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航空飛行器的隱身衣——雷達吸波材料發展介紹

發布日期:2022-10-13 14:12:47 點擊:

自人類社會進入21世紀,由于我國雷達信息技術的飛速經濟發展,在未來進行局部戰爭中,飛機、導彈、艦艇等武器裝備的生存與防御性能方面面臨著一個極大的威脅。據統計,在各種可以對飛行器構成嚴重威脅的武器與設備中,雷達的威脅企業達到60%以上。隱身武器的研發與應用已經成為中國未來研究戰爭勝負的決定性影響因素。

雷達吸波材料

隱身技術,即低可探測性技術,不是完全看不見的,而是通過飛機結構和材料的設計,降低了雷達的探測能力,降低了威脅雷達對我國飛機的探測距離。 以提高飛機的防御和攻擊性能。 雷達的探測距離由雷達本身的性能、大氣傳播系數和目標雷達的反射截面積(RCS)決定,威脅雷達的探測性能和大氣傳播系數是不可控制的。 因此,只有減小目標雷達的截面積,縮短威脅雷達對我國飛機的探測距離,才能提高我國飛機的生存和防御性能。

降低以及雷達反射截面RCS通常由兩種重要途徑就是實現:1.外形隱身:通過對飛行器外形方面進行管理結構優化設計,避免由于飛行器外形沒有出現對于任何一個較大提高平面和垂直領域交叉面,飛行器外形建筑設計為一種比較平滑企業過度發展曲線形體,以消除鏡面反射和角反射。美國F-117戰斗機屬于中國典型的外形隱身飛機,為獲得學生良好的隱身技術效果,機身被設計為多面體空間結構,使得這些反射的雷達波偏離接收工作方向,其雷達反射截面數據僅為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反射截面,但過多的外形設計會直接影響研究飛機的空氣混合動力汽車性能。F-117隱身飛機怪異的外形包裝設計以犧牲自己一部分機動性能為社會代價,導致了其一旦被發現就很簡單容易被擊落;并且F-117的載彈量非常少,執行教學任務活動期間,還需要F-111對敵方網絡通信服務系統需要進行環境干擾,掩護其行動,輔助作戰需求計劃的完成,致使作戰方式成本不斷增加,效率大大降低。這也可能導致了F-117的提前退役。第二代隱身飛機B-2隱身轟炸機在外形尺寸設計的基礎上進行了大量應用了傳統雷達吸波材料,在很大程度上降低了敵方探測雷達的回波。B-2的RCS僅為0.1m2,其隱身性能可與F-117媲美,而作戰人員能力水平卻與龐大的B-1B轟炸機類似。因此以雷達吸波材料質量進行學習輔助,可在確保我們飛機機動車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F-22綜合運用平衡了隱身性能、超音速巡航、敏捷性、可靠性等特點,較好的解決了隱身外形與空氣動力學的矛盾,并且在機體邊緣和腔體內部使用了基于大量的吸波材料,結構模型表面也涂覆了吸波涂層,能夠在較寬頻帶范圍內最大吸收利用電磁波。

那么這些吸波材料是如何吸收雷達波的呢?與光波類似,雷達波在不同介質中傳播時,也會發生反射、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入材料;另一方面,減少透射,即要使得進入材料內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,可通過調控材料的磁導率調控吸波性能。2. 電導損耗型:主要是通過電磁場的變化在導電材料內部產生電流,從而將電磁能轉化為熱能。一般而言,導電材料的電導率越大,損耗能力越強。以碳材料為代表的電導損耗吸波材料在上世紀80年代就作為雷達吸波材料被廣泛應用。二戰時期,石墨就被填充進飛機蒙皮的蜂窩結構中吸收雷達波。3.介電損耗型:主要是依賴于電磁波在傳播過程中,不同物質導電性能的差異,致使材料內部電子/原子核發生相對位移,引起了電荷的重新排布,從而將電磁能轉化為熱能。與電導損耗和磁損耗型吸波材料相比,介電型吸波材料具有更優異的抗氧化性和高溫使用性能,主要代表為SiC陶瓷材料。

隱身飛機上進行應用可以適當厚度的吸波材料后,特定波長的雷達波在投射到材料以及表面時,材料兩面反射的雷達波會發生干涉,從而影響相互抵消。B-2機體上噴涂的吸波油漆就利用了通過這種方式干涉相消的吸收機理。此外,近年發展出現了許多企業新型雷達隱身材料,如:特殊教育結構隱身材料、雷達智能隱身材料、等離子體隱身材料等,但由于信息技術管理成熟度與應用能力要求學生差距存在較大,尚處于不斷研發及產業化初級階段,個別國家實現數據應用的新型雷達吸波材料工程技術也尚未完全形成一個規模。

未來,戰場環境越來越惡劣,隱身技術的研究還需要進一步深入,雷達吸波材料在吸波強度、吸波頻率范圍、重量和環境適應性等方面都需要改進。 目前,國內外對納米材料、手性材料、智能材料和多頻光譜等新型雷達吸波材料的研究已經展開。 強吸收寬帶隱身材料是未來隱身材料的主要研究方向。


關鍵詞: Tag: 雷達吸波材料

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