3隐身材料217

• 自70年代中期以来，美、前苏联、英、德等国都拨出大量经费加强
隐身技术的研究，其中美国正式制订了隐身计划(stealth project)， 由1977年初开始实施，1977年8月的经费已达1亿美元。实际上，
1977年11月美国就已试飞了XST试验隐身机。
• 从80年代以来，飞机隐身技术有了重大突破。这方面，美国处于领
英国的隐身潜艇
•
隐身技术作为一项高技术，与激光武器、巡航导弹被称
为军事科学最新的三大技术成就 。美、俄、日、英、法、
德等发达国家都拨出大量经费来加强隐身技术的研究，美
国将隐身技术列为1990—2000年优先发展的17项技术 第2位，可以说，目前隐身技术已进人全面发展和推广应 用的阶段。
• 隐身技术包含的内容很多，其中，隐身材料是隐身技术的
(2)响应频带宽
• 雷达的工作频带很宽，大约在1—l40GHz范围，且还在拓
宽。理想的吸波涂料是在1—l40GHz频段内有相同的反射 率，但实际上带宽和低反射率是矛盾的，特别是干涉型涂 料带宽都很窄。为了获得宽带的材料，一般采用多层涂层， 却又增加了厚度和质量。可见对带宽也应有一个合理的取
值。对隐身飞行器，吸波涂料的主要覆盖频段应为L、S、
雷达隐身也可称为微波隐身。
• 微波一般是指波长从1m到1mm的电磁波，相应的频率范
围为0.3—300GHz。有人把1mm—0.1mm的波段也划
入微波范围。
• 微波波段细分为分米波(波长16dm—1 m)、厘米波
(1cm—1dm)、毫米波(1mm—1cm)，把0.1—1mm波 段称为亚毫米波。通常把微波中的常用波段以代号表示。 据统计，世界各种雷达的主要工作波段为L、S、C、X、
减少RCS值。
• 吸收雷达波的材料称雷达波吸收材料（RAM）或微波吸
收材料，简称吸波材料。它是主要的微波隐身材料。它按 工艺方法分为涂敷型、贴片型和结构型。透过雷达波的材 料称雷达波透射材料，简称透波材料。它可以和吸收材料 构成多层吸波体，也可以在武器某些部位作为微波隐身材 料。
(二)、涂敷型吸波材料
3.2 微波隐身材料
在现代战争中，雷达是探测武器特别是飞行器的最可
靠方法。雷达是利用电磁波发现目标并测定其位置的设备。
电磁波在传播过程中遇到障碍物将产生反射和绕射，统称
散射，是雷达能发现目标的依据。电磁波具有恒速、定向 传播的规律，则是测定目标距离和方向的依据。
一、微波隐身的基本原理
• 世界各国现役雷达的工作波段绝大多数都在微波波段，故
Ku、Ka波段，也有少数为VHF和UHF波段 。
微波常用波段代号
波段名称 波长范围/cm 频率范围/GHzP NhomakorabeaL S C
130~30
30~35 15.0~7.5 7.50~3.75
0.23~1.00
1~2 2~4 4~8
X
Ku K Ka
3.75~2.40
2.40~1.67 1.67~1.13 1.13~0.75
8.0~12.5
12.5~18.0 18.0~26.5 26.5~40.0
U
E F G
0.75~0.50
0.50~0.33 0.33~0.215 0.215~0.136
40~60
60~90 90~140 140~220
R
0.136~0.090
220~325
• 雷达隐身技术的目的是要使武器的雷达目标特征即散射信
先地位，先是采用隐身技术的TR—1高空侦察机和B—1B战略轰炸机
分别于1981年利1985午开始编人美国空军。接着，1988午11月美
国公布了长期保密的最新式飞机——F—117A隐身战斗轰炸机和B— 2隐身轰炸机。
F-117A
B-2
• 目前，微波隐身技术也逐步被应用到导弹、舰艇、坦克车
辆等其他武器上，如美国AGM—129A、AGM—136A导 弹、俄X—65C3导弹、法国“飞鱼”导弹、美“海影” 隐身舰、瑞典“斯米盖”隐身实验艇等。
号减弱到最小限度。武器的雷达散射信号的大小一般用雷
达散射截面(Radar cross section，简称RCS)来表示。
习惯上，用字母ζ表示。RCS是在单位立体角内接收机天 线处散射回波的功率流面密度与目标处单位立体角内入射 波功率流面密度之比，可推导出如下公式
ζ=4πr2Ir/Ii
ζ----雷达散射截面积；r----目标到接收天线的距离； Ir----接收天线处散射回波功率面密度； Ii----目标处入射波功率面密度。
•
•
涂敷型吸波材料是一种吸波的高分子复合涂料，简称 吸波涂料。对它的一般要求为 (1)反射率低。
• • • • •
(2)响应频带宽。
(3)密度小，厚度薄。 (4)机械性能好。 (5)耐候性好。 (6)价格比较便宜。
（1)反射率低
• 采用吸波涂料的主要目的是减少武器的RCS值，但RCS值
是对具体目标而言的，它除了吸波涂料外，还受目标的其 他特征的影响，所以不能用作对吸波涂料好坏的评价。吸 波涂料减小目标RCS值的主要因素是反射，反射率越低， 在相同条件下，可使被涂敷目标的RCS值越小。理想的反 射率为零，实际上不可能做到。对反射率应该有一个比较 合理的要求，要求过低，往往会恶化别的性能，如增加厚 度和质量等。目前认为，吸波涂料的反射率小于—10dB 时，就可以应用。
等的侵蚀和干扰。对飞行器来说，还要求耐高温，在高速
飞行时，它的表面温度可高达500℃以上（当马赫数为 2.5—3.0时，物体速度与音速的比值，即1马赫为音速)，
一般高分子涂料很难达到此要求。此时应用新型涂料。
• 由于以上各要求是互相制约的，要全面满足以上
要求是很困难的。必须根据武器的具体情况来确 定各要求的量化指标，并权衡轻重，以满足主要 要求。根据目前吸波涂料的实际情况，也有人对 其吸波性能的要求归纳为薄(厚度薄)、轻(质量 轻)、宽(响应频带宽)的研究目标。
(二)涂敷型吸波材料的工作原理
• 吸波涂料降低电磁反射的工作原理可分为
干涉型和吸收型两类。一般都做成涂层。
1、干涉型涂层：按电磁波相干原理设计
ε 0 μ I R1
0
λ
0
ε μλ
2 d ( n ) 2
d ( 2 n 1)
1

4
R2 d C M 电磁波直射到涂层上的反射
0 /
第三章 隐身材料
隐身技术(stealth technology)的含义很广。从
广义上看，凡是能使军事目标的各种可探测的目 标特征减少或迷盲的技术均可称为隐身技术。
• 3.1 隐身技术
• 3.2 微波隐身材料
• 3.3 红外隐身材料
• 3.4 激光、声和多功能隐身材料
3.1 隐身技术
• 隐身技术可分为两大类：主动隐身技术和被动隐身技术。
C、X和Ku波段，即1—18GHz范围。对坦克车辆主要为 26.5—40.0GHz和90—140GHz范围。
(3)密度小，厚度薄
• 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5，如涂层厚度为4mm，涂敷面积为 50m2，附加的质量就达l000kg，对于飞机、导弹等武器 来说增加上千公斤质量恐怕都是不实际的。何况大型飞机 的外表面可能还不止50 m2。此外，涂层太厚和太重还影
F117—A、B—2、YF—22、YF—23隐身飞机，AGM—
129A、AGM—136导弹都采用了各种红外隐身技术；由 于中远红外隐身技术的难度较大，其进展仍不如雷达隐身 技术。
声隐身技术和激光隐身技术
• 是现代隐身技术的两个开展研究较晚的领域。声隐身技术
对舰艇持别是潜艇和鱼雷更为重要。因为它们是在水面或 水下作战，声探测手段是它们必须对抗的主要侦测手段， 尤其在水下，由于可见光、红外线和微波传输距离极短就 很快衰减，声探测几乎成为惟一的侦测手段。激光隐身技 术则是激光技术日益发展和广泛运用后面临的一项新课题。
代隐身技术
• 现代可见光隐身技术也称低视觉信号技术，是在上述概念
的基础上发展的，主要有迷彩伪装、烟幕伪装、假目标和 低尾迹等技术。
• 二次大战期间，德国和美国都研制了吸波材料用于飞机和
潜艇。
• 60年代，由美国空军负责领导的隐身技术研究取得了较大进展，其
部分成果被应用到U—2、SR—71等飞机上。
重要组成部分。因此，隐身材料的研究受到世界各国的高 度重视，广义来说，凡是隐身技术用的材料都可认为是隐 身材料，但一般公认的是指在武器系统的使用和设计过程
中，降低其目标特征的材料，即被动隐身技术中用作降低
武器目标特征的材料。相应于隐身技术的分类，也可分为 微波隐身材料(雷达隐身材料)、可见光隐身材料、红外隐 身材料、激光隐身材料、声隐身材料和多功能隐身材料。
雷达距离方程
• rr=Kσ1/4
rr----雷达的探测距离；K----比例系数，取决于雷达性能； ζ---RCS值。 目标的ζ值为原来的10%时，rr缩为原来的56%，目 标的ζ值为原来的1%时，rr缩为原来的18%。由此
可见雷达隐身的作用。
•
电磁波的散射来自武器的各散射源，散射基本类
型有镜面反射、边缘和尖顶散射、行波散射、爬
主动隐身技术是采取各种主动措施如干扰、假目标、烟幕、 地形匹配等使敌方的探测手段受到迷惑而无法识别目标。 被动隐身技术是指在武器系统的设计和使用过程中，降低 其作为目标特征的技术。从狭义广看，隐身技术仅指被动 隐身技术。
按目标特征，隐身技术又可分为
• 可见光隐身技术、雷达或微波隐身技术、红外隐身技术、
响飞行器的气动特性，增加涂敷工艺的难度等。
(4)机械性能好
• 主要是涂料和基材的粘结力要好，能耐振
动，能耐高速气流冲刷，有较高的强度和 硬度。
(5)耐候性好
• 武器一般在全天候下工作，工作环境有时比较恶劣。必须
有良好的耐候件。首先要求涂料能在—50℃--50℃的高 低温下工作。其次要耐老化，并能抗雨、雪、雾、烟和尘
行波散射以及非细长体电磁边界突变引起的散射。
这些局部散射源称散射中心，武器的总散射场是
各局部散射场之和。
减少武器RCS值的途径主要有
• 1）外型技术。是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。是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值。
• 3）材料技术。是通过材料吸收或透过雷达波来
红外隐身技术是现代隐身技术中越来越重要的技术领域 • 现代探测遥感手段主要是雷达、红外、光学、声波四种类型，20世
纪80年代中期以来，红外探测和制导技术迅速发展，红外型探测器 仅次于雷达，约占30％，而在精确制导武器中，红外(含热寻的)制 导的占60％，红外隐身技术按波段分，可分为近红外(0．76— 2．6μm和中远红外(主要是3--5μm和8—14μm)两类。
• ζ常用的单位为m2。由于ζ的数值变化很大，常用其相对
于ζ的分贝数来表示，即ζˊ=10logζ
• 如ζ的单位为m2，则ζˊ的单位为dB· 2。人的ζ值是 m
1m2，非隐身的B-52轰炸机是100 m2，而隐身的B-1B、 B-2、F117轰炸机的ζ值分别是0.75m2、0.1m2、 0.025m2。比一个人的ζ值还要小，相当于鸟类的ζ值。
d ( 2 n 1)
0
4
λ。——电磁波在真空中的波长； ε——涂层的相对介电常数； μ——涂层的相对磁导率。
• 从理沦上讲，如直射到涂层的电磁波满足公式，且第一反
射波和第二反射波振幅相等，则总反射率可降到零。但实
际上，由于各种原因，这两种反射波的振幅不可能相同，
目前，单纯的干涉型涂层可有—30dB左右的反射衰减。 从公式可见，产生干涉的涂层厚度取决于λ。、ε、μ。λ。 越小，ε和μ越大，则涂层越薄。
• 近红外隐身技术，它本质上是可见光隐身技术在长波方向的扩展，二
次大战后即已开始研究，进展比较大，主要用于静止、常温的目标。 但随着红外探测和制导技术的迅速发展，武器的中远红外目标特征成 为被侦测的主要特征。
• 目前，红外隐身技术在各种武器和地面目标上的应用都在
进行研究。其中近红外隐身技术主要用于静止的飞机、导 弹、坦克、地面目标等，中远红外隐身技术巳应用于作战 中的飞机、导弹和舰艇上，尤以飞行器为主，如美
激光隐身技术和声隐身技术。
• 隐身技术概念的明确提出虽然比较晚，但在20世纪初，
德国在—架Etrich taube飞机的机身上蒙以一种透明材料，
它在274m以上飞行时，地面观测员不能发现它。而武器 的伪装和遮障则在更早时期就已应用。这些都是可见光隐 身技术。当然，严格地说，这些不属于现代隐身技术。
微波或称雷达隐身技术是研究较早和发展最快的现