飞机隐身涂层

飞机材料表面隐身涂层 制备技术及工程
主讲内容
引言 雷达与红外隐身技术
激光隐身技术 测试方法 总结
引言
引言
在高技术战争中，地面目标的克星是各种作战飞 机，而作战飞机的克星则是防空导弹。与防空导弹配 套的雷达，发射电磁波照射目标，通过接收回波，便 可以判断来袭目标的特征和位置。
这种情况下，没有什么比“看不见、摸不着、找 不到、打不中”的隐身术更具有吸引力了。
• 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。
吸波基本原理：
1. 干涉作用 干涉作用是将入射的电磁波分成两部分，一部
分从吸波层表面反射，另一部分透过吸波层后经 底层反射后再穿过吸波层射出来。若经底层反射 的波与吸波层表面反射的波相位正好相反，两段 波便可发生干涉而减弱。
2. 吸收作用
材料对电磁波产生吸收作用有两个条件：
(1) 电磁波入射到材料上时能最大限度地进入到 材料内部，即电磁匹配要好(匹配特性)；
• 雷达隐身涂料要求对相应波段的雷达波具 有低反射的涂料。
• 一是涂料吸收雷达波,通过在粘结剂中加入 电损耗或磁损耗填料,利用电损耗物质在电 磁场作用下,使进入涂层中的雷达波转换为 热能损耗掉,或是借助磁损耗材料内部偶极 子在电磁场下运动受限定磁导率限制,而把 电磁能转换为热能损耗掉;
• 二是利用谐振原理,当涂层厚度等于雷达波 长的四分之一时,通过谐振作用减少雷达波 的反射。
M=εσT4 • 式中：M 为物体的总辐射强度；σ为玻耳兹曼常
数；ε为物体的发射率；T 为物体的绝对温度。
• 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。
• 目前国内外重点研究和主要应用的吸波材 料有铁氧体吸波材料、金属粉吸波材料、 多晶铁纤维吸波材料、导电高分子吸波材 料等。
• 铁氧体具有吸收强、吸收频带宽、成本低 廉、制备工艺简单等优点外，还因为其较 好的频率特性，适合制作匹配层，在低频 率拓宽频带方面，相对于金属粉末，更具 有良好的应用前景。
第二次世界大战期 间，一些飞机采用经试 验的迷彩涂料，降低飞 机与天空背景的对比度， 减小飞机的目视特征。 这是最早、最简单的隐 身飞机。20世纪60年代 初，美国的U-2和SR-71 侦察机开始采用雷达隐 身技术。 1978年，美国 政府批准F-117A攻击机 研制计划。
1988年，美国先后曝光 了F-117A隐身战斗机和B-2 隐身战略轰炸机，揭开了鲜 为人知的隐身奥秘。
B-2隐身战略轰炸机
F－22“猛禽”是一种单座、双发动机、 双垂直尾翼的隐身战斗机，是第四代超音 速战斗机的典型代表。在设计制造中，该 机采用了一系列先进的技术。采用这些技 术后，F－22不仅大大减轻了体重，降低 了飞行阻力，更重要的是具有了很高的隐 身性能。
歼20是中国第五代隐身重型歼击机，采用 两台国产涡扇10B发动机、DSI两侧进气道、 全动垂尾，鸭式布局。该机于2010年10月 14日完成组装，2010年11月4日进行首次 滑跑试验。现已成功试飞两次。
(2) 进入材料内部的电磁波能迅速地被衰减掉， 即电磁损耗要大(衰减特性)。
雷达与红外隐身技术
雷达Baidu Nhomakorabea身涂层制备
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。
雷达对目标的发现和对目标参数的测量,是 通过目标对雷达发射机所发射的雷达波的 反射回波信号来实现的。
干热加热溶胶，随着溶胶脱水溶液黏度逐渐增加，
形成褐色凝胶，到达一定温度后，凝胶开始自蔓 延燃烧，生成蓬松的树枝状前驱体自燃粉末. 将该 粉末研磨、高温煅烧，即可获得目的产物。
红外隐身涂层制备
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。 由斯蒂芬-玻尔兹曼定律：
• 称取一定量的硝酸铁、硝酸钡分别配制成金属离 子浓度为0. 4 mol /L 溶液;为保证络合反应发生完 全，将硝酸铁、硝酸钡溶液滴加入柠檬酸溶液. 同 时加入适量浓氨水，控制溶液的pH 值稳定在7. 0 . 然后加入20 g /L 聚乙二醇( PEG)，搅拌30min形 成溶胶. 将形成的溶胶置于80 ℃水浴反应2 h后，
• 选用改进的AI粉做填料，粘结剂采用由无水乙醇、 二甲苯组成的聚苯乙烯清漆和高氯化聚乙烯树脂 (HCPE)。
隐身技术
• 隐身技术是指通过降低目标的可探测信号 特征，从而减小目标被敌方各种探测设备 发现概率的综合性技术。
• 现代隐身技术主要分为电磁波隐身技术和 声波隐身技术。
隐身关键技术
吸波材料——能吸收或衰减入射的电磁波，使 其 因干涉而消失或其电磁能转换为其他形式的能 量。其基本原理包括干涉作用和吸收作用。
• 铁氧体样品的制备工艺可归纳为干法生产 和湿法生产，主要包括酸盐热分解法、溶 胶一凝胶法、化学共沉淀法、低温燃烧合 成法、超临界流体干燥法、喷雾燃烧法等。 其中溶胶-凝胶法(sol-gel)和化学共沉淀法是 在铁氧体粉末制备中较常采用的方法。
• 采用溶胶凝胶自蔓延法制备钡铁氧体粉末。
溶胶凝胶自蔓延法制备钡铁氧体工艺流程图
• 隐身涂层要求在尽量宽的频带内，用尽量 薄的涂层，尽量轻的材料，所得到涂层的
吸雷达波能力最强，即追求薄涂层、宽频、 强吸收的效果。
• 按材料损耗机理，吸波材料可分为电损耗 型和磁损耗型。电损耗型包括电阻型和电 介质型两种。
• 按吸收机理，吸波材料可分为吸收型和干 涉型两类。
• 按化学成分，吸波材料可分为无机吸波材 料和有机高分子吸波材料。