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aberration,diffraction

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隱身轟炸機和隱身戰斗機的發明歷史是怎樣的？

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隱形飛機的研制歷史可能比我們想象的要早 。其實人類對軍用飛機的隱身設計最早可以追溯到二戰末期 。二戰末期，德國人推出了一款造型怪異的轟炸機原型機，Horton go.229 。這款飛翼構型的轟炸機不論是其飛翼構型，進氣口和尾噴口的屏蔽設計，還是碳質吸波材料和弱介電常數的蒙皮（木質）都可以證明這是一款專門優化過的低雷達反射界面的飛機 。
這是已知最早的隱身設計 。二戰末期德國研發的Horton go.229冷戰時期，美國率先開發出了升限20公里以上的U-2高空偵察機，并在很長一段時間內讓蘇聯和中國的防空部隊無計可施，甚至逼的蘇聯開發出了錐膛炮版本的高射炮來勉強維持防空圈（因為只有這款錐膛炮射高夠得到U-2） 。隨著蘇聯導彈的進步，開發出了最大射高超過25公里的S-75（SA-2）防空導彈，U-2變得不再安全 。
鑒于此，美國在1956年開展了彩虹項目，意在U-2偵察機的蒙皮上涂上一層鐵氧體吸波材料來吸收雷達波 。后來在1960年代開發的A-12和SR-71偵察機，也在外形上兼顧了一定低雷達散射截面的設計 。然而在實際使用中，A-12和SR-71的隱身設計似乎完全不起作用，在越南戰場上還是屢屢被發現并被導彈集火；要不是飛機可以飛到3.2馬赫，早就被北越多S-75揍下來了 。
U-2隱身驗證機黑鳥家族，外形過渡圓滑，有一定低雷達散射截面的設計為什么采用的隱身設計不起作用呢？究其根本，是因為此時的美國還沒有掌握飛機RCS計算的正確模型 。雖然RCS的計算早就有一些數學模型存在了，比如物理光學法，然而這個計算量極其龐大，建立模型也非常困難 。加上當時的計算機根本支持不了這樣的計算，所以隱身戰機的外形設計必然是要失敗的 。
隨后的1970年代，洛克希德·馬丁又設計了一款隱身攻擊機，外形與SR-71有些類似，不過同樣沒有服役，隱身設計靠譜靠譜也就不得而知了 。洛克希德·馬丁 70年代研發的“超級衛星”隱形對地攻擊機而在大洋彼岸，蘇聯的一位名不見經傳的科學家烏菲姆謝夫在60年代提出的一個理論，最終成為了隱身戰機設計的突破口 。烏菲姆謝夫提出了一個理論叫物理衍射理論（Physical Theory of Diffraction，PTD），這個理論的核心內容物體對雷達電磁波的反射強度和物體的尺寸大小無關，而和邊緣波的電流強度有關 。
根據這個物理方程模型，可以計算任何構型飛行器的RCS值 。然而由于蘇聯這邊未對該理論有足夠的重視，因此被束之高閣 。然而墻里開花墻外香，該理論漂洋過海后，被洛克希德·馬丁臭鼬工廠的工程師丹尼斯·奧瓦霍塞發現 。受該理論的啟發，丹尼斯發現原來復雜外形的物體雷達散射場可以用鏡面反射場加邊緣電流的總效應表示的，這提供了一種有效的RCS計算方法 。
臭鼬工廠根據PTD理論設計出了一種程序，可用來計算RCS最小的飛行器外形 。但由于當時超級計算機浮點運算能力實在太捉急了，只能設計出由有限多個三角形組成的飛機外形（想想3D游戲剛出來的時候是不是也是多邊形的？） 。這個工程上的成果在1977年被直接應用到了世界上第一款真正的隱形驗證機——海弗蘭驗證機上 。隨著海弗蘭驗證機的成功，該成果應用到了一款隱身轟炸機上，這就是F-117隱形轟炸機 。
F117采用的多邊形和鋸齒型邊緣設計，可以將雷達波散射到特定幾個方向，而機頭方向上可以保證RCS非常?。?.0001～0.01平方米） 。采用傾斜雙垂尾，可以將側面射來的雷達波偏轉到其他方向，不會被接收機接收；此外采用完全內置的武器，即所有武器放在彈倉中，以免武器彈藥和掛架影響到隱身性 。海弗蘭驗證機F117隱身轟炸機F117的RCS模擬，RCS分布呈蝴蝶型，機頭方向RCS最小在F117的設計獲得巨大成功后，美國并未停止開發更新的隱身轟炸機 。

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