艦艇隱身塗料是隱身技術的重要組成部分
基本介紹
- 中文名：艦艇隱形塗料
- 類型：塗料
- 屬性：艦艇隱形
- 屬於：隱身技術
問：B-2和F-117的隱身塗料保養程式複雜，十分脆弱，人員甚至要穿特殊鞋子以免踩壞隱身塗層。艦艇的作戰環境很惡劣，那么艦艇用的隱身塗料是否和飛機用的一樣難以保養？也是到使用時才生產嗎？
答：（stealth material） 隱身材料是實現武器隱身的物質基礎。武器裝 備如飛機、艦船、飛彈等使用隱身材料後，可大大減小自身的信號特徵，提高生存能力。隱身材料按頻譜可分 為聲、雷達、紅外、可見光、雷射隱身材料、按材料用途可分為隱身塗層材料和隱身結構材料。聲隱身材料包 括消聲材料，隔聲材料，吸聲材料及消聲、隔聲、吸聲的複合體。主要用於新一代潛艇。雷達隱身材料能吸收雷 達波，使反射波減弱甚至不反射雷達波，從而達到隱身的目的。如日本研製的一種由電阻抗變換層和低阻抗諧振 層組成的寬頻帶高效吸波塗料，其中變換層由鐵氧體和樹脂混合組成，諧振層由鐵氧體導電短纖維和樹脂組成 ，在1～20吉赫的雷達波段上吸收率達20分貝以上。另外，一些由矽、碳、硼、玻璃纖維，以及某些陶瓷與有機聚 合物構成的複合材料，有很高的機械強度，可用於製作部分結構件，如飛機蒙皮、雷達天線罩等，同時又具有隱身 功能，這類材料稱為隱身結構材料。紅外隱射材料主要用於車輛、艦艇、軍用飛機及其他軍用設施，使這些裝 備和設施的紅外輻射與背景基本達到一致，敵人的紅外探測器難以分辨。用鋁粉及含有二價鐵離子的材料作為 填充料，加到能透過紅外線的粘結劑中，可構成紅外隱身塗料。可見光隱身材料通常由鋁粉、多屬氧化物粉和有 機物複合而成，或由摻雜的半導體材料構成，可形成與背景顏色相匹配的迷彩圖案，滿足可見光隱身的要求。激 光隱身材料用來對抗雷射制導武器、雷射雷達和雷射測距機，要求這些材料對雷射的反射率低可吸收率高。對 隱身材料來說，對某種探測手段的隱身性能好，往往對另一種探測手段的隱身性能就不好。例如，對雷射探測的 隱身性能好，對紅外探測就不能隱身。這就是隱身材料的相容性問題。為解決這一問題，研製了兼容型隱身材 料，如雷達波、紅外兼容隱身材料，紅外、雷射兼容隱身材料，雷達波、紅外、雷射等多種兼容的隱身材料等。 這是當前隱身材料的發展方向。
1.雷達吸波材料〔1〕
雷達吸波材料是最重要的隱身材料，其中尤以結構型雷達吸波材料和吸波塗料最為重要，國外目前已實用的主要也是這兩類隱身材料。
(1)結構型雷達吸波材料
結構型雷達吸波材料是一種多功能複合材料，它既能承載作結構件，具備複合材料質輕、高強的優點，又能較好地吸收或透過電磁波，已成為當前隱身材料重要的發展方向。
國外的一些軍機和飛彈均採用了結構型RAM，如SRAM飛彈的水平安定面，A-12機身邊緣、機翼前緣和升降副翼，F-111飛機整流罩，B-1B和美英聯合研製的鷂-Ⅱ飛機的進氣道，以及日本三菱重工研製的空艦彈ASM-1和地艦彈SSM-1的彈翼等均採用了結構型RAM。近年來，複合材料的高速發展為結構吸波材料的研製提供了保障。新型熱塑性PEEK(聚醚醚酮)、PES(聚醚碸)、PPS(聚苯硫醚)以及熱固性的環氧樹脂、雙馬來醯亞胺、聚醯亞胺、聚醚醯亞胺和異氰酸酯等都具有比較好的介電性能，由它們製成的複合材料具有較好的雷達傳輸和透射性。採用的纖維包括有良好介電透射性的石英纖維、電磁波透射率高的聚乙烯纖維、聚四氟乙烯纖維、陶瓷纖維，以及玻纖、聚醯胺纖維。碳纖維對吸波結構具有特殊意義，近年來，國外對碳纖維作了大量改良工作，如改變碳纖維的橫截面形狀和大小，對碳纖維表面進行表面處理，從而改善碳纖維的電磁特性，以用於吸波結構。
美國空軍研究發現將PEEK、PEK和PPS抽拉的單絲製成復絲分別與碳纖維、陶瓷纖維等按一定比例交替混雜成紗束，編織成各種織物後再與PEEK或PPS製成複合材料，具有優良的吸收雷達波性能，又兼具有重量輕、強度大、韌性好等特點。據稱美國先進戰術戰鬥機(ATF)結構的50%將採用這一類結構吸波材料，材料牌號為APC(HTX)。
國外典型的產品有用於B-2飛機機身和機翼蒙皮的雷達吸波結構，其使用了非圓截面(三葉形、C形)碳纖維和蜂窩夾芯複合材料結構。在該結構中，吸波物質的密度從外向內遞增，並把多層透波蒙皮作面層，多層蒙皮與蜂窩芯之間嵌入電阻片，使雷達波照射在B-2的機身和機翼時，首先由多層透波蒙皮導入，進入的雷達在蜂窩芯內被吸收。該吸波材料的密度為0.032g/cm，蜂窩芯材在6-18GHz時，衰減達20dB；其它的產品如英國Plessey公司的"泡沫LA-1型"吸波結構以及在這一基礎上發展的LA-3、LA-4、LA-1沿長度方向厚度在3.8～7.6cm變化，厚12mm時重2.8kg/m2，用輕質聚氨酯泡沫構成，在4.6～30GHz內入射波衰減大於10dB；Plessey公司的另一產品K-RAM由含磁損填料的芳醯胺纖維組成，厚5～10mm，重7～15kg/m2，在2～18GHz衰減大於7dB。美國Emerson公司的Eccosorb CR和Eccosorb MC系列有較好的吸波性，其中CR-114及CR-124已用於SRAM飛彈的水平安定面，密度為1.6～4.6kg/m2，耐熱180℃，彎曲強度1050kg/cm2，在工作頻帶內的衰減為20dB左右。日本防衛廳技術研究所與東麗株式會社研製的吸波結構，由吸波層(由碳纖維或矽化矽纖維與樹脂複合而成)、匹配層(由氧化鋯、氧化鋁、氮化矽或其它陶瓷製成)、反射層(由金屬、薄膜或碳纖維織物製成)構成，厚2mm，10GHz時復介電數為14-j24、樣品在7～17GHz內反射衰減>10dB。
在結構吸波材料領域，西方國家中以美國和日本的技術最為先進，尤其在複合材料、碳纖維、陶瓷纖維等研究領域，日本顯示出強大的技術實力。英國的Plesey公司也是該領域的主要研究機構。
(2)雷達吸波塗料
雷達吸波塗料主要包括磁損性塗料和電損性塗料
磁損性塗料主要由鐵氧體等磁性填料分散在介電聚合物中組成。目前國外航空器的雷達吸波塗層大都屬於這一類。這種塗層在低頻段內有較好的吸收性。美國Condictron公司的鐵氧體系列塗料，厚1mm，在2～10GHz內衰減達10～12dB，耐熱達500℃；Emerson公司的Eccosorb Coating 268E厚度1.27mm，重4.9kg/m2，在常用雷達頻段內(1～16GHz)有良好的衰減性能(10dB)。磁損型塗料的實際重量通常為8～16kg/m2，因而降低重量是亟待解決的重要問題。
電損性塗料通常以各種形式的碳、SiC粉、金屬或鍍金屬纖維為吸收劑，以介電聚合物為粘接劑所組成。這種塗料重量較輕(一般可低於4kg/m2)，高頻吸收好，但厚度大，難以做到薄層寬頻吸收，尚未見純電損型塗層用於飛行器的報導。90年代美國Carnegie-Mellon大學發現了一系列非鐵氧體型高效吸收劑，主要是一些視黃基席夫鹼鹽聚合物，其線型多烯主鏈上含有連線二價基的雙鏈碳-氮結構，據稱塗層可使雷達反射降低80%，比重只有鐵氧體的1/10，有報導說這種塗層已用於B-2飛機。
(3)電路模擬吸收體和R卡
電路模擬吸收體是西方80年代研究的一種吸波機理和方法，它運用等鏟電路技術對電阻片的電感、電容等參數進行分析和設計，以衰減大部分入射能量。與電路模擬吸收體相關的設計問題是頻率選擇表面(FSS)設計。電路模擬吸收體可以由吸波材料中周期性金屬條、柵、片構成的電阻片製成，也可以採用帶有刻蝕成專門設計的格網圖案的金屬或金屬陶瓷塗層的介質薄膜或薄纖維織物，塗層材料和厚度決定電路模擬薄膜格線單元的有效電阻值；格線單元的循環間隔以及薄膜厚度的電性能可決定吸波體的電感和電容值。這種塗層可採用氣相沉積或濺射方法敷於介質薄膜表面。典型的FSS有振子型、條帶型、正交線型、矩型、圓形等形狀。電路模擬吸收體圖案比較複雜，一般由多個薄膜層組成。每層的設計不同且沿整個吸波體厚度變化，層間距離由設計頻率確定。這種吸波體一般用於吸收寬頻帶電磁波，目前已用於隱身飛機座艙蓋、隱身雷達天線罩的設計。
另一類吸波材料是稱為R卡的電阻性薄膜和纖維織物。這些材料由介質基體材料與非常薄的真空沉積層、濺塗金屬或金屬陶瓷組成。R卡可利用沉積厚度逐漸變化和/或電阻率逐漸變化的材料構成分級塗層。R卡用於機翼時，能較好地滿足氣動外形的要求。在吸收前緣表面的次行波方面也很有效。
2.紅外隱身材料〔1〕
紅外隱身材料作為熱紅外隱身材料中最重要的品種，因其堅固耐用、成本低廉、製造施工方便，且不受目標幾何形狀限制等優點一直受到各國的重視，是近年來發展最快的熱隱身材料，如美國陸軍裝備研究司令部、英國BTRRLC公司材料系統部、澳大利亞國防科技組織的材料研究室、德國PUSH GUNTER和瑞典巴拉居達公司均已開發了第二代產品，有些可兼容紅外、毫米波和可見光。
近年來美國等西方國家在探索新型顏料和粘接劑等領域作了大量工作。新一代的熱隱身塗料大多採用熱紅外透明度
[影響] 隱身材料是隱身技術的重要組成部分。武器系統採用隱身材料可以降低被探測率，提高自身的生存率，增加攻擊性，獲得最直接的軍事效益。因此隱身材料的發展及其在飛機、主戰坦克、艦船、箭彈上套用，將成為國防高技術的重要組成部分。
1.雷達吸波材料〔1〕
雷達吸波材料是最重要的隱身材料，其中尤以結構型雷達吸波材料和吸波塗料最為重要，國外目前已實用的主要也是這兩類隱身材料。
(1)結構型雷達吸波材料
結構型雷達吸波材料是一種多功能複合材料，它既能承載作結構件，具備複合材料質輕、高強的優點，又能較好地吸收或透過電磁波，已成為當前隱身材料重要的發展方向。
國外的一些軍機和飛彈均採用了結構型RAM，如SRAM飛彈的水平安定面，A-12機身邊緣、機翼前緣和升降副翼，F-111飛機整流罩，B-1B和美英聯合研製的鷂-Ⅱ飛機的進氣道，以及日本三菱重工研製的空艦彈ASM-1和地艦彈SSM-1的彈翼等均採用了結構型RAM。近年來，複合材料的高速發展為結構吸波材料的研製提供了保障。新型熱塑性PEEK(聚醚醚酮)、PES(聚醚碸)、PPS(聚苯硫醚)以及熱固性的環氧樹脂、雙馬來醯亞胺、聚醯亞胺、聚醚醯亞胺和異氰酸酯等都具有比較好的介電性能，由它們製成的複合材料具有較好的雷達傳輸和透射性。採用的纖維包括有良好介電透射性的石英纖維、電磁波透射率高的聚乙烯纖維、聚四氟乙烯纖維、陶瓷纖維，以及玻纖、聚醯胺纖維。碳纖維對吸波結構具有特殊意義，近年來，國外對碳纖維作了大量改良工作，如改變碳纖維的橫截面形狀和大小，對碳纖維表面進行表面處理，從而改善碳纖維的電磁特性，以用於吸波結構。
美國空軍研究發現將PEEK、PEK和PPS抽拉的單絲製成復絲分別與碳纖維、陶瓷纖維等按一定比例交替混雜成紗束，編織成各種織物後再與PEEK或PPS製成複合材料，具有優良的吸收雷達波性能，又兼具有重量輕、強度大、韌性好等特點。據稱美國先進戰術戰鬥機(ATF)結構的50%將採用這一類結構吸波材料，材料牌號為APC(HTX)。
國外典型的產品有用於B-2飛機機身和機翼蒙皮的雷達吸波結構，其使用了非圓截面(三葉形、C形)碳纖維和蜂窩夾芯複合材料結構。在該結構中，吸波物質的密度從外向內遞增，並把多層透波蒙皮作面層，多層蒙皮與蜂窩芯之間嵌入電阻片，使雷達波照射在B-2的機身和機翼時，首先由多層透波蒙皮導入，進入的雷達在蜂窩芯內被吸收。該吸波材料的密度為0.032g/cm，蜂窩芯材在6-18GHz時，衰減達20dB；其它的產品如英國Plessey公司的"泡沫LA-1型"吸波結構以及在這一基礎上發展的LA-3、LA-4、LA-1沿長度方向厚度在3.8～7.6cm變化，厚12mm時重2.8kg/m2，用輕質聚氨酯泡沫構成，在4.6～30GHz內入射波衰減大於10dB；Plessey公司的另一產品K-RAM由含磁損填料的芳醯胺纖維組成，厚5～10mm，重7～15kg/m2，在2～18GHz衰減大於7dB。美國Emerson公司的Eccosorb CR和Eccosorb MC系列有較好的吸波性，其中CR-114及CR-124已用於SRAM飛彈的水平安定面，密度為1.6～4.6kg/m2，耐熱180℃，彎曲強度1050kg/cm2，在工作頻帶內的衰減為20dB左右。日本防衛廳技術研究所與東麗株式會社研製的吸波結構，由吸波層(由碳纖維或矽化矽纖維與樹脂複合而成)、匹配層(由氧化鋯、氧化鋁、氮化矽或其它陶瓷製成)、反射層(由金屬、薄膜或碳纖維織物製成)構成，厚2mm，10GHz時復介電數為14-j24、樣品在7～17GHz內反射衰減>10dB。
在結構吸波材料領域，西方國家中以美國和日本的技術最為先進，尤其在複合材料、碳纖維、陶瓷纖維等研究領域，日本顯示出強大的技術實力。英國的Plesey公司也是該領域的主要研究機構。
(2)雷達吸波塗料
雷達吸波塗料主要包括磁損性塗料和電損性塗料
磁損性塗料主要由鐵氧體等磁性填料分散在介電聚合物中組成。目前國外航空器的雷達吸波塗層大都屬於這一類。這種塗層在低頻段內有較好的吸收性。美國Condictron公司的鐵氧體系列塗料，厚1mm，在2～10GHz內衰減達10～12dB，耐熱達500℃；Emerson公司的Eccosorb Coating 268E厚度1.27mm，重4.9kg/m2，在常用雷達頻段內(1～16GHz)有良好的衰減性能(10dB)。磁損型塗料的實際重量通常為8～16kg/m2，因而降低重量是亟待解決的重要問題。
電損性塗料通常以各種形式的碳、SiC粉、金屬或鍍金屬纖維為吸收劑，以介電聚合物為粘接劑所組成。這種塗料重量較輕(一般可低於4kg/m2)，高頻吸收好，但厚度大，難以做到薄層寬頻吸收，尚未見純電損型塗層用於飛行器的報導。90年代美國Carnegie-Mellon大學發現了一系列非鐵氧體型高效吸收劑，主要是一些視黃基席夫鹼鹽聚合物，其線型多烯主鏈上含有連線二價基的雙鏈碳-氮結構，據稱塗層可使雷達反射降低80%，比重只有鐵氧體的1/10，有報導說這種塗層已用於B-2飛機。
(3)電路模擬吸收體和R卡
電路模擬吸收體是西方80年代研究的一種吸波機理和方法，它運用等鏟電路技術對電阻片的電感、電容等參數進行分析和設計，以衰減大部分入射能量。與電路模擬吸收體相關的設計問題是頻率選擇表面(FSS)設計。電路模擬吸收體可以由吸波材料中周期性金屬條、柵、片構成的電阻片製成，也可以採用帶有刻蝕成專門設計的格網圖案的金屬或金屬陶瓷塗層的介質薄膜或薄纖維織物，塗層材料和厚度決定電路模擬薄膜格線單元的有效電阻值；格線單元的循環間隔以及薄膜厚度的電性能可決定吸波體的電感和電容值。這種塗層可採用氣相沉積或濺射方法敷於介質薄膜表面。典型的FSS有振子型、條帶型、正交線型、矩型、圓形等形狀。電路模擬吸收體圖案比較複雜，一般由多個薄膜層組成。每層的設計不同且沿整個吸波體厚度變化，層間距離由設計頻率確定。這種吸波體一般用於吸收寬頻帶電磁波，目前已用於隱身飛機座艙蓋、隱身雷達天線罩的設計。
另一類吸波材料是稱為R卡的電阻性薄膜和纖維織物。這些材料由介質基體材料與非常薄的真空沉積層、濺塗金屬或金屬陶瓷組成。R卡可利用沉積厚度逐漸變化和/或電阻率逐漸變化的材料構成分級塗層。R卡用於機翼時，能較好地滿足氣動外形的要求。在吸收前緣表面的次行波方面也很有效。
2.紅外隱身材料〔1〕
紅外隱身材料作為熱紅外隱身材料中最重要的品種，因其堅固耐用、成本低廉、製造施工方便，且不受目標幾何形狀限制等優點一直受到各國的重視，是近年來發展最快的熱隱身材料，如美國陸軍裝備研究司令部、英國BTRRLC公司材料系統部、澳大利亞國防科技組織的材料研究室、德國PUSH GUNTER和瑞典巴拉居達公司均已開發了第二代產品，有些可兼容紅外、毫米波和可見光。
近年來美國等西方國家在探索新型顏料和粘接劑等領域作了大量工作。新一代的熱隱身塗料大多採用熱紅外透明度
[影響] 隱身材料是隱身技術的重要組成部分。武器系統採用隱身材料可以降低被探測率，提高自身的生存率，增加攻擊性，獲得最直接的軍事效益。因此隱身材料的發展及其在飛機、主戰坦克、艦船、箭彈上套用，將成為國防高技術的重要組成部分。
