材料前沿-隐身材料

1、2021/3/10讲解：XX1 隐 身 材 料 2021/3/10讲解：XX2 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 2021/3/10讲解：XX3 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。 2021/3/10讲解：XX4 一、 基 本 概 念 3、侦察

2、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、单兵 2021/3/10讲解：XX5 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。 2021/3/10讲解：XX6 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6

3、50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。 2021/3/10讲解：XX7 二、主要侦察手段 锁 眼- 12 成 像 侦 察 卫 星 2021/3/10讲解：XX8 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

4、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。 2021/3/10讲解：XX9 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。 2021/3/10讲解：XX10 二、主要侦察手段 2、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

5、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。 2021/3/10讲解：XX11 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。 2021/3/10讲解：XX12 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米 活动半径 5560公里 续航时间 42小时 2021/3/10讲解：XX13 二、

6、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 2021/3/10讲解：XX14 二、主要侦察手段 2、航空侦察 2021/3/10讲解：XX15 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

7、、不同的雷达频率等都对应不同的 RCS。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。 2021/3/10讲解：XX16 2021/3/10讲解：XX17 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 2021/3/10讲解：XX18 三、雷达吸波材料 1.4 典型吸波材料： 2021/3/10讲解：XX19 三、雷达吸波材料 1.4 典型吸波材料： 2021/3/10讲解：

8、XX20 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 2021/3/10讲解：XX21 三、雷达吸波材料 2.2 吸波涂料的组成及特点 组成：树脂基体+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 2021/3/10讲解：XX22 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

9、相容 5）介电常数小 2021/3/10讲解：XX23 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 2021/3/10讲解：XX24 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。 2

10、021/3/10讲解：XX25 三、雷达吸波材料 2.3 吸波涂料的电设计 2021/3/10讲解：XX26 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： 2021/3/10讲解：XX27 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数，都是复数， 通常以r r表示。 真空下的本证阻抗，等于377 2021/3/10讲解：XX28 三

11、、雷达吸波材料 2.3 吸波涂料的电设计 2）界面损耗 2021/3/10讲解：XX29 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。 2021/3/10讲解：XX30 三、雷达吸波材料 2.3 吸波涂料的

12、电设计 3）介质波长 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。 2021/3/10讲解：XX31 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： 2021/3/10讲解：XX32 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

13、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。 2021/3/10讲解：XX33 三、雷达吸波材料 4. 几种典型的吸收剂 4.1石墨和炭黑 2021/3/10讲解：XX34 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。 2021/3/10讲解：XX35 三、雷达吸波材料

14、 4.2 六角晶系铁氧体 2021/3/10讲解：XX36 三、雷达吸波材料 4.2 六角晶系铁氧体 2021/3/10讲解：XX37 三、雷达吸波材料 4.3 羰基铁粉 2021/3/10讲解：XX38 三、雷达吸波材料 4.3 羰基铁粉 2021/3/10讲解：XX39 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： 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 2021/3/10讲解：XX40 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

15、，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。 2021/3/10讲解：XX41 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 2021/3/10讲解：XX42 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： 干法改性： 1）二氧化硅包覆：奈良机械 2）离子渗氮、渗硼、渗硫 20

16、21/3/10讲解：XX43 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 2021/3/10讲解：XX44 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。 2021/3/10讲解：XX45 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； 2021/3/10讲解：XX46 四、伪装材料 2）目标的运动、活动痕迹、烟尘、射击火光等特征 ； 2021/

17、3/10讲解：XX47 四、伪装材料 战场目标的活动痕迹； 2021/3/10讲解：XX48 四、伪装材料 3）电台、雷达发出的电磁波和目标反射雷达波的特征； 2021/3/10讲解：XX49 四、伪装材料 4） 目标的温度和辐射、反射红外线特征； 2021/3/10讲解：XX50 四、伪装材料 5）目标的战术配置特征 ； 2021/3/10讲解：XX51 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。 2021/3/10讲解：XX52 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

18、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） 2021/3/10讲解：XX53 四、伪装材料 3. 主要的伪装措施： 遮蔽 融合 示假 规避 2021/3/10讲解：XX54 四、伪装材料 1）遮蔽：遮蔽隐真技术，把真目标遮蔽起来 2021/3/10讲解：XX55 四、伪装材料 1）遮蔽：遮蔽隐真技术，把真目标遮蔽起来 2021/3/10讲解：XX56 四、伪装材料 2）融合：减小和消除目标与背景的差别 2021/3

19、/10讲解：XX57 四、伪装材料 3）示假：设置假目标，使其真假难辨。 2021/3/10讲解：XX58 四、伪装材料 4）规避：根据侦察的盲点实施目标规避。 2021/3/10讲解：XX59 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 2021/3/10讲解：XX60 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 1）保护色迷彩）保护色迷彩 （2 2）变形迷彩）变形迷彩 （3 3）仿造色迷彩）仿造色迷彩 （4 4）光变色迷彩）光变色迷彩 （5 5）多功能

20、迷彩）多功能迷彩 2021/3/10讲解：XX61 四、伪装材料 俄米格-29飞机腹部天蓝色（保护色迷彩） 2021/3/10讲解：XX62 四、伪装材料 雪地单兵伪装（变形迷彩） 2021/3/10讲解：XX63 四、伪装材料 美军的迷彩帐篷（变形迷彩） 2021/3/10讲解：XX64 四、伪装材料 2021/3/10讲解：XX65 四、伪装材料 2021/3/10讲解：XX66 四、伪装材料 2021/3/10讲解：XX67 四、伪装材料 多功能迷彩 2021/3/10讲解：XX68 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。 2021/3/10讲解：

21、XX69 四、伪装材料 沙漠中三坐标防空雷达伪装网 2021/3/10讲解：XX70 四、伪装材料 2021/3/10讲解：XX71 四、伪装材料 对港口和码头的遮障伪装 2021/3/10讲解：XX72 四、伪装材料 荒漠地区遮障伪装效果比较 2021/3/10讲解：XX73 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。 2021/3/10讲解：XX74 四、伪装材料 瑞典的制式假飞机

22、2021/3/10讲解：XX75 四、伪装材料 (1)制式形体假目标制式形体假目标 2021/3/10讲解：XX76 四、伪装材料 2021/3/10讲解：XX77 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。 2021/3/10讲解：XX78 四、伪装材料 烟幕伪装 2021/3/10讲解：XX79 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

23、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106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。 2021/3/10讲解：XX80 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。 2021/3/1