隐形材料的发展及应用

隐形材料在飞机上的应用

[ 摘要] 隐身技术是军事科学领域的最3大技术成就之一，隐身材料又是隐身技术的基础和先导。本文介绍了在飞机和导弹隐身技术中应用的三种隐身材料技术，最后对隐身技术的发展进行了预测。[ 关键词] 飞机和导弹隐身技术隐身材料

一、隐形技术的发展应用

隐形技术是指降低飞机对雷达可见性的技术，所以隐形技术又叫“低可见技术”或“低可探技术”。雷达发现目标是依靠从接收到的各类电磁波中将一些不稳定的回波过滤掉，从而分拣出目标的回波特征。而隐形技术的作用是将雷达接收到的飞机回波强度降低到一定程度，使得雷达在正常距离上将目标回波判断为杂波而过滤掉，那样就可以推迟雷达发现飞机的时间，也就达到了隐形的目的。

人类历史上最早应用隐形技术

的飞机是二战中的德·哈维兰的蚊

式战机，它采用的覆盖张性复合材

料的胶合木质结构对于二战中的雷

达系统隐形是相当成功的，但今天

这些技术已不再适用。在20世纪50年代末，雷达吸收材料的使用使隐形技术有了新的发展，其代表就是美国的 U - 2侦察机。到了20世纪60年代，随着隐形技术解析科学的发展，人们开始将有效分析不同形状和不同组件的整体隐形效果应用于飞机，其中以美国洛克希德公司设计的SR - 71黑鸟最为典型。而10年后，良好的数字设计程序的应用可以使人们对飞机各部分的雷达反射效果进行量化，进而设计出具有平衡雷达散射截面的飞

机，这一时期的代表便是大家所熟悉

的洛克希德的F -117A 隐形战斗机和

诺斯罗普公司的 B- 2A 隐形轰炸机。

在随后25年的发展，隐形技术的

分析和实验方法得到的不断改进,人们开始将抗雷达散射形状与雷达波吸收材料结合起来.在外形设计时通常使用超级计算机，以平衡3个重要方面的关系，即飞机设计时雷达波前向散射、管腔射线追踪以及散射回波与第一平面的互动关系，进而设计一个雷达散射最弱的机体，尽可能地减小雷达散射面积。同时雷达吸波材料技术不断发展使涂覆型和结构型吸波材料广泛应用于飞机的隐形设计中，反红外、电

子等反隐形技术也逐步成熟，于是隐形技术的发展和其它高技术的完美结合促使了第四代战机应运而生。

反雷达隐形技术是目前各国研制的第五代战机所面临的第一个问题，新一代战机其隐形的关键技术之一便是如何减小战机的雷达反射面积RCS。雷达反射面积RCS指一个与目标产生同等回波的金属圆球的等效截面积，飞机的几何截面积、材质和形状对雷达的反射率和反射的方向性都对雷达截面积有较大影响。目前除了在总体设计上减少雷达等目标的电磁信号特征、红外辐射特征和几何形状信号特征外，主要选择隐身材料来实现隐身。

二、减少飞机和导弹的强散射部件

飞机和导弹系统中的雷达、通信、电子战、进气道、尾喷管、座舱、机翼和导航等系统

以及各种传感器等都是

强散射源，主要是雷达

截面(RCS)散射和辐

射。目前强散射源部件

(主要RCS)的控制技术

有：降低武器系统进气

道的RCS 主要采用 S

型或埋入技术相结合的新型结构吸波材料技术或在发动机前安装挡板控制进气道散射；空射巡航导弹采用背负式进气道；尾喷管主要采

用材料或改变外形设计减少散射；飞机座舱或光学传感器窗口采用透明电膜如铟锡氧化物膜或用金属蒸镀膜材料减少散射；对机翼和导弹弹翼用涂层或阻抗加载、匹配的结构吸波材料以降低 R CS 面积。

三、雷达吸波材料

雷达吸波材料是减少雷达RCS的隐身技术关键。吸波材料主要有涂覆型和结构型吸波材料。涂覆

型吸波材料美国已研制成功一

系列铁氧吸波材料用以制作飞

机、导弹表面的涂料，如锂—

镉氧体、锂—锌氧体、镍—镉氧体和陶瓷铁氧体等；后又研制出一种非铁氧体为基底的涂料，可以使飞机的雷达散射波衰减80% ，而重量只有铁氧体材料的1/10；还研制出一种“铁球”涂料，它因包含有大量极微小的铁球而得此名，其功能是将雷达波能量分散到整个飞机外表面，在飞机蒙皮上产生弱电流，它可使雷达波能量分散，使雷达接收机收不到这种能量，这种铁球吸波涂料已在多种飞机上使用(如SR - 71、A - 12 等) ；90 年代又研制出一种“超黑粉”涂料，可以将该涂料电镀在飞机金属表面，它吸收雷达波能量非常强，可以吸收99%的雷达波；此外还研制出一种等离子体涂料如钋—20、锔—242、锶—90、钋—210等放射性同位素涂料，利用飞行过程中放射出的射线使空气电离而形成包围整个飞机的等离子体层，它不仅可以吸收无线电波，还可以吸收红外辐射，而且具有吸收频带宽、吸收

率高、使用时间长等特点。

结构性吸波材料主要有雷达波层板型、吸波夹层结构和复合材料型。吸波层板结构主要利用

新型热塑性和固性树脂及一

些陶瓷基材料的介电性能和

玻璃纤维、芳纶纤维等具有

较高的电磁透射率的材料制

作成吸波层板结构，在工艺

上用热塑性树脂纺成单丝或

复丝，然后与碳纤维、陶瓷纤维编织成各种织物，与同类树脂制成复合材料而构成透波吸波性能好的高强度和高韧性的轻质复合材料，主要用在飞机机身、机翼和导弹壳体上，F - 35 飞机的结构可能有 50% 的结构采用这种吸波材料。吸波夹层结构，在夹层结构的夹芯层采用透波和吸波性能好的蜂窝波纹、角锥或其它类型芯材，在夹芯壁上和夹芯中填充各种吸波介质，反射背衬用碳纤维复合材料。例如美国已成功研制出由七层吸波材料构成的蜂窝结构，这种材料可用于飞机蒙皮、发动机进气道和排气管衬里，还在研制一种瓷磁性夹芯材料，其吸收电磁波能力可达 99. 2% ；高温隐身复合材料主要用氧化铝、硼酸铝、碳化硅和氮化硅纤维制造高温隐身复合材料，目前发展最快的是碳化硅纤维、陶瓷纤维复合材料。

在应用上美国 A-12飞机机身采用塑料蜂窝材料；B-2轰炸机机架和外壳采用钛和碳素/环氧树脂复合材料，它是一种蜂窝结构；“先