0 引　言

舰艇的雷达波散射截面积、水下辐射噪声、红外辐射特征等是“侦查”、“打击”环节的核心物理信息，与其对应的舰艇综合隐身性能是舰艇的重要总体性指标之一。综合隐身技术是通过舰艇总体集成设计及采取针对性控制措施而达到降低被对方装备探测、识别概率的技术途径，包括雷达波、声、红外、电场、磁场、可见光、尾迹等隐身技术。雷达波隐身面向敌方的主动探测手段，而其他隐身主要面向敌方的被动探测手段。雷达波、声、尾迹隐身性能影响了舰船的远距离探测性，雷达探测距离可达数百千米至千千米级，水声传播距离可达百千米级；而红外、电、磁隐身性能主要影响舰船的近距离防护性，红外探测在数十千米级，电、磁探测在数公里级及以下。

在现代战场中，“被发现”即意味着“被消灭”，做到不被敌方先发现至关重要^[1]。因此对雷达波散射面积、水下辐射噪声等可被远距离探测的物理信息进行控制最受重视。此外，现代先进反舰导弹均采用了红外末端制导，可通过红外成像特征分辨舰艇类别、选择重要攻击部位，为此各国也非常重视舰艇红外隐身。考虑舰艇隐身性与作战效能的关系，本文重点论述舰艇雷达波、声及红外隐身技术。

1 综合隐身技术演进历程分析

以水面舰艇的水-气界面为分割面，综合隐身技术中的雷达波隐身、红外隐身主要涉及舰艇水线面以上部分，而声隐身主要涉及舰艇水线面以下部分。

1.1 综合隐身技术从无到有、从单物理场到多物理场

19世纪，靠瞭望（望远镜）侦查发现目标，然后用火炮进行打击，这种视距作战状态下的水面舰艇无需隐身技术，关键是舰船的航速、机动性、炮火射程等。但是一战、二战期间随着雷达、声呐的出现，超视距作战出现，舰艇隐身技术随之诞生。二战后，随着美苏两大阵营的对抗以及电子、信息技术的发展，舰艇的雷达波、声及红外等单项隐身技术不断发展，尤其是水面舰艇的声隐身技术取得较大进步。20世纪90年代，法国 “拉菲特”级护卫舰引领了“隐身水面舰船”的发展，进行了高度隐身化设计，包括雷达、红外及声隐身等，舰艇从单物理隐身场步入了多物理场隐身。舰艇隐身技术发展如图1所示。为降低雷达波散射截面积，采用封闭式上层建筑、表面倾斜式设计、隐身材料应用、舰桥采用吸波涂料等^[1]；为降低水下辐射噪声，柴油机及齿轮箱采用集成式隔振、舰体及螺旋桨采用气幕降噪等；为控制红外辐射特征，采用主机排气红外抑制器、玻璃纤维等绝热涂料等。此后，各国海军均非常注重水面舰艇综合隐身技术，典型代表有美国DDG1000驱逐舰，英国26型护卫舰、45型驱逐舰，欧洲FREMM护卫舰，德国F125型护卫舰、MEKO护卫舰，瑞典“维斯比”轻型护卫舰等^[2]。

1.2 各物理场隐身发展过程 1.2.1 雷达波隐身技术演进

从技术原理看，为减少本舰被敌方雷达探测的回波，主要可从两方面着手，一是使敌方雷达回波与入射方向偏离，二是尽量吸收或抵消其雷达探测入射波，对应可提出外形隐身和材料隐身两方面常用的雷达波隐身技术措施。雷达波隐身技术演进过程见表1。

20世纪70、80年代前，水面舰艇雷达波隐身技术应用很少，全舰雷达散射截面积（简称RCS）值处于万平米量级，基本属于“非隐身”舰船。舰面直接布置众多设备、各类天线林立、各种功能性开口很多，武器装备外形粗犷，上层建筑的舱壁竖直（无倾斜角），几千吨级护卫舰的雷达波散射截面积都在几万平方米甚至几十万平方米。

20世纪90年代，各国广泛开展水面舰艇雷达波隐身技术的研究和应用，通过上层建筑构型设计、局部应用复合材料、舰面设备外形设计等，全舰雷达波散射截面积降低至千平米级，进入“准隐身”阶段。根据雷达波隐身仿真计算分析，上层建筑壁面内倾角度约6°～12°较为合适，可将雷达波散射能量集中于特定方位角度，从而避开水平向的探测角度。3000 t级“拉菲特”护卫舰的雷达波散射截面积约为3000 m²。

21世纪以来，尤其是2010年后，为进一步提升水面舰艇雷达波隐身性能，除考虑常规外形隐身技术、材料隐身技术的综合应用外，舰面设备及构件更需通过集成设计才能从根本上减少舰面散射源对全船RCS的影响。因此，共型融合设计、综合集成桅杆、一体化上层建筑等新兴雷达波隐身设计技术得以逐步应用和推广 ^[3]。美国万吨级DDG1000的RCS值已降至百平方米量级，达到了“隐身舰”水平。

1.2.2 声隐身技术演进

对水面舰艇而言，声隐身技术主要用于解决对抗对方潜艇的拖曳线阵声呐探测、声自导鱼雷的攻击和自身舰载声呐探测距离等问题，分别对应水下辐射噪声、声目标强度和声呐平台区自噪声的控制，见图2。舰艇水下辐射噪声不仅传播距离远，而且对声呐平台区自噪声有一定影响，因此成为声隐身技术领域的首要问题。

舰艇水下辐射噪声主要来源于机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声等3类噪声源。以螺旋桨空化航速为分界点，低于此航速时，机械噪声贡献最大^[4]；高于此航速时，螺旋桨噪声贡献最大。

在机械噪声方面，推进装置（主机、齿轮箱等）是主要噪声源，其控制技术经历了3个阶段。20世纪70、80年代，国内外护卫舰的推进主机采用单层隔振技术，而齿轮箱刚性安装，全船水下辐射噪声较高。20世纪90年代，法国“拉菲特”级护卫舰对2台推进柴油机和1台并车齿轮箱进行了集成隔振，全船噪声得到大幅降低。20世纪末期及21世纪，为进一步控制推进装置噪声，充分利用电力推进的安静性技术优势，新建的F125护卫舰、FREMM护卫舰、26型驱逐舰等，为了兼顾低噪声与使用功能，均采用了电力+机械混合推进型式，如图3所示的柴电燃联合推进型式^[5]，在低速时采用电力推进，避免了齿轮箱噪声源，实现低噪声，而在高航速时采用机械推进，此时机械噪声已不是主要噪声源。通过减振降噪技术的应用，水面舰艇的水下辐射噪声得到了大幅度降低，见图4。

其次，隔振技术是控制机械噪声的重要技术途径之一，以有无外部能源输入进行区分，主要分为被动隔振和主动隔振。

被动隔振技术主要经历了单层隔振、双层隔振、浮筏隔振及舱筏隔振等阶段，见图4，设备机脚与基座之间的振级落差大约分别为20 dB、30 dB、35～40 dB。单层隔振技术简单，重量轻，但是由于隔振的低通滤波效应，在隔振固有频率以上频段隔振量为6 dB/倍频程，中低频段隔振效果有限。为了进一步提高隔振效果，双层隔振技术得到应用，在隔振固有频率以上频段隔振量为12 dB/倍频程，但是重量代价较大^[6]。基于双级隔振系统的设计原理，充分利用附加质量效应、筏架结构中弹性波传递抵消效应、调谐效应等，出现了大型浮筏、舱筏隔振技术，对振源设备进行集中控制，不仅可利用舱内其他非振源设备的重量以及筏架上振源设备的附加质量，还可以在筏架上集成吸振、阻尼、主动控制等技术，提高隔振效果。但浮筏、舱筏隔振装置在机舱内的布置与安装要求相对较高。

主动隔振技术采用“以振治振”的原理，可针对多根中低频振动线谱进行控制^[7]。作动器为主动隔振技术的重要实现部件，主要包含电磁式、液压式、压电式等^[8]。

近年，根据被动隔振与主动隔振技术特点，将作动器集成在被动隔振器内，演进出主被动联合隔振技术，具有隔振效率高、适用频段广的特点^[9]。

在螺旋桨噪声方面，由于水面舰艇的螺旋桨吃水比潜艇浅，更容易空化，因此桨噪声控制一直是水面舰艇声隐身的技术难点。在常规桨叶线型优化基础上，美国、德国、法国、英国等通常采用螺旋桨气幕降噪技术，通过从桨叶边缘喷出高压空气来抑制螺旋桨空化噪声。此技术对螺旋桨加工制造工艺要求很高，需增设一套喷气装置，且气流流量控制非常关键^[10]。相对于螺旋桨，泵喷推进器具有桨叶数目多、导叶整流作用及导管抑制空化效应等，存在隐身性能优势，因此近年来国内外机构加强了泵喷推进器的研究与试验验证。此种推进器实现了桨叶来流均匀化、抑制桨叶空化、高频噪声屏蔽等多种降噪技术的集成化^[11]。

1.2.3 红外隐身技术演进

水面舰艇红外隐身技术主要是为了应对反舰导弹的末端红外制导、红外成像等，通过改变舰艇自身的红外辐射特性，并使其温度与周围温度相接近，从而降低被发现和跟踪概率的措施，基本思路是降温和屏蔽，控制高温物体辐射（3～5 μm，如高温排气，称为点源）和低温物体辐射（8～12 μm，如舰体表面，称为面源）。

在舰艇主辅机高温排气红外特征控制方面，国外主要采用排气红外抑制技术，经历了4代产品研制，实现了由空气引射冷却、全气膜冷却、空气+喷水复合冷却等阶段，见图5^[12]。红外抑制器占据了一定烟囱空间，且需要增加喷水系统，而利用水线排气技术，将海水直接被喷进排烟道内以降低排气温度，剩余排气被导向舰尾并排入尾流，实现排气与降温的集成化。瑞典“维斯比”护卫舰、美国“独立号”滨海战斗舰即采用了此技术^[13]。

在舰体与背景红外辐射对比度控制方面，主要是采用红外水幕系统、船体隔热材料、低发射率材料、变发射率材料等技术。其中，红外隐身水幕应用最为广泛，可起到红外辐射屏蔽和冷却船体表面的双重作用。近年欧美国家在全舰红外隐身系统中增加了红外状态监控的功能，实时监测全舰的红外状态并对当前的红外威胁态势进行评估，在此基础上，有策略、有针对性的控制水喷淋系统降低热点区域的红外辐射。目前，西班牙的F100、荷兰最新的LCF防空护卫舰，瑞典的维斯比均安装了此类全舰红外隐身系统。

2 隐身技术发展展望及问题

舰艇隐身技术与武器装备的探测、识别技术是战场上的“盾”与“矛”。目前，武器装备探测正朝着多维度、精确化、智能化方向发展，势必牵引舰艇隐身技术不断向前进步。此外，随着新材料技术的发展及应用，以及舰艇总体资源的约束性，在推动水面舰艇隐身技术走向新的阶段的同时，也将伴随出现一些新的问题。

2.1 全方位角度隐身

在雷达波隐身方面，目前装备的反舰导弹一般采用掠海方式飞行，导弹末端的飞行高度可降到距水面2～8 m，在此背景下，雷达波隐身性主要考虑来自水平方向的威胁。

目前舰艇侧壁内倾角度较为单一，造成横摇状态下雷达波在特定角度散射能量增大，未来将采取“X”等新的构型形式进一步改善散射特征；今后还需解决考虑海杂波背景下的雷达波隐身特性仿真、测试及上层建筑构型设计等问题，以提升水面舰艇全方位角度的雷达波隐身能力。

在声隐身方面，目前的辐射噪声测试方法及潜舰对抗任务，主要关注于水面舰艇水平正横方位（垂直于舰艇首尾向）的辐射噪声问题。但是，推进器噪声导致水面舰艇尾部噪声较高，机舱内噪声源的振动使中低频段舰艇下方噪声高于侧方，且实际作战中潜艇的方位不确定，各个方位的辐射噪声均可通过海洋信道传至远处的声呐接收端。因此，需关注舰艇各个方位角度的辐射噪声（指向性）控制，以提升水声对抗作战效能^[14]。

在红外隐身方面，随着机载探测手段、高空俯冲导弹的应用，舰艇红外辐射强度面临水面以上半球状空间各角度的探测威胁，因此需研究舰艇不同探测角度下的红外辐射特征及控制技术。

2.2 主动化（智能化）隐身

在雷达波隐身方面，排水量在万吨级的水面舰艇RCS已由原来的数十万平方米量级降至上百平方米，未来RCS值降低的空间有限。目前，合成孔径雷达技术已用于天基探测及导弹末端识别，可实现舰艇雷达波特征成像，进而辨识舰艇目标，因此未来水面舰艇需通过新技术应用实现雷达波成像特征的主动变化，达到“隐”、“现”可控。目前，等离子体隐身技术、有源频率选择表面技术等有望可为舰艇雷达波隐身主动调控的技术基础^[15]。

在声隐身方面，声呐超低频化、智能化方向发展，具有舰艇低频线谱特征自动检测能力，随着智能算法应用，可进而基于检测数据实现舰艇目标辨识。为此，未来水面舰艇需通过振动噪声主动控制技术、智能材料应用等，与舰艇自噪声监测系统结合实现辐射噪声特性的自主调控。

在红外隐身方面，为异化舰艇红外成像特征及解决水雾系统响应速度慢、喷水量控制不准确的问题，未来需进一步开展水雾系统喷水量柔性控制技术、电控红外隐身材料应用、智能红外隐身蒙皮技术等研究，实现水面舰艇红外成像特征的快速、智能调控^[16]。

2.3 全频谱域隐身

目前，水面舰艇雷达波隐身频段主要是X、Ku波段。但是，随着微波/米波雷达、天基探测等更广波段侦察手段的广泛应用，针对原X、Ku波段的隐身材料等技术可能面临失效的局面。水面舰艇水下辐射噪声主要关注20 Hz以上频段，目标回波特征关注数千赫兹频段，但是随着主、被动声呐的低频化发展，被动检测频段低至5 Hz、主动检测频段低至数百赫兹，对未来的声隐身技术提出了更大的挑战。红外是光波的一个频段，可见光探测手段的发展将促使拓宽舰艇光学隐身频段。因此，随着未来探测手段多样化发展，探测频谱域更加全面、更加宽广，那么水面舰艇隐身技术也要随之变化:

雷达波隐身方面，威胁频段需在原有的X、Ku波段（8～18 GHz）范围内向更低频（＜8 GHz）和更高频（＞18 GHz）进行拓展；

声隐身方面，在加强对20 Hz以上频段辐射量级持续控制的基础上，应进一步考虑5 Hz以及以下频段范围的主、被动声呐的探测威胁；

光学隐身方面，在加强红外频段隐身基础上需重点引入对可见光探测威胁。

3 结　语

由“视距作战”到“超视距作战”的转变催生了水面舰艇隐身技术；伴随着雷达、声呐、红外探测等装备发展，水面舰艇隐身技术逐渐实现了多物理场、集成化的综合隐身，未来还将朝着全方位角度、智能化、全频谱域方向发展。从技术角度看，水面舰艇综合隐身是一个多学科交叉的系统工程问题，当务之急是要实现舰艇的系统使用功能与隐身功能集成设计、融合设计，在实船设计中，需统筹考虑总体资源与综合隐身性能的实现，根据不同的作战需求选择合理有效的隐身技术。