大会聚焦 » 军工材料之战斗机隐身涂层材料


有统计机构数据显示,在研发投入方面,与国外轮胎巨头相比,国内轮胎企业始终处于落后位置。此外,在激烈的市场竞争中,许多轮胎企业为求生存,被迫牺牲质量降低生产成本,价格竞争愈演愈烈。在这种情况下,国内轮胎的竞争力想要超越国外,似乎难上加难。


隐形涂料是涂料家族的神秘一员。它并不是科幻作品中的“隐身”,而是军事术语中指控制目标的可观测性或控制目标特征信号的技巧和技术的结合。目标特征信号是描述某种武器系统易被探测的一组特征,包括电磁(主要是雷达)、红外、可见光、声、烟雾和尾迹等6种特征信号。因为据统计,空战中飞机损失80~90%的原因是由于飞机被观测。降低平台特征信号,就降低了被探测、识别、跟踪的概率,因而可以提高生存能力。降低平台特征信号不仅仅是为了对付雷达探测,还包括降低被其它探测装置发现的可能性。隐身是通过增加敌人探测、跟踪、制导、控制和预测平台或武器在空间位置的难度,大幅度降低敌人获取信息的准确性和完整性,降低敌人成功地运用各种武器进行作战的机会和能力,以达到提高己方生存能力而采取的各种措施。


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隐形涂料是用于飞机、军舰、坦克等装备外表,做反雷达探测及防止电磁波泄漏或干扰的一种材料,隐身材料与隐身设计有机结合,形成一门新技术,即隐身技术。隐身技术要求隐光、隐电、隐磁、隐声、隐红外,是一门综合技术。


现代隐身技术主要分为电磁波隐身技术和声波隐身技术。


隐身涂料分类

隐身涂料按其功能可分为雷达隐身涂料、红外隐身涂料、可见光隐身涂料、激光隐身涂料、声纳隐身涂料和多功能隐身涂料。隐身涂层要求具有:较宽温度的化学稳定性;较好的频带特性;面密度小,重量轻;粘结强度高,耐一定的温度和不同环境变化。


1.雷达隐身涂料


雷达隐身材料是指能够吸收衰减入射的电磁波,并通过吸收剂的介电振荡、涡流以及磁致伸缩,将电磁能转化成热能而耗散掉或使电磁波因干扰而消失的一类材料。


雷达隐身涂料就要最大限度消除被雷达勘测到的可能性,雷达隐身技术的研究主要集中在结构设计和吸波材料两个方面。目前,应用于飞机吸波涂料比较多,如铁氧体吸波涂料价格低廉;羰基铁吸波涂料吸收能力强,但面密度大;陶瓷吸波涂料密度较低;放射性同位素吸波涂料涂层薄且轻、能承受高速空气动力等优点,是飞机用理想的吸波涂料;导电高分子吸波涂料涂层薄且易维护等。还有成为隐身涂料新亮点的纳米吸波涂料,以覆盖电磁波、微波和红外,并能增强腐蚀防护能力,耐候性好,涂装性能优异。


2.红外隐身涂料


红外隐身的目的是降低或改变目标的红外辐射特征从而实现目标的低可探测性。通过改进结构设计和应用红外物理原理来衰减、吸收目标的红外辐射能量,可使红外探测设备难以探测到目标。


材料的红外辐射特性决定于材料的温度和发射率。红外隐身材料也可相应分为两类:控制发射率的材料和控制温度的材料。


红外隐身涂层具有低发射率,高反射率,在红外线辐射频段才有良好的隐身效果。


红外隐身涂料的构成一般由填料和黏结剂两部分组成。


目前用于热红外隐身涂料配方中的填料大致分为如下几类:金属填料、着色填料、半导体填料等。


黏结剂分为有机和无机两大类,其中以有机黏结剂种类最多,目前可用于红外隐身涂层的黏结剂有氯化聚苯乙烯、丁基橡胶等。从发展趋势看,实用性能较大的是以聚乙烯为基本结构的改型聚合物。


红外隐身涂料工艺简单,施工方便,坚固耐用,成本低廉,是目前隐身涂料中最重要的品种。它是指用于减弱武器系统红外特征的信号已达到隐身技术要求的特殊功能涂料,其主要针对红外热像仪的侦查,旨在降低飞机在红外波段的亮度,掩饰或变形装备在红外热像仪中的形状,降低其被发现和识别的概率。红外隐身涂料的主体树脂是单组分橡胶树脂,其与过氯乙烯涂料、环氧铁红底漆、聚氨酯涂料具有良好的配套性。


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3.激光隐身涂料


20世纪80年代以来,隐身技术特别是雷达和红外隐身技术的发展已经达到了一个很高的水平。如美国研制开发的低可探测飞机(Low Observable Aircraft)F-117隐身攻击机,B-2隐身轰炸机在雷达隐身和红外隐身方面已经做得非常好了。


但是随着激光技术的飞速发展,激光技术在武器装备等方面的应用日益增多。


激光隐身过程与雷达隐身过程相类似,主要是降低目标表面的反射系数,减小激光探测器的回波功率,降低激光探测器的性能,使敌方不能或难以进行激光探测,以达到激光隐身的目的。


从微观能量上看,物质对激光的吸收过程是物质与电磁波的作用过程,在此过程中,光子的能量转化为电子的动能、势能,或分子(原子)的振动能和转动能。


实现激光隐身技术的途径主要有外形技术和材料技术,其中外形技术是通过目标的非常规外形设计降低其雷达散射截面(LRCS);而材料技术是采用能吸收激光的材料或在表面上涂覆吸波涂层使其对激光的吸收率大,反射率小,以达到隐身的目的。因为外形设计只能散射30%左右的雷达波,且很难找到LRCS与气动力学俱佳的外形,因此要彻底解决隐身问题,还是要靠隐身材料来实现。


激光隐身材料主要包括激光吸收材料、导光材料、透射材料三大类型。其中透射材料是让激光透过目标表面而无反射。从原理上,透光材料后应有激光光束终止介质,否则仍有反射或散射激光存在。导光材料是使入射到目标表面的激光能够通过某些渠道传输到其它方向去,以减少直接反射回波。这两种隐身功能材料作为激光隐身材料,实现难度较大。


随着多波段探测和制导技术的不断发展,隐身技术对涂料的要求除了红外与雷达外,还应包括涂料的可见光性、激光波吸收性能等。


因此,探索新技术、新方法、积极开展新的隐身机理和新型多功能隐身材料的研究,特别是新型涂敷行多功能、多频谱兼容的隐身材料是新的研究热点和难点。


4.可见光隐身涂料


可见光隐身涂料又称视频隐身技术,弥补了雷达隐身和红外隐身的不足,它针对人的目视、照相、摄像等观测手段而采取的隐身技术,其目的是降低飞机本身的目标特征,较少目标与背景之间的亮度、色度和运动的对比特征,达到对目标视觉信号的控制,以降低可见光探测系统发现目标的概率。可见光隐身涂料通常采用迷彩的方法使飞机隐身,如保护迷彩、仿造迷彩、变形迷彩。一种可见光隐身是伪装遮障,遮障可模拟背景的电磁波辐射特性,使目标得以遮蔽并与背景相融合,是固定目标和运动目标停留时最主要手段,而迷彩涂料是这种技术应用的重要组成。总而言之,可见光隐身涂料应用广泛,使用方便、经济,是飞机隐身涂料发展中比较成熟的技术。


新型隐身材料探索

1.多频段吸波材料


由于当前多模复合制导技术的不断发展以及探测手段的日益多样性,战场武器装备可能同时面临雷达、红外、激光以及可见光等探测手段的威胁,因此多波段复合隐身材料的发展很早就受到了专家以及相关研究者的关注和重视。如何使涂层在几个波段彼此兼容,将是今后主要研究方向之一。


2.纳米涂层材料


近年来,纳米吸波涂料成为隐身涂料新的亮点。它是一种极具发展前景的涂料,其一般由无机纳米材料与有机高分子材料复合,通过精细控制无机纳米粒子均匀分散在高聚物基体中,以制备性能更加优异的新型涂料。其机械性能好,面密度低,是高效的宽频带吸波涂料,可以覆盖电磁波、微波和红外线。它能增强腐蚀防护能力,耐候性好,涂装性能优异。基于以上优点,各国竞相在此领域投入人力、物力开发研制。其隐身原理为: