材料前沿-隐身材料.ppt

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1、隐 身 材 料,一、基 本 概 念,1、隐身（stealth）低可探测（low observable)在一定的探测环境中，通过控制、降低目标的信号特征，使其难以被发现、识别和攻击。（1）并非不可见，雷达、可见光、红外（2）降低的是特定探测器的信号特征（3）时间性、空间性,一、基 本 概 念,2、电磁波谱与探测波段侦察波段：0.40.76m可见光、0.761.2m近红外、814m热红外、Ka、Ku、X、C、S波段雷达。,一、基 本 概 念,3、侦察手段雷达侦察：不受天气影响，距离远 合成孔径、多普勒、相控阵 预警、战略、火控红外侦察：精度高，温度敏感 可见光、近红外、热红外 地面设施、地面装备、

2、单兵,一、基 本 概 念,4、隐身与伪装隐身技术（通常指雷达隐身）：通过改变外形、使用吸波材料等手段，降低目标的RCS，从而缩短雷达发现距离的技术。伪装（通常指可见光、近红外、热红外伪装）：通过变形、遮蔽、仿造等欺骗手段，实现“隐真示假”，从而使目标不被发现的技术。,二、主要侦察手段,1、卫星侦察 成像侦察卫星 成像侦察卫星一般为低轨道，其轨道高度一般在100到650公里之间。星载设备主要为大型望远镜；可见光、多光谱CCD成像设备；合成孔径雷达；数据处理与传输设备等。美国锁眼-12（KH-12），采用了红外成像和自适应光学技术，具有夜视能力和较强的变轨能力，详查地面分辨率为0.1米，夜用分辨率

3、为20米。锁眼11和锁眼12受天气影响较大，不能透过云雾拍摄地面景物，需与雷达成像卫星相配合。,二、主要侦察手段,锁眼-12成像侦察卫星,二、主要侦察手段,“长曲棍球”(Lacrosse）雷达成像卫星第一颗于1988年发射，星上装有大型合成孔径雷达。可穿透云层和伪装昼夜侦察地面目标，雷达分辨率为1米。该雷达还能克服云雾雨雪和夜暗限制，对地面成像，从而使该卫星实现全天候侦察。,二、主要侦察手段,电子侦察卫星 自1962年5月发射世界上第一颗电子侦察卫星以来，美国至今已发展了4代这种卫星，目前美国主要使用第4代电子侦察卫星，包括“水星”、“顾问”、“命运三女神”和“号角”等。,二、主要侦察手段,2

4、、航空侦察高空高速战略侦察机 美国空军的战略侦察机SR7l（黑鸟）于60年代研制。“黑鸟”在1964年正式公开，其飞行最高速度可达M3.5(高度25000米)，最大飞行高度30000米，巡航高度25000米。主要针对中国、越南和北朝鲜进行间谍侦察飞行。,二、主要侦察手段,2、航空侦察“全球鹰”大型无人侦察机：安装光电/红外传感器、合成孔径雷达、威胁报警系统和干扰箔条投放系统。在20000米高空可识别地面各种飞机、导弹和车辆。,二、主要侦察手段,2、航空侦察“全球鹰”主要性能参数：长 13.53米 翼展 35.42米 最大起飞质量 10394公斤 巡航速度 635公里/小时 实用升限 20500

5、米 活动半径 5560公里 续航时间 42小时,二、主要侦察手段,全球鹰”无人机的侦察能力可达：光电系统分辨率0.08米,合成孔径雷达分辨率0.3米,二、主要侦察手段,2、航空侦察,三、雷达吸波材料,1、雷达吸波材料的基本概念1.1 雷达与雷达散射截面：雷达：radio detecting and ranging 无线电探测与测距 雷达散射截面：radar cross section 目标的回波功率用一个各向同性的等效反射器的投影面积来表示，该等效反射器与被定义的目标在接收方向单位立体角内具有相同的回波功率。在数值上等于发射功率与接受功率比值的4倍.对于每个视角、不同的雷达频率等都对应不同的R

6、CS。例如F-16的某个波段的RCS值正前方为4平方米，而侧向则大于100平方米。,三、雷达吸波材料,1.2 雷达吸波材料：通过电磁损耗而使入射雷达波有效衰减、反射回波大大减少的材料。按工作原理可分为：电损耗型 磁损耗型 谐振型 频率选择表面 左手材料 按结构形式可分为：结构吸波，涂层、贴片、泡沫、蜂窝等等,三、雷达吸波材料,1.4 典型吸波材料：,三、雷达吸波材料,1.4 典型吸波材料：,三、雷达吸波材料,2.吸波材料的性能及电设计2.1 对吸波材料的性能要求 1）带宽：频带 2）密度：面密度 3）厚度：4）耐久性：薄、轻、宽、强,三、雷达吸波材料,2.2 吸波涂料的组成及特点 组成：树脂基

7、体+吸收剂 特点：1）薄：1mm，0.5mm，适于飞行器 2）面密度：1mm，3kg 3）宽：218GHz，8dB 4）耐久性：差,三、雷达吸波材料,2.2 吸波涂料的组成及特点 树脂基体：氯化橡胶、氯磺化聚乙烯、环氧、聚氨酯、聚氨酯改性环氧 要求：1）附着力高 2）韧性好 3）填充量大 4）与铁粉相容 5）介电常数小,三、雷达吸波材料,2.2 吸波涂料的组成及特点 吸收剂：六角铁氧体，羰基铁粉 炭黑，导电纤维 要求：1）磁导率高 2）频率相应特性好 3）介电常数适当 4）介电损耗高,三、雷达吸波材料,2.3 吸波涂料的电设计 展宽频带，是吸波涂料设计的核心 宽带吸波材料设计面临两个问题：一是

8、怎样才能使入射波进入材料中而不是简单地从前界面反射掉；二是一旦入射波进入吸被材料内部、怎样才能将微波能量转化其它能量，将其最大程度地消耗。这两个要求经常是相互矛盾的，因而必须对带宽、吸波性能、和材料厚度进行折中。,三、雷达吸波材料,2.3 吸波涂料的电设计,三、雷达吸波材料,2.3 吸波涂料的电设计 1）阻抗匹配：为了使电磁波的能量无反射地被材料吸收，要求材料的特性阻抗等于传输线路的特性阻抗。对在自由空间传播的电磁波而言，其归一化阻抗等于1。对自由空间中平板结构材料，其反射率R与材料的等效阻抗ZL关系为：,三、雷达吸波材料,2.3 吸波涂料的电设计 材料的本征阻抗：对于电磁波下的磁导率和介电常

9、数，都是复数，通常以r r表示。真空下的本证阻抗，等于377,三、雷达吸波材料,2.3 吸波涂料的电设计 2）界面损耗,三、雷达吸波材料,2.3 吸波涂料的电设计 2）界面损耗 电磁波进入到吸波材料中，每传播到一个界面，持有三种主要情况。即一部分能量被界面吸收，一部分能量通过界面，传播至下一个界面，还有一部分能量则反射回来。反射回来的部分遇到上一个界面时，也会产生上述三种情况，不过此时的能量变小。如此类推下去，电磁波在吸被材料中传播的过程，实际上是振幅不同的多个波的往返传播，最终结果使射入吸彼材料中的电磁波的能量得到衰减，达到吸波目的。,三、雷达吸波材料,2.3 吸波涂料的电设计 3）介质波长

10、 由于速度变慢，因而波长变短，从而为1/4波长吸收奠定基础。,三、雷达吸波材料,3.吸收剂的电磁参数 介电常数和磁导率是表征吸收剂电磁特性的本征参数，在交变磁场的作用下二者分别用复数形式表示为 r=+”r=+”衰减常数为：,三、雷达吸波材料,3.吸收剂的电磁参数 可以看出，从介质对电磁波吸收的角度考虑，在 和 足够大的基础上，”和”越大越好。但是设计中还需要考虑材料阻抗的匹配，因此 和的实部和虚部并非简单地越大越好，而应当根据吸波材料的设计来确定电磁参数的最佳值。既要考虑阻抗匹配，减少电磁波企入射界面的反射，又要考虑加强对已进入介质的电磁波的吸收，避免电磁波被再次反射回来。,三、雷达吸波材料,

11、4.几种典型的吸收剂4.1石墨和炭黑,三、雷达吸波材料,4.1石墨和炭黑 石墨在很早以前就被用来填充在飞机蒙皮的夹层中，吸收雷达波。美国在石墨树脂复合构料的研究方面取得了很大进展，用纳米石墨作吸收剂制成的石墨热塑性复合材料和石墨环氧树脂复合材料，称为“超黑粉”纳米吸被材料，不仅对雷达波的吸收率大于99，而且在低温下仍保持很好的韧性。,三、雷达吸波材料,4.2 六角晶系铁氧体,三、雷达吸波材料,4.2 六角晶系铁氧体,三、雷达吸波材料,4.3 羰基铁粉,三、雷达吸波材料,4.3 羰基铁粉,三、雷达吸波材料,5.吸收剂存在的问题及发展方向 介电类吸收剂：频率响应特点差，无法满足宽频带要求 发展方向

12、：通过微结构设计，制备良好频率相应特性的介电材料。纳米碳管、纳米碳球、导电高分子、纳米螺旋,三、雷达吸波材料,5.吸收剂存在的问题及发展方向 铁磁类吸收剂：介电常数较高，无法满足重量轻的要求 发展方向：采用包膜、镀膜、化学反应等手段，降低介电常数。采用纳米晶、各向异性结构，进一步提高磁导率。,三、雷达吸波材料,5.吸收剂存在的问题及发展方向 铁磁类吸收剂的表面改性：湿法改性：1）偶联剂：硅烷类；钛酸脂、铝酸脂、锆酸脂类 2）表面活性剂（离子型、非离子型）3）有机聚合物、有机硅、不饱和有机酸、丙烯酸 4）先驱体：硅酸乙酯、氢氧化铝,三、雷达吸波材料,5.吸收剂存在的问题及发展方向 铁磁类吸收剂的

13、表面改性：干法改性：1）二氧化硅包覆：奈良机械 2）离子渗氮、渗硼、渗硫,四、伪装材料,1.目标的主要暴露征候：目标为什么会暴露？与背景不融合，没有融入背景,四、伪装材料,1.目标的主要暴露征候：目标的形状、颜色、大小、影象及发光等外表特征；目标的运动、活动痕迹、烟尘、射击火光等特征；电台、雷达发出的电磁波和目标反射雷达波的特征；标的温度和辐射、反射红外线特征；目标的战术配置特征等。,四、伪装材料,1）目标的形状、颜色、大小、影象及发光等外表特征；,四、伪装材料,2）目标的运动、活动痕迹、烟尘、射击火光等特征；,四、伪装材料,战场目标的活动痕迹；,四、伪装材料,3）电台、雷达发出的电磁波和目标

14、反射雷达波的特征；,四、伪装材料,4）目标的温度和辐射、反射红外线特征；,四、伪装材料,5）目标的战术配置特征；,四、伪装材料,2.伪装的基本原理：与背景融合，融入到背景中；消除、降低目标与背景的差别，即最大限度地消除目标的暴露征候。,四、伪装材料,2.伪装的基本原理：防光学侦察：消除和降低目标与背景之间的颜色、形状和亮度上的差别。（可见光迷彩、形状分割）防近红外侦察：消除和降低目标与背景之间对近红外反射的差别。（近红外迷彩、形状分割）防热红外侦察：消除和降低目标与背景之间热辐射的差别。（热红外迷彩、形状分割）,四、伪装材料,3.主要的伪装措施：遮蔽 融合 示假 规避,四、伪装材料,1）遮蔽：

15、遮蔽隐真技术，把真目标遮蔽起来,四、伪装材料,1）遮蔽：遮蔽隐真技术，把真目标遮蔽起来,四、伪装材料,2）融合：减小和消除目标与背景的差别,四、伪装材料,3）示假：设置假目标，使其真假难辨。,四、伪装材料,4）规避：根据侦察的盲点实施目标规避。,四、伪装材料,4.几种常见的伪装方法：迷彩伪装遮障伪装假目标伪装烟幕伪装植物伪装灯火伪装音响伪装,四、伪装材料,1）迷彩伪装技术：用涂料、染料和其他材料改变目标和背景的颜色、图案、对比度所实施的伪装。（1）保护色迷彩（2）变形迷彩（3）仿造色迷彩（4）光变色迷彩（5）多功能迷彩,四、伪装材料,俄米格-29飞机腹部天蓝色（保护色迷彩）,四、伪装材料,雪地

16、单兵伪装（变形迷彩）,四、伪装材料,美军的迷彩帐篷（变形迷彩）,四、伪装材料,四、伪装材料,四、伪装材料,四、伪装材料,多功能迷彩,四、伪装材料,2）遮障伪装：利用各种制式伪装器材对目标进行伪装的一种方 法。,四、伪装材料,沙漠中三坐标防空雷达伪装网,四、伪装材料,四、伪装材料,对港口和码头的遮障伪装,四、伪装材料,荒漠地区遮障伪装效果比较,四、伪装材料,3）假目标伪装：形体假目标:仿造的形状与兵器、人员、工事、机场、桥梁等相似的模型类假目标。功能假目标:具有反射雷达波或产生热辐射等特定功能的假目标，如偶极子反射体、角反射器、红外诱饵等制式假目标和就便材料制成的非制式假目标。,四、伪装材料,瑞

17、典的制式假飞机,四、伪装材料,(1)制式形体假目标,四、伪装材料,四、伪装材料,4）烟幕伪装(1)烟幕伪装的原理 军用烟幕是一种人工气溶胶。它通常是将一些对光电波束有良好吸收和散射作用的固态或液态物质，通过机械分散方式或化学凝集方式分散在气体中而形成的。烟幕通过对光电信号的吸收和散射作用衰减光电信号。,四、伪装材料,烟幕伪装,四、伪装材料,（2）常用烟幕伪装 普通烟幕可干扰或遮蔽可见光，但对激光、红外辐射和毫米波不起作用；金属化合物和等离子体烟幕可干扰微波、无线电波和红外辐射，但对可见光作用不大；专用红外烟幕可干扰或遮蔽中远红外辐射;新型宽频带烟幕可完全遮蔽可见光、近红外辐射、106微米和10

18、6微米的激光，还可以干扰35微米、812微米的中红外和远红外辐射，但对毫米波作用不大。,四、伪装材料,5、可见光、近红外迷彩伪装涂料1）基本原理：利用背景反射特性，以背景反射光谱特性曲线为基础，制定迷彩颜料或涂料的配方，以复制背景；并通过对颜色和表面组织结构的控制，在目标上形成地物色彩和表面组织结构图案，以减少与背景的对比度，消除阴影，造成模糊，改变目标的轮廓。,四、伪装材料,2）基本组成：树脂基体+功能颜料、填料 树脂：提供力学性能 填料：提供颜色、光谱反射性能3）三色迷彩：深绿：森林暗色背景 土黄：沙土，荒漠背景 中绿：植被背景，模拟绿色植物光谱反射曲线 南方林地型、北方林地型、荒漠型 单

19、兵斑块、大型设备斑块、通用斑块,四、伪装材料,4）典型背景的光谱曲线：,四、伪装材料,4）典型背景的光谱曲线：,四、伪装材料,4）典型背景的光谱曲线：,四、伪装材料,4）典型背景的光谱曲线：,四、伪装材料,4）典型背景的光谱曲线：,四、伪装材料,5）典型功能颜料：铬绿、钴绿、叶绿素提供绿色、光谱反射率 铬黄、铁红提供黄色、土色 炭黑提供配色、亮度和对比度6）研制步骤：确定背景 初步确定配方 调配色 反射率测试,四、伪装材料,6、可见光、近红外、热红外伪装涂料1）兼容性原理：热红外：红外发射率，降低反射率2）主要填料：金属粉3）难点：低发射率与涂层亮度的矛盾,四、伪装材料,7、可见光、近红外、热红外、雷达兼容涂料1）原理：可见光、红外：表面或近表层性能 雷达：与厚度关系密切，电磁参数和厚度控制2）难点：控制表层介电常数 物理兼容性,四、伪装材料,8、伪装材料的发展趋势1）变色龙材料：光致变色 温致变色 电致变色 2）智能材料：智能蒙皮（微器件）相变材料（微胶囊、可控胶囊）,