前服役於美國及其盟國的E-7預警機▼▼▼

E-7的雷達的側視能力容易理解,「蘑菇根」提供很大的側立面,這是理想的安裝主動相控陣雷達「大板子」的地方。不好理解的是「蘑菇蓋」如何提供前後視界。

「蘑菇蓋」有7度前傾角,但這是補償巡航時機體的自然上揚用的。也就是說,在巡航時,機體有7度上揚角,用來提供一點升力。這時「蘑菇蓋」就是水平的。

也就是說,從對雷達(尤其是平板式的相控陣雷達)的常規理解出發,「蘑菇蓋」的前後向視界只有「平板」的邊緣,根本不夠用來提供足夠的雷達天線口徑。但E-7的360度雷達視界是均勻的,並沒有明顯的前後「近視」。這是由於「蘑菇蓋」裏使用了端射天線。

一般理解中的相控陣雷達是平板形式的,典型的就像「伯克」級驅逐艦上的「宙斯盾」雷達。這是典型的側射天線,收發單元平面展開,波束發射和接收方向與平面垂直。當然,在相控陣的電控下,波束容許偏離垂直,一般不超過正負60度,進一步偏離的話,增益、噪聲什麼的都還是急劇惡化。

「伯克」級驅逐艦上的「宙斯盾」雷達。(YouTub@DefenseUpdates影片截圖)

端射天線(end fire array)則不同,收發單元從前到後一字排開,波束發射和接收方向沿着中軸線。當然,在相控陣的電控下,波束容許偏離軸線,一般也不超過正負60度。

因此,端射天線的口徑由天線的長度而不是面積決定,當然寬度需要滿足1/4波長的條件,再小就不行了。

端射天線的方向性特別好,波束窄,常見的八木天線(魚骨天線)就是一種端射天線,當然,用於看電視的時候,只收不發。這也是信號不好的時候,轉動方向常常可以改善接收的原因,天氣可能改變信號路徑,方向性強的特點這時就顯示出來了。

用於預警機雷達時,「蘑菇蓋」就用上了端射天線,解決了不用肥厚大盤時怎麼解決前後探測的問題。

從這裏,還可以發揮一下,更加徹底地改變預警機設計,索性取消機背的「大蘑菇」,將端射天線整合到機翼裏,作為側射雷達,並與長長的機體上下表面整合,作為前後向探測。這可以達到最大限度的氣動保形,降低阻力,也降低飛控難題。

在理論上,甚至可以和無尾飛翼相整合。

中國新型高空高速長航時無人機彩虹-7。(央視網影片截圖)

像彩虹-7這樣的無尾飛翼,如果外翼段用於側向的端射天線,內翼段用於前後向的端射天線,不大的無尾飛翼就可以在尺寸上提供相當大的雷達孔徑,接下來的問題當然就是機上發電能力和數據處理能力。但這是「甜蜜的煩惱」,比沒地方裝雷達天線要好得多。

無尾飛翼預警機對上艦可能有特別的好處。空警600和E-2D在外觀上高度相像,是因為這已經在上艦的翼展和高度限制下進行了極端優化。但無尾飛翼化後,高度不再是問題,只要翼展符合艦上運作的限制,設計自由度就大大放寬。與空警600的常規佈局相比,無尾飛翼更加適合高空長航時,這對預警機很有用。

無尾飛翼的升阻比高,有利於上艦。陸地使用取消了翼展限制,更加有利於高空長航時。

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