浅谈雷达吸波材料的发展现状

1 前言
随着现代军事技术的发展,对飞行器和舰艇的探测技术越来越成熟。

针对日益成熟并完善的雷达、红外、可见光和声学探测系统,隐身技术(stealth technology)或低探测技术(low observable technology)应运而生。

隐身技术是通过研究利用各种不同的技术手段来降低己方目标的可探测特征信号,使其与探测背景难于区分,最大程度地降低敌方探测系统发现的概率,使己方目标、己方的武器装备不被敌方的探测系统发现。

它使初级的伪装技术由消极被动变成了积极主动,能够显著提高战场生存和攻防能力,实现隐形、机动、突击和防护的完美结合。

隐身技术最初出现在20世纪70年代,并在80,90年代迅速发展,最早应用在飞机上。

从F-117到F-22,美国隐身技术走过的是一条“外形-涂料-材料”的轨迹。

F-117采取的主要隐形措施就是外形隐身。

它完全采用钻石切割技术的多面多角形设计,把射来的雷达波向各个方向散射,让敌方雷达难以发现目标。

B-2隐形轰炸机运用大量碳纤维复合材料和特制的吸波涂料将雷达散射截面(RCS)降低至0.1m2左右。

美国研制的“科曼奇”隐身直升机的雷达散射截面只有其他常规直升机的1％,是“阿帕奇”的1/400,红外特征仅是后者的1/4。

由此可见,美国在隐身技术领域具有明显的优势。

吸波材料是隐身技术的重要组成部分,在装备外形不能改变的前提下,吸波材料是实现隐身技术的物质基础。

因此,开展吸波材料的研究是我国保持军事竞争力的重要手段,具有重要的战略意义。

雷达吸波材料是一种可以吸收入射雷达波能量,从而把他转变成热能发挥掉;或使雷达波受到材料的干扰而消失。

传统雷达吸波材料可分为电阻型、电介质型和磁介质型。

新型吸波材料包含纳米材料、多晶铁纤维、手性材料、导电高聚物吸波材料、等离子体吸波材料和可见光、雷达和红外兼容吸波材料。

2 传统吸波材料发展现状
2.1电阻型吸波材料
电阻型吸波材料包含特种碳纤维、碳化硅纤维、石墨和导电高聚物等,因其具有
较高的电阻耗正切角,可将雷达波以热能
方式消耗掉。

科学家们发现经过特殊处理
的增强型碳纤维树脂基吸波材料的吸波性
能非常好,已经广泛应用在军事设计上,他
可以大幅度衰减0.1MHz～50GHz的雷达脉
冲;碳化硅纤维具有密度小、韧性高、电阻
率高、耐高温性能好等优点,已经成为国外
发展最快的吸波材料之一。

导电高聚物材料可与超微粒子复合形
成金属络合物,其加工性、成膜性较好,是
理想的雷达吸波材料。

国外聚苯胺材料与
氰酸盐复合成的雷达吸波材料及以希夫碱
磺基盐类为基底的新型导电高聚物隐身材
料已经应用在武器装备制造上。

美国宾夕
法尼亚大学研制了以聚乙炔为主材料的吸
波材料,可吸收90%以上的35GHz的微波。

石墨也被广泛的应用在吸波材料的研
制上,并在石墨-热塑性树脂基复合材料及
石墨-环氧树脂基复合材料的研究上获得
了很大的进步。

波音公司和洛克希德-马丁
公司正在积极将石墨-热塑性树脂基复合
材料使用在飞行器制造上。

2.2电介质吸波材料
电介质吸波材料主要以钛钡酸等吸收
剂为代表,依靠介质的电子极化、离子极化
和分子极化等手段衰减雷达波。

2.3磁介质吸波材料
以铁氧体、超金属微粉和羟基铁为代
表的磁介质吸波材料具有较高的磁损耗正
切角,依靠磁滞损耗、自然共振、涡流损耗
等磁极化机制衰减、吸收电磁波。

将铁氧体
粉末分散到磁体微粒中而制成的复合铁氧
体材料可以适度延宽吸收频带、降低材料
厚度。

日本在铁氧体吸波材料的研制中处
于世界领先地位。

日本防卫厅技术研究所
与东丽株式会社研制的吸波结构:由吸波
层(由碳纤维或碳化硅纤维与树脂复合而
成)、匹配层(由氧化锆、氧化铝、氮化硅或其
它陶瓷制成)、反射层(由金属、薄膜或碳纤
维织物制成)构成,厚度为2mm,样品在7～
17GHz内反射衰减>10dB。

最近报道的由日
本研制的双层结构宽频吸波材料成为世界
上最好的吸波材料,他可吸收1-20GH z的
雷达波,吸收率可达20dB。

3 新型吸波材料的发展现状
3.1纳米吸波材料
纳米材料的尺寸远小于雷达波的波
长,因此对雷达波的透射率比常规材料要
强得多,从而减少了飞机对雷达波的反射,
这是纳米材料能用作飞机隐身材料的原
因。

西方发达国家都将纳米吸波材料作为
新一代雷达吸波材料。

美国研制的一种叫
“超黑粉”的纳米吸波材料对雷达波的吸收
率达到99%,目前正在研究覆盖厘米波、毫
米波、红外及可见光波段的纳米复合吸波
材料。

法国新近研制成功的一种宽频吸波
材料由粘合剂与纳米微屑填充材料构成,
在50M Hz～50GH z频带内具有优良的吸波
性能。

我国这方面的研制单位主要以成都
电子科技大学、青岛科技大学和西北工业
大学为代表,也已经取得了一定的进展。

3.2多晶铁纤维吸波材料
多晶铁纤维吸波材料包括铁、钴、镍及
其合金纤维。

其电阻率较小,且具有较高的
磁导率,能够产生强涡流损耗。

多晶铁纤维
具有独特的形状各向异性、层状排列,因而
对电磁波吸收强,兼具频带宽、面密度低、
可吸收行波、吸收与入射角无关等特点,目
前美国、法国等应用于军事装备上。

3.3手性吸波材料
手性是指一种物体与其镜像不存在几
何对称性且不能通过任何操作使物体与镜
像相重合的现象。

研究表明,具有手征特性
的材料能够减少入射电磁波的反射并能吸
收电磁波。

采用手性材料的结构与微波相
互作用的研究始于50年代。

到80年代有关
手性材料对微波的吸收、反射特性的研究
才有一些研究部门的重视。

目前对其的研
究是在基体材料中掺杂手性结构物质形成
的手性复合材料。

掺杂的手性物质尺寸应
具有与微波等量级的特征尺寸,比如螺旋
碳纳米管等手性物质。

3.4高温吸波材料
战斗机和巡航导弹等空中武器局部工
作温度可达700℃～1000℃以上,常规雷达
浅谈雷达吸波材料的发展现状
牟维琦 黄大庆
(北京航空材料研究院 北京 100095)
摘 要:随着科技的发展,现代化武器装备对于隐身性能的需求越来越强烈,隐身性能已经成为衡量一种武器装备先进性的一项重要标准,
现阶段实现隐身技术主要的手段是通过雷达吸波材料,本文就传统和新型雷达吸波材料的发展现状进行了评述以及展望。

关键词:雷达吸波材料 隐身技术
中图分类号:F2文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)08(c)-0037-02
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部件的控制,通过湿度控制器来实现。

通过开断加温部件,保证阀口处不产生结露情况,保证SF
6
充气的质量。

通过分析筛选,最终确定采用BW-8123型双凝露控制装置作为钢瓶阀口加温控制模块。

2.3人机界面单元
人机界面单元从外壳材料、开关类型、提示类型三个部分研究制作。

通过分析比较,外壳材料选用硅塑料外壳,开关选用按钮式开关。

提示类型有语音提示和灯光提示两种。

语音提示虽然提示明白,并且任何首次接触此装置的人员都可以懂得提示的含义,但是变电站工作现场噪音较大,超过语音提示音量,因此容易影响报警提示效果。

而灯光提示方案有液晶显示器、七段LED数码显示管、LED红绿黄单色灯三种,其中LE D红绿黄单色灯以其指示简单,指示醒目清晰,亮度高,性能稳定等优势被最终选定。

根据设计图及电路图制作了相应的塑料面板、防水膜、彩色标示面板,购买上海A P T电器公司的A D16-16C型红绿黄灯、按钮式开关,同时制作了电路板及相应接线,参考人体力学习惯,进行了相应组装。

2.4电源单元
经过调查,根据《山东电力集团公司变电站基建管理规定》,现在负责的青岛地区128座35kV以上变电站现场具有外接电源条件的为100%,与电源触电保安器配合使用,可以长时间使用,且免去高额花费及维护人力。

因此,经过分析和评估,决定采用外接电源的供电方式。

2.5整体构造单元
加温仪的四大部件:瓶身加温及控制
单元、阀口加温及控制单元、人机界面、电
源线。

人机界面装置竖立布置,通过铝制轨
道固定于瓶身加热套上。

将瓶身加热套设
计为可折叠型,瓶身加热套可以压缩折叠,
阀口加热带与电源线可以插入加热套中。

根据各个单元的选择分析,设计研制
出了SF
6
钢瓶加温仪,示意图如图1。

3 效益分析
新设备的使用带来的效益分为显性效
益和隐形效益。

3.1显性效益
(1)工作中充气时间大大缩短。

根据统
计,在测试期内节省工作时间40h,每次充
气时间缩短50%以上,为检修工作节省了大
量时间,特别是为紧急事故处理节省了宝
贵的时间,也大大缩短了停电时间,为公司
供电可靠性指标做出了积极贡献。

(2)降低
了SF
6
钢瓶相关处理工作量。

测试期内节省
工作时间量为40h,按每小时工作量需要2
人,即可节省人力80人次。

同时,每次运输、
使用SF
6
钢瓶的数量大大减小,不仅减少了
工作中SF
6
钢瓶的使用和替换的工作量。

并
且,测试期内节省使用SF
6
钢瓶30个,大大节
省了重新抽气更换钢瓶的工作量和人力,
减轻了工作压力。

3.2隐性效益
使用加温仪进行加热,不仅克服了传
统上热水加热对于SF
6
气体微水含量影响
较大的缺点,并且加热稳定安全,具有鲜明
提醒功能,不仅提高了检修能力,缩短了停
电时间,避免了不稳定的充气流程,现在的
充补气工作科学化、流程化、先进化,能带
来很好的安全效益。

4 结论
新型SF
6
钢瓶加温仪的研制成功,实现
了对SF
6
钢瓶稳定加温,消除了影响SF
6
充气
质量的缺陷,保证了充气速度,大大缩短了
SF
6
充气时间,减少了不必要停电时间,节省
了大量相关处理工作量,为公司带来了显
著地经济效益与安全效益。

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吸波材料很难满足工作要求。

所以在武器装备的高温部位必须采用特殊的陶瓷吸波材料。

日本利用纯度极高的碳化硅原料,制得几乎不含任何杂质的碳化硅粉体,该粉体具有很宽的吸收频带和很好的吸波性能,该方法的缺点是成本非常高。

国外高温吸波材料的研制主要集中在陶瓷基复合材料,较早报道的耐高温吸波材料是S i C、Si3N4等复合材料;日本研制的SiC/Si3N4/ C/BN耐高温陶瓷吸波材料,在耐高温的同时有着较好的吸波性能。

3.5等离子体吸波材料
实验证明,用等离子气体层包围诸如飞机、舰船、卫星等装备的外表面,当雷达波碰到这层特殊气体时,由于等离子体层对雷达波有特殊的吸收和折射特性,使反射回雷达接收机的能量很少。

美国休斯实验室对其做了研究实验:应用等离子体技术可使一个13厘米长的微波反射器的雷达平均散射截面在4～14GH z频率范围内平
均减小20dB,即雷达获取的回波能量减少
到原来的1%。

这种技术拥有如下几个特点:
吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好、使用
简便、使用时间长、费用比较低等,但是对
技术的要求较高。

4 雷达吸波材料研究前景展望
吸波材料的基本要求是:“薄”、“轻”、
“宽”、“强”,目前的吸波材料还不能全面达
到理想目标,因此吸波材料的发展将向着
纳米化,复合化发展,具有广阔的发展空
间;同时随着探测技术的进步,可见光及红
外隐身的问题逐渐突出,由于雷达波、红外
波、可见光是处于不同波段的电磁波,因此
如何使吸波材料在几个波段彼此兼容,成
为今后研究的主要方向之一。

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