隐身复合材料

雷达吸波涂层
• 吸波材料是指能够有效的吸收入射雷达波 并使其散射衰减的一类功能材料，它可以 降低作战武器系统的雷达散射截面(RCS)， 从而降低被雷达发现的可能性。
二，结构吸波材料简介
结构吸波材料
• 结构型吸波材料是在先进复合材料基础上 发展起来的双功能复合材料,它既能吸波又 能承载,可成型各种形状复杂的部件,如机翼、 尾翼、进气道等,具有涂覆材料无可比拟的 优点,是当代吸波材料主要发展方向。
五，前景展望
前景展望
• 随着现代科技突飞猛进的发展,吸波复合材 料无论在制备技术方面还是在性能及应用 方面都有了大幅度的提高,正朝着复合化、 智能化、宽频化方向飞速发展。
5.1复合化
• 根据目前吸波材料的发展现状,一种类型的 材料很难满足日益提高的隐身技术所提出 的“薄、宽、轻、强”的综合要求,因此需要根 据具体要求将不同种类的粉体进行各种形 式的复合以获得最佳吸波性能。
结构型吸波复合材料的优化设计方法
常用的优 化方法 遗传算法 单纯形法 罚函数法
4.1遗传算法
• 遗传算法的基本思想是： • 从一个初始群体（一组后选解）开始进行 迭代，在每次迭代的过程中都按后选解的 优劣进行排序，保留其中优秀的部分，通 过一些遗传操作如杂交、变异等运算，产 生新一代后选解，重复这个过程，直到满 足某个收敛条件为止。
多层结构型和多层夹芯结构型吸波复合材料
• 国外利用计算机辅助设计每一层的介电性 能，采用自动铺层、数控缠绕、编织等新 技术，把复合材料制成多层结构和多层夹 芯结构，这种结构具有很好的吸波性能， 同时大大减轻结构质量，特别适宜制造隐 身飞机蒙皮。
多层结构型和多层夹芯结构型吸波复合材料
• 英国Plessey公司和美国杜邦公司都开发 Nomex蜂窝结构吸波材料。 • Plessey公司研制的K-RAM是一种新型的可 承受高应力的宽频结构型雷达吸收材料， 其主要性能特点是力学强度高。 • 日本东丽工业公司和美国赫格里斯公司联 合开发下一代隐身飞机APC-2/Nomex蜂窝 结构材料。
2.1吸波原理
• 吸波原理
入射波
反射波
折射波
2.1吸波原理
• 对电磁波进行有效的吸收的条件： 对电磁波进行有效 吸收的条件： 进行有效的 (1)使电磁波最大限度进入到材料内部， 使电磁波最大限度进入到材料内部 (1)使电磁波最大限度进入到材料内部，以减 少电磁波的直接反射。 少电磁波的直接反射。
3.2吸波复合材料的热物理性能
• 材料的热物理性能是影响吸波性能稳定性 的重要因素之一,吸波复合材料的热稳定性 与许多因素有关,如材料的成分、物理化学 性能、机械性能、以及制品的形状、尺寸 和工作条件等因素。 • 因此,改善吸波复合材料的耐热冲击性,克服 其高温下性能恶化,提高其热稳定性是吸波 复合材料研究的一个重要方向。
隐身技术简介
• 隐身技术作为提高武器系统的生存能力和 突防能力的有效手段，越来越受到世界各 国的高度重视，世界各国都在努力发展隐 身技术。
F-117A
B-2
隐身技术简介
F-22 歼-20
T-50
隐身技术简介
隐身技术
雷达吸波涂层 结构吸波材料 外形技术
外形设计因受到气 动要求的制约,其作 用潜力有限
耐高温结构型吸波复合材料
陶瓷纤维 耐高温材料 陶瓷基复合材料 C/C材料
耐高温结构型吸波复合材料
• 在耐高温结构型吸波复合材料中，以陶瓷 基复合材料最具优势。它具有高比强度、 高比模量、抗烧蚀、耐氧化等优点，并且 基体和增强相的介电性能可调，容易实现 介电性能匹配，具有较强的可设计性。
耐高温结构型吸波复合材料
介质对电磁波的 反射系数为： 反射系数为：
Z和Z0分别是介质的特性阻抗和自由空间的波阻抗
2.1吸波原理
• (2) 电磁波进入材料内部后，要设法对入 电磁波进入材料内部后， 射的电磁波进行有效的吸收和衰减 进行有效的吸收和衰减。 射的电磁波进行有效的吸收和衰减。
能量损耗: 能量损耗 tanD= tanDE + tanDM = Ed/Ec+ Ld/Lc
结构吸波材料
基本内容
• • • • •
一，隐身技术简介 二，结构吸波材料简介 三，影响吸波复合材料性能的主要因素 四，结构型吸波复合材料的优化设计方法 五，前景展望
一，隐身技术简介
隐身技术简介
• 隐形技术俗称隐身技术，准确的术语应该是 “低可探测技术” 。 • 即通过研究利用各种不同的技术手段来改变 己方目标的可探测性信息特征，最大程度地 降低对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和 探测到。
2.2新型结构吸波材料的分类
热塑性混杂纱吸波复合材料
多层结构型和多层夹芯结构型吸波复合材料
耐高温结构型吸波复合材料
智能结构型吸波复合材料
热塑性混杂纱吸波复合材料
• 把热塑性PEEK、PEK、PPS、PEKK、PET、 PBT、LCP等树脂纺成单丝或复丝，分别与不同 的特殊纤维（如碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、 芳酰胺纤维、陶瓷纤维等）按一定比例交替混杂 成纱束，再混杂纱编织成各种织物、轻质夹芯或 粗网格布。然后将混杂织物与同类的树脂制成复 合材料，具有优良的吸透波性能，又兼具复合材 料质量轻、比强度高、韧性好等特点。用它来制 造隐身飞机机身、机翼、导弹壳体等部件，能大 大减少隐身飞行器雷达散射截面（RCS）。
4.3罚函数法
• 罚函数法是一种不用对目标函数求导数的 在多层吸波材料的优化设计中， 直接优化方法。虽然整体最优解的求出在 随参数维数的增加,适当的增加 多层吸波材料的优化设计中是至关重要的， 随机探测和搜索次数，优化总 但获得较好的局部最优解，对各层材料的 能收敛得到整体最优解，而在 选取和材料整体结构设计也有很重要的参 改变初始点的同时，减少随机 考价值。所以，好的优化方法应该既能求 探测和搜索次数，则能得到局 出整体最优解，也能获得局部最优解，罚 部最优解。 函数调用的适应性随机搜索法满足这一要 求。
智能结构型吸波复合材料
• 智能结构型吸波复合材料是用具有独特物 理和化学性质的材料作传感器,在具有传感 和驱动功能的材料中加上控制功能，赋予 材料具有感知功能（信号感受功能或传感 器功能）、信息处理功能（处理器功能）、 自我指令并对信号作出最佳响应的功能 （作动器功能或执行功能）。 • 目前这种材料已被广泛应用于军事与航空 领域，它将在隐身方面有突出作用与应用。
为感应电场D相对于外加电场的滞后相位； DL为感应电场D相对于外加电场的滞后相位； DM为感应磁场B相对于外加磁场的滞后相位； 为感应磁场B相对于外加磁场的滞后相位； 为在外加电场下， Ed 为在外加电场下 ， 材料的电偶极矩产生重拍引起的损耗 的量度； 的量度； 为在外加磁场下， Ld 为在外加磁场下 ， 材料的磁偶极矩产生重拍引起的损耗 量度； 量度； 度。 Ec和Lc分别为材料在电场和磁场作用下产生极化和磁化的程
四，结构型Leabharlann Baidu波复合材料 的优化设计方法
结构型吸波复合材料的优化设计方法
• 对武器系统进行设计时，一般都将提出较 具体的设计目标或者设计指标。例如，在 某个频段或频率点附近，需要设计达到的 反射率或RCS值，或在现有的材料参数里， 去找到一组满足要求的反射率或最低RCS 值的电磁参数组合，这就需要对结构型吸 波材料参数进行优化设计。
3.1吸波复合材料的电物理性能
介质损耗角正切tanσ是表征吸波复合材料 的一个重要的电磁参数,在实践中应用较 为广泛。
在仅取决于电损耗的情况下, 介质损耗角正切由复介电常数决定。 在取决于磁损耗的情况下, 介质损耗角正切是由复磁导率决定。 对于一些具有电损耗和磁损耗的情况 下介质的损耗角正切为两者之和。
3.3微波吸收剂电磁参数的匹配与最佳比
• 吸波复合材料一般由基体材料和吸波剂复 合而成。其中吸收剂的性能、数量及匹配 选择是吸波材料设计中的重要环节。 • 从物理学和材料学的角度来考虑,在试制新 型吸波剂时应该首先满足对吸收剂提出的 电磁特性的具体要求。如波长范围、频带、 反射系数等。除此之外,还应满足其他条件, 如真空和结构方面的限制以及耐热冲击等。
• 国外先后开发了SiC纤维、A12O3纤维、 Si3N4纤维和硼硅酸铝纤维。这些连续纤维 都象棉纱一样可以缠绕或编织成各种织物。 目前，SiC纤维是发展最快和最成熟的吸波 材料。SiC纤维特别耐高温，可在1200℃下 长期工作。其突出优点是强度大、韧性好 和热膨胀率低，密度与硼相当，重要的是 还具有吸波特性。 • 目前，洛克希德公司己用SIC纤维编织物增 强铝板，制造隐身战斗机YF-2的4个直角尾 翼。
三，影响吸波复合材料性 能的主要因素
影响吸波复合材料性能的主要因素
吸波复合材料的电物理性能 吸波复合材料的热物理性能 微波吸收剂电磁参数的匹配与最佳比
3.1吸波复合材料的电物理性能
• 复介电常数和复磁导率:复介电常数和复磁 导率是吸波复合材料电磁特性的两个基本 参数,它们的合理性和实用性是评价吸波复 合材料性能优劣的主要依据。 • 能量损耗是由复介电常数和复磁导率的虚 部决定的。因此,制备吸波复合材料时必须 充分考虑复介电常数和复磁导率的影响。
热塑性混杂纱吸波复合材料
• 采用异型碳纤维和PEEK等树脂的单丝或复 丝混杂织物制成的复合材料，对雷达波的 吸收非常有效。 • 美国海军采用混杂纱PEEK结构隐身材料制 造潜水艇艇身，潜水能力可相当于最新钛 壳潜水艇，而且对吸收和屏蔽电磁波效果 很好。SiC纤维与PEEK混杂增强的结构材 料，特别适宜制造隐身巡航导弹的头锥、 火箭发动机壳体等部件。
耐高温结构型吸波复合材料
• C/C材料也是一种优良的耐高温结构型吸波 复合材料。它具有稳定的化学键，抗高温 烧蚀性能好，强度高，韧性大，还具有优 良的吸波性能，它能很好地减少红外信号 和雷达信号。C/C材料是目前美国航天材料 开发的重点内容之一。 • 目前，C/C材料美国已用于远程导弹、火箭 喷管及头锥和航天飞机机翼前缘。C/C材料 做人造卫星，可使卫星免遭激光攻击。
4.2单纯形法
• 单纯形法的基本思想是： • 先计算出若干点上的目标函数值，例如， 单纯形法是一种求解无约束最优 在各搜索变量的n维空间中，算出n+1个点 化问题的直接搜索法。它的特点 (它们构成一个单纯形的各个顶点)的函数值； 是只用到目标函数,而不必求目标 函数的导数,也不用给出搜索变量 然后进行比较，通过单纯形的迭代计算， 的明显解析表达式。 舍去其中最坏点，代之以新的点，构成一 个新的单纯形；再进行各点函数值比较； 逐步逼近最优点，从而完成单纯形的最优 化搜索。
5.2智能化
• 智能型吸波复合材料和结构是20世纪80年 代逐渐形成并倍受重视的新兴高技术领域, 它是同时具有感知功能、信息处理功能、 自我指令并对信号做出最佳响应的功能材 料系统或结构,目前这种新兴的智能材料和 结构已在军事和航天领域得到了越来越广 泛的应用。 • 同时,这种根据环境变化调节自身结构和性 能并对环境做出最佳响应的思路,使智能隐 身目标和实现成为可能。
5.3宽频化
• 在同一目标上使用的材料不应是单功能多 层结构,而希望成为多功能材料,实现四个或 五个波段以上的多功能隐身材料一体化设 计。随着先进探测器的相继问世,吸波复合 材料必将发展成能兼容米波、厘米波、毫 米波、红外和激光等多波段的吸波复合材 料。
• 随着航空电子技术的迅速发展，对吸波材 料的吸波性能要求越来越高，结构型吸波 材料作为一种多功能复合材料，将会得到 愈来愈广泛的应用。
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