第三版内容-隐形材料力

,神奇的-隐形材料,目录,概况,吸波原理,分类,工程应用,4,1,2,3,发展展望,5,何为隐形,广义的隐形包括雷达波隐形、声隐形、红外隐形等方面。而狭义的的隐形则专指雷达波隐形。隐形材料是指实施隐形技术所用的特殊材料。在隐形技术中占有极重要的位置,吸波原理,雷达的工作原理雷达通过发射无线电波，也就是电磁波，电磁波向外辐射，当遇到某一物体，电磁波被反射回来，雷达接收信号，通过信号处理，判断反射电磁波物体的形状，速度等信息。,吸波材料的吸波原理吸波材料通过把电磁波转化为其它形式的能量来降低目标的雷达散射截面,从而实现目标隐身的目的.,吸波材料的分类,吸波原理,成型工艺和承载能力,损耗机理,吸收型吸波材料干涉型吸波材料,涂覆型吸波材料贴片型吸波材料结构型吸波材料,电阻型吸波材料介电损耗型吸波材料磁损耗型吸波材料,碳纤维,碳纤维的优点：硬度高、高温强度大、热膨胀系数小、热导率高、耐蚀、抗氧化、质轻、吸收频带宽。,但是，连续碳纤维电阻率较低约10-2cm,是雷达波的强反射体,只有经过特殊处理的碳纤维才具有一定的吸波性能。,短切纤维相对连续纤维，它的电阻率较高碳纤维含量提高吸收率化学改性通过掺杂，改变碳纤维的电磁导率排列方式增加电导率异性截面异性截面增加了电磁波在材料中的散射,电阻型吸波材料,碳化硅纤维,电子型导电高聚物,碳化硅纤维的优点：密度小、耐高温性能好、吸收频带宽、韧性好、强度大、电阻率高,电子型导电高聚物的优点：性能多样化、可控性、质量轻、具有很好的加工性、成膜性、成纤性、结构多样性、可与超微粒子复合形成金属络合物、掺杂/脱掺杂过程完全可逆等。,电阻型吸波材料,介电损耗型吸波材料,电介质型吸波材料的机理是依靠介质的电子极化、离子极化、分子极化等驰豫、衰减电磁波。钛酸钡是一种特殊的电介质,其极化强度与电场之间存在电滞效应,被称为铁电体,铁电体可以利用的吸收机制主要是漏电损耗和驰豫损耗。钛酸钡还具有很强的压电效应,即当晶体发生机械形变时会产生极化,而在相对的界面上产生异号的极化电荷,也可以利用来削弱介质内电场。,碳化硅/钛酸钡/有机树脂复合涂层,磁损耗型吸波材料,金属铁微粉,金属铁微粉吸波剂主要是通过磁滞损耗、涡流损耗等吸收衰减电磁波，主要包括金属铁粉、铁合金粉、羰基铁粉等。金属铁微粉吸收剂具有较高的微波磁导率，温度稳定性好等优点，但是其抗氧化、抗酸碱能力差，介电常数大，频谱特性差，低频吸收性能较差，而且密度大。,多晶铁纤维,多晶铁纤维具有很好的磁滞损耗、涡流损耗及较强的介电损耗，并且是良好的导体，在外界电场作用下，其内部自由电子发生振荡运动，产生振荡电流，将电磁波的能量转化成热能，从而削弱电磁波。,磁损耗型吸波材料,铁氧体,铁氧体吸波材料的优点是涂层厚度薄、重量轻、稳定性好，具有吸收强、频带较宽及成本低的特点。但铁氧体吸波材料存在密度大、高温性能差等缺点。,夜鹰隐形战机,铁氧体可分为尖晶石型、石榴石型和磁铅石型,均可作吸波材料,其中以六角晶系磁铅石型吸波材料的性能最好。这是因为六角晶系磁铅石型铁氧体具有片状结构,而片状是吸收剂的最佳形状;其次是它具有较高的磁性各向异性等效场,因而有较高的自然共振频率,新型纳米吸波材料,目前，纳米雷达波吸收剂主要有：纳米金属和合金、纳米铁氧体、纳米碳化硅、纳米金属膜、纳米氮化铁等。,纳米材料的特性：表面效应量子尺寸效应宏观隧道效应,优点主要为吸波剂添加量少，易于得到吸收性能好、厚度薄、面密度小的轻质复合材料；对电磁波的吸收强，且吸波频率宽；在达到吸波性能的同时又能大幅提高复合材料的力学性能。但是，由于材料为纳米量级，因此具有较高的比表面能，处于热力学不稳定态，就无法发挥复合材料的性能，限制了它的应用。,1微波隐身材料2红外隐身材料3激光、声隐身材料4超材料,微波隐身材料概况,吸波材料最早用于军事目的,称为“隐身材料”。,吸波材料指能吸收、衰减入射的电磁波,并将其电磁能转换成热能耗散掉或使电磁波因干涉而消失的一类材料。,吸收雷达波的材料称雷达波吸收材料（RAM）或微波吸收材料，简称吸波材料。它是主要的微波隐身材料。,1微波隐身材料2红外隐身材料3激光、声隐身材4超材料,2红外隐身材料一、红外隐身的基本原理,红外探测是仅次于雷达探测的探测武器的可靠方法。红外探测通常是被动方式，是利用目标发出的红外线来发现、识别和跟踪目标。,工作状态的武器红外隐身包括近、中和远红外波段，而非工作状态的常温目标主要是近红外隐身。近红外隐身的途径，主要是使目标对阳光反射的特征相同至少相似于背景对阳光的反射。,二、近红外隐身涂料的工作原理,近红外隐身涂料在目标上形成涂层，按工作原理分单色迷彩、变形迷彩和变色迷彩三类。,三、近红外隐身涂料的组成,功能复合涂料，它由颜料、高分子基料和其他附加成分复合而成。颜料是决定近红外隐身涂料特征值的关键成分，一般是粉末，可以是粒状、片状或其他形状。按化学成分分，可分为无机颜料(如铬酸盐、氧化铁、三氧化铬、氧化锌、二氧化钛和炭黑等)和有机颜料(如偶氮化合物等)。,高分子基料是决定近红外隐身涂料的机械性能和施工性能的关键成分，由于它的含量很大，对红外隐身性能也有很大的影响，因此，要求它对太阳能的吸收系数低。且近红外波段的比辐射率也低。目前主要用醇酸树脂、环氧树脂、聚丙烯酸树脂和聚氨酯树脂。,四、中、远红外隐身材料的种类,按工作原理可分为降温材料、低发射率材料、热迷彩材料、变频材料、杂化材料和双层材料。,1、降温材料,降温材料已经应用的是隔热材料。隔热材料主要有隔热泡沫塑料和隔热陶瓷材料。隔热泡沫塑料的种类取决于目标的表面温度，表面温度越高，选用的隔热泡沫塑料的熔点越高。常用的有聚苯乙烯、聚氨基甲酸酯和硅橡胶。,2、隔热陶瓷,隔热陶瓷材料的种类很多，但由于它主要涂敷在发动机内壁，要求高耐温性。氧化锆陶瓷的熔点高达3000以上，可以满足各种发动机对高耐温性的要求。如美国NASA刘易斯研究所研究的氧化锆陶瓷涂层，经在发动机上试验，其隔热效果为150。目前已在F15战斗机上应用。,3、低发射率材料,降低目标的热辐射特征是热隐身材料技术的一个主要途径。目前正在研究的低发射率材料有涂料型和薄膜型两类。薄膜型低发射材料包括半导体单层膜和金属电介质或类金刚石半导体的组合膜。它们的发射率比涂料型的要低，但由于制造麻烦，设备复杂，成本昂贵，难以在武器上实际应用，目前研究的重点还是涂料型低发射材料。,中、远红外隐身的途径,从理论上分析，可包括为以下四个方面：（1）改变目标的红外辐射特征。（2）降低目标的红外辐射强度。（3）控制目标红外辐射的传输过程。（4）干扰目标的红外辐射信号。,1微波隐身材料2红外隐身材料3激光、声隐身材料4超材料,一、激光隐身材料,激光的单色性好、方向性强、相干性和亮度好，在军用探测和制导技术上已经广泛应用。激光侦测手段主要有激光测距机、激光目标指示器、激光制导和激光雷达。,激光隐身材料技术是激光隐身技术的重要技术途径之一。激光隐身材料以涂敷型材料最适用，因为它价格低，使用方便，适用于各种目标和目标的各种部位，且更新容易。,激光隐身技术对激光隐身涂料的要求，主要有以下几项：,(1)对激光的反射率要很低。(2)响应波段要宽。(3)对激光的镜面反射要低。(4)能耐强激光的照射。(5)物理机械性能和耐候性好。,激光隐身涂料的工作原理,利用涂料对激光的吸收来降低其反射率。吸收率的大小主要取决于涂料对激光的吸收光谱，而吸收光谱又取决于涂料的跃迁能级的种类和能级差。,激光隐身涂料一般由吸收剂、基料和附加成分组成。,吸收剂是吸收激光，降低反射率的关键成分，吸收剂可分为有机吸收剂和无机吸收剂，如许多半导体和有机染料。基料一般也是高分子粘结剂，它们一般对上述激光器工作波长的激光都有不同程度的吸收。附加成分有两类：其一是颜色迷彩用的颜料，般对激光也有不同程度的吸收；另一类是改善物理机械性能和工艺过程的成分，一般对激光的反射影响不太大。,二、声隐身材料,声探测手段是探测水面目标，特别是水下目标如潜艇、鱼雷的主要手段。声探测手段主要是声纳。声纳可分为主动声纳和被动声纳两类：因此，声隐身材料也可分为两类：对于主动声纳主要用吸声材料；对于被动声纳主要用隔声材料和防振降噪材料。,1微波隐身材料2红外隐身材料3激光、声隐身材料4超材料,“超材料”,美国杜克大学的科学家称，他們使用“超材料”研制出使光线弯曲的新材料，朝制造隐形设备的目标迈出了关键性一步。超材料（Metamaterial）是指具有天然材料所不具备的超常物理性能的人工复合结构或复合材料，理论学家认为，超材料能够被用來制造各种各样的隐形裝置，這些裝置能使物体周围的光等電磁波“绕道而行”使物体变得不可见中国超材料横空出世三军武器可实现光学隐身_标清_标清.flv,工程应用,D,安全保护,微波暗室,隐身技术作战运用,改善整机性能,最高技术,安全保护,由于高功率雷达、通信机、微波加热等设备的应用，防止电磁辐射或泄漏、保护操作人员的身体健康是一个全新而复杂的课题，吸收材料就可达到这一目的。另外，目前的家用电器普遍存在电磁辐射问题，通过合理使用吸收材料及其元器件也可有效地加以抑制。,微波暗室,微波暗室主要用于雷达或通信天线、导弹、飞机、飞船、卫星等特性阻抗和耦合度的测量、宇航员用背肩式天线方向图的测量以及宇宙飞船的安装、测试和调整等，这既可消除外界杂波干扰和提高测量精度与效率（室内可全天候工作），还可保守秘密。,隐形技术,在飞机、导弹、坦克、舰艇、仓库等各种武器装备和军事设施上面涂复吸收材料，就可以吸收侦察电波、衰减反射信号，从而突破敌方雷达的防区，这是反雷达侦察的一种有力手段，减少武器系统遭受红外制导导弹和激光武器袭击的一种方法。,下面让我们来具体认识几种功能各异的,军用隐形材料,1989年12月20日，美军架117隐形战斗轰炸机长途奔袭几千公里，将沉睡中的巴拿马里奥阿托机场变成了一片火海，上演了全隐身武器装备投入实战的“处女秀”。,117隐形战斗轰炸机轰炸巴拿马里奥阿托机场,1991年1月17日凌晨，多架F-117战机悄无声息地出现在巴格达上空，向市中心通讯大楼投下炸弹，45分钟后巴格达空袭警报才响起。,巴格达被袭击后的场境,F-117“夜鹰”轰炸机,2011年5月2日，美军2架“黑鹰”隐形直升机和2架“支努干”直升机从阿富汗秘密进入巴基斯坦境内，突袭了位于巴首都伊斯兰堡以北60公里处的住宅，成功击毙本拉登，轰动全球。,F-35是与F-22形成高低档搭配的同一代战斗机，作为一款多功能隐身战机，它几乎承载了西方新一代战机的全部希望。,实例展示,F-35战机由多国共同研制,实例展示,瑞士“维斯比”护卫舰,“科曼奇隐形直升机,改善整机性能,在卫星通信系统中应用吸收材料，将避免通信线路间的干扰，改善星载通信机和地面站的灵敏度，从而提高通信质量。,在雷达或通信设备机身、天线和周围一切干扰物上涂复吸收材料，则可使它们更灵敏、更准确地发现敌方目标；在雷达抛物线天线开口的