激光雷达在军事中的应用讲解

第一篇：激光雷达在军事中的应用讲解

激光雷达在军事中的应用

作者

摘要：本文简要介绍激光雷达的特点、激光雷达探测的基本物理原理及其在军事领域的应用现状．

关键词：激光雷达；探测；军事应用

1.引言 激光雷达是现代激光技术与传统雷达技术相结合的产物，它像传统的微波雷达一样，由雷达向目标发射波束，然后接收目标反射回来的信号，并将其与发射信号对比，获得目标的距离、速度以及姿态等参数．但是它又不同于传统的微波雷达，它发射的不是微波束，而是激光束，使激光雷达具有不同于普通微波雷达的特点．

根据激光器的不同，激光雷达可工作在红外光谱、可见光谱和紫外光谱的波段上．相对于工作在米波至毫米波波段的微波雷达而言，激光雷达的工作波长短，是微波雷达的万分之一到千分之一，根据光学仪器的分辨率与波长成反比的原理，利用激光雷达可以获得极高的角分辨率和距离分辨率，通常角分辨率不低于0.1mrad，距离分辨率可达0.1m , 利用多普勒效应可以获得10m / s 以内的速度分辨率．这些指标是一般微波雷达难以达到的，因此激光雷达可获得比微波雷达清晰得多的目标图像。

激光束的方向性好、能量集中，在20km 外，其光束也只有茶杯口大小，因而敌方难以截获，而且激光束的抗电磁干扰能力强，难以受到敌方有源干扰的影响．

由于各种地物回波影响，因而在低空存在微波雷达无法探测的盲区．而对于激光雷达，只有被激光照射的目标才能产生反射，不存在低空地物回波的影响，所以激光雷达的低空探测性能好．

激光雷达体积小、重量轻，有的整套激光雷达系统的重量仅几十千克．例如为了适应海军陆战队的需要，美国桑迪亚国家实验室和伯恩斯公司都提出了手持激光

雷达的设计方案．相对于重达数吨、乃至

数十吨的微波雷达而言，激光雷达的机动

性能显然要好得多．

任何事物都是一分为二的，激光雷达也有自身的缺陷．激光光束窄、方向性好，虽然表现出能量集中的优点，但不宜用作战场监视雷达搜索大空域．而且激光的传输受环境影响大，尤其是在雨、雪、雾的天气，激光在传输过程中的衰减更大．当然，激光在大气层外传输时不易衰减，有其得天独厚的优势．经过几十年的努力，科学家们趋利避害，已研制出多种类型的军用激光雷达． 2.用干战场侦察的激光雷达 众所周知，普通的成像技术（如电视摄像、航空摄影及红外成像等）获得的场景图像都是反映被摄区域辐射强度几何分布的图像，而激光雷达可以通过采集方位角一俯冲角一距离一速度一强度等三维数据，再将这些数据以图像的形式显示出来，从而可产生极高分辨率的辐射强度几何图像、距离图像、速度图像等，因而它提供了普通成像技术所不能提供的信息．

例如美国桑迪亚国家实验库研制的一种激光雷达，激光器功率为120MW，显示屏幕的像素为64 X 64 元，视场内物体的图像可显示在屏幕上，每秒钟更新4 次，并用不同颜色和灰度显示物体的相对距离．这种激光雷达能对运动的装甲车辆产生实时图像，图像分辨率足以识别车辆型号．

美国雷西昂公司研制的ILR100 型砷化稼激光雷达，可安装在高性能飞机和无人机上，当飞机在120m～460m 高空飞行 时，获得的影像可实时显示在驾驶舱内的显示器上，或通过数据链路发送到地面站． 3.用于大气探测的激光雷达

现代战场的侦察不能局限于人、兵器和建筑物的测量，因为天气环境对战场也很重要，例如风力、风向、温度等都会对导弹、飞机等产生影响，尤其是核化生武器的使用更会污染战场环境．利用激光雷达则可以进行某些微波雷达所不能完成的侦测工作，其主要原理是：通过射向大气中的激光与大气中的气溶胶（如烟尘、粉末等）及大气分子的作用，产生散射，探测器接收散射波并经分析、处理，可以检测大气的湿、温、风、压等基本参数，探测紊流，实时测量风扬起乃至大气中的生物战剂．

为了测得某一物理量，可根据相关物理学原理采用某一类型的激光雷达．例如，由物理学原理可知，对于同一波长的照射光，粒子直径不同，散射情况也不同．当大气中气溶胶粒子直径与照射的激光波长为同一数量级时，可以得到较强的散射信号．根据激光雷达接收到的散射信号的强度可以分析低空大气乃至同温层中气溶胶粒子的直径及密度，并可由此推得大气的能见度，以至对云团、黄沙等进行分析．

又例如，物理学知识告诉我们，大气分子在光作用下会发生极化，极化率的大小与分子的热运动（即大气温度）有关，同时极化率的不同又引起媒质折射率的不同，使大气中光学均匀性受到破坏，从而发生光的喇曼散射．因此，温度不同，喇曼散射情况不同，由喇曼散射雷达可以分析大气温度．

还例如，由于物体与雷达之间有相对运动时会产生多普勒频移现象，因此，根据发射后接收的回波频率相对于发射波频率改变的大小，可由多普勒雷达确定风速的大小．再如，若将激光雷达技术与光谱分析技术相结合，可进行战场化学毒剂的侦测，因为每种化学毒剂分子都具有特定的吸收光谱．利用差分吸收激光雷达交替发出不同波长的光，根据接收到的各种不同波长光的散射信号强度，通过对比、分

析某一波长的光波在大气中的衰减情况，就可确定大气中是否含有吸收这一波长的毒剂以及相应的浓度．其实在测得某一物理量的同时，有时也可推得其他物理量．

目前激光雷达能测得的水平风速精度小于lm / S，水平风向精度小于50 ．据称，美国将激光雷达装置在C-141 飞机上，使空投精度提高2倍以上．B-2 隐身轰炸机利用机上的激光雷达来探测机尾是否出现凝结尾流，以便向驾驶员发出报警信号．俄罗斯研制成功的一种远距离地面激光毒气报警系统，可以实时地远距离探测化学毒剂，确定毒剂气溶胶云的斜距、中心厚度、离地面高度等相关参数，并通过无线电向己方部队发出报警信号．德国研制的一种连续波CO2激光器，能发出40 个不同频率的激光波，根据吸收光谱学的原理可探测和识别9µm～11µm波段光谱能量的化学战剂．

4.用于跟踪及火控的激光雷达

自20 世纪70 年代末，激光雷达开始用于坦克、火炮、舰艇和飞机的火控系统，尤其是激光自动跟踪雷达，以其精确测距、精确测速、精确跟踪的优点，获得军事家们的青睐．

根据不同的需要可以有精度更高的不同类型的激光跟踪雷达．例如美国白沙导弹靶场的CO2激光雷达系统，能同时进行成像和距离的跟踪测量．可在大角度范围内以高跟踪修正速率跟踪单个目标，也可在多个目标之间重新确定目标．

美国空军在毛伊岛空间监视站利用特克斯特朗公司制造的激光雷达进行了试验，不仅探测到距离达24km 的直升机，而且确定了直升机旋翼桨叶的数目和长度、旋翼的间距和转速一些发达国家已制定了利用激光雷达对轨道上的卫星进行高精度位置和速度跟踪，并提供空间飞行器的尺寸、形状和方位信息的研究计划．

例如美国“火池”激光雷达采用1.2m 直径的巨型发／收望远镜、使用平均发射功率为千瓦级的连续波CO2气体激光器，工作波长为10.6µm，采用外差探测方式，作用距离为1000km，跟踪精度达1µrad ．在一次试验中，“火池”获得了从800km 外发的亚轨道探测火箭和充气的再人飞行器诱饵的靶场多普勒图像．

但从目前情况看，若利用地面激光雷达进行空间监视，即对卫星进行精密跟踪、测量或用于洲际弹道导弹防御，由于目标识别距离在1000km 以上，所以激光雷达系统庞大复杂、造价昂贵．因此，人们正探讨利用激光雷达与被动红外系统相结合的方法进行弹道的估算工作． 5.用于水下探测的激光雷达

人们过去认为高频电磁波不能穿透海水，所以声纳是传统的水中目标探测装置，根据声波的反射和接收对目标进行搜索、定位、测速，但声纳体积大，重量一般在600kg 以上，有的甚至重达数十吨．经过长期研究，人们发现波长为0.46µm～0.53 µm 的蓝绿激光能穿透几百到几千米的海水．

1981 年，美国在圣地亚哥附近海域12km 高度的水面上空与水下300m 深处的潜艇间成功地进行了蓝绿激光通信试验，这不仅打开了水上与水下联络的激光通道，也使激光的水下探测成为现实．利用激光雷达探测水中目标，是利用激光器发射大功率窄脉冲蓝绿激光，并接收反射的回波来探测水下目标的方位、速度等参数，既简便，精度又高．它具有足够的空间分辨率来分辨目标的尺寸和形状．

例如美国卡曼航空航天公司研制的用于探测水雷的“魔灯”激光雷达，能迅速探测水中目标，并自动实施目标分类和定位．1991 年海湾战争期间，“魔灯”激光雷达机被部署到海湾地区，成功地发现了水雷和水雷锚链．目前“魔灯”激光雷达已装备在海军航空兵的直升机上．美国诺斯罗普公司研制的机载水雷探测系统具有自动、实时检测功能和三维定位能力，定位分辨率高，可以24 小时工作。

瑞典也研制了“手电筒”机载激光雷达，继而还研制了“鹰眼”激光雷达．从目前研制的情况看，机载水下成像激光雷

达由于激光脉冲覆盖面积大，其搜索效率远远高于非成像激光雷达，而且可以显示水下目标的形状和特征，便于识别目标．因此，水下成像激光雷达更受到军事家们的重视，还被用作军事领域的海洋测绘工具． 6.用于其他方面的激光雷达

激光雷达还可广泛地应用于武器鉴定、指挥引导、障碍回避等许多方面．例如，在导弹发射初始段和目标低飞时，由于仰角太小，一般的微波雷达不易探测，而用普通的光学测量设备又不能实时输出数据，即使给出，数据精度也不够，因此，仅利用微波雷达不易进行弹丸的全程鉴定，激光雷达能在一定程度上弥补这方面的不足，可用于导弹发射初始段和低飞目标的测量、目标姿态的测定、再入目标和测量与识别．

美国研制的靶场测量激光雷达

（PATS）曾成功地跟踪了70mm 火箭弹和105mm 炮弹的飞行全过程．据称，利用9～10 台PATS “接力”测量巡航导弹运行的全过程，测量精度可达10cm，测角精度可达0.02mrad，作用距离为100m ～4 000m.直升机在进行低空巡逻飞行时极易与地面小山或建筑物相撞．美、德、法等国研制了用于地面障碍物回避的激光雷达．例如，美国研制的直升机超低空飞行障碍系统，使用固体激光二极管发射机和旋转全息扫描器，可将直升机前方的地面障碍物信息实时显示在机载平视显示器和头盔显示器上，以保障安全飞行．德国研制了一种固体1.54µm 成像激光雷达，视场为32ox32o。装在直升机上能探测300m～500m 距离内直径1cm 粗的电线．英、法联合研制的“克莱拉”激光雷达是一种吊舱载的采用CO2激光器的雷达，安装在飞机和直升机上不仅能探测标杆和电缆之类的障碍，还具有地形跟踪、目标测距和指示活动目标等功能．

综上所述，由于激光雷达独特的物理性能，在军事领域有着广阔的应用前景．但是，由于激光自身传输中的缺陷、大功率激光器的研制及其相应配套光电设施和技术的限制，目前激光雷达还有许多有待改进的不尽人意之处．我们相信，随着科学技术的发展，激光雷达在未来的军事领域中将会放出更亮丽的奇光异彩． 参考文献

(1)史通源，李树河．物理学与高新技术．重庆：重庆大学出版社，1994

(2)陈心中，徐润君，刘海．军事高技术教程．北京解放军出版社，1995

(3)杨洋．激光雷达在大气测量中的应用．现代物理知识，2001 , 3

第二篇：机载激光雷达的应用现状及发展趋势

机载激光雷达的应用现状及发展趋势

摘要：机载激光雷达是一种应用越来越广泛的对地观测系统，本文简要介绍了机载LIDAR系统及其测量原理，并重点综述了机载LIDAR的应用现状最后对其发展趋势进行了展望。

关键字 ：激光； 激光器 ； 激光技术 ；激光雷达

一、机载LIDAR的技术原理

机载激光雷达（Light Detection And Ranging，LIDAR）是将激光用于回波测距和定向，并通过位置、径向速度计物体反射特性等信息来识别目标。它体现了特殊的发射、扫描、接收和信号处理技术。机载激光雷达技术起源于传统的工程测量中的激光测距技术，是传统雷达技术与现代激光技术结合的产物，是遥感测量领域的一门新兴技术。

自20世纪60年代末世界第一部激光雷达诞生以来，机载激光雷达技术作为一种重要的航空遥感技术，已经被越来越多的学者所关注。迄今为止，机载激光雷达的研究与应用均取得了相当大的进展，虽然机载激光雷达无法完全取代传统的航空摄影测量作业方式，但可以预见，在未来的航空遥感领域，机载激光雷达将成为主流之一。进入90年代，机载激光雷达系统进入实用化阶段，并成为雷达遥感发展的重要方向之一。机载LIDAR系统是一款高速度、高性能、长距离的航空测量设备，该系统由激光测高仪、GPS定位装置、IMU（惯性制导仪）和高分辨率数码照相机组成，实习对目标的同步测量。测量数据通过特定方程解算处理，生成高密度激光点云数值，为地形信息的提取提供精确的数据源。其应用已超出传统测量，遥感，以及近景测量所覆盖的范围，成为一种独特的数据获取方式。

与普通光波相比，激光具有方向性好、单色性好、相干性好等特点，不易受大气环境和太阳光线的影响。使用激光进行距离测量可大大提高了数据采集的可靠性抗干扰能力。当来自激光器的激光射到一个物体的表面时，只要不存在方向反射，总会有一部分光会反射回去，成为回波信号，被系统的接收器所接收，当仪器计算出光由激光器射出返回到接收器的时间为2t后，那么，激光器到反射物体的距离d=光速c×t2。

在机载激光雷达系统中，利用惯性导航系统获得飞行过程中的3个方位角（ψωκ），通过全球定位系统（GPS）获取激光扫描仪中心坐标（x y z），最后利用激光扫描仪获取到激光扫描仪中心至地面点的距离D，由此可以计算出此刻地面上相应激光点（X Y Z）的空间坐标。

假设三维空间中一点的坐标已知，求出改点到地面上某一待定点P（XYZ）的向量，则P点的坐标就可以由加得到。其中点为遥感器的投影中心，其坐标可利用动态差分GPS求出，向量的模是由激光测距系统测定的机载激光测距仪的投影中心到地面激光脚点间的距离，姿态参数可以利用高精度姿态测量装置（INS）进行测量获得的。

利用机载LIDAR系统进行测高作业，根据不同的航高作业，根据不同的航高，其平面精度可以达到0.15至1米，高程精度可达10cm至30cm，地面分辨率甚至可达到厘米级。可以说，机载LIDAR系统是为综合航射影像和空中数据定位二设计的新技术手段，它能为测绘工程、数字地图和GIS应用快速提供精确的空间坐标信息和三维模型信息。

二、机载LIDAR的应用现状

机载LIDAR 一高精度、高分辨率、高自动化且高效率的优势，已成为世界各国进行大面积数值地表数据测制的重要主流与趋势，其多重反射的特性，可同时获取地面及其覆盖物（植被、电力线等）的精确三维坐标，而透水激光雷达系统更可穿透水体而量测水底的地形起伏。其获取的高精度高分辨率DEM，可作为土地利用、工程建设规划、都市计划管理，河海地形、潮间带、集水区、山坡检测，地理信息系统、防灾、矿业、农业、林业、公共管理线等方面数值化、自动化等应用基础。1.数字城市应用

在数字化程度越来越高的今天，基于二维城市形象系统已经不能满足形象时代的要求，将三维空间形象完整呈现已经成为发展的必然，也是“数字地球”的要求。因此，对快速获取三维空间数据，模拟和再现现实生活提出了更高的要求。LIDAR系统在城市中更能体现其不受航高、阴影遮挡等限制的优势，能够快速采集三维空间数据和影像，房屋建模速度快，高程精度高，纹理映射自动化程度高，能够满足分析与测量的需求，广泛用于城市规划的大比例尺地形图获取。2.工程建筑测量

机载激光雷达测量能够为道路工程及其他建筑项目提供准确的高程数据。机载激光雷达生成的DEM结合GIS及CAD软件，可以是设计人员模拟各种方案以选择出最佳路线或最好位置。对于施工钱的原始预测，DEM结合正射影像可以为工程设计人员提供他们所需的大量地形和测量信息。3.电力设计勘测选线和线路监测应用。

在进行电力线路设计时，通过LIDAR数据可以了解整个线路设计区域内的地形和地物要素的情况。4.灾害监测与环境监测

利用机载LIDAR产生的DEM，水文学家可以预测洪水的范围，制定灾难减轻方案以及补救措施。典型的一套机载激光雷达系统可以在四小时内用一架固定翼飞机完成长30km区域的勘测。其垂直精度和达15cm，平均点距为1.5m，合计记录了153000000个反映详细地形和地物的数据点。也广泛应用于自然灾害（如飓风、地震、洪水滑坡等）的灾后评估和响应。5.海岸工程

传统的摄影测量技术有时不能用于反差小或无明显特征的地区，如海岸及海岸地区。另外海岸地区的动态环境也需要经常更新基准测量数据。机载LIDAR是一种主动传感技术，能以低成本做高动态环境下常规基础海岸线测量，且具有一定的水下探测能力，可测量近海水深70m内水下地形，可用于海岸带、海边沙丘、海边提防和海岸森林的三维测量和动态监测。6.林业应用 机载激光雷达系统的最早商业应用领域之一即为森林工业，森林业者和国土管理者需要森林及树冠下面的准确数据。在传统技术下，树高与树的密度很难获取的信息。在数据的后处理中，独立的激光返回值可分为植被返回值和地面返回值，根据LIDAR数据，分析森林树木的覆盖率和覆盖面积，了解树木的疏密程度，年长树木的覆盖面积和年幼树木的覆盖面积。通过LIDAR数据可以概算出森林占地面积和树木的平均高度，及木材量的多少，便于相关部门进行宏观调控。7.文化遗产保护

大型的文物古迹和室外的不可以移动文物，需要测量其三维数据，以便进行修复和保护。对于出于恶劣测量环境下或不可直接触摸的文物，LIDAR技术就成为了一种直接获取三维数据的很好的解决方案。8.油气勘探

石油及天然气工业的勘测程序常常需要在短时间内快速传送与地形数据XYZ为准相关的数据。虽然有多种方法处理收集位置数据，但机载激光雷达测量是一种高速且不接触地面的数据获取方法，大多数情况下，从勘探开始到最终数据发送只需要几周的时间。在一些复杂的环境地区勘测，砍伐树木的费用要几千美元一公顷。如用机载激光雷达进行勘测，最多只需要砍伐几行树，这样可以节省大量的经费且减少对环境的影响。

三维激光雷达技术是实现空间三维坐标和影像数据同步、快速、高精度获取的国际领先看空间技术，在采集地表数据方面具有传统航空摄影测量所无法比拟的巨大优势，三维激光雷达技术是即GPS以来测绘领域的又一场技术革新，是高精度逆向三维建模及重构技术的革命，是进行大区域空间探测的利器，是数字中国及各行业数字化的必由之路，将对电网、水利、交通、规划、国土、矿山、海洋、气象、农业、林业、古迹保护等各个领域产生深远影响。

二、机载LIDAR的发展趋势

近几年，随着相关技术的不断成熟，机载激光雷达技术得到了蓬勃发展，欧美等发达国家许多公司和科研机构投入了的大量的人力物力和财力进行相关技术和系统的研究，并先后研制出多种机载激光雷达系统，相继投入商业运作。记载激光雷达在测绘市场所占的份额不断扩大，其应用的领域和深度也日益拓宽和加深。我国的学者也投入道路激光雷达技术的研究中，也有一些公司从国外引进了机载激光雷达设备用于商业运作。但总体而言，我国在机载激光雷达的硬件研制及理论研究和实践应用方面都落后与发达国家，为使这项高新技术能够在我国的国民经济建设中发挥其应有的作用，开展记载激光雷达技术的理论和应用研究具有非常重要的理论价值和现实意义。虽然目前已有多种激光雷达系统在使用，但激光雷达仍是一项处在不断发展中的高新技术，许多新体制激光雷达仍在研制或探索之中。在今后的一段时期内，激光雷达的研究工作将主要集中在不断开发新的激光辐射源、多传感器系统集成和不断探索新的工作体制和用途方面。

1.开发新型激光辐射源 目前，在中远距离应用中，波长为1.06μm的Nd：YAG激光器和波长为10.6μm的CO2激光器仍是激光雷达的主导辐射源。近年来随着大功率半导体激光二极管技术的不断完善，在近距离应用条件下半导体激光器的应用也日益广泛。在未来若干年内，二极管泵浦的固体激光器技术和光参量振荡器技术将是新型激光源的关键技术。

利用光学参量振荡器可获得宽带可调谐、高相干的辐射光源，在激光测距、光电对抗光学信号处理等领域以显示出广泛的应用前景。光学参量振荡器的理论最早在1962年由Kroll提出，1965年美国贝尔实验室首先在脉冲激光器上实现光学参量震荡，国际上在70年代建立了完善的参量互作用理论，并在80年代后，随着一些性能优良的非线性晶体的出现，使得OPO技术的研究取得重大突破，OPO技术进入了实用阶段。近年来，随着二极管泵浦的固体激光技术的发展，全固化宽调谐OPO技术得以迅速发展，它具有高效率、长寿命、结构紧凑、体积小、重 量轻、可高重复频率工作等特点。美国直升机防撞激光成像雷达和预警机载“门警”系统激光雷达，英国的查分吸收光雷达都是采用OPO做辐射源。可预计，未来将会有更多的OPO激光雷达问世。2..多传感器集成和数据融合

激光雷达的另一个发展方向是成像应用。激光雷达成像具有优越的三维成像能力，其数据处理算法相对简单，不需要多批次图像融合即可得到侦查区域多层次的三维图，与其他成像侦查手段相比，在实效性方面具有不可比拟的优势。与光学和微波成像相比，激光雷达成像在获得侦查区域目标的同时能快速获得目标高程数据，提高对战场的探测能力。激光雷达成像所获得的是目标距离和强度数据，激光雷达数据图像与可见光数据图像、红外电视数据图像等其他数据图像的融合在目标物特征提取、识别等方面具有重要的作用。激光雷达数据图像包含目标的位置、体积、形状等三维立体信息，充分反映目标的几何信息。但激光雷达数据由于激光谱线成像，光谱信息单一，不能充分反映目标物的物理属性信息。而可见光数据图像、红外电视数据图像包含丰富的目标光谱信息，但目标的几何信息只有二维的平面位置信息。将激光雷达数据图像与可见光数据图像、红外电视图像相融合，实现多传感器集成，可发挥出各自的优势。2.不断探索激光雷达新体制

多年来，对激光雷达新体制的探索工作一直在进行，尤其最近几年研究工作比较活跃，包括激光相控阵雷达、激光合成孔径雷达、非扫描成像激光雷达等。相控阵激光雷达是通过对一组激光束的相位分别进行控制和波束合成，实现波束功率增强和电扫描的一种体制。美国自70年代初开始研究激光相控阵技术，实现一维光相控阵以来，先后研制出多种二维移相器阵列并制成以液晶为基础的二维光学相控阵样机。

合成孔径雷达是利用与目标做相对运动和小孔径天线并采用信号处理方法，获得高方位分辨力的相干成像雷达。利用激光器做辐射源的激光合成孔径雷达，由于 频率远高于微波，对于同样相对运动速度的目标可产生大得多的多普勒频移，因此，很像距离分辨率也高得多，而且利用单个脉冲可瞬时测得多普勒频移，无需高重频发射脉冲。正因为如此，基于距离多普勒成像的激光合成孔径雷达的研究工作受到重视。美国自80年代开始开展了激光合成孔径雷达的概念研究，并进行了原理实验。实验研究采用重复频率为100Hz的TEA CO2相干脉冲激光器，脉宽为150ns，峰值功率为100kw，以单纵横工作，而且频率可调。尽管迄今尚未见到成功的报道，但仍不失为激光雷达的一个发展方向。自90年代初以来，美国Sandia国家实验室一直致力于发展一种新体制激光成像激光雷达不需要机械扫描，而是利用高频强度调制的激光器照射目标，用带向增强器的CCD摄像机接收回波，经过数字信号处理依次提取每个光点的距离信息，形成目标的强度距离三维图像。其特点是简单、可行、体积小、重量轻、可得到高分辨率图像。因而防撞、自主导航、目标识别、自动检验、视景、警戒、监视和地形测绘等军事和民用方面具有广阔的应用前景。

第三篇：复合材料在军事领域的应用

复合材料在军事领域的应用

军用新材料是军用高技术的基础，谁能更快地开发和应用具有特定性能的新材料，谁就拥有最强大的技术潜力。因此世界各国军事部门都把军用新材料的研究开发放在特殊的地位，各国的军用高技术计划无不以新材料作为其重要的内容之。

当前新材料的发展重点是具有优异性能的结构材料和具有特殊功能的功能材料。结构材料包括金属材料和复合材料。先进复合材料是指用高性能纤维及编织物增强不同基体所制成的一种高级材料。先进复合材料是结构材料的主要发展方向。这种材料的特点是强度大、比重小、具有良好的气动弹性性能，并且能大批量生产。

材料的复合化是材料发展的必然趋势之一。复合材料是人们运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料。复合材料与其它单质材料相比具有高比强度、高比刚度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等优良的性能，倍受各国技术人员的重视。因复合材料具有可设计性的特点，已成为军事工业的一支主力军，复合材料技术是发展高技术武器的物质基础，是现代精良武器装备的关键。目前军用复合材料正向高功能化、超高能化、复合轻量和智能化的方向发展，加速复合材料在航空工业、航天工业、兵器工业和舰船工业中的应用是打赢现代高技术局部战争的有力保障。

复合材料已经在航空航天工业以及各种武器装备上得到了广泛地应用。随着复合材料技术不断发展，应用的结构部件已由次承力件发展到主承力件，而巳应用面逐步扩大。先进复合材料已成功地应用在F－－

16、F－－

18、“幻影”2000等军用飞机、“民兵”、“三叉戟”、“株儒”等战略导弹，以及M—L、T—72、“豹”－－Ⅱ等坦克上，并取得了良好的效果。为进一步推动复合材料在武器装备上的应用，美国正在实施“先进设计复合材料飞机”计划，预计复合材料将占飞机结构质量的68.5％，并使整个结构质量减轻35％。隐形材料是特种功能复合材料的重要发展方向。

功能复合材料在军事领域的应用功能复合材料是指除力学性能以外还提供其他物理性能并包括化学和生物性能的复合材料。功能复合材料设计自由度大，按功能一多功能一机敏一智能的形式逐步升级。功能复合材料将具有电、声、光、热、磁特性的材料，按不同的应用进行组合匹配，得到不仅保持原有特性，还产生一些新特性或具有比原来更优越特性的材料。现代化高技术常规战争极大地提高了武器的对抗性、精确性，未来的智能武器、隐形武器、电子战武器、激光武器以及新概念软杀伤武器等的设防、跟踪，使功能材料成为关键技术。目前，功能复合材料涉及面宽，下面就军事领域较常用的功能复合材料做一简单介绍。

隐身材料

隐身材料是实现武器隐身的物质基础。武器装备如飞机、舰船、导弹等使用隐身材料后，可大大减少自身的信号特征，提高生存能力。声隐身材料包括消声材料、隔声材料、吸声材料及消声、隔声、吸声的复合体，主要用于新一代潜艇。雷达隐身材料能吸收雷达波，使反射波减弱甚至不反射雷达波，从而达到隐身的目的。另外，一些由硅、碳、硼、玻璃纤维，以及某些陶瓷与有机聚合物构成的复合材料，有很高的机械强度，可用于制作部分结构件，如飞机蒙皮、雷达天线罩等，同时又具有隐身功能。红外隐身材料主要用于车辆、舰艇、军用飞机及其他军用设施，使这些装备和设施的红外辐射与背景基本达到一致，敌人的红外探测器难以分辨。用铝粉及含有二价铁离子的材料作为填充料，加到能透过红外线的粘结剂中，可构成红外隐身涂料。可见光隐身材料通常由铝粉、多金属氧化物粉和有机物复合而成，或由掺杂的半导体材料构成，可形成与背景颜色相匹配的迷彩图案，满足可见光隐身的要求。激光隐身材料用来对抗激光制导武器、激光雷达和激光测距机，要求这些材料对激光的反射率低可吸收率高。对隐身材料来说，对某种探测手段的隐身性能好，往往对另一种探测手段的隐身性能就不好，即隐身材料的相容性问题。为解决这一问题，研制了兼容型隐身材料，如雷达波、红外兼容隐身材料，红外、激光兼容隐身材料，雷达波、红外、激光等多种兼容的隐身材料，这是当前隐身材料的发展方向。

应用于隐身的现代隐身技术，除了热红外线和自身电磁隐身外，主要使用新型吸收波材料，即在飞机表面涂抹能大量吸收雷达波的新型介质材料，将雷达电磁波吸收，使雷达无法发现，纳米复合材料是隐身吸波材料研究的重要方向。为应付不同雷达的不同工作方式，现在的隐身飞机已经开始有选择地使用吸收材料。目前，美、英等国正进行主动抵消技术的研究，即利用吸收材料先吸收大部分雷达波，剩下的少量的反射波再利用主动抵消技术将其全部抵消，雷达就会完全失去作用。美国的F一¨7战斗机采用6种吸波材料，机身机翼和V型垂尾外表面贴吸波薄板或铁氧体复合涂层，起到很好的隐身效果，在1991年的海湾战争中出动1000多架次而无一受损，在国际上引起了极大的反响，可见隐身材料在高技术战争中的地位。

隐形材料可以吸收大量的雷达波信号，从而达到防探测的目的。它可以涂复在飞行器外表上，也可作为飞行器的蒙皮构件。好的吸波材料可以吸收雷达波99％以上的能量。海湾战争中使用的F—L17A隐形飞机，除了具有良好的隐形外形和进气道设计外，主要是涂复了良好吸波材料。美国最新研制的新一代战斗机F－－22，也大量采用丁吸波材料，因而具有良好的隐形性能。

军用新材料是军用高技术的基础，谁能更快地开发和应用具有特定性能的新材料，谁就拥有最强大的技术潜力。因此世界各国军事部门都把军用新材料的研究开发放在特殊的地位，各国的军用高技术计划无不以新材料作为其重要的内容之。

智能材料

智能材料是把传感器、致动器、光电器件和微型处理机等埋在复合材料结构中，具有感知周围环境变化，针对这种变化具有自诊断功能、自适应功能、自修复自愈合功能，且具有自决策功能的复合材料。智能材料成为当前研究的新热点。飞机上采用的智能结构是由各种智能材料制成的传感元件、处理元件和驱动元件组成的，而这3个组成部分相当于人的神经、大脑和肌肉。格鲁曼公司将光导纤维埋人树脂基复合材料制成机翼以提高飞机效率，这些光导纤维能像神经那样感知机翼上因气候条件变化而引起的压力变化，根据光传输信号进行处理后发出指令，通过驱动元件驱动机翼前缘和后线自行弯曲。驱动可通过电流由压电陶瓷变形来实现，也可通过磁场由磁致伸缩材料变形来实现，或通过加热由形状记忆合金发生位移来实现，还可应用于无人飞机上。在磁致伸缩材料中，铁稀土合金具有最大的磁致伸缩效应。智能材料压电陶瓷制成的传感器和驱动器可解决机翼和尾翼的颤振问题，例如F／A—JSE／F垂尾的振动试验表明，振动减少了8O。

智能材料还将在其他领域发挥它的聪明才智，例如美国正在制造一种小型智能炸弹。可使一架重型轰炸机同时精确攻击数百个独立目标，还准备给这种炸弹装上智能引信，巧妙地做到“不见目标不拉弦”。在地面作战中，若要使坦克不被击中，除提高机动性能外。更重要的是发展“主动装甲”，即能预先识别目标。并利用诱饵触发和物理摧毁方法，破坏来袭兵器的由复合材料制成的合成系统，即在复合装甲中引入敏感、传感、微电子等材料和技术而构成的多功能智能材料系统。将新的控爆材料，轻质多孔隔热、隔音、防火与防冲击材料用于坦克装甲车辆，就可以保证这些车辆中弹后能继续战斗。总之，智能材料虽然尚处于早期开发阶段，但正孕育着新的突破和大的发展。设计和合成智能材料需要解决许多关键技术问题，智能材料这一复杂体系的材料复合应能仿照生物模型，确保在设计的结构层次上将多种功能集于一体，建立起传感、驱动和控制网络，通过建立数学或力学模型，进一步优化。

军用复合材料的可设计性

复合材料已广泛应用于飞机、火箭、人造卫星和国防等各个领域。但复合材料的设计是一个复杂的系统性问题，它涉及环境载荷、设计要求、材料选材、成型方法及工艺过程、力学分析、检验测试、维护与修补、安全性、可靠性及成本等诸多因素。对于飞机、火箭等军用材料减轻结构重量、提高有效载荷是设计者追求的永恒主题。材料的设计应从最大限度的安全性、可靠性出发来考虑经济贡献，同时材料的选择应该满足复合材料设计中所提出的要求，符合军事工业领域的规范和要求；在设计军用复合材料及其结构时，必须进行系统的实验工作，了解并掌握复合材料及其结构在静载荷、动载荷、疲劳载荷及冲击载荷作用下，在室温、高温、低温、湿热、辐射和腐蚀等不同使用环境下的各种重要性能数据，为军用复合材料的设计提供科学的依据。在兵器高技术的迅速发展过程中，先进军用复合材料是国际兵器高新技术发展的基础，应是多种学科的综合，复合材料整体化、优选化、智能化是未来高技术兵器发展的必然趋势。军用复合材料正向着低成本、高性能、多功能和智能化方向发展，在未来的军事高技术领域有着举足轻重的地位，并具有十分良好的产业化前景。

复合材料在军用舟桥装备中的应用

战时为了保障部队及兵器的高速机动, 维持前 线和后方的交通畅通, 保证军事物资的顺利补给, 舟 桥装备对战争有决定性的作用。浮桥结合、架设迅 速, 便于撤收和随军转移。它受河流深度、河床地形 和土壤性质等地理特征的影响小, 具有固定桥脚桥 梁无法比拟的优点。按照战术要求, 还可以灵活地 使用桥脚舟拼组成门桥实施渡河。它适用于宽大江 河和复杂的水文环境[ 1]。现代战争对军用舟桥有很 高的技术要求: 具有足够的承载能力。现代武器 装备, 尤其是坦克和自行火炮等主战兵器, 重量都日 益增加。战场物资消耗量大, 补给物资的运输任务 极其繁重。快速架桥。部队的快速前进往往是争 分夺秒, 因此要求结构简单, 技术难度低, 以简化作 业过程。!机动性好。关键在于减轻舟桥器材的自 重, 这往往与承载能力的要求相矛盾。∀有足够的 抗毁伤能力。战场环境恶劣, 所用材料对火烧及震 动应有抵抗力, 桥脚舟具有良好的抗沉性, 结构能经 受局部破坏。舟桥装备适用复合材料

我军的舟桥装备, 包括带式舟桥、桥脚分置式舟 桥以及轻型渡河器材(冲锋舟和汽艇等), 几乎全部 采用钢材。钢材的优点在于强度高, 塑性和韧性好, 弹性模量高, 各向受力均匀, 性能可靠, 设计计算理 论成熟。在舟桥装备的使用中, 钢材也暴露出许多 突出的缺点。比如重量大, 严重影响装备的机动性 能和战场架设速度, 耐腐蚀性差, 维修保养费用高 等。复合材料在舟桥装备中的应用已开始起步。其 主要优点是比强度高, 可在保证承载能力的前提下 降低装备自重, 运输架设轻便, 因而有利于提高机动 性能和架设速度等技术指标。它的可设计性好, 能 够按照结构的受力要求, 通过选择组分和结构选型 实现优化设计, 满足军事装备的苛刻要求。战时军 用浮桥通载频繁, 工况复杂, 随时可能遭受爆炸产生 的冲击破坏作用。纤维增强复合材料可吸收一定的 冲击能量, 减震性能和疲劳强度好[ 2]。另一突出优 点是耐腐蚀, 可适应恶劣的工作环境, 在化工建筑和 永久性地下(水下)工程中表现优秀[ 3]。舟桥装备使 用复合材料能大大增强抗腐蚀性能, 简化维修保养, 延长使用寿命, 在全寿命期内具有较好的经济性 能[ 4]。

由此可见, 复合材料在舟桥装备中的应用乃大 势所趋。纵观现有研究工作, 在适用于舟桥装备的 复合材料中讨论最多的有两种, 玻璃钢和泡沫塑料。玻璃钢用做结构材料;泡沫塑料用做飘浮材料, 以提 供浮力。21

玻璃钢

玻璃钢在军事工业上应用十分广泛, 已经成功 用于制造飞机和导弹上的受力结构件。实际上, 在 二战期间发明玻璃钢后, 最早的应用就是军事工业。全玻璃钢的侦察艇、登陆艇、扫雷艇早已经问世, 并 已造出1000t 级的玻璃钢舰艇。1982 年, 北京密云 县建成一座玻璃钢蜂窝箱梁公路桥, 跨径20.7m, 宽 9.2m, 载重80t 左右[ 5]。玻璃钢在造船和桥梁方面 的应用是玻璃钢适用于舟桥装备的有利佐证, 并可 为其提供设计参考。玻璃钢的主要缺点在于抗冲击 性能不足, 在潮湿环境中易产生老化, 必须采取一定 的表面防护措施, 才能应用于舟桥装备。目前普遍 采用有机复合涂层。研究表明, 表面防护层能较大 增强复合材料的耐环境老化能力和抵抗外力对表面 的划伤。军用装备特别关注玻璃钢的防火性能, 建 筑工业有类似的要求[ 6] , 这一难点已基本解决。玻 璃钢的工艺方法成熟, 成型简单方便, 易实现机械化 和自动化生产, 制造成本低, 生产周期短。22

泡沫塑料

以聚氨酯为代表的泡沫塑料, 密度小, 能提供大 的漂浮力, 是理想的漂浮材料。它们的比强度高, 生 产工艺成熟, 发泡方法简单实用, 成型方便, 广泛使 用于漂浮、救生和打捞装置。美军曾用泡沫塑料制 成靶船, 可供射手连续射击而不沉没。聚氨酯泡沫 2002年7月玻璃钢/ 复合材料45 FRP/ CM

2002No.4 塑料的化学稳定性好, 能耐多种有机溶剂, 若带有致 密的保护表皮层, 则对复杂环境的适应性更强。实 践证明, 其性能经得住较长时间的考验。此外, 泡沫 塑料制品的适应性强, 可通过改变原料和调整配方 得到不同特性的产品, 经济性能优良[ 3]。

泡沫塑料的力学性能与泡孔特性有密切关系。漂浮器材使用的泡沫塑料均为闭孔结构, 泡孔具有 单胞性。每个泡孔都是一个独立的漂浮元件, 刺破 或打穿时对整体的漂浮性能影响甚微。漂浮用泡沫 塑料的密度较小, 而表面强度往往偏低。这一缺陷 有两种解决方法:

在材料表面覆盖一层玻璃纤维 增强树脂;利用特殊发泡工艺在高强度蒙皮中整 体成型。两种方法的增强效果都很好。泡沫塑料的 另一重要指标是阻燃性能, 对于军事装备尤为重要。它应具有不易着火, 火焰传播性小, 发烟量少, 燃烧 时生成的有害气体少等特性。硬质聚氨酯泡沫塑料 在加入阻燃剂后, 可较好的满足阻燃性要求。应用实例

(1)网架实心舟。目前军用舟桥器材的桥脚舟 均为钢结构形式, 因自重受到严格限制, 大多数制式 单舟内部未设水密隔舱。当结构受到局部破坏时, 钢结构空心舟体的抗沉性能很差, 难以满足战时装 备抗毁伤能力要求。钢结构舟体的使用寿命因腐蚀 问题受到严重影响, 除锈防腐的保养工作耗费大量 的人力物力。考虑到复合材料的诸多优点, 若用轻 质复合材料制成实心舟体, 则可在相当程度上改进 其使用性能。网架作为新型受力结构在承载时内力 分布更为合理。其分析理论和设计制造方法日臻成 熟。随着化学工业的发展, 泡沫塑料的密度、强度、阻燃和耐老化等性能已具备用于制作承重桥脚舟的 条件。因此, 可以采用以复合材料管材网架作为受 力结构, 并在内部填充发泡材料作为军用舟桥器材 的舟体(简称网架实心舟)[ 4]。网架实心舟的承载能 力与相同尺寸的钢结构桥脚舟大致相当, 对现有舟 桥装备配套器材基本无需改动, 却具有钢质空心舟 无法比拟的抗沉性能和耐腐蚀性能, 而且自重较轻, 使用寿命更长。与钢舟相比, 网架实心舟的制作无 需复杂的工艺流程, 生产方法简单高效。遵循#平战 结合∃的思想, 可以在平时储存制作网架实心舟所需 的杆件和球节点, 战时再快速组装生产。如此即可 节约桥脚舟的贮存场地和费用, 免去平时的保养维 护工作, 延长装备的使用寿命。

(2)门桥增浮材料。门桥是武器装备渡河的主 要方式之一。由于大量主战兵器的吨位显著增加, 部分级别的制式门桥吨位偏低, 因此迫切需要研制 出相应器材, 能在不改变门桥原有结构、不影响原有 操作的前提下快速提高门桥的承载力并适当提高其 抗沉性。用泡沫塑料制成浮块单元, 作为增浮器材 通过适当方式加挂于门桥桥脚舟舷外, 即可达到提 高门桥承载力的目的。增浮器材的应用方便灵活, 无需对现有的舟体做任何改动, 也不影响拼组和结 合漕渡门桥的其他操作, 而且较好地满足了浮性、稳 性和拖航性等方面的要求。泡沫塑料浮块上的连接 结构适用于浮块之间的相互连接, 因此可根据需要 将浮块单独拼组为渡人浮筏、轻型浮桥和渡送轻型 车辆的浮筏, 达到了一物多用的目的[ 7]。泡沫塑料 价格低廉, 生产工艺成熟, 提高舟桥装备承载力的效 果显著[ 8] , 免去了研制新型装备的繁琐过程和巨额 费用, 体现了复合材料优良的经济性能。

(3)军用船艇。玻璃钢船体自重轻, 可增加有效 装载, 减少阻力, 增加航速, 节省燃料, 提高经济效 益。复合材料不同于金属材料, 它是在制造材料的 过程中即形成构件, 免去了钢材所需的复杂加工工 艺, 可设计性好, 加工成型方便, 尤其受船舶工业的 欢迎。玻璃钢具有良好的抗磁、隔音、电绝缘性能和 不反射雷达波等特点, 特别适合军事装备, 广泛用于 扫雷艇和巡逻艇等[ 8]。玻璃钢船艇的制造已不存在 任何实质性的问题, 开发重点是如何在性能与稳定 性方面、经济与安全方面取得优化协调[ 9]。秦皇岛 玻璃钢厂曾生产过班用冲锋舟, 但仍处于试生产阶 段, 与定型生产和大量装备部队的要求尚有差距。结束语

复合材料用于军事装备的优异性能是毋庸置疑 的。从长远考虑, 其应用大有前途。发展复合材料 并不是要丢弃传统材料。传统材料的应用已有数百 年的历史, 它有自己独特的优势, 短期内不可能被完 全代替。近年来, 传统材料领域在积极发展新工艺、新理论, 以充分发掘材料性能的潜力。应用复合材 料时应考虑与传统材料的混合使用, 仔细研究它们 的连接方式, 求得性能的最佳结合。参考文献

洪修和.浮桥结构与计算.南京: 解放军理工大学工程兵工程学 院, 1982 2

崔金泰.航空工程材料学.北京: 国防工业出版社, 1990 3

钱志屏.泡沫塑料[ M].北京: 中国石化出版社, 1998 新材料在军事工业中的应用与发展

合作单位－西南证券研发中心

王锋

一

前言

新材料，又称先进材料（Advanced Materials），是指新近研究成功的和正在研制中的具有优异特性和功能，能满足高技术需求的新型材料。人类历史的发展表明，材料是社会发展的物质基础和先导，而新材料则是社会进步的里程碑。

材料技术一直是世界各国科技发展规划之中的一个十分重要的领域，它与信息技术、生物技术、能源技术一起，被公认为是当今社会及今后相当长时间内总揽人类全局的高技术。材料高技术还是支撑当今人类文明的现代工业关键技术，也是一个国家国防力量最重要的物质基础。国防工业往往是新材料技术成果的优先使用者，新材料技术的研究和开发对国防工业和武器装备的发展起着决定性的作用。二

军用新材料的战略意义

军用新材料是新一代武器装备的物质基础，也是当今世界军事领域的关键技术。而军用新材料技术则是用于军事领域的新材料技术，是现代精良武器装备的关键，是军用高技术的重要组成部分。世界各国对军用新材料技术的发展给予了高度重视，加速发展军用新材料技术是保持军事领先的重要前提。

三

军用新材料的现状与发展

军用新材料按其用途可分为结构材料和功能材料两大类，主要应用于航空工业、航天工业、兵器工业和船舰工业中。

军用结构材料

1.1

铝合金

铝合金一直是军事工业中应用最广泛的金属结构材料。铝合金具有密度低、强度高、加工性能好等特点，作为结构材料，因其加工性能优良，可制成各种截面的型材、管材、高筋板材等，以充分发挥材料的潜力，提高构件刚、强度。所以，铝合金是武器轻量化首选的轻质结构材料。

铝合金在航空工业中主要用于制造飞机的蒙皮、隔框、长梁和珩条等；在航天工业中，铝合金是运载火箭和宇宙飞行器结构件的重要材料，在兵器领域，铝合金已成功地用于步兵战车和装甲运输车上，最近研制的榴弹炮炮架也大量采用了新型铝合金材料。

近年来，铝合金在航空航天业中的用量有所减少，但它仍是军事工业中主要的结构材料之一。铝合金的发展趋势是追求高纯、高强、高韧和耐高温，在军事工业中应用的铝合金主要有铝锂合金、铝铜合金（2000系列）和铝锌镁合金（7000系列）。

新型铝锂合金应用于航空工业中，预测飞机重量将下降8~15%；铝锂合金同样也将成为航天飞行器和薄壁导弹壳体的候选结构材料。随着航空航天业的迅速发展，铝锂合金的研究重点仍然是解决厚度方向的韧性差和降低成本的问题。

1.2

钛合金

钛合金具有较高的抗拉强度（441~1470兆帕），较低的密度（4.5g/cm3），优良的抗腐蚀性能和在300~550oC温度下有一定的高温持久强度和很好的低温冲击韧性，是一种理想的轻质结构材料。钛合金具有超塑性的功能特点，采用超塑成形－扩散连接技术，可以以很少的能量消耗和材料消耗将合金制成形状复杂和尺寸精密的制品。

钛合金在航空工业中的应用主要是制作飞机的机身结构件、起落架、支撑梁、发动机压气机盘、叶片和接头等；在航天工业中，钛合金主要用来制作承力构件、框架、气瓶、压力容器、涡轮泵壳、固体火箭发动机壳体及喷管等零部件。50年代初，在一些军用飞机上开始使用工业纯钛制造后机身的隔热板、机尾罩、减速板等结构件；60年代，钛合金在飞机结构上的应用扩大到襟翼滑轧、承力隔框、起落架梁等主要受力结构中；70年代以来，钛合金在军用飞机和发动机中的用量迅速增加，从战斗机扩大到军用大型轰炸机和运输机，它在F14和F15飞机上的用量占结构重量的25%，在F100和TF39发动机上的用量分别达到25%和33%；80年代以后，钛合金材料和工艺技术达到了进一步发展，一架B1B飞机需要90402公斤钛材。现有的航空航天用钛合金中，应用最广泛的是多用途的a+b型Ti-6Al-4V合金。近年来，西方和俄罗斯相继研究出两种新型钛合金，它们分别是高强高韧可焊及成形性良好的钛合金和高温高强阻燃钛合金，这两种先进钛合金在未来的航空航天业中具有良好的应用前景。

随着现代战争的发展，陆军部队需求具有威力大、射程远、精度高、有快速反应能力的多功能的先进加榴炮系统。先进加榴炮系统的关键技术之一是新材料技术。自行火炮炮塔、构件、轻金属装甲车用材料的轻量化是武器发展的必然趋势。在保证动态与防护的前提下，钛合金在陆军武器上有着广泛的应用。155火炮制退器采用钛合金后不仅可以减轻重量，还可以减少火炮身管因重力引起的变形，有效地提高了射击精度；在主战坦克及直升机－反坦克多用途导弹上的一些形状复杂的构件可用钛合金制造，这既能满足产品的性能要求又可减少部件的加工费用。

在过去相当长的时间里，钛合金由于制造成本昂贵，应用受到了极大的限制。近年来，世界各国正在积极开发低成本的钛合金，在降低成本的同时，还要提高钛合金的性能。在我国，钛合金的制造成本还比较高，随着钛合金用量的逐渐增大，寻求较低的制造成本是发展钛合金的必然趋势。图1为钛合金、铝合金和钢的强度对比。

MPa

图1 钛合金、铝合金和钢的强度对比

1.3

复合材料

先进复合材料是比通用复合材料有更高综合性能的新型材料，它包括树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料和碳基复合材料等，它在军事工业的发展中起着举足轻重的作用。先进复合材料具有高的比强度、高的比模量、耐烧蚀、抗侵蚀、抗核、抗粒子云、透波、吸波、隐身、抗高速撞击等一系列优点，是国防工业发展中最重要的一类工程材料。

1.3.1

树脂基复合材料

树脂基复合材料具有良好的成形工艺性、高的比强度、高的比模量、低的密度、抗疲劳性、减震性、耐化学腐蚀性、良好的介电性能、较低的热导率等特点，广泛应用于军事工业中。树脂基复合材料可分为热固性和热塑性两类。热固性树脂基复合材料是以各种热固性树脂为基体，加入各种增强纤维复合而成的一类复合材料；而热塑性树脂则是一类线性高分子化合物，它可以溶解在溶剂中，也可以在加热时软化和熔融变成粘性液体，冷却后硬化成为固体。树脂基复合材料具有优异的综合性能，制备工艺容易实现，原料丰富。在航空工业中，树脂基复合材料用于制造飞机机翼、机身、鸭翼、平尾和发动机外涵道；在航天领域，树脂基复合材料不仅是方向舵、雷达、进气道的重要材料，而且可以制造固体火箭发动机燃烧室的绝热壳体，也可用作发动机喷管的烧蚀防热材料。近年来研制的新型氰酸树脂复合材料具有耐湿性强，微波介电性能佳，尺寸稳定性好等优点，广泛用于制作宇航结构件、飞机的主次承力结构件和雷达天线罩。

1.3.2

金属基复合材料

金属基复合材料具有高的比强度、高的比模量、良好的高温性能、低的热膨胀系数、良好的尺寸稳定性、优异的导电导热性在军事工业中得到了广泛的应用。铝、镁、钛是金属基复合材料的主要基体，而增强材料一般可分为纤维、颗粒和晶须三类，其中颗粒增强铝基复合材料已进入型号验证，如用于F－16战斗机作为腹鳍代替铝合金，其刚度和寿命大幅度提高。碳纤维增强铝、镁基复合材料在具有高比强度的同时，还有接近于零的热膨胀系数和良好的尺寸稳定性，成功地用于制作人造卫星支架、L频带平面天线、空间望远镜、人造卫星抛物面天线等；碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有良好的高温性能和抗磨损的特点，可用于制作火箭、导弹构件，红外及激光制导系统构件，精密航空电子器件等；碳化硅纤维增强钛基复合材料具有良好的耐高温和抗氧化性能，是高推重比发动机的理想结构材料，目前已进入先进发动机的试车阶段。在兵器工业领域，金属基复合材料可用于大口径尾翼稳定脱壳穿甲弹弹托，反直升机 / 反坦克多用途导弹固体发动机壳体等零部件，以此来减轻战斗部重量，提高作战能力。

1.3.3

陶瓷基复合材料

陶瓷基复合材料是以纤维、晶须或颗粒为增强体，与陶瓷基体通过一定的复合工艺结合在一起组成的材料的总称，由此可见，陶瓷基复合材料是在陶瓷基体中引入第二相组元构成的多相材料，它克服了陶瓷材料固有的脆性，已成为当前材料科学研究中最为活跃的一个方面。陶瓷基复合材料具有密度低、比强度高、热机械性能和抗热震冲击性能好的特点，是未来军事工业发展的关键支撑材料之一。陶瓷材料的高温性能虽好，但其脆性大。改善陶瓷材料脆性的方法包括相变增韧、微裂纹增韧、弥散金属增韧和连续纤维增韧等。陶瓷基复合材料主要用于制作飞机燃气涡轮发动机喷嘴阀，它在提高发动机的推重比和降低燃料消耗方面具有重要的作用。

1.3.4

碳－碳复合材料

碳－碳复合材料是由碳纤维增强剂与碳基体组成的复合材料。碳－碳复合材料具有比强度高、抗热震性好、耐烧蚀性强、性能可设计等一系列优点。碳－碳复合材料的发展是和航空航天技术所提出的苛刻要求紧密相关。80年代以来，碳－碳复合材料的研究进入了提高性能和扩大应用的阶段。在军事工业中，碳－碳复合材料最引人注目的应用是航天飞机的抗氧化碳－碳鼻锥帽和机翼前缘，用量最大的碳－碳产品是超音速飞机的刹车片。碳－碳复合材料在宇航方面主要用作烧蚀材料和热结构材料，具体而言，它是用作洲际导弹弹头的鼻锥帽、固体火箭喷管和航天飞机的机翼前缘。目前先进的碳－碳喷管材料密度为1.87~1.97克/厘米3，环向拉伸强度为75~115兆帕。近期研制的远程洲际导弹端头帽几乎都采用了碳－碳复合材料。

随着现代航空技术的发展，飞机装载质量不断增加，飞行着陆速度不断提高，对飞机的紧急制动提出了更高的要求。碳－碳复合材料质量轻、耐高温、吸收能量大、摩擦性能好，用它制作刹车片广泛用于高速军用飞机中。

1.4

超高强度钢和先进高温合金

超高强度钢是屈服强度和抗拉强度分别超过1200兆帕和1400兆帕的钢，它是为了满足飞机结构上要求高比强度的材料而研究和开发的。超高强度钢大量用于制造火箭发动机外壳，飞机机身骨架、蒙皮和着陆部件以及高压容器和一些常规武器。由于钛合金和复合材料在飞机上应用的扩大，钢在飞机上用量有所减少，但是飞机上的关键承力构件仍采用超高强度钢制造。目前，在国际上有代表性的低合金超高强度钢300M，是典型的飞机起落架用钢。此外，低合金超高强度钢D6AC是典型的固体火箭发动机壳体材料。超高强度钢的发展趋势是在保证超高强度的同时，不断提高韧性和抗应力腐蚀能力。

高温合金是航空航天动力系统的关键材料。高温合金是在600~1200oC高温下能承受一定应力并具有抗氧化和抗腐蚀能力的合金，它是航空航天发动机涡轮盘的首选材料。按照基体组元的不同，高温合金分为铁基、镍基和钴基三大类。发动机涡轮盘在60 年代前一直是用锻造高温合金制造，典型的牌号有A286和Inconel 718。70年代，美国GE公司采用快速凝固粉末Rene95合金制作了CFM56发动机涡轮盘，大大增加了它的推重比，使用温度显著提高。从此，粉末冶金涡轮盘得以迅速发展。最近美国采用喷射沉积快速凝固工艺制造的高温合金涡轮盘，与粉末高温合金相比，工序简单，成本降低，具有良好的锻造加工性能，是一种有极大发展潜力的制备技术。图2为美国战斗机各种材料结构的重量比。

图2

美国战斗机各种材料结构重量比

1.5

钨合金

钨的熔点在金属中最高，其突出的优点是高熔点带来材料良好的高温强度与耐蚀性，在军事工业特别是武器制造方面表现出了优异的特性。在兵器工业中它主要用于制作各种穿甲弹的战斗部。钨合金通过粉末预处理技术和大变形强化技术，细化了材料的晶粒，拉长了晶粒的取向，以此提高材料的强韧性和侵彻威力。我国研制的主战坦克125Ⅱ型穿甲弹钨芯材料为阅读全文(24)

第四篇：“班班通”在小学英语课堂教学中应用讲解

“班班通”在小学英语课堂教学中应用

摘要:“班班通”整合了电脑、交互式电子白板、投影机等整套教学设备, ,打破了“一本书,一支粉笔,一盘磁带”的传统英语教学模式,使抽象的、枯燥的学习内容转化成形象生动的、有趣的、可视可听的动感内容,它能够有效地渲染气氛,创设情景,它的资源多样性、内容生动性,学习过程的互动性等这些优势,能够激发学生创新的意识,培养学生的创造思维能力,为我们的小学英语教学开辟了新的天地,给课堂教学注入了新的生机和活力。通过班班通在课堂教学中的使用,我切实体会到它是小学英语课堂教学的好帮手,充分调动了学生学习的主动性和积极性,提高了学生课堂学习效率,让小学英语课堂随之“活”了起来。关键词:班班通;小学英语课堂;激发兴趣;提高效率

“班班通”是一个融合了基础设施、软件资源以及教育教学整合等内容的系统工程。目前在学术界和实践领域还没有一个统一的定义,中央电教馆给出的内涵界定为:“班班通”是指学校每个班级里具备与外界进行不同层次的信息沟通、信息化资源获取与利用、终端信息显示的软硬件环境,实现信息技术与学科日常教学的有效整合,促进教师教学方式和学生学习方式的变革,最终促进学生的发展。

“班班通”以其直观、高效地呈现教学内容为教学所用,合理、恰当、科学的运用班班通提供的多媒体教学手段,创设教学情境,创设愉悦的学习氛围,有利于激发学生的学习兴趣,突破教材重点、难点,发展学生思维。能调动学生的学习积极性,增强学习的信心,激发学生的求知欲,激励学生的创造思维,使他们真正成为学习的主人,从而提高学习效率。通过近两年的使用,我认为班班通的运用给英语教学带来了很多好处。下面我来谈谈在使用“班班通”辅助教学的一些体会:

一、利用“班班通”组织教学,激发了学生学习英语的兴趣。

我们经常说:兴趣是最好的老师。小学英语教学的对象是十岁左右的孩子,活泼好动,注意力难集中,持续学习的能力较差,这是他们的特点。因此,仅靠传统的“一本书,一支粉笔,一盘磁带”的教学模式显然是小学生不感兴趣的,不符合新课程标准要求的,达不到有效地教学与学习目的。然而班班通的运用,大大激发了学生学习英语 的兴趣。在我的日常教学实践中,我是这样做的:在上课开始的2-3分钟里,播放一些简单生动的英文歌曲,或者运用简单的鼓点旋律将所学知识编成小chant,活泼生动的flash动画,舒畅动感的鼓点旋律一下子就吸引了学生的注意力,让他们在不知不觉中进入到英语学习的氛围中,为一节新课的学习做好充分的准备。有时候为了缓解紧张的学习气氛,我还会在上课伊始,播放一些学生们感兴趣的视频,例如在学习B5M6U1 《You can play football well》的时候,因为有好多同学对足球很感兴趣,尤其是男孩子,所以我就在讲课文的时候给他们播放了一段世界杯足球比赛的经典视频,视频的播放既缓解了紧张的学习氛围,又提升了学习兴趣,还促进了孩子们对足球的了解,整个课堂充满着纯真的歌声与笑容。运用学生们喜欢的方式让整个课堂变得很和谐,这增强了学生的求知欲,有利于提升课堂效率。试想,如果没有“班班通”,仅仅依靠录音机或者独立的图片,无法实现声音与动画的同步播放,是不会取得如此好的效果的,学生的学习兴趣也难以得到长期的维护。

二、运用“班班通”教学,调动学习的积极性,刺激学生的思维。

布鲁姆说:“成功的外语课堂教学应当在课内创设更多的情景,让学生有机会运用已学到的语言材料。”运用班班通教学可以大大优化教学环境,促进学生的主动学习,可以使课堂变得生动活泼,色彩鲜明,声情并茂。这就改变了以往在课堂上学生只能看黑板、听老师讲的单调模式,为学生提供丰富多彩的声、电、光等各种信息,使课堂变得绚丽多彩,使师生之间的信息交流变得丰富而生动。例如:在教新标准英语第二册“They are cows.”这课时,我首先放一段有关农场景色的录像:狗、牛、小鸡、猫等图像、并从素材库中搜集了它们的叫声,这样一下子抓住了学生的兴趣,学生很快就掌握了本课的单词。真实的情景,动感的画面,富于情感的对话交流,创设了视听一体的教学情景,增强了形象的真实感,吸引着学生的注意,极大地激发了学习兴趣,吸引着学生积极、主动地参与到语言实践活动中来。老师的讲解辅以多媒体教学,使整个过程图文并举、声情并茂视听结合,渲染了气氛,创造出对话的情景,表达情感。学生在轻松愉快的氛围中学到了知识,培养了交际能力,又强化了记忆。

三、利用“班班通”独有的优势,进行情感教育

“班班通”所独有的集声音、文字、动画于一体的优势,有助于引发共鸣,利于在课堂上进行情感教育。我在讲授外研社版第五册Module 7 Community Unit 1 He can’t see.这一课时,就发挥运用了“班班通”的优势。Module 7的主题为Community(社区,本课的情感目标是要关心帮助他人,我在操练运用环节使用多媒体展示了一些我们身边有困难的人,请学生描述他们存在的困难以及自己可以做些什么。因为幻灯片展示的都是我们身边确实存在的人,很真实,所以学生在小组讨论时很热烈,纷纷发表见解,在总结时也能水到渠成地说出We should help each other.之后,我又增加了四川雅安大地震的图片连环播放,大地震造成的危害和战士、护士、学生献爱心的场面都一览无余,再配着《天空之城——吟唱版》的音乐,学生、家长、听课老师无不感慨,大家都感受到人与人之间相互帮助相互关爱的必要性。在课堂结束时,学生家长竟然鼓起掌来,我认为,这是对我们教育的鼓励,也是对教学中先进技术的肯定,更是对“班班通”给学生带来的各种感官享受的认可。

四、运用“班班通”组织教学,易突破教学重点,难点

电教多媒体有着极其丰富的表现力,可以通过动画形象跨越时空的限制,创造情景,再现各种事物和其运动变化的过程,有效地提高客观事物的本质和内在联系,帮助教师突破教学中的重点、难点。例如:在新标准第一册中的“颜色”时,我就运用了班班通,创设了一个情境:在一座大森林里，一群小动物在森林里嬉戏,天边出现了一道亮丽的彩虹。T: Look!A rainbow.How nice!这时,屏幕中逐一闪现彩虹并用英语介绍颜色:red、red, green、green…学生们学习了这些单词。而且学生们都沉浸在这美丽的情景中,突然彩虹不见了,我立刻让学生用英语说出刚才看到的颜色,孩子们争相说出刚才所听到和看到的颜色。“red, yellow, green….”一个个新单词,我还没有说出,学生已经脱口而出,然后我把刚才的图画重新展现,帮助学生复习巩固。在这一节课上,我充分的利用多媒体设备,创设优美的情境,以及标准的语音,让学生在语音、语境中学习,感知它们的优美,培养学生的语感,激发他们学习的欲望,增强学生学习的情感。使得原本枯燥又容易混淆的七种颜色很容易地被学生记住了,取得了很好的教学效果。

五、利用“班班通”教学,有效进行情境教学,增强了学生的应用于实践能力。情境教学是小学英语教学中必不可少的有效方法,由于传统教学手段的有限性,有些情境的创设,仅在同班同学间进行交流,缺乏活动的真实性,因为课堂上是不可能出现与书本上相同的情境的,这就会影响到孩子们在实际生活中应用英语的能力,从而使情境教学无法达到预期的效果。因此基于小学生的年龄特点,运用形象生动,图文并貌的媒体技术的运用就使得不可能变成了可能,更能激发他们的兴趣,更能增强他们的应用英语的能力。在教授B6M5U1《It’s big and light》的时候,在最后的拓展应用环节我设计了一个“Let’s go shopping”的环节,我用Flash动画展示了一幅生动的超市购物情境,让学生充当画面中的人物进行小组合作应用英语,在小组长的安排下,分别担任不同的角色,运用本节课所学习的句型进行应用练习,当学生亲身体会时,顿时会感到真实亲切,激情高涨。这种运用班班通电教技术组织的教学,创设的语言环境,既让他们感兴趣,又从中巩固拓展了本节课的内容,从而收到很好的课堂效果。

总之,“班班通”集声音、动画、字幕于一体,充分调动学生的各种感官,以其直观、高效地呈现教学内容为教学所用。合理、恰当、科学的运用班班通提供的多媒体教学手段,能调动学生的学习积极性,激发学生的学习兴趣,有利于突破教材重点、难点,发展学生思维。在小学英语教学中,“班班通”发挥了无可比拟的优势,在热身启动、课文呈现、操练运用、作业小结等各个环节均起到十分有益的作用。相信随着各种多媒体技术进一步为教育所用,我们教育事业也会与时俱进,不断提升。

但是,在英语教学中,班班通的多媒体仅仅是一种辅助课堂教学、优化教学效果的手段,对它的运用应遵循适时、适度、适当的原则,切忌过分依赖。它不应该也不可能完全取代黑板。只有让多媒体和黑板适当结合,扬长避短,相得益彰,都为教学服务,我们才能引导学生高高兴兴地学,有滋有味地学,也才能使学生学英语具有新鲜感,轻松感,愉悦感,自信感,成就感-,这样英语教学才能取得事半功倍的良好效果。多媒体这种新技术给我们带来种种便利的同时,也提出一些新的问题。最主要的是对教师提出了新的要求。教师不仅要掌握多媒体技术以及与此相关的网络通讯技术,学会在网上查找信息,而且还要能够开动脑筋对所获取的信息资源进行分类和取舍。决定哪些信息资源以什么样的方式出现在课堂上,是教师在课前要颇下功夫、颇费

脑筋的准备工作。不仅如此,教师还应该能够设计开发先进的教学课件,并将它们融于教学活动中,为学生营造一个集知识性和趣味性为一体的学习环境。让我们更加成熟地运用“班班通”,趋利避害,为孩子们呈现一个更加丰富多彩的知识海洋吧!参考文献: 1.《小学英语新课程标准》 2.《小学英语新课程标准解读》 3.《小学英语教学设计》

第五篇：高分子材料在军事隐身领域的应用范文

学院：材料与化工学院 专业：高分子材料与工程 班级：090306 学号：090306116 姓名: 杨小磊

2012-4-3

高分子材料在军事隐身领域的应用

高分子材料在军事隐身领域的应用

杨小磊

（西安工业大学材化学院；陕西西安 ；710021）

摘要：在这篇论文中我提及了少数的几种主流材料在军事隐身技术中的应用，主要论述了导电高分子材料和智能高分子材料在军事隐身领域的应用，以及国内外的发展水平和各种材料的发展前景。

关键词：军事 隐身 发展 应用

The application of polymer materials in the field of military stealth

Yang xiaolei(School of Chemistry Engineering＆Material, Xi＇an Technological University，Xi＇

an 710021，China)

Abstract:In this paper, I mentioned a few of several mainstream materials in military stealth technology, and discussed the conductive polymer materials and intelligent polymer materials in the field of military stealth applications, as well as the level of development at home and abroad and prospects for the development of the material.综述

随着军用探测技术的迅猛发展，军事目标面临着各种雷达探测系统、红外探测系统以及光学探测系统的威胁，由于探测系统的日趋精确和导弹技术的飞速发展，使目标几乎处于“被发现即等于被命中摧毁”的程度，因此，提高军事目标的生存能力，降低被探测和发现的概率，对于现代战争来说，具有十分重要的意义【1】。隐身技术成为了提高武器系统生存、突防，尤其是纵深打击能力的有效手段，已经成为集陆、海、空、天、电、磁六维一体的立体化现代战争中最重要、最有效的突防战术技术手段，并受到世界各国的高度重视【2】。例如

B-2隐身轰炸机(美国诺斯普罗公司)大量采用石墨碳纤维材料、锯齿状雷达散射结构、蜂窝状雷达吸波结构、雷达吸波材料涂层，并采用了新型的飞翼气动外形，没有平尾、翼身融合技术，以求达到最佳隐身效果【3】。现有的隐形材料有很多种类，也各有其长处和缺点，在这篇论文中作者对各种材料的优缺点进行了比较和罗列，可以给隐身材料的设计者提供有价值的、真实的、具有说服力的、来源可靠的数据，如果真的能达到这个目的，那么无论我的最终成绩是什么，我都是成功的。

一、纳米吸波材料

现代化战争对吸波材料的吸波性能要求越来越高，一般传统的吸波材料很难满足需要。由于结构和组成的特殊性，使得纳米吸波涂料成为隐身技术的新亮点。纳米材料是指三维尺寸中至少有一维为纳米尺寸的材料，如薄膜、纤维、超细粒子、多层膜、粒子膜及纳米微晶材料等，一般是由尺寸在1—100 nm的物质组成的微粉体系【4】。

纳米薄膜或纳米多层膜具有优异电磁性能，做成纳米结构的微米粉作吸收剂，具有频带宽、兼容性好、质量小和厚度薄等特点，是一种有发展前途的雷达吸波材料，适合于隐身材料带优化设计。纳米吸波材料对电磁波特别是高频电磁波具有优良的吸收性能。美、俄、法、德、日等国都把纳米吸波材料作为新一代雷达吸波材料进行探索与研究。美国已研制出一种称作“超黑粉”的纳米吸波材料，其对雷达波的吸收率高达99％，而且目前正在研究覆盖厘米波、毫米波、红外、可见光等波段的纳米复合材料。法国最近研制成功一种宽频吸波涂层，它由粘结剂和纳米级微屑填充材料构成。纳米级微屑由超薄不定型磁性薄层及绝缘层堆叠而成，磁性层厚度为3 nm，绝缘层厚度为5 nm【5】。

虽然目前已经取得了不少的研究成果，但是这种技术还不成熟，所以并没有被广泛的应用在实战中，但是纳米吸波材料也会成为未来战斗机的主流隐身材料。

二、等离子体隐身技术

等离子体是气体在某种外在因素的激发下，电离生成密度近似相等的自由电子、正离子和少量负离子而形成的第四态物质。理论研究和实验结果表明，等离子体对雷达波具有十分显著的吸收、耗散效果。

其优点是吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好、使用简便、使用时间长、价格便宜而且不影响飞行器的飞行性能，由于没有吸波材料和涂层，也大大降低了维护费用。此外，俄罗斯进行的风洞试验表明，利用等离子体隐身技术还可以减少飞行器的飞行阻力30%以上【6】。

但是这种技术也有其缺点，因为这是一项十分复杂的系统工程，包括大气等离子体技术、电磁理论与工程、空气动力学、机械与电气工程等学科，研究此项技术必须首先做好各学科之间的交叉、配合的研究。所需电源功率很高，设备庞大，不容易在战斗机或轰炸机上安装。而且需要较多的人力、物力、财力投入，适合国家相关机构进行研究与开发，个人是不可能承受这些代价的。轩辕杨杰整理上传

三、填充型导电高分子材料

1977年日本化学家Shirakawa和美国化学家MacDiarmid、物理学家Her ger发现掺杂的聚乙炔膜具有金属导电性，其电导率可以达到金属级别，从此高分子被认为是绝缘体的传统观念被打破了。随后，科学家相继发现具有共扼结构的聚毗咯、聚苯胺和聚苯硫醚等经过掺杂后其电导率均可达到半导体或者金属导体水平。最重要的是这些材料具有微波吸收性能，可以用来制备雷达吸波材料【7】，这一发现引起了研究人员的极大兴趣。

如今随着导电高分子本身问题的不断解决和相关材料、技术的不断发展，导电高分子在雷达吸波材料领域中的优势将越来越明显，未来主要的发展方向是通过与具有磁损耗特性的材料或纳米超微粒子复合，制备出兼具电损耗和磁损耗特性或并集纳米材料特殊效应于一身的复合吸波材料，同时利用导电高分子的成纤特性与凯芙拉纤维等增强基体材料混编来达到雷达吸波材料向“ 薄、轻、宽、强”方向发展的要求【8】。

总之，填充型导电高分子在雷达吸波材料领域将大有可为。

四、智能高分子材料

相对于目标而言，背景是十分复杂并且不断变化的，所以使用一成不变的隐身技术手段很难真正达到良好的隐身效果，20世纪80年

代末，美国和日本科学家首先提出了智能材料的概念，智能材料是一种能从自身表层或内部获取关于环境条件及其变化信息，进行判断、处理和反应，以改变自身结构与功能并使其很好的与外界协调，具有自适应的材料系统，在武器装备隐身化和新军事变革的大背景下，智能隐身得到的各国的高度重视。

智能隐身材料是伴随着智能材料的发展和装备隐身需求而发展起来的一种功能材料，它是一种对外界信号具有感知功能、信息处理功能、自动调节自身电磁特性功能、自我指令并对信号作出最佳响应功能的材料的系统，而且具有通讯、隐身、电子对抗、火控等功能，可以部分或全部替代原来离散的电子设备，增加功能，减轻质量，提高生存能力。

区别于传统的外加式隐身和内在式雷达波隐身思路设计，智能隐身材料为隐身技术的发展和设计提供了崭新的思路，是隐身技术发展的必然趋势，因为高分子聚合物材料以其可在微观体系即分子水平上对材料进行设计、通过化学键、氢键等组装而成具有多种智能特性而成为智能隐身领域的一个重要发展方向。智能隐身材料主要包含对雷达波智能隐身材料、红外波智能隐身材料和可见光智能隐身材料，因为是未来的重要发展方向，所以在这里详细分析。雷达波智能隐身材料

雷达是迄今为止最为主要和有效的远程电子探测设备，随着雷达技术的改进和发展，现代雷达对各种军用目标构成了致命的威胁，雷达波隐身仍然是目前隐身技术发展的重点，雷达波智能隐身是雷达波

隐身发展的一个重要方向。对于目标言，可能同时面临着多部雷达的探测和威胁，面对这种局面，材料单一化的被动隐身已经越来越不能适应现代战争的要求，有些国家对雷达波智能隐身的研究已经取得了一定的成果。据报道，用智能纤维增强的一种导电聚合物作为隐身的结构材料在雷达波智能隐身中得到了应用，不仅降低了雷达散射的截面，同时还把飞机隐身材料的质量减轻了50％，并且对声波也具有良好的隐身效果。雷达波智能隐身的一大热点是动态适应雷达吸波材料Mo(dynamically adaptive radar—absorb—ing materials，缩写为DARAM)，该种材料能够感应人射的电磁波，实时调节材料的电磁参数，使材料吸收峰处在入射波电磁频谱，以对特定频率电磁波的强吸收。英国谢菲尔德大学研制的一种成分PANi．HBF。PEO(poly—ethylene-oxide)，银(12％，质量分数)和AgBF4(12％，质量分数)的导电聚合物，对于含40％PANi．HBF。的导电聚合物，该导电聚合物能够作为动态自适应雷达吸波材料，其本质在于对其施加电压后其电磁参数可以调节，其原理是一旦对导电聚合物施加电压后会发生如下反应：PANi．HBF。+Ag与PANi．Ho+AgBF。，其中左边易导电，右边不易导电，施加电场后向易导电的方向发展。

通过施加电压不同，调节了导电聚合物的电磁参数，从而能够使电磁波在聚合物内的波长发生改变，达到对雷达实现智能隐身的目的。

2.红外智能隐身材料

随着红外探测技术的不断进步以及背景环境的快速变化，传统意

义的红外伪装即单一被动抑制目标红外辐射、改变辐射特性已经越来越不能适应现代战场的要求，对红外隐身材料的研究也在不断发展，尤其是在动态红外智能隐身材料

研究方面。1995年，P．Chandrasekhar对导电高分子电致变色材料的红外发射性能进行研究，发现在中远红外宽频范围(0．41xm～45txm)具有可控的红外发射率变化(0．3—0．7)以适应背景的红外发射率，实现动态红外伪装。对舰船、坦克、车辆等武器装备在不同环境下的伪装要求，采用导电高分子电致变色涂层(聚苯胺／聚二苯胺涂层)，利用其红外发射率不同而达到夜间或白天红外伪装的目的，此种材料还可使武器装备表面涂层呈现不同的可见光迷彩伪装效果。为了调节目标表面温度变化范围，可以采用虑大热惯量材料，其中相变材料是其中一种很有发展前途的材料，相变材料是在某一温度发生相变时，吸收热量，因而达到蓄热调温的作用，使物体表面温度下降，辐射率减小，达到红外隐身的效果，而且此过程是可逆的，Mckinney等将相变高分子材料(主要是链烷烃和某些塑性晶体如2，2二甲基一1，3丙二醇(DMP)、2烃甲基-2一甲基一1，3丙二醇(HMP))用无机或有机高分子材料进行包覆制成微胶囊，再将这种微胶囊作为填料加入到涂料中，或者加入到树脂中挤压形成纤维，将涂料或织物覆盖于物体表面，当温度升高时，相变高分子材料发生相变吸热，塑性晶体分子结构发生变化吸热，降低表面温度，温度降低时，相变高分子材料发生相变放热，升高表面温度，利用高相变热储材料的可逆过程，达到红外伪装的目的。

当然在具体应用时，还应该考虑隐身材料所应用目标的温度和环境因素等来动态调节物体表面温度。虽然这种高分子材料还未见应用于红外智能隐身材料的报道，不过从材料特性看，这种高分子材料具有未来应用于红外智能隐身的潜力。具有良好的应用前景。3.可见光智能隐身材料

为了提高目标在可见光背景下的伪装能力，有些国家致力于伪装材料在可见光背景下的环境自适应技术研究，其中电致、光致变色高分子材料成为可见光智能隐身的一个重要研究方向。据报道，美国空军研究了一种导电聚苯胺复合材料，可用于调节飞机蒙皮的亮度和颜色，它是通过安装在飞机各个侧面的可见光传感器控制它的光电等特性，在不加电时，它是透光的，在加电时，可同时改变亮度和颜色，使用这种蒙皮的飞机，在飞行中从上往下看，它的上部颜色与它下面地表的主体颜色相近，从下往上看，它的底部颜色与太空背景一致，而且蒙皮加电时，能够散射雷达波，使跟踪雷达的探测距离缩短一半以上。

美国佛罗里达大学研制出一种电致变色聚合物材料，将这种材料制成薄板覆盖在目标表面，板在加电时能发光并改变颜色，在不同电压的控制下会发出蓝、灰、白等不同颜色的光，必要时还可产生深浅不同的色调，以便与太空的色调

相一致，能够消除目标与背景的色差，达到可见光隐身的效果【9】。

五、发展前景

现代攻击武器的发展，特别是精确打击武器的出现，使武器装备 的生存力受到了极大的威胁，单纯依靠加强武器的防护能力已不实际。采用隐身技术，使敌方的探测、制导、侦察系统失去功效，从而尽可能地隐蔽自己，掌握战场的主动权。抢先发现并消灭敌人，已成为现代武器防护的重要发展方向。隐身技术的最有效手段是采用隐身材料。国外隐身技术与材料的研究始于第二次世界大战期间，起源在德国，发展在美国并扩展到英、法、俄罗斯等先进国家。目前，美国在隐身技术和材料研究方面处于领先水平。在航空领域，许多国家都已成功地将隐身技术应用于飞机的隐身；在常规兵器方面，美国对坦克、导弹的隐身也已开展了不少工作，并陆续用于装备，如美国M1A1坦克上采用了雷达波和红外波隐身材料，前苏联T－80坦克也涂敷了隐身材料。

隐身材料有毫米波结构吸波材料、毫米波橡胶吸波材料和多功能吸波涂料等，它们不仅能够降低毫米波雷达和毫米波制导系统的发现、跟踪和命中的概率，而且能够兼容可见光、近红外伪装和中远红外热迷彩的效果。

近年来，国外在提高与改进传统隐身材料的同时，正致力于多种新材料的探索。晶须材料、纳米材料、陶瓷材料、手性材料、导电高分子材料等逐步应用到雷达波和红外隐身材料，使涂层更加薄型化、轻量化。纳米材料因其具有极好的吸波特性，同时具备了宽频带、兼容性好、厚度薄等特点，发达国家均把纳米材料作为新一代隐身材料加以研究和开发；国内毫米波隐身材料的研究起步于80年代中期，研究单位主要集中在兵器系统。经过多年的努力，预研工作取得了较

大进展，该项技术可用于各类地面武器系统的伪装和隐身，如主战坦克、155毫米先进加榴炮系统及水陆两用坦克。

目前，世界上正在研制的第四代超音速歼击机，其机体结构采用复合材料、翼身融合体和吸波涂层，使其真正具有了隐身功能，而电磁波吸收型涂料、电磁屏蔽型涂料已开始在隐身飞机上涂装；美国和俄罗斯的地对空导弹正在使用轻质、宽频带吸收、热稳定性好的隐身材料。可以预见，隐身技术的研究和应用已成为世界各国国防技术中最重要的课题之一。

六、结语

随着材料科学的发展，隐身材料从以前的单一隐身朝着全波段隐身的方向发展，而且兼具机械性能、经济实用。无论是纳米吸波材料还是采用等离子或其他隐身技术，智能隐身材料将会是未来隐身技术的重要发展方向，从相关研究可以看出，利用其导电、颜色、温度等方面的可控性，高分子材料在智能隐身方面已经得到了很好的应用，可以预计，高分子材料在智能隐身技术领域将有非常好的发展前景，而且，利用其电磁特性或温度可调控的特点，全波段兼容智能隐身也已经成为高分子材料智能隐身的下一个发展趋势。

参考文献：

[1]于海涛,庄焱 ,庄海燕.高分子材料在智能隐身技术中的应用.2008.9.1-5 [2]郭洪范,朱红,林海燕, 张积桥.导电高分子在雷达吸波材料中的应用研究进展。2007.10.1-4 [3]佚名.隐身技术概述.8-24 [4]焦桓.罗发.周万城纳米吸波材料研究与发展趋势.2009.3.1-3 [5]焦桓.罗发.周万城纳米吸波材料研究与发展趋势.2009.3.2-3 [6]佚名.隐身技术概述.19-24 [7]孙业斌,张新民.填充型导电高分子材料的研究进展.2009.7.1-6 [8]郭洪范,朱红,林海燕,张积桥.导电高分子在雷达吸波材料中的应用研究进展.2007.10.3-4 [9]于海涛,庄焱 ,庄海燕.高分子材料在智能隐身技术中的应用.2008.9