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”或者“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X蚊式战机

达系统隐形是相当成功的，但今天

这些技术已再也不合用。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份的雷达反射效果进

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RCSo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

型或者埋入技术相结合的新型结构吸波材料技术或者在发动机前安

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

用材料或者改变外形设计减少散射；飞机座舱或者光学传感器窗口采

用透明电膜如钢锡氧化物膜或者用金属蒸镀膜材料减少散射；对

机翼和导

弹弹翼用涂层或者阻抗加载、匹配的结构吸波材料以降低RCS面积。

三、雷达吸波材料

雷达吸波材料是减少雷达RC

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，如锂一

镉氧体、锂一锌氧体、锲一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

量惟独铁氧体材料的1/10；还研制出一种“铁球”涂料，它因包含

有大量极弱小的铁球而得此名，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-7RA-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针一20、镉

—242、锢一90、针一210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者

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、角锥或者其它类型芯材，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创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

进技术轰炸机”(ATB)蒙皮采用碳、玻璃纤维和石墨纤维增强的

复合材料；无人机隐身大部份采用凯夫拉纤维蜂窝夹层作为隐身材

料。

四、红外隐身材料

主要用隔热吸热涂料、低发射

率薄膜和红外迷彩涂料和降温涂

料实现隐身，目前有两种途径，一

是研制多层复合材料，如将隐身材

料与雷达吸波材料衬底结合或者

将金属超细粉末与金属薄膜多层

结构混合，可以制成兼顾红外、雷达的吸波材料、二是新型功能材料，

利用有机聚合物研制具有吸波性的电致变色材料美国空军在F-117、

F-22战斗机上涂覆的隐身材料不仅可以在宽带范围内吸收雷达波，

而且可以使飞机表面的红外辐射下降60〜70%。

美国研制的放射性等离子体和半导体涂料，不仅可以对雷达波的

吸收频带宽、反射衰减高，而且可以吸收红外和声波信号。美国还在

研制纳米薄膜隐身材料，纳米薄膜可在很宽频谱范围内对光和电磁

波的辐射具有非常好的吸收性能，例如用氮化硅、碳化硅、氧化铝和

氧化锌纳米薄膜，可对红外光、雷达波具有宽频谱的吸收能力，目前

已经运用于飞机、航天器、卫星和导弹等武器装备的隐身。

五、等离子体隐身材料

等离子体隐身技术的开

发是新型隐身刀兵的一个典

型例子。1999年5月，俄罗

斯科学家称，一种等离子体

发生器已经安装在一架“米

格”喷气战斗机上。这表明

等离于体隐身技术正向着实用化方向发展。由于在理论上具有一系列

的优点，军事强国对等离子体隐身技术都极其关注。但是也由于存在

着一系列的技术难题，等离子隐形技术距实际应用尚有较大的距离。

等离子体隐身技

术的原理是利用电磁

波与等离子体互相作

用的特性来实现的，其

中等离子体频率起着俄罗斯技术

重要的作用。等离子体验证机Su-47

频率指等离子体电子的集体振荡频率，频率的大小代表等离子体

对电中性破坏反应的快慢，它是等离子体的重要特征。若等离子

体频率大于入射电磁波频率，则电磁波不会进入等离子体。此时,

等离子体反射电磁波，外来电磁波仅进入均匀等离子体约2mm,

其能量的86%就被反射掉了。但是当等离子体频率小于入射电磁

波频率时，电磁波不会被等离于体截止，能够进入等离子体并在

其中传播，在传播过程中.部份能量传给等离子体中的带电粒子，

被带电粒子吸收，而自身能量逐渐衰减。等离子体之内电子密度

越大，振荡频率越高，和离子、中性粒子碰撞的频率就高，对雷

达波的吸收就越大。同时雷达波在等离子体中传播时.由于在等

离子体中有大量的中性份子或者原子，所以还存在着介电损耗。

等离子体介质在雷达波交变电场的作用下产生极化现象，在极

化过程中，电荷来回反复越过势垒，消耗电场的能量，表现为

电导损耗，松弛极化损耗，和谐振损耗等。此外，由等离子体

发生器喷射到飞机外围空间的等离子体是非均衡等离子体，处于

非热动力平衡状态，经过一定时间离子间的碰撞才达到趋向密

度均匀和温

度均匀的热力学平衡状态。

等离子体隐身具有如下独特的优点：

(1)吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好.使用简便、使用时

间长、价格极其便宜；

(2)由于等离子体是宏观呈电中性的优良导体，极易用电磁的

办法加以控制.只要控制得当.还可以扰乱敌方雷达波的编码，

使敌方雷达系统测出错误的飞行器位置和速度数据以实现隐身

(3)无需改变飞机等装备气动外形设计，由于没有吸波材料

和涂层，维护费用大大降低，

(4)俄罗斯的实验证明，利用等离子体隐身技术非但不会影响

8行器的飞行性能.还可以减少30%以上的飞行阻力。

六、总结

目前美国已在B-2轰炸机、F-117A、F-22、F/A-18E、

F-35、各种直升机以及“联合防区外发射空地巡航导弹"(JASSM)、

AGM-137巡航导弹、AGM-129、"联合防区外发射武器"JSOW(AGM

-154)导弹等均采用了隐身技术。由于探测系统在2022年先后高度

发达，屈时没有隐身能力的飞机和导弹将失去作战能力。

估计到2022年先后，纳米隐身材料、智能隐身材料将广泛应用

于各种飞机和导弹上。而且智能隐身武器将能够实现自检测、自监控、

自修复、自校正、自适应，使飞机和导弹系统真正实现自动化、智能

化隐身。

参考文献

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