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浅析隐形战机的隐身机理

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浅析隐形战机的隐身机理null浅析隐形战机的隐身机理 浅析隐形战机的隐身机理 摘要:摘要:关键词:隐身性 吸波涂层 纳米 等离子技术 本文综述了国内外用于隐身技术的各种吸波材料。重点介绍了纳米吸波涂层和等离子隐身技术。简要分析了它们各自的性能特点、吸波机理;并对吸波材料的发展方向进行了展望。引言引言 信息化战争中, 武器平台的高度信息化和电子化, 使飞机、坦克、舰艇等所处的环境日益复杂。它们除受地面或空中的火力威胁和电子干扰外, 其一举一动还处于红外、雷达、激光等探测器的严密监视之下, 使其生存能力和战斗能力面临极大挑战,这...
浅析隐形战机的隐身机理
null浅析隐形战机的隐身机理 浅析隐形战机的隐身机理 摘要:摘要:关键词:隐身性 吸波涂层 纳米 等离子技术 本文综述了国内外用于隐身技术的各种吸波材料。重点介绍了纳米吸波涂层和等离子隐身技术。简要分析了它们各自的性能特点、吸波机理;并对吸波材料的发展方向进行了展望。引言引言 信息化战争中, 武器平台的高度信息化和电子化, 使飞机、坦克、舰艇等所处的环境日益复杂。它们除受地面或空中的火力威胁和电子干扰外, 其一举一动还处于红外、雷达、激光等探测器的严密监视之下, 使其生存能力和战斗能力面临极大挑战,这样其隐身性能就显得尤为重要。而隐身技术主要涉及材料隐身和结构隐身两大方面。前者是使用吸波材料或涂料; 后者是合理地设计武器外形, 以提高隐蔽性。利用面涂层技术,在武器装备表面涂覆一层特殊的物质, 可吸收雷达等探测器发出的电磁波, 使探测器无法发现目标, 以达到隐身的目的。隐身技术作为提高武器系统生存、突防, 尤其是纵深攻击能力的有效手段, 已成为集陆、海、空、天、电五维一体的现代多维战争中极为重要和有效突防的战术技术手段, 正受到世界各军事强国的高度重视。1、隐身的基本概念 1、隐身的基本概念 定义:在武器系统研制过程中设法降低其可探测性,使之不易被敌方发现、跟踪和攻击,从而提高武器系统的生存能力和作战效率。 几个认识上的误区 (1) 隐身是完全“看不见”——隐身技术只是缩短探测器的有效作用距离,以达到有效压缩敌方反应时间,增加自身在战场上的生存能力和作战能力 (2) 需要全频段、全空域的隐身能力——不但在技术上无法实现,实际上也是没有必要的。只要抓住主要矛盾,避开不利的使用环境,就可以用较小的代价获得较高的效益 (3) 隐身措施都是采用最先进的技术 2、隐身技术的发展2、隐身技术的发展一战时,德国空军曾用透明材料制造过飞机,使地面人员难以发现它们。 雷达发明以后——1945年美国研制出一种吸收雷达波的涂料,代号为MX-40,据说使用效果很好。 1954年——U-2,设计时考虑了隐身,如在机身上涂满黑色的可降低雷达波散射程度的“铁漆”涂料。 SR-71——翼身融合、双垂尾内倾、大后掠边条翼和三角翼,机身表面喷涂 “铁漆”,并用了许多专门研制的特殊材料和涂层。 B-1B——蛇形进气道,内装两个加热导流片。新改进的机头雷达罩上、机翼前缘天线罩、翼根整流罩、机翼后缘、高升力装置和尾翼上都涂有雷达波吸收材料;座舱挡风玻璃上采用真空电子镀膜层;头部、机身和平尾侧面涂有雷达波吸波材料;头部和后部雷达天线安装隔框做成倾斜式的;在整体设计上采用翼身融合体结构。 但是U-2、TR-1、SR-71和B-lB,都不是完全按隐身技术要求设计的飞机。真正的全隐身飞机最早的是美国退役的F-117A战斗机和现役的B-2隐形轰炸机F-117AF-117A1988年11月,美国军方宣布了长期处于保密状态的最新式战斗轰炸机F-117A和战略轰炸机B-2的有关资料。 F-117是高亚音速隐身战斗机。翼展13.2m,机长20.1m,机高3.78m,正常起飞重量23.8t。外形为后掠翼前三点起落架布局,垂尾采用V字形双垂尾,并采用了吸波材料。机身的上表面是由许多块平面组成的多面体,把雷达波以各种角度向飞机上半部天空中散射。各种措施使得F-117A的雷达散射截面积很小,为l/10m2 ~ 1/l00m2。nullB-2B-2B-2隐身轰炸机(美国诺斯普罗公司) 采用了新型的飞翼气动外形,没有平尾、翼身融合。整个飞机的外形呈光滑曲线以求达到最佳的隐身效果。大量采用石墨碳纤维材料、锯齿状雷达散射结构、蜂窝状雷达吸波结构、雷达吸波材料涂层,进一步缩小了雷达反射截面积。 据称,B-2A在正常探测距离下的雷达反射截面积与一只小鸟相当。轰炸机的所有燃料和武器系统全部设计在机体内,因此外形异常“干净”。机体使用了隐身材料,有些地方还涂有吸波材料。这些都有效地实现了良好的隐身性能。null其他机种其他机种 在发展F-117A和B-2两种隐身军用飞机的同时,美国还把隐身技术用于其他的机种,甚至用于导弹武器。 80年代初,美国着手研制先进技术战斗机(ATF)。YF-22和YF-23——最终YF-22胜出,其生产型定名为F-22。 联合攻击战斗机(JSF)。 在发展隐身飞机的同时,美国正在研制隐身导弹。F-22F-22作为美国下一代的主力战斗机,必须保持优异的机动性,同时可以适当降低全向隐身的要求。 F-22 采用连续可变曲率的复杂大弧面,但飞机的基本布局还是比较常规的。 近似菱形的机头锥截面和机身,达到“以角代面”,机头锥侧面尖利的折缝在气动上起到了类似 F-18 的前缘边条的作用,整个机身侧面的折缝在电磁上也起到类似 B-2 的扁平、尖利边缘的作用。 采用弯曲的进气道,以增加入射雷达波的反射次数,并在每次反射中吸收掉一点能量,最终的回波就会削弱很多。 后期研制的联合攻击战斗机(JSF)也有类似的特征。F-35联合打击战斗机F-35联合打击战斗机3、实现隐身的3、实现隐身的方法缩小雷达反射截面 降低红外线信号特征 等离子体技术 3.1缩小雷达反射截面3.1缩小雷达反射截面技术途径: 1. 改变飞行器的外形和结构,避免设计出在雷达方向上产生强反射的外形; 2. 使用非金属材料; 3. 采用吸收雷达波的涂敷材料和结构材料; 4. 遮掩或消除剩余的反射。新型吸波材料简介新型吸波材料简介(1)手性材料 手性是指一种物体与其镜像不存在几何对称性且不能通过任何操作使物体与镜像相重合的现象。研究表明,具有手性特性的材料,能够减少入射电磁波的反射并能吸收电磁波。用于微波波段的手性材料都是人造的。采用手性材料的结构与微波相互作用的研究始于50年代,到80年代,有关手性材料对微波的吸收、反射特性的研究才受到一些研究部门的重视。目前研究的雷达吸波型手性材料,是在基体材料中掺杂手性结构物质形成的手性复合材料。 新型吸波材料简介新型吸波材料简介(2)纳米隐身材料 纳米材料由于其尺寸处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域,具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特性,展现出许多独特的物理化学性质。因此,它具有常规材料所不具有的特殊电磁波耗散机制,有望制成具有频带宽、兼容性好、质量小和厚度薄等特点的吸波材料,是一种非常有发展前途的雷达吸波材料。 ②纳米隐身吸波材料的特性 ①纳米的定义:纳米材料是指材料特征尺寸在0.1~100 nm的材料。 新型吸波材料简介新型吸波材料简介(2)纳米隐身材料 1)纳米材料的界面组元所占比例大, 纳米颗粒表面原子比例高, 不饱和键和悬挂键增多,大量悬挂键的存在使界面极化,吸收频带展宽。 2)纳米微粒尺寸小, 比表面积大, 界面极化与多重散射成为纳米材料重要的吸波机制。纳米材料量子尺寸效应使电子能级分裂, 分裂的能级间隔处于微波的能量范围 内,为纳米材料创造了新的吸波通道。③隐身原理新型吸波材料简介新型吸波材料简介(2)纳米隐身材料 ③隐身原理3) 纳米材料中的原子和电子在微波场中的辐照, 材料的原子和电子运动加剧, 促使磁化,使电磁能转化为热能, 增加了对电磁波的吸收, 使电磁能转化为热能的效率增加, 从而提高了对电磁波的吸收性能。 4) 纳米隐身材料具有厚度薄、质量轻、吸收频带宽、兼容性好等特点。加入纳米材料的隐身涂料, 具有吸波能力强、密度小、可实现薄层涂装的优点, 还具有高的力学性能、良好的环境稳定性和理化性能。 5) 由于纳米微粒具有较高的矫顽力, 可引起大的磁滞损耗, 有利于将吸收的雷达波等转换成其它形式的能量(热能、电能或机械能)而消耗掉。新型吸波材料简介新型吸波材料简介(3)导电高聚物材料 这种材料是近几年才发展起来的,由于其结构多样化、高度低和独特的物理、化学特性,因而引起科学界的广泛重视。将导电高聚物与无机磁损耗物质或超微粒子复合,可望发展成为一种新型的轻质宽频带微波吸收材料。 新型吸波材料简介新型吸波材料简介(4)多晶铁纤维吸收剂 欧洲伽玛(GAMMA)公司研制出一种新型的雷达吸波涂层,系采用多晶铁纤维作为吸收剂。这是一种轻质的磁性雷达吸收剂,可在很宽的频带内实现高吸收效果,且重量减轻40%~60%,克服了大多数磁性吸收剂所存在的过重的缺点。 新型吸波材料简介新型吸波材料简介(5)智能型隐身材料 智能型隐身材料和结构是80年代逐渐发展起来的一项高新技术,它是一种具有感知功能、信息处理功能、自我指令并对信号作出最佳响应功能的材料和结构,为利用智能型材料实现隐身功能提供了可能性。 3.2降低红外线信号特征3.2降低红外线信号特征产生:发动机尾喷管、武器系统表面气动加热/阳光辐射或地球辐射的反射及其相关设备的红外辐射。 途径:非常规喷管外形技术、隔热与屏蔽技术、混合/冷却技术、改变燃烧效果等。3.3等离子体技术3.3等离子体技术 (1)概念:等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质 ,可以同时存在中性原子、分子或由更多分子集团组成的微粒 。 等离子体聚变图(2)等离子体隐身的机理和特点(2)等离子体隐身的机理和特点 等离子体隐身技术的原理是利用电磁波与等离子体互相作用的特性来实现的,其中等离子体频率起着重要的作用。等离子体频率指等离子体电子的集体振荡频率,频率的大小代表等离子体对电中性破坏反应的快慢,它是等离子体的重要特征。若等离子体频率大于入射电磁波频率,则电磁波不会进入等离子体.此时,等离子体反射电磁波,外来电磁波仅进入均匀等离子体约2mm,其能量的86%就被反射掉了。但是当等离子体频率小于入射电磁波频率时,电磁波不会被等离于体截止,能够进入等离子体并在其中传播,在传播过程中.部分能量传给等离子体中的带电粒子,被带电粒子吸收,而自身能量逐渐衰减。(2)等离子体隐身的机理和特点(2)等离子体隐身的机理和特点等离子体隐身的优点:①吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好。使用简便、使用时间长、价格极其便宜; ②由于等离子体是宏观呈电中性的优良导体,极易用电磁的办法加以控制,只要控制得当,还可以扰乱敌方雷达波的编码,使敌方雷达系统测出错误的飞行器位置和速度数据以实现隐身 ; ③无需改变飞机等装备气动外形设计,由于没有吸波材料和涂层,维护费用大大降低; ④俄罗斯的实验证明,利用等离子体隐身技术不但不会影响飞行器的飞行性能,还可以减少30%以上的飞行阻力。(2)等离子体隐身的机理和特点(2)等离子体隐身的机理和特点 等离子技术的缺点: 等离子体隐身也有它本身的不足之处,如①等离子体发生器有较大的重量和体积,产生等离子体的功耗比较大等; ②飞机上安装等离子体发生器的部位本身无法雷达隐身和等离子体发光暴露目标的问题; ③等离子体的高温损坏机体材料以及等离子体对机体材料的腐蚀问题; ④采用放射性同位素的问题是同位素的剂量难以控制等。4、隐身吸波材料研究展望4、隐身吸波材料研究展望隐身材料总体的发展方向: (1)宽频化 这就要求隐身材料具备宽频带吸波特性, 即用同一种隐身材料对抗多种波段的电磁波源的探测。 (2)复合化 根据目前吸波材料的发展状况,一种类型的材料很难满足日益提高的隐身技术所提出的薄、轻、宽、强的综合要求,因此需要将多种吸波材料进行多种形式的复合来获得最佳隐身效果。4、隐身吸波材料研究展望4、隐身吸波材料研究展望(3)低维化 为了探索新的吸收机理和提高吸波性能, 已经日益重视研究纳米颗粒、纤维、薄膜等低维材料。因此, 具有吸收频带宽、兼容性好、吸收率高、比重轻等诸多优点的隐身材料是极具潜力的发展方向。 (4)智能化 所谓智能型材料是指具有感知功能、信息处理功能、自我指令,并能对信号作出最佳响应功能的材料与结构。目前在航空航天领域内,这种材料正得到越来越广泛的应用,已成为材料科学研究中的一个主要方向。参考文献参考文献[1]周克省, 黄可龙, 孔德明, 尹荔松. 纳米无机物/ 聚合物复合吸波功能材料. 高分子材料科学与, 2002; 18( 3) :15~ 18; [2]葛副鼎, 库万军, 朱静. 手性材料及其在隐身吸波材料中的应用. 材料导报, 1999; 13( 1) : 10~ 11; [3]焦桓, 罗发, 周万城. 纳米吸波材料研究与发展趋势. 宇航材料工艺, 2001; 31( 5) : 9~ 11; [4]方亮, 龚荣州, 官建国. 雷达吸波材料的现状与展望. 武汉工业大学学报, 1999; 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