戰(zhàn)機安裝相控陣,雷達罩上為何必須要有防雷條?

如果稍微仔細觀察,就會發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代戰(zhàn)機的機頭,也就是雷達罩的中后部都有一道道的條紋,這種現(xiàn)象從J20、F22A、F35到J10C都有,其實如果看的更仔細點,會發(fā)現(xiàn)部分大型客機的機頭最前端也可見這種條紋。這種條紋并非作為裝飾之用,而是作為現(xiàn)代化戰(zhàn)機和部分客機雷達罩的金屬防雷條的功能。那么為何要在雷達罩上采用這種裝置?就必須先了解一個基本的物理概念,這就是法拉第籠。法拉第籠自然和法拉第有關(guān),法拉第是電磁學(xué)的奠基人之一。凡是學(xué)過物理肯定知道法拉第。法拉第籠,就是一套由金屬或者其他良導(dǎo)體形成的籠子,或者籠狀物;是一種用于演示等電勢、靜電屏蔽和高壓帶電作業(yè)原理的設(shè)備。它是由籠體、高壓電源、電壓顯示器和控制部分組成,其籠體與大地連通,高壓電源通過限流電阻將10萬伏直流高壓輸送給放電桿。
當(dāng)放電桿尖端距籠體10厘米時,會出現(xiàn)放電電弧和火花,根據(jù)接地導(dǎo)體靜電平衡的條件,籠體是一個等位體,內(nèi)部電勢差為零,電場為零,電荷分布在接近放電桿的外表面上。此時籠子里面的人,面對10萬伏的高壓電也安然無恙。外殼接地的法拉第籠可以有效地隔絕籠體內(nèi)外的強電場和強電磁波的干擾,叫做“靜電屏蔽”。高壓帶電作業(yè)操作員的防護服,就是用金屬絲制成,接觸高壓線時形成等電位,人體不通過電流,起到保護作用。由于相同的原理,在雷暴中駕駛金屬外殼的汽車,車中的人也基本不會被雷電擊中。既然法拉第籠可以保護人體,自然也可以保護電力和電磁設(shè)備。許多精密電磁儀器設(shè)備,可采用接地的金屬外殼,有效地避免殼體內(nèi)外電場的干擾。同軸電纜也可以不受干擾的傳播訊號。瀚海狼山(匈奴狼山)認為,

正是由于法拉第籠原理的存在,大部分軍艦都是金屬外殼。不論是鋼殼鋁殼還是鋼鋁混合的船殼。其內(nèi)部的電子電力設(shè)備都會受到自然的保護。這種保護的強度,除了暴露在外的雷達和天線,甚至大部分脈沖武器都無法燒穿軍艦內(nèi)部的電子電力設(shè)備。電磁炮發(fā)射時的脈沖輻射也極強,但是因為安裝電磁炮的軍艦的外殼本身就是一個法拉第籠,因此也不會輕易的因為本艦發(fā)射電磁炮而導(dǎo)致內(nèi)部電子電力設(shè)備失效。飛機飛行在空中,最怕的情況就是被帶強電荷的雷云產(chǎn)生的強大雷電直接擊中。大多數(shù)飛機外蒙皮大量采用鋁鎂合金,這種合金本身也構(gòu)成一種潛在的法拉第籠,因此一般情況下被雷電擊中的飛機問題也不大。不過現(xiàn)代化的戰(zhàn)機,越來越多的采用發(fā)射功率巨大的機載有源相控陣雷達。而功率越大的電磁輻射設(shè)備,就越容易招來雷電。這也是雷暴天氣下沒事千萬不要在空地或者在窗戶邊打手機的一個重要原因。

現(xiàn)代戰(zhàn)機的大功率雷達為了更好的發(fā)射和接收信號,雷達罩多用透波的玻璃纖維等復(fù)合材料制作,可以透過99%以上的電磁波能量,并且盡量減少在相控陣雷達前面出現(xiàn)比較大的金屬物體。不過這樣一來,暴露在前的相控陣雷達天線反倒很容易招雷。此時在非導(dǎo)體的雷達罩中后部鑲嵌上一圈金屬質(zhì)地的防雷條,然后和機體的金屬外殼部分相互連接,而飛機的機翼的尖端又有很多放電的探針,這樣就讓整個機體包括機頭雷達天線在內(nèi),都形成了一個等電位的隱形法拉第籠。只在機頭的正前方露出一段空隙透過電磁波。這樣就可以避免大多數(shù)空中的雷電直接擊中飛機,破壞昂貴的相控陣雷達。