在你看不到的地方：隐身涂料的应用分类

2017-01-06  by:CAE仿真在线  来源:互联网

2014年12月19日下午,编号2015的国产第四代战斗机歼-20进行首次试飞。

2014年12月19日下午,最新一架编号2015的国产第四代战斗机歼-20首飞成功。这与2013号歼-20首飞成功相距不到一月。据悉,中国目前已曝光6架歼-20,而2014年一年时间内,从2011号到2015号(2014号尚未公开亮相),4架歼-20成功首飞,说明歼-20项目进展顺利,而2015号歼-20的出现将进一步加快歼-20服役的脚步。与此同时,随着中国歼-20成为继美国的F-22、俄罗斯的T-50之后的又一个隐形战机家族成员,隐身涂料也成为大家津津乐道的话题。

这里所说的隐身并不是科幻作品中的“隐身”,而是军事术语中指控制目标的可观测性或控制目标特征信号的技巧和技术的结合。随着科学技术的发展,隐身技术的应用日益广泛。隐身技术是为了减少飞行器的雷达、红外线、光电、目视等观测特征而在设计中采用的专门技术,采用隐身技术是为了飞行器在突防时不易被敌方探测器发现,从而增强攻击的突然性,提高飞机的生存力和作战效能。

目前,最具挑战性的隐身技术是隐身涂料的开发与应用。隐身涂料作为一种最方便、最经济、极强适应性的隐身技术已经在航空航天、军事装备上得到广泛应用。近年来,美、英、俄、法等军事强国纷纷投入巨资加大隐身涂料的开发力度。显而易见,隐身涂料的发展不仅标志着一个国家科学领域的进步,而且关系到国防力量的巩固,现阶段存在巨大的生存和发展空间。

隐身涂料是固定涂覆在武器系统结构上的隐身材料,按其功能可分为雷达隐身涂料、红外隐身涂料、可见光隐身涂料、激光隐身涂料、声纳隐身涂料和多功能隐身涂料。隐身涂层要求具有:较宽温度的化学稳定性;较好的频带特性;面密度小,重量轻;粘结强度高,耐一定的温度和不同环境变化。

雷达发射的电磁波碰到金属材料时易感应生成同频电磁流并建立电磁场,向雷达二次辐射能量。雷达隐身技术的研究主要集中在结构设计和吸波材料两个方面。在材料隐身设计中,有两个关键问题:一是如何让入射波能够最大限度地进入材料内部而不被表面反射;二是如何让进入材料内部的电磁波能够迅速地被材料吸收衰减。雷达隐身涂料就要最大限度地消除被雷达勘测到的可能性。目前,应用于各种武器装备的吸波涂料比较多,下面简要介绍几种。

铁氧体吸波涂料

包括镍锌铁氧体、锰锌铁氧体、锂锌铁氧体、锂钛铁氧体和钡系铁氧体等,是发展最早、应用最广的涂料品种。由于强烈的铁磁共振吸收和磁导率的频散效率,铁氧体吸收材料具有吸收强、频带宽的特点,被广泛用于隐身领域,如美国的SR-1高空侦察机上就使用了铁氧体吸波涂层。近年来,研究的铁氧体主要有六角晶系铁氧体和尖晶石型铁氧体。

羰基铁吸波涂料

羰基铁吸波涂料是一种典型的磁损耗型吸波涂料,具有吸收能力强、应用方便等特点。但是由于羰基铁吸收剂存在密度大,在涂料中体积占空比一般都大于40%,因此,导致这种吸波涂料仍存在面密度大的缺点。耐腐蚀多晶羰基铁纤维吸波涂料已在F/A-18E/F和A/F-117X飞机上使用。

陶瓷吸波涂料

这类吸波剂具有比铁氧体、复合金属粉末等吸收剂密度低、吸波性能较好、可有效地减轻红外辐射信号的特点。其中碳化硅是制作多波段吸波涂料的主要成分,有可能实现轻质、薄层、宽频带和多波段,很有应用发展前景。

超细金属粉末吸波涂料

细化金属超细粉末能使其组成粒子的原子数目大大减少,磁、电、光等物理性能发生质的变化,磁损耗较大。用这种吸收剂制成的吸波涂料可以通过调节粉末的粒径、含量和混合比例等来调节吸波涂料的电磁参数,以使其达到较为理想的吸波效果。

纳米吸波涂料

目前纳米材料作为隐身技术的关键技术之一,易于实现高吸收、涂层薄、重量轻、吸收频带宽、红外微波吸收兼容等要求,是一种极具发展前景的高性能、多功能材料。据报道,美国研制的“超黑粉”纳米吸波材料对雷达波的吸收率达99%;美国研制的宽频微波吸波涂层材料是由胶黏剂和纳米级微粉填料构成% 这类多层结构具有很好的磁导率和红外辐射率,对50MHz~50GHz的电磁波具有良好的吸收性能。

纳米材料是物理学上的理想黑体,纳米氧化锌粉、羰基铁粉、镍粉、铁氧体粉以及铁、镍合金粉等都是优良的电磁波吸收材料,不仅能吸收雷达波,而且能很好地吸收可见光和红外线,用此配制的吸波涂料和结构吸波材料,可以显著改善飞机、坦克、舰艇、导弹、鱼雷等武器装备的隐身性能,将是今后隐身领域发展的必然趋势。

等离子体吸波涂料

等离子体吸波涂料是将放射性物质涂覆在目标上,使目标表面附近的局部空间电离,形成等离子体来吸收电磁波的能量。此技术最大的特点就是不用改变装备的结构,只需利用等离子体发生器就可以实现隐身目的,且隐身效果非常好。目前,这种技术比较先进的国家是俄罗斯和美国。

红外隐身涂料工艺简单,施工方便,坚固耐用,成本低廉,是目前隐身涂料中最重要的品种。它主要针对红外热像仪的侦查,旨在降低飞机在红外波段的亮度,掩饰或变形装备在红外热像仪中的形状,降低其被发现和识别的概率。红外隐身的关键就在于目标能在不同区域利用辐射亮度的差别形成热迷彩,其研制的关键是寻找低发射率的树脂胶黏剂。具有环状结构的橡胶丁基橡胶、聚乙烯和醋酸乙烯共聚物等红外透明性能较佳,可以作为红外涂料的胶黏剂。

可见光隐身涂料又称视频隐身技术,它是针对人的目视、照相、摄像等观测手段而采取的隐身技术,其目的是降低飞机本身的目标特征,较少目标与背景之间的亮度、色度和运动的对比特征,达到对目标视觉信号的控制,以降低可见光探测系统发现目标的概率。可见光隐身涂料通常采用迷彩的方法使飞机隐身,如保护迷彩、仿造迷彩、变形迷彩。一种可见光隐身是伪装遮障,遮障可模拟背景的电磁波辐射特性,使目标得以遮蔽并与背景相融合,是固定目标和运动目标停留时最主要手段,而迷彩涂料是这种技术应用的重要组成。总而言之,可见光隐身涂料应用广泛,使用方便、经济,是飞机隐身涂料发展中比较成熟的技术。

这类涂料一般是指可见光、红外及雷达兼容型隐身涂料,随着先进红外探测器、米波雷达、毫米波雷达、激光雷达等先进探测设备的相继问世,隐身材料正朝着能够兼容米波、厘米波、红外、激光等多波段电磁波隐身的多频谱方向发展。近几年,国外先进的多功能隐身材料在可见光、远红外、8mm和3mm五波段一体化方面已取得一些进展。

激光制导导弹或炸弹的投掷精度、应战能力达到了惊人的地步,以致可做到被发现就会被击中,被击中就会被摧毁,严重地威胁地面武器的生存,因此,现代战场上地面武器的激光隐身是必不可少的。

激光隐身的原理主要是基于激光测距机的测距方程,要实现激光隐身,消弱激光测距机的测距能力缩短其最大测程,必须降低目标对激光的反射率。目前,常用激光探测器的探测频率主要集中在1.06μm和10.6μm两个频段。在此频段激光隐身涂料具有高的摩尔吸收率,其化学稳定性、热稳定性和力学性能等综合性能优良,所以其应用范围很广。

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