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防雷达屏蔽隐形布料-多频段兼容雷达隐身材料的研究及应用进展

发布日期:2021-10-17 14:57:52 点击:

中外船舶科技 2009 年第 2 期船舶设计与建造多频段兼容雷达隐身材料的研究及应用进展张文毓 (河南省洛阳市 023 信箱 5 分箱, 河南 摘 洛阳 471039 )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 要: 研制兼容型隐身材料, 如雷达波、身材料等,是当前隐身材料的发展方向。 本文对多频段兼容雷达隐身材料的研究及应用进行了综述, 希望对多频段兼容雷达 隐身材料能有一个比较全面的了解。 关键词: 多频段兼容雷达; 隐身材料; 应用进展0ǰ言先进多功能隐身材料在可见光、 近红外、 远红外、 8mm 和 3mm 五波段一体化方面取得的进展较大。 美国研制 的多功能隐身涂层对 30~100 kHz 毫米波的吸收率为 10~15 dB, 可见光的光谱特性与背景基本一致; 德国 研制的半导体多功能隐身材料在可见光范围发射率 低, 在热红外波段辐射率低, 在毫米波段吸收率高, 这 种涂层可同时对抗可见光、 近红外 、 热红外 、 激光和雷 达的威胁。此外, 国外对隐身织物 (伪装网)的研究也方 毫米波兼容可见光、 近红 兴未艾。如美国研究厘米波、 外、 热红外多频谱隐身伪装网[2]。

随着隐身技术研究范围的日趋扩展,新型隐身材 料的广泛应用,以及防御探测手段全波段立体化的发 展趋势, 隐身材料将向兼顾可见光、 中远红外及雷达隐 身等多频谱相兼容的方向发展;隐身技术研究将会在 注重雷达隐身的研究与应用的基础上,展开对红外 、 视频、 声隐身等技术的研制工作。 隐身技术将会向各类 作战武器系统渗透, 向着宽隐身频段、 全方位、 全天候、 智能化的方向发展。目前的隐身材料都是针对厘米波 雷达(2~18 GHz , ) 而先进的红外探测器、 米波雷达(如常规隐身材料以强吸收为主要目的,而新型隐身 材料则需要满足 “轻、 宽、 多” 薄、 强、 等多项要求。 “轻” 是指材料质量轻;薄” “ 是指材料厚度薄;宽” “ 是指隐身 的频段要宽, 雷达吸波材料的吸波频段需覆盖为 1~20 “ 是指隐身材料吸波性强;多” “ 则是 GHz 的宽频带;强” 指隐身材料的功能多, 不仅要能吸收雷达波, 而且还要 能抑制红外辐射等。未来的隐身材料应满足多频谱隐 身、 环境自适应、 耐高温、 耐海洋气候及抗核辐射等更 高的要求, 以应对未来战争的需求[1]。1多频段兼容雷达隐身材料随着探测技术的迅速发展,单一功能的隐身材料已很难得到应用,取而代之的是多频谱兼容的多功能 隐身材料。

目前国内外研究的多功能隐身材料有: 雷达 与红外兼容隐身材料、红外与激光兼容隐身材料及可 见光、 近红外、 远红外和微波等多波段隐身材料。国外!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! (上接第 6 页 ) 施, 拉近公司与员工的距离, 让每一位员工真正融入到 企业, 能够立足本职, 安心工作, 勤于创造, 勇于创新, 为企业的平稳较快发展献计献策, 多作贡献。 六、 正确处理好生产与安全的关系。安全生产是 企业永恒的主题, 是一切工作的基础。 安全生产责任重 于泰山, 安全为了生产, 生产必须安全, 安全管理体现 能力、 水平、 实力, 不断强化员工安全意识, 提升安全文 化,抓好安全生产的细化管理,提高安全生产管理水 平。安全管理工作应以人为本, 规范各项管理措施, 采 取 “多层次、 全覆盖” 的管理手段, 将工作中心下移, 重 点放在生产一线的班组、 外包工队, 开展从一线班组、 部门管理层到公司高管层的多层管理体系。理清管理 思路, 将安全意识强化到位; 细化安全管理, 将各项制 度执行到位;加大考核力度,将安全生产责任落实到 位, 收到较好效果。

公司在基建到生产近三年来未发生 一起重大人身设备事故的基础上,继续强化保障企业 平稳发展的意识。 7船舶设计与建造中外船舶科技 2009 年第 2 期新型吸收原理和双面料单层结构的设计不但重量非常 轻, 而且架设方便, 是目前世界上最具开拓性的先进伪 装网。德国已取得专利权的多波段隐身材料是将半导 微波、 毫米波透明漆、 塑料、 合成树 体材料掺入热红外、 脂等粘合剂中的一种涂料。其可见光颜色及亮度取决 于半导体材料和表面粗糙度。选择恰当的半导体材料 特性参数,可以使该涂料具有可见光及近红外波段的 低反射率、 热红外波段低发射率、 微波和毫米波高吸收 率等特性。 因此, 这种多频谱隐身涂料能同时减小坦克 近红外光、 热红外光和雷达波探测器 等目标被可见光、 发现的距离和概率。 美国已在多波段隐身涂料技术领域取得重大进 展。1998 年 2 月, 防务贸易控制办公室做 出一项决定: 一种供军用车辆使用的 “革命性” 涂料技 “关键军用技术” 未经批准不准出 , 术被指定为 美国 Hickory 公司开发的这种隐身涂料的主要技术 口。 雷达微波、 毫米波的复合涂料, 其 特征是, 可吸收射频、 成分中含有带金属覆层的微球。

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微球直径为 5~ 75μm, 可均匀承受 280 kg/cm2 的压强。微球吸收能量 的频率由其直径及金属膜的类型与厚度来确定,吸收 在 射频能量的范围从 1~100 GHz 以上, 100 MHz~10 GHz 频段的屏蔽衰减为 60 dB。 微球可以像色素一样加 进溶剂基或水基的树脂系统中 (如聚氨基甲酸乙酯及 其混合物、 环氧化物、 丙烯酸化合物及硅化物 , ) 涂到被 保护装置上之后,最终形成的涂层仅使装备的厚度增 加几个毫米。这种微球涂料技术的另一大特点是适用 于任何材料和任何结构。例如, Hickory 公司已用尼龙 手套、 泡沫材料及胶片进行了试验, 试验取得了预期效 果。Hickory 公司不但能够提供采用不同配方的多种微 球浸透涂料, 而且能够针对包括电磁干扰、 雷达吸收、 红外吸收在内的不同用途来制作所需的微球。 此外, 该 微球涂料还具有价格低等优点, 每平方米涂料重 240g, 价格仅为 10~20 美元。俄罗斯 “高王” 雷达 )及毫米波雷达 (如荷兰 “翁鸟” 雷 瑞典 雷达) 等先进探测设备的相继问世, 需要 达、 “鹰” 隐身材料在不久的将来发展成为能兼顾毫米波、厘米 米波、 可见光、 红外及激光等多波段电磁隐身的多 波、 频谱隐身材料。

在同一目标上使用的材料不应再是仅 具有单一功能的多层结构,而是能采用多功能材料实 现四个或五个波段以上的多功能一体化隐身材料的结 构设计 。[3]美国研制的一种 “超黑粉” 纳米吸波材料对雷达波 该研究正向覆盖厘米波、 毫米波、 的吸收率大于 99%, 红外、 可见光频段的纳米复合材料扩展 。[4]国内在多频谱兼容的多功能隐身材料方面也作了 一些研究。如文献[5]研究了掺有锡的三氧化二铟隐身 材料, 用它来制作隐身涂料, 该涂料具有宽波段红外隐 身功能, 其在 3~5 m 和 8~14 μm 两个红外大气窗口 而在微波和毫米波波段具有 波段的反射率大于 80%, 北京工业大学的杜玉成等人 研究了 较强的吸收能力。[6]以粉煤灰空心微珠为基核,在其表层沉积纳米金属 (Cu、 Ni)微粒及 TiO2 微粒后制得复合材料, 用它制成的 涂层具有较好的吸波性能及隐形功能,其对波长为 470~3500 nm、 389~415 nm 的红外光波和电磁波具有 较强的吸收性能,吸收率可达 85%以上。山东工业陶 瓷研究设计院的任卫等人 则研究了宽波段红外、 雷达[7]隐身涂层材料防雷达屏蔽隐形布料,其在 8~14 μm 红外波段的红外反射 率均大于 0.6, 33GHz 频率的衰减为 7dB。

在2四段兼容隐身材料技术国外多波段隐身材料技术的研究热点是能防可见光、 近红外、 中远红外和毫米波的四段兼容隐身材料技 激光兼容隐身材料技术。 坦克等目标在战 术以及红外、 场上可能同时面临可见光、 红外、 激光和雷达等多波段 侦察观瞄仪器的威胁。 因此, 对抗单一频带的隐身材料 是远远不够的,能够对抗多种仪器探测的多波段兼容 隐身材料才是兵器综合隐身的需要,也是隐身技术发 展的重要方向。 目前, 美国、 德国和瑞典等国正在积极研制多波段 隐身材料, 其水平已达到可见光、 近红外、 中远红外和 雷达毫米波四段兼容。最新研究 开发的多波段超轻型伪装网 (BMX- ULCAS 就具有防 ) 光学、 防近红外、 防中远红外、 防雷达侦察的性能。 该伪 装网由高强度基网材料加多波段吸收材料制成,且在 设计思想上突破了以往各种伪装网的理论依据,采用 83红外、 激光兼容隐身材料技术热红外隐身要求表面反射率要高, 10.6μm 激 而光隐身要求尽可能低的反射率。两者所处的波段范围 相同, 因此两者严重对立。 由于红外探测和激光测距等 对坦克的威胁都很大, 故两者协调很重要。而且, 采用 多频谱隐身材料是无法协调此矛盾的。

通常是在涂红 外隐身涂料或多波段兼容隐身涂料的基础上对激光反 射采取一些补救措施。 一是采用对抗激光的方法, 如发中外船舶科技 2009 年第 2 期射烟幕弹等。 二是牺牲局部范围的红外隐身, 具体说就 而 是使涂料在 10.6μm 附近出现较窄的低反射率带, 其它波段均为低辐射, 以此来达到对激光的隐身, 同时 又要对红外隐身的影响不大。这一方法要求低反射带 尽可能窄, 因而也成了该方法的难点。船舶设计与建造红外 / 带雷达隐身涂料, 正在研究可见光 / 红外 / 雷达、 雷达 / 激光雷达等多功能隐身涂料。例如美国花 3 亿 —纳米雷达吸波涂 美元研制了一项顶级绝密技术—— 料, 每辆坦克只需花 5000 多美元, 就可获得涂层薄、 吸 收率高和吸收波带宽的隐身涂层,有极高的军事利用 价值。 它采用金属、 铁氧体等纳米微粒与聚合物形成的 0- 3 型复合涂层和采用多层结构的 2- 3 型复合涂层, 能吸收和衰减电磁波和声波,减少反射和散射从而达 到电磁隐身和声隐身的作用,这在潜艇等领域有广泛 应用前景。 还有一种称为 “活性伪装” 系统的多色涂层, 由美国盖恩斯维尔的弗罗里达大学某一研究小组开 发。

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它将聚合物与光结合起来, 而该聚合物在通电流时 会改变颜色, 这种先进的电致显色材料可能在 21 世纪 对军用飞机极度重要。已报导基于聚苯胺或“有机金 属”的导电聚合物正在美国内华达州的绝密养马人湖 空军基地进行试验,据说这些材料几乎能同时改变亮 度和颜色,因此它们能用计算机来控制与飞机周围环 境相配的颜色和亮度,能在可见光和红外光区域迅速 红外线制导导弹。 就目前来看, 由于纳 闪变, 干扰雷达、 羰基铁 米材料是物理学上的理想黑体, 纳米氧化锌粉、 镍粉、 铁氧体粉以及 γ- (Fe, Ni)合金粉等都是优良 粉、 的电磁波吸收材料。 它们不仅能吸收雷达波, 而且能很 好地吸收可见光和红外线,用此配制吸波涂料和结构 坦克、 舰艇、 导弹、 鱼雷等 吸收材料可以显著改善飞机、 武器装备的隐身性能。如美国的 B- 1B、 2 战略轰炸 B机都采用了隐形材料, 而所谓的 21 世纪超低空新霸王 “科曼奇” RAH- 66 隐身直升机,在设计上以“隐身杀 创下四项世界 “第一”即对雷达探测隐身, , 对红外 手” 探测隐身, 对目视隐身, 对音响探测隐身。另外以俄罗 斯为先的迷惑攻击武器造成虚假幻象的等离子隐身涂 料也在研制开发之中。

固然, 为了实现多功能隐身, 今 后的趋势是采用多材料复合的隐身涂料,还可能利用 各种超微结构。法国研制成功的一种宽频纳米隐身涂 料, 由黏合剂和纳米级微填充材料构成。 这种涂层具有 超薄电磁吸收夹层结构,有很好的微波磁导率和红外 辐射率, 吸波涂层在 50MHz~50GHz 频率范围内有良好 的吸波性能[8]。4智能型隐身材料智能型隐身材料具有感知、信息处理及自适应功能, 并能对信号做出最优响应。 表面喷涂了智能型隐身 材料膜层的飞行器具有自动检测出并改变其表面温 度、 控制红外辐射等特征, 它为雷达吸波材料的设计提 供了一种全新的途径。目前这种新研制开发的智能型 隐身材料和结构己在军事和航空航天领域内得到日益 广泛的应用。现在已应用于飞行器与天线融合的智能 蒙皮、用于潜艇的吸声智能蒙皮及可根据作战环境变 化自动保持一致的光隐身蒙皮等。同时这种能根据作 战环境变化自动地调节自身的结构与性能能对作战环 境作出最优响应的设想,亦能为隐身材料及其结构的 设计提供了一种崭新的途径,使智能隐身目的得以实 现。 美国将于 2005 年研制出可单独控制辐射率/反射 2010 年将研制出能自动地对作战背景及威 率的涂层, 胁作出及时反应的自适应涂层体系。

其他世界军事强 国亦不遗余力地进行各种有效的运作。美海军正在研 究利用智能隐身材料抑制发电机噪声外传的智能结构 发电机罩;美空军提出直升机旋翼采用智能隐身材料 的方案, 其隐身能力可提高 20 倍。目前开展的智能隐 身材料的研究主要集中在智能蒙皮, 雷达波智能隐身, 红外及可见光智能隐身等几个方面。5纳米隐身涂料自 20 世纪 90 年代初以来,纳米材料和纳米技术的兴起和发展, 给隐身涂料带来了突破性进展, 已成为 当前隐身技术领域研究的热点之一。 从国内外隐身技术发展的现状看,薄、 轻、 “ 宽、 强” 是隐身技术的发展方向。 因此, 研制和发展宽频带兼容 性好、 成本低廉、 多功能的纳米隐身涂料是必然趋势。 就隐身涂料来说, 对某种探测手段的隐身性能好, 而对 另一种探测手段的隐身性能就不好。 为解决这一问题, 研制了兼容性隐身涂料, 或称多功能隐身涂料, 即同时 具备多种隐身功能的涂料。已经发展了红外 / 雷达、 红 外 / 激光雷达、 可见光 / 红外等双功能隐身涂料和宽频6结束语新型隐身材料需要满足 “轻、 宽、 多” 薄、 强、 等项要求, 多频谱隐身材料和智能型隐身材料将会成为未来 隐身材料的两个主要发展方向。

国外多波段隐身材料 9船舶设计与建造中外船舶科技 2009 年第 2 期容的多功能隐身材料方面也作了一些研究,需求加大 投入, 缩短与国外先进水平的差距, 使我国多频段兼容 雷达隐身材料的研究更加深入, 应用更加广泛。技术的研究热点是能防可见光、 近红外、 中远红外和毫 米波的四段兼容隐身材料技术以及红外、激光兼容隐 成本低廉、 身材料技术。研制和发展多频段兼容性好、 多功能的纳米隐身涂料是必然趋势。国内在多频谱兼参考文献[1] 蒋庆全.雷达隐身材料的发展[J].探测与定位, 2005(1): 13-22. [2] 熊国宣,邓敏, 徐玲玲, 等.隐身材料和隐身混凝土的研究现状与趋势[J].功能材料与器件学报, 2003, 9(4): 486-492. [3] 朱永安, 姚兰芳, 汪国庆.红外隐身涂料的研究进展[J].材料导报, 2006, 20(11): 319-322. [4] 张卫东,吴伶芝防雷达屏蔽隐形布料, 冯小云, 等.纳米雷达隐身材料研究进展[J].宇航材料工艺, 2001, 1-3. (3): [5] 皮德富, 王广民,房红兵, 等.宽波段红外隐形材料研究[J].半导体技术, (3 : 1996 ) 51-53. [6] 杜玉成, 黄坤良.空心微珠为基核的纳米隐形材料的制备研究[J].中国非金属矿工业导刊, 2001(6): 19-27. [7] 任卫, 魏美玲,程之强, 等.红外隐身材料及相关技术研究进展[J].材料导报,2000 ) 153-154. (10 : 陈秦, 曹红锦.雷达隐身材料的研究现状及发展趋势[C].第二届全国隐身功能材料学术研讨会会议论文集, 2004: 158-161. [8] 肖冰,10

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