隐身材料专题_隐形零点专题

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隐身材料专题

一、各种隐身飞机发展历程介绍

1、美国第一次正式提出发展隐身技术是在1973年.这一年.美国国防部下属的先进研究计划局(DARPA)提出了一项代号“海弗蓝”(Have Blue)的研究计划.这就是隐身技术研究的开始，在“海弗蓝”计划中，DARPA对之前世界各国关于隐身技术的研究情况，以及隐身概念的提出情况进行了总结，甚至一直追溯到1936年最早的隐身飞机概念，当时所提出的隐身飞机概念就是能够不被肉眼发现.不被雷达发现，不被红外探测系统发现，无法听到声音的飞机。

“海弗蓝”计划经过一年多的进展，向美国空军提供了许多非常有价值的研究成果，有了这些成果的支持，美国空军决定制造一架专用的验证机，即试验性隐身技术试验机(XST)。

2、3、第一种真正的 “隐身”轰炸机是美国的F—117战术轰炸机。美国洛克希德公司从70年代中期开始执行秘密研制 “隐身”战斗机的 “臭鼬工程”计划。1977年原型机试飞成功，1981年定型投产。F—117外型奇特，翼身融为一体，整个机身表面几乎全部由多个小平面拼命而成，可将雷达波以各种角度散射，不能形成有效的回波。

在美国入侵巴拿马和海湾战争轰炸伊拉克的空袭中，美国多闪成功地使用F—117执行轰炸任务，而一次也没有被对方探测到。

4、世界先进的隐形飞机

二、隐身材料分类及原理

隐身材料按频谱可分为声、雷达、红外、可见光、激光隐身材料。按材料用途可分为隐身涂层材料和隐身结构材料。这里便着重介绍几类重要的隐身材料。

1、雷达吸波材料

它能吸收雷达波，使反射波减弱甚至不反射雷达波，从而达到隐身的目的。如日本研制的一种由电阻抗变换层和低阻抗谐振层组成的宽频带高效吸波涂料，其中变换层由铁氧体和树脂混合组成，谐振层由铁氧体导电短纤维和树脂组成，在1～20吉赫的雷达波段上吸收率达20分贝以上。雷达吸波材料中尤以结构型雷达吸波材料和吸波涂料最为重要，国外目前已实用的主要也是这两类隐身材料。A、结构型雷达吸波材料

一种多功能复合材料，它既能承载作结构件，具备复合材料质轻、高强的优点，又能较好地吸收或透过电磁波，已成为当前隐身材料重要的发展方向。

碳纤维对吸波结构具有特殊意义，近年来，国外对碳纤维作了大量改良工作，如改变碳纤维的横截面形状和大小，对碳纤维表面进行表面处理，从而改善碳纤维的电磁特性，以用于吸波结构。美国先进战术战斗机(ATF)结构的50%将采用这一类结构吸波材料。

B、雷达吸波涂料

雷达吸波涂料主要包括磁损性涂料、电损性涂料。

1）磁损性涂料主要由铁氧体等磁性填料分散在介电聚合物中组成。目前国外航空器的雷达吸波涂层大都属于这一类。这种涂层在低频段内有较好的吸收性。磁损型涂料的实际重量通常为8～16kg/m2，因而降低重量是亟待解决的重要问题。

2）电损性涂料通常以各种形式的碳、SiC粉、金属或镀金属纤维为吸收剂，以介电聚合物为粘接剂所组成。这种涂料重量较轻(一般可低于4kg/m2)，高频吸收好，但厚度大，难以做到薄层宽频吸收

2、纳米复合隐身材料

纳米材料的特性：表面效应，量子尺寸效应，小尺寸效应

纳米复合隐身材料的隐身机理

由于纳米材料的结构尺寸在纳米数量级，物质的量子尺寸效应和表面效应等方面对材料性能有重要影响。隐身材料按其吸波机制可分为电损耗型与磁损耗型。电损耗型隐身材料包括SiC粉末、SiC纤维、金属短纤维、钛酸钡陶瓷体、导电高聚物以及导电石墨粉等；磁损耗型隐身材料包括铁氧体粉、羟基铁粉、超细金属粉或纳米相材料等。

金属粉体（如Fe、Ni等）随着颗粒尺寸的减小，特别是达到纳米级后，电导率很低，材料的比饱和磁化强度下降，但磁化率和矫顽力急剧上升。其在细化过程中，处于表面的原子数越来越多，增大了纳米材料的活性，因此在一定波段电磁波的辐射下，原子、电子运动加剧，促进磁化，使电磁能转化为热能，从而增加了材料的吸波性能。一般认为，其对电磁波能量的吸收由晶格电场热振动引起的电子散射、杂质和晶格缺陷引起的电子散射以及电子与电子之间的相互作用三种效应来决定。

纳米Si/C/N粉体的吸波机理与其结构密切相关。其理论认为，在纳米Si/C/N粉体中固溶了N，存在Si（N）C固溶体，而这些判断也得到了实验的证实。固溶的N原子在SiC晶格中取代C原子的位置而形成带电缺陷。在正常的SiC晶格中，每个碳原子与四个相邻的硅原子以共价键连接，同样每个硅原子也与周围的四个碳原子形成共价键。当N原子取代C原子进入SiC后，由于N只有三价，只能与三个Si原子成键，而另外的一个Si原子将剩余一个不能成键的价电子。由于原子的热运动，这个电子可以在N原子周围的四个Si原子上运动，从一个Si原子上跳跃到另一个Si原子上。在跳跃过程中要克服一定势垒，但不能脱离这四个Si原子组成的小区域，因此，这个电子可以称为“准自由电子”。在电磁场中，此“准自由电子”在小区域内的位置随电磁场的方向而变化，导致电子位移。电子位移的驰豫是损耗电磁波能量的主要原因。带电缺陷从一个平衡位置跃迁到另一个平衡位置，相当于电矩的转向过程，在此过程中电矩因与周围粒子发生碰撞而受阻，从而运动滞后于电场，出现强烈的极化驰豫。

纳米复合隐身材料因为具有很高的对电磁波的吸收特性，已经引起了各国研究人员的极度重视。而其一旦应用于实际产品，也必将会对各国的政治、经济、军事等多方面产生巨大影响。

3、红外隐身材料

红外隐身材料作为热红外隐身材料中最重要的品种，因其坚固耐用、成本低廉、制造施工方便，且不受目标几何形状限制等优点。红外隐身材料主要有单一型和复合型两种。

A、单一型红外隐身材料

导电高聚物材料重量轻、材料组成可控性好且导电率变化范围大，因此作为单一红外隐身材料使用的前景十分乐观，但其加工较困难且价格相当昂贵，除聚苯胺外尚无商品生产。B、复合型红外隐身材料

复合型红外隐身材料主要有涂料型隐身材料、多层隐身材料和夹芯材料。

1)涂料型隐身材料

涂料型红外隐身材料一般由粘合剂和填料两部分组成。填料和粘合剂是影响红外隐身性能的主要因素,目前的研究大多针对热隐身。

2)多层隐身材料

多层隐身材料中最常见的是涂敷型双层材料。一般有微波吸收底层和红外吸收面层组成。3)夹芯材料

夹芯材料一般由面板和芯组成。面板一般为透波材料, 芯为电磁损耗材料和红外隐身材料。

4、其它隐身材料

A、电路模拟隐身材料

该技术是在合适的基底材料上涂敷导电的薄窄条网络、十字形或更复杂的几何图形, 或在复合材料内部埋入导电高分子材料形成电阻网络, 实现阻抗匹配及损耗, 从而实现高效电磁波吸收。

B、手征隐身材料

所谓的手征是指一个物体不论是通过平移或旋转都不能与其镜像重合的性质。研究表明, 手征材料能够减少入射电磁波的反射并能够吸收电磁波。目前, 用于微波波段的手征材料都是人造的。现在研究的手征吸波材料是在基体中掺杂手征结构物质形成的手征复合材料。

C、红外隐身柔性材料

这种材料是指以织物为中心开发的各种红外隐身材料, 常常以高性能纤维织物为基础。

D、红外隐身服

美国特立屈公司(TeledyncIndustr ies Inc)设计出一种红外隐身效果较好的隐身服。这种隐身服可以与背景保持一致，从而保证人体的红外特性难于被红外探测器探测到。

三、研究前景展望

对隐身材料来说，对某种探测手段的隐身性能好，往往对另一种探测手段的隐身性能就不好。例如，对激光探测的隐身性能好，一般对红外探测就不能隐身，这就是隐身材料的相容性问题。为解决这一问题，需要研制兼容型隐身材料，如雷达波、红外兼容隐身材料，红外、激光兼容隐身材料，雷达波、红外、激光等多种兼容的隐身材料等。