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新材料 | 軍工裝備中的隱身涂層新材料

隱身材料是降低被探測率,提高自身生存率,實現(xiàn)武器隱身的物質(zhì)基礎,是隱身技術的重要組成部分。針對不同的探測波頻譜,隱身材料可分為聲、雷達、紅外、可見光、激光隱身材料。按材料成型工藝和承載能力,可分為隱身涂層材料和隱身結(jié)構(gòu)材料。

新材料 | 軍工裝備中的隱身涂層新材料

隱身材料隱身涂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。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;粘結(jié)強度高,耐一定的溫度和不同環(huán)境變化。

(一)雷達隱身涂料

雷達隱身材料是指能夠吸收衰減入射的電磁波,并通過吸收劑的介電振蕩、渦流以及磁致伸縮,將電磁能轉(zhuǎn)化成熱能而耗散掉或使電磁波因干擾而消失的一類材料。

雷達隱身涂料就要最大限度消除被雷達勘測到的可能性,雷達隱身技術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,應用于飛機吸波涂料比較多,如鐵氧體吸波涂料價格低廉;羰基鐵吸波涂料吸收能力強,但面密度大;陶瓷吸波涂料密度較低;放射性同位素吸波涂料涂層薄且輕、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等。還有成為隱身涂料新亮點的納米吸波涂料,以覆蓋電磁波、微波和紅外,并能增強腐蝕防護能力,耐候性好,涂裝性能優(yōu)異。

(二)紅外隱身涂料

紅外隱身的目的是降低或改變目標的紅外輻射特征從而實現(xiàn)目標的低可探測性。通過改進結(jié)構(gòu)設計和應用紅外物理原理來衰減、吸收目標的紅外輻射能量,可使紅外探測設備難以探測到目標。

材料的紅外輻射特性決定于材料的溫度和發(fā)射率。紅外隱身材料也可相應分為兩類:控制發(fā)射率的材料和控制溫度的材料。

紅外隱身涂層具有低發(fā)射率,高反射率,在紅外線輻射頻段才有良好的隱身效果。

紅外隱身涂料的構(gòu)成一般由填料和黏結(jié)劑兩部分組成。目前用于熱紅外隱身涂料配方中的填料大致分為如下幾類:金屬填料、著色填料、半導體填料等。

黏結(jié)劑分為有機和無機兩大類,其中以有機黏結(jié)劑種類最多,目前可用于紅外隱身涂層的黏結(jié)劑有氯化聚苯乙烯、丁基橡膠等。從發(fā)展趨勢看,實用性能較大的是以聚乙烯為基本結(jié)構(gòu)的改型聚合物。

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重要的品種。它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要求的特殊功能涂料,其主要針對紅外熱像儀的偵查,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。紅外隱身涂料的主體樹脂是單組分橡膠樹脂,其與過氯乙烯涂料、環(huán)氧鐵紅底漆、聚氨酯涂料具有良好的配套性。

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(三)激光隱身涂料

20 世紀 80 年代以來,隱身技術特別是雷達和紅外隱身技術的發(fā)展已經(jīng)達到了一個很高的水平。如美國研制開發(fā)的低可探測飛機(Low ObservableAircraft)F-117隱身攻擊機,B-2隱身轟炸機在雷達隱身和紅外隱身方面已經(jīng)做得非常好了。

但是隨著激光技術的飛速發(fā)展,激光技術在武器裝備等方面的應用日益增多。激光隱身過程與雷達隱身過程相類似,主要是降低目標表面的反射系數(shù),減小激光探測器的回波功率,降低激光探測器的性能,使敵方不能或難以進行激光探測,以達到激光隱身的目的。

從微觀能量上看,物質(zhì)對激光的吸收過程是物質(zhì)與電磁波的作用過程,在此過程中,光子的能量轉(zhuǎn)化為電子的動能、勢能,或分子(原子)的振動能和轉(zhuǎn)動能。實現(xiàn)激光隱身技術的途徑主要有外形技術和材料技術,其中外形技術是通過目標的非常規(guī)外形設計降低其雷達散射截面(LRCS);而材料技術是采用能吸收激光的材料或在表面上涂覆吸波涂層使其對激光的吸收率大,反射率小,以達到隱身的目的。因為外形設計只能散射30%左右的雷達波,且很難找到LRCS與氣動力學俱佳的外形,因此要徹底解決隱身問題,還是要靠隱身材料來實現(xiàn)。

激光隱身材料主要包括激光吸收材料、導光材料、透射材料三大類型。其中透射材料是讓激光透過目標表面而無反射。從原理上,透光材料后應有激光光束終止介質(zhì),否則仍有反射或散射激光存在。導光材料是使入射到目標表面的激光能夠通過某些渠道傳輸?shù)狡渌较蛉ィ詼p少直接反射回波。這兩種隱身功能材料作為激光隱身材料,實現(xiàn)難度較大。

隨著多波段探測和制導技術的不斷發(fā)展,隱身技術對涂料的要求除了紅外與雷達外,還應包括涂料的可見光性、激光波吸收性能等。因此,探索新技術、新方法、積極開展新的隱身機理和新型多功能隱身材料的研究,特別是新型涂敷行多功能、多頻譜兼容的隱身材料是新的研究熱點和難點。

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(四)可見光隱身涂料

可見光隱身涂料又稱視頻隱身技術,彌補了雷達隱身和紅外隱身的不足,它針對人的目視、照相、攝像等觀測手段而采取的隱身技術,其目的是降低飛機本身的目標特征,減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。

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。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手段,而迷彩涂料是這種技術應用的重要組成。總而言之,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。

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