河北佳發(fā)新材料科技有限公司
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自人類社會(huì)進(jìn)入21世紀(jì),由于我國(guó)雷達(dá)信息技術(shù)的飛速經(jīng)濟(jì)發(fā)展,在未來(lái)進(jìn)行局部戰(zhàn)爭(zhēng)中,飛機(jī)、導(dǎo)彈、艦艇等武器裝備的生存與防御性能方面面臨著一個(gè)極大的威脅。據(jù)統(tǒng)計(jì),在各種可以對(duì)飛行器構(gòu)成嚴(yán)重威脅的武器與設(shè)備中,雷達(dá)的威脅企業(yè)達(dá)到60%以上。隱身武器的研發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)成為中國(guó)未來(lái)研究戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的決定性影響因素。

隱身技術(shù),即低可探測(cè)性技術(shù),不是完全看不見(jiàn)的,而是通過(guò)飛機(jī)結(jié)構(gòu)和材料的設(shè)計(jì),降低了雷達(dá)的探測(cè)能力,降低了威脅雷達(dá)對(duì)我國(guó)飛機(jī)的探測(cè)距離。 以提高飛機(jī)的防御和攻擊性能。 雷達(dá)的探測(cè)距離由雷達(dá)本身的性能、大氣傳播系數(shù)和目標(biāo)雷達(dá)的反射截面積(RCS)決定,威脅雷達(dá)的探測(cè)性能和大氣傳播系數(shù)是不可控制的。 因此,只有減小目標(biāo)雷達(dá)的截面積,縮短威脅雷達(dá)對(duì)我國(guó)飛機(jī)的探測(cè)距離,才能提高我國(guó)飛機(jī)的生存和防御性能。
降低以及雷達(dá)反射截面RCS通常由兩種重要途徑就是實(shí)現(xiàn):1.外形隱身:通過(guò)對(duì)飛行器外形方面進(jìn)行管理結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),避免由于飛行器外形沒(méi)有出現(xiàn)對(duì)于任何一個(gè)較大提高平面和垂直領(lǐng)域交叉面,飛行器外形建筑設(shè)計(jì)為一種比較平滑企業(yè)過(guò)度發(fā)展曲線形體,以消除鏡面反射和角反射。美國(guó)F-117戰(zhàn)斗機(jī)屬于中國(guó)典型的外形隱身飛機(jī),為獲得學(xué)生良好的隱身技術(shù)效果,機(jī)身被設(shè)計(jì)為多面體空間結(jié)構(gòu),使得這些反射的雷達(dá)波偏離接收工作方向,其雷達(dá)反射截面數(shù)據(jù)僅為0.01~0.001m2。雖然這種外形隱身功能可以極大地公司降低雷達(dá)反射截面,但過(guò)多的外形設(shè)計(jì)會(huì)直接影響研究飛機(jī)的空氣混合動(dòng)力汽車(chē)性能。F-117隱身飛機(jī)怪異的外形包裝設(shè)計(jì)以犧牲自己一部分機(jī)動(dòng)性能為社會(huì)代價(jià),導(dǎo)致了其一旦被發(fā)現(xiàn)就很簡(jiǎn)單容易被擊落;并且F-117的載彈量非常少,執(zhí)行教學(xué)任務(wù)活動(dòng)期間,還需要F-111對(duì)敵方網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)系統(tǒng)需要進(jìn)行環(huán)境干擾,掩護(hù)其行動(dòng),輔助作戰(zhàn)需求計(jì)劃的完成,致使作戰(zhàn)方式成本不斷增加,效率大大降低。這也可能導(dǎo)致了F-117的提前退役。第二代隱身飛機(jī)B-2隱身轟炸機(jī)在外形尺寸設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大量應(yīng)用了傳統(tǒng)雷達(dá)吸波材料,在很大程度上降低了敵方探測(cè)雷達(dá)的回波。B-2的RCS僅為0.1m2,其隱身性能可與F-117媲美,而作戰(zhàn)人員能力水平卻與龐大的B-1B轟炸機(jī)類似。因此以雷達(dá)吸波材料質(zhì)量進(jìn)行學(xué)習(xí)輔助,可在確保我們飛機(jī)機(jī)動(dòng)車(chē)輛性能的前提下才能擁有健康良好的隱身效果。第三代隱身飛機(jī)F-22綜合運(yùn)用平衡了隱身性能、超音速巡航、敏捷性、可靠性等特點(diǎn),較好的解決了隱身外形與空氣動(dòng)力學(xué)的矛盾,并且在機(jī)體邊緣和腔體內(nèi)部使用了基于大量的吸波材料,結(jié)構(gòu)模型表面也涂覆了吸波涂層,能夠在較寬頻帶范圍內(nèi)最大吸收利用電磁波。
那么這些吸波材料是如何吸收雷達(dá)波的呢?與光波類似,雷達(dá)波在不同介質(zhì)中傳播時(shí),也會(huì)發(fā)生反射、折射與透射。吸波材料就是要讓電磁波在盡可能少地被反射與透射。要減少反射就需要電磁波在材料中傳播的阻抗與其在自由空間的阻抗盡可能匹配,讓電磁波盡可能多地進(jìn)入材料;另一方面,減少透射,即要使得進(jìn)入材料內(nèi)部的電磁波盡可能多的被耗散吸收。不同的吸波材料有不同的吸收機(jī)理,大致可以分為以下幾種:1.磁損耗型:源于磁性材料的磁滯損耗、渦流損耗和剩余損耗等,可通過(guò)調(diào)控材料的磁導(dǎo)率調(diào)控吸波性能。2. 電導(dǎo)損耗型:主要是通過(guò)電磁場(chǎng)的變化在導(dǎo)電材料內(nèi)部產(chǎn)生電流,從而將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能。一般而言,導(dǎo)電材料的電導(dǎo)率越大,損耗能力越強(qiáng)。以碳材料為代表的電導(dǎo)損耗吸波材料在上世紀(jì)80年代就作為雷達(dá)吸波材料被廣泛應(yīng)用。二戰(zhàn)時(shí)期,石墨就被填充進(jìn)飛機(jī)蒙皮的蜂窩結(jié)構(gòu)中吸收雷達(dá)波。3.介電損耗型:主要是依賴于電磁波在傳播過(guò)程中,不同物質(zhì)導(dǎo)電性能的差異,致使材料內(nèi)部電子/原子核發(fā)生相對(duì)位移,引起了電荷的重新排布,從而將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能。與電導(dǎo)損耗和磁損耗型吸波材料相比,介電型吸波材料具有更優(yōu)異的抗氧化性和高溫使用性能,主要代表為SiC陶瓷材料。
隱身飛機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用可以適當(dāng)厚度的吸波材料后,特定波長(zhǎng)的雷達(dá)波在投射到材料以及表面時(shí),材料兩面反射的雷達(dá)波會(huì)發(fā)生干涉,從而影響相互抵消。B-2機(jī)體上噴涂的吸波油漆就利用了通過(guò)這種方式干涉相消的吸收機(jī)理。此外,近年發(fā)展出現(xiàn)了許多企業(yè)新型雷達(dá)隱身材料,如:特殊教育結(jié)構(gòu)隱身材料、雷達(dá)智能隱身材料、等離子體隱身材料等,但由于信息技術(shù)管理成熟度與應(yīng)用能力要求學(xué)生差距存在較大,尚處于不斷研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化初級(jí)階段,個(gè)別國(guó)家實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用的新型雷達(dá)吸波材料工程技術(shù)也尚未完全形成一個(gè)規(guī)模。
未來(lái),戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境越來(lái)越惡劣,隱身技術(shù)的研究還需要進(jìn)一步深入,雷達(dá)吸波材料在吸波強(qiáng)度、吸波頻率范圍、重量和環(huán)境適應(yīng)性等方面都需要改進(jìn)。 目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)納米材料、手性材料、智能材料和多頻光譜等新型雷達(dá)吸波材料的研究已經(jīng)展開(kāi)。 強(qiáng)吸收寬帶隱身材料是未來(lái)隱身材料的主要研究方向。