二級專業(yè)結(jié)構(gòu)輔導:隱身涂料發(fā)展趨勢與概況

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隨著科學技術(shù)的發(fā)展,隱身技術(shù)的應用日益廣泛。隱身涂料作為一種方便、經(jīng)濟、適應性強的高科技產(chǎn)品,已經(jīng)在航空航天、軍事裝備上得到廣泛應用。近年來,美、英、俄、法等軍事強國紛紛投入巨資加大隱身涂料的開發(fā)力度。顯而易見,隱身涂料的發(fā)展不僅標志著一個國家科學領域的進步,而且關系到國防力量的鞏固。
     隱身涂料是隱身技術(shù)快速發(fā)展的結(jié)晶隱身技術(shù)是為了減少飛行器的雷達、紅外線、光電、目視等觀測特征而在設計中采用的專門技術(shù)。采用隱身技術(shù)是為了飛行器在突防時不易被敵方探測器發(fā)現(xiàn),從而增強攻擊的突然性,提高飛機的生存力和作戰(zhàn)效能。第二次世界大戰(zhàn)后,隱身技術(shù)受到人們的青睞,世界各大強國不惜花巨資投入隱身材料的開發(fā),致使隱身技術(shù)得到較快的發(fā)展。而飛機隱身經(jīng)過多年的研究與實驗,已得到突破性的發(fā)展?!半[身”不是依靠單項技術(shù),而是綜合利用多項技術(shù)的結(jié)果,如飛機采用翼身融合體,減少容易造成電磁波反射的尖角和平面;采用向內(nèi)和向外傾斜的雙垂尾,使電磁波發(fā)散;采用渦輪風扇發(fā)動機來減少噴氣的熱輻射量;采用二元噴管以濾除大量輻射;飛機表面涂覆放射性同位素,以吸收和屏蔽雷達波和紅外輻射;采用各種類型的鐵氧體涂層,減小飛機的雷達反射面積等等。據(jù)美報道,在飛機隱身性能上,外形作用占90%,吸波材料占10%.目前,挑戰(zhàn)性的隱身技術(shù)是隱身涂料的開發(fā)與應用,隱身涂料具有方便、經(jīng)濟、適應性強的特點,現(xiàn)階段存在巨大的生存和發(fā)展空間。
     美國早期研制的一種防輻射涂料布,是用橡膠和塑料填充導電的鱗片狀鋁粉、銅粉或鐵磁材料制成的,這些早期材料主要通過增加厚度來提高吸波性能,一般較重,用于艦船和陸地武裝設備。從上世紀50年代起,美國等開展了較為系統(tǒng)的飛機隱身技術(shù)的研究,經(jīng)過20多年的發(fā)展,70年代開始研制隱形飛機,80年代裝備部隊并投入使用,F(xiàn)-117A隱形攻擊機、B-2作戰(zhàn)轟炸機(據(jù)介紹,美國B-2飛機的機身覆蓋了一層極其復雜的機身蒙皮,它由300多種環(huán)氧樹脂和填充材料組成)以及F-22先進戰(zhàn)術(shù)隱身戰(zhàn)斗機均采用了不同類型的隱形材料。這種技術(shù)的主要缺點是價格太高,而且會對受保護飛機的飛行技術(shù)和性能產(chǎn)生負面影響。近年來,美國又不斷用隱身涂料更新攻擊機,據(jù)歐洲復合材料機構(gòu)消息,美國的特殊材料制造廠商已經(jīng)研究耐高溫隱身涂料在F-35B聯(lián)合攻擊機上的應用,這種隱身涂料也能及時用于JSF生產(chǎn)型飛機,而且它完全不會影響飛機的其他性能。
     隱身涂料的應用特性飛機隱身并不是只聞其聲,不見其形,而是指盡量降低飛機被敵方雷達、紅外輻射等探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和跟蹤的可能性,其中涂料隱身在飛機隱身功能上起到了重要的作用。隱身涂料是固定涂覆在武器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的隱身材料,按其功能可分為雷達隱身涂料、紅外隱身涂料、可見光隱身涂料、激光隱身涂料、聲納隱身涂料和多功能隱身涂料。而在飛機隱身涂料中經(jīng)常應用到雷達、紅外、可見光隱身涂料。隱身涂層要求具有較寬溫度的化學穩(wěn)定性,較好的頻帶特性,面密度小,重量輕,黏結(jié)強度高,耐一定的溫度和不同環(huán)境變化的要求。因此,多功能隱身涂料是隱身涂料技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。
     雷達隱身涂料由于雷達偵察是目前世界上用得最多、的偵察手段之一,因此雷達隱身技術(shù)自然也就成為一種最重要的隱身技術(shù),國內(nèi)外有關部門都進行了大量的研究。在雷達隱身與反隱身對抗中,為了防止漏掉最危險的“目標”,必須對每個識別的可信度和威脅級進行綜合考慮,因為這涉及到干擾對象的確定和干擾資源的分配,所以只能給出每個識別的可信度和威脅級,才能不貽誤戰(zhàn)機。而雷達隱身涂料就要限度地消除被雷達勘測到的可能性。雷達隱身技術(shù)的研究主要集中在結(jié)構(gòu)設計和吸波材料兩個方面。目前,應用于飛機的吸波涂料比較多,如鐵氧體吸波涂料價格低廉,吸收能力強,應用廣泛;羰基鐵吸波涂料為磁損耗型吸波材料,吸收能力強,應用方便,但面密度大;陶瓷吸波涂料密度較低,吸波性能好;視黃基席夫堿鹽類吸波涂料通過組合不同的鹽類可以實現(xiàn)較寬頻帶的電磁波吸收;放射性同位素吸波涂料涂層薄且輕,具有吸收頻帶寬,耐用性好,能承受高速空氣動力等優(yōu)點,是飛機用理想的吸波涂料;導電高分子吸波涂料涂層薄且易維護,吸收頻帶寬,是一個較新的研究領域。
     近年來,納米吸波涂料成為隱身涂料新的亮點。它是一種極具發(fā)展前景的涂料,其一般由無機納米材料與有機高分子材料復合,通過精細控制無機納米粒子均勻分散在高聚物基體中,以制備性能更加優(yōu)異的新型涂料。其機械性能好,面密度低,是高效的寬頻帶吸波涂料,可以覆蓋電磁波、微波和紅外。它能增強腐蝕防護能力,耐候性好,涂裝性能優(yōu)異?;谝陨蟽?yōu)點,各國競相在此領域投入人力、物力開發(fā)研制。
     手征吸波涂料是近幾年來隱身涂料領域研究的熱點。自1987年美國賓州大學研究人員首次提出“手征性具有用于寬頻吸波材料的可能性”以來,手征吸波涂料得到進一步發(fā)展。它與一般吸波涂料相比,具有吸波頻率高、吸收頻帶寬的優(yōu)點,并可以通過調(diào)節(jié)旋波參量來改善吸波特性,在提高吸波性能,擴展吸波帶方面具有很大潛能。
     紅外隱身涂料紅外隱身涂料是指用于減弱武器系統(tǒng)紅外特征的信號已達到隱身技術(shù)要求的特殊功能涂料,其主要針對紅外熱像儀的偵察,旨在降低飛機在紅外波段的亮度,掩飾或變形裝備在紅外熱像儀中的形狀,降低其被發(fā)現(xiàn)和識別的概率。實現(xiàn)紅外隱身的途徑是控制目標的表面溫度,盡量減小目標與背景的偏差。用于熱紅外隱身的材料應具有符合要求的熱紅外發(fā)射率或較強的控溫能力,合理的表面結(jié)構(gòu),較低的太陽能吸收率,能與其他頻段的隱身涂料兼容。紅外隱身涂料的主體樹脂是單組分橡膠樹脂,其與過濾乙烯涂料、環(huán)氧鐵紅底漆、聚氨酯涂料具有良好的配套性。
     紅外隱身涂料工藝簡單,施工方便,堅固耐用,成本低廉,是目前隱身涂料中最主要的品種。
     可見光隱身涂料可見光隱身涂料又稱視頻隱身技術(shù),彌補了雷達隱身和紅外隱身的不足,它是針對人的目視、照相、攝像等觀測手段而采取的隱身技術(shù),其目的是降低飛機本身的目標特征,較少目標與背景之間的亮度、色度和運動的對比特征,達到對目標視覺信號的控制,以降低可見光探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標的概率。它要求目標的反射率盡可能與周圍環(huán)境的反射率一致,因此,可見光隱身涂料通常采用迷彩的方法使飛機隱身,如保護迷彩,仿造迷彩,變形迷彩。保護迷彩適合于單色背景上的固定目標和小型目標,仿造迷彩用于多色背景上的相對固定的目標,變形迷彩用于多色背景上的活動目標。另一種可見光隱身是偽裝遮障,遮障可模擬背景的電磁波輻射特性,使目標得以遮蔽并與背景相融合,是固定目標和運動目標停留時最主要的手段,而迷彩涂料是這種技術(shù)應用的重要組成??偠灾?,可見光隱身涂料應用廣泛,使用方便、經(jīng)濟,是飛機隱身涂料發(fā)展中比較成熟的技術(shù)。