文档介绍：隐身技术及隐身材料简介
§ 雷达隐身技术及吸波材料
§ 雷达隐身技术
现代军事技术的迅猛发展,世界各国的防御体系被敌方探测、跟踪和攻击的可能性越来越大,军事目标的生存能力和武器系统的突防能力受到了严重威胁。因而,武器的隐身得到了广泛的重视,并迅速发展,形成一项专门技术——隐身技术(stealth technology)。它作为一项高技术,与激光武器、巡航导弹被称为军事科学上最新的三大技术成就。
隐身技术是指在一定范围内降低目标的可探测信号特征,从而减小目标被敌方信号探测设备发现概率的综合性技术。现代隐身技术按目标特征分类,可分为可见光隐身技术、雷达或微波隐身技术、红外隐身技术、激光隐身技术和声波隐身技术,其中雷达隐身占60%以上,因而雷达波隐身技术是当前隐身技术研究的重点[1]。
雷达隐身涂料的发展使得隐身目标的战场生存能力和武器系统的突防能力得到了极大的提高,并在近十年的局部战争中发挥了重大作用,影响了现代战争的模式和概念。早在20世纪30年代,荷兰就首先将吸波材料用于飞机隐身[2]。其后,德、美等国也将吸波材料用于飞机和舰艇。到60年代,美国将吸波材料用于U-2、F-117等飞机上。80年代中后期相继面世的美国隐形飞机无疑代表了吸波材料实际应用的巨大成就。其中,最有代表意义的是F-117、B-2、F-22等隐形飞机。F-117隐身战斗机成功并系统地运用了各种缩减雷达散射截面的措施,;B-;而人的RCS值为1m2[3]。
雷达隐身技术的核心是缩减目标的雷达截面积(RCS)。减少武器RCS值的途径主要有三条:
(1)外形隐身技术。通过外形设计来消除或减弱散射源,特别是强散射源。
(2)阻抗加载技术。通过加载阻抗的散射场和武器的总散射场互相干涉来减少RCS。
(3)材料隐身技术。通过材料吸收或透过雷达波来减少RCS值。
其中材料隐身技术因其具有吸波性能好、工艺简单和容易调节等优点,在隐身技术中占有重要地位。
§ 吸波复合材料概述
吸波材料是指能够吸收衰减入射电磁波能量,并通过材料的介质损耗使其电磁能转换成热能或其他能量形式的一类功能复合材料。吸波材料一般由基体材料(或粘结剂)与吸收介质(吸收剂)复合而成。本文主要研究对雷达波具有吸收损耗效应的吸波材料(radar absorbing materials,缩写RAM)。
§. 吸波复合材料特性
吸波复合材料一般要求具备以下特性:
(1)厚度薄,质量轻。吸波涂料的质量对武器来说完全是附加的。例如铁氧体涂料的比重约为5g/cm
3,如涂层厚度为4mm,涂覆面积为50m2,附加重量就达到1000kg,这对于飞机、导弹等武器来说都是不切实际的。此外,涂层太厚和太重还影响飞行器的气动特性,增加涂覆工艺的难度等。
(2)频带宽,反射率低。雷达工作频带很宽,大约在1~140GH范围,且还在拓宽。对隐身飞行器,吸波涂料的主要覆盖频段1~18GHz,~~140GHz范围内。目前的工作就是在衰减量≦10dB的情况下追求尽可能宽的频带。
(3)功能强。要求吸波复合材料既可以作吸波材料,又可以作结构材料,有高的力学性能及良好的环境适应性和物理化学性能。
§. 吸波复合材料的吸波原理
吸波材料的基本物理原理是材料对入射电磁波实现有效吸收,将电磁波能量转换为热能或其他形式的能量而耗散掉。该材料应具备两个特性即波阻抗匹配特性和衰减特性。
(1)阻抗匹配特性,即创造特殊的边界条件使入射电磁波在材料介质表面的振幅反射率ρ最小(理想情况ρ=0)从而尽可能地从表面进入介质内部。最简单的情况是电磁波从自由空间垂直射到介质表面,此时[4,5]:
ρ=(η-η0)/(η+η0);ρ=(Zn-η0)/(Zn+η0)η
式中ρ——电磁波在涂层表面的振幅反射率;
η——涂层的相对本性阻抗;
η0——自由空间的相对本性阻抗;
Zn——n层的表面相对阻抗。
欲使ρ=0
则η=η0
而η0=(μ0/ε0)1/2; η=(μ/ε)1/2;
式中μ0 、ε0——自由空间的相对磁导率、相对介电常数,均为1;
μ、ε——涂层的相对磁导率、相对介电常数。
当介质有损耗时,相对磁导率μ和相对介电常数ε应为复数
(μ=μ′- jμ″、ε=ε′- jε″);
所以可得ε=μ
可见,要使直射电磁波完全进入涂层阻抗完全匹配,涂层的相对磁导率和相对介电常数要相等。事实上还没有这种电磁参数的涂料,因此只能尽可能的使之匹配。
(2)衰减特性,是指进入材料内部的电磁波因损耗而迅速地被吸收。损耗大小可用电损耗因子tanδe=ε