智能材料在军事领域的应用（五篇模版）

第一篇：智能材料在军事领域的应用

智能材料在军事领域的应用

智能材料（Intelligent material），是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。智能材料在目前文献中的提法大都为机敏材料(Smart Material)、机敏结构(Smarts Structure)、自适应结构(A daptive Strueture)、智能材料(Intelligent Material)、智能结构(Intelligent Strueture),这些概念国内外至今尚无统一的定论。不容质疑智能材料是未来的重要科学领域。此次来介绍智能材料在军事领域的应用。

作为一种新兴技术材料,智能材料的应用日益引起人们的广泛兴趣,在军事、医学、建筑和纺织服装等领域都有着广阔的发展前景。

智能材料在军事应用中具有很大的潜力,其研究、开发和利用,对未来武器装备的发展将产生重大影响。目前,在各种军事领域中,智能材料的应用主要涉及到以下几个方面。

一·

智能蒙皮 光纤作为智能传感元件用于飞机机翼的智能蒙皮中,或者在武器平台的蒙皮中植入传感元件、驱动元件和微处理控制系统制成的智能蒙皮,可用于预警、隐身和通信。1985年美国空军的“预测计划II”首先提出了光纤智能蒙皮/结构的概念。随着进一步的研究发展,1994年美国空军动力飞行实验室进行了结构飞行演示,麦道公司对F-15战斗机的外侧前缘、F-18战斗机的蒙皮进行了智能结构飞行试验。目前,为了未来的弹道导弹监视和预警卫星系统,美国弹道导弹防御局正在研究在复合材料蒙皮中植入核爆光纤传感器、X射线光纤探测器、激光传感器、射频天线等多种传感器的智能蒙皮。这种智能蒙皮可以被安装在天基防御系统空间平台的表面上,实时监视和预警来自敌方的各种威胁,美国空军莱特实验室正在把一个承载天线结合到表层结构中,与传统外部嵌置的天线相比,这种一体化结构的天线能够有效提高飞行器的空气动力性能、减轻飞行器结构重量和体积、提高天线性能、降低生产成本和维修费用。该计划预计在2013年进行模型样机的试飞。

二·结构检测和寿命预测

智能结构可以对构件内部的应变、温度、裂纹进行实时测量,探测其疲劳和受损伤情况,从而实现对结构进行监测和对寿命进行预测。光纤具有尺寸小、质量轻、可挠曲、耐腐蚀,不受电磁干扰,与复合材料有良好相容性等特点,且灵敏度高、耐高温,易实现远距离测量而受到人们的青睐。目前一些先进国家采用光纤智能材料与结构进行复合材料的状态检测与损伤估计,即在材料或结构的关键部位埋置光纤传感器或其阵列进行全寿命期实时监测、损伤评估和寿命预测。空间站等大型在轨系统采用光纤智能结构,可实时探测由于交会对接碰撞、陨石撞击或其他原因引起的损伤,对损伤进行评估,实施自诊断。压电元件由于既可作传感器又可作驱动器,频响高,处理电路简单,近年来基于压电元件的结构损伤实时在线检测成为国际上的热点。美国斯坦福大学采用分布式压电传感器、驱动器进行了复合材料结构所受冲击机冲击损伤情况的研究,荷兰国家宇航实验室、美国波音公司、美国Sandia及LosAlamos国家实验室等研究机构也都在进行这方面的研究。

形状记忆合金(SMA)应用于智能复合材料是由于其在低温下的形状记忆功能和其在高温下的超弹性,应用最为广泛的是NiTi合金。美国应用SMA制成了夹心结构树脂基复合材料用于“柔性机翼”。该机翼在各种飞行速度下可自动保持最佳翼型,提高飞行效率,并可自行抑制出现的危险振动。

三·减振降噪

智能结构用于航空航天系统可以消除系统的有害振动,减轻对电子系统的干扰,提高系统的可靠性;用于舰艇,可以抑制噪声传播,提高潜艇和军舰的声隐身性能。国外正在研究的具有减振降噪功能的智能结构主要由压电陶瓷、形状记忆合金和电致伸缩等新材料制成。如Lord公司用超磁致伸缩材料研制的一套智能减震系统,安装在飞机发动机支架上,使机舱内的噪声减小20dB以上[7]。将压电材料置入飞机机身内,当飞机遇到强气流而振动时,压电材料便产生电流,使舱壁发生和原来振动方向相反的振动,抵消气流引起的振动噪音[6]。(4)环境自适应结构 由智能结构制成的自适应飞机机翼,能实时感知外界环境的变化,同时驱动机翼发生弯曲、扭转以改变翼型和攻角,从而获得最佳的气动特性,自适应机翼将大大减轻重量,提高响应速度,减少转弯半径,改善雷达散射截面,增大升阻比。例如当飞机在飞行过程中遇到涡流或猛烈的逆风时,机翼中的智能材料就能迅速变形,并带动机翼改变形状,从而消除涡流或逆风的影响,使飞机仍能平衡地飞行。美国Grumman飞机公司用超磁致伸缩智能型材料作驱动组元制造的自适应机翼模型,其响应速度比传统的液压系统提高了20倍,后缘倾转60%,航程增加了35%。美国波音公司和麻省理工学院联合研究出在桨叶中嵌入智能纤维,可使电致流变体时桨叶扭转变形达几度。四· 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 于目标而言，可能同时面临着多部雷达的威胁和 探测，面对这种局面，材料的单一化雷达被动隐 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，同时还把飞机的质量减轻了５０％，并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，该种材料能够感应入射的电磁波，实时调节材料的电磁参数，使材料吸收峰处在人射波电磁频谱，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．ＨＢＦ４，ＰＥＯ（ｐｏｌｙ—ｅｔｈｙｌｅｎｅ—ｏｘｉｄｅ），银（１２％，质量分数）和ＡｇＢＦ（１２％，质量分数）的 导电聚合物 Ｊ，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＿￣ＰＡＮｉ． Ｈ。＋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，用两层导电聚合物配置成Ｊａｕｍａｎｎ雷达 吸收体－６』，上层厚度为ｄ，下层厚度为ｄ，每层导 电聚合物的电磁参数都可以调节，这样可使该吸 收体具备了宽频下强吸收的能力。图１为吸收 峰可调的两层Ｊａｕｍａｎｎ雷达吸收体每层最佳的 电阻与频率关系图。图２为用导电聚合物配置 的Ｊａｕｍａｎｎ雷达吸收体在施加不同电压后，其反 射率与频率的关系。

从图１、图２可以看出，通过调节电压，可动 态调节每层导电聚合物的电阻（电磁参数），从而 达到了反射率吸收峰在不同频率下可调的目的

五· 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一单一被动 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一４５Ｉｘｍ）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。美国陆军应用导电高分子电致变色材料（ＰＥＤＴ／ＰＰＳ）制作士兵服装，使士兵能够在夜间 不被敌方的探测器发现。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）Ｊ，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 考虑大热惯量材料，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－ 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，或者加人到树脂中挤压形成 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¨引，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。

六·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 时还可产生淡淡不同的色调，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¨¨。美国研制出一种电致变色高分子材料可用 于可见光伪装智能材料，据称，在聚氨酯分子中 嵌入高活性的丁二炔链段，在适当的条件下，丁 二炔聚合成聚丁二炔，形成具有自由电子的共轭 结构，从而改变了整个材料的颜色和光强度，在 此基础上，在材料系统中加入传感器和控制器，使用带有ＳｉＣ光探测器的窄带通滤波器可以识 别环境的波长和光强度，再将输出信号经模拟数 字转换器传输给微处理器进行识别和数据处理，并发出控制指令以改变材料的颜色和强度，从而 达到智能隐身的效果Ｈ。目前正在研究的可用于可见光智能隐身的 光致变色高分子材料主要还有：含硫卡巴腙配合 物的光致变色高分子材料；含偶氮苯的光致变色 高分子材料；含螺苯并吡喃的光致变色高分子子材料。

智能材料作为材料领域的重要领域正在迅猛发展，而随着现代战争需求的改变，必将在国防领域发挥更大的作用。

第二篇：太阳能在工业领域的应用

太阳能锅炉

太阳能锅炉,简单说,即使用光热技术,对冷水进行预热,再提供给工业锅炉。这项技术的发明者是山东力诺瑞特新能源有限公司。2011年5月,力诺瑞特全球第一个CPC中高温系统在工业热能领域的应用项目——力诺瑞特CPC中温太阳能锅炉落成,并启动了“工业绿动力”计划。据核算,采用这项技术,这座锅炉每年可节约标煤1156吨,减排二氧化碳3005吨,实现了太阳能中高温技术的第三次成果转换,标志着中国太阳能光热产业正式进入工业热能应用阶段。

“太阳能锅炉是把太阳能应用从民用转向工业应用的真正开始。”国家发改委能源研究所副所长李俊峰在太阳能锅炉发布会上曾表示,长期以来,国内太阳能厂家的主要产品都集中在热水器上,属民用范畴,广泛的工业领域应用率几乎为零。而力诺瑞特太阳能锅炉项目依托于其耗时五年、投资1.2亿元研发的太阳能热能应用系统技术,意在为燃煤、燃气、燃油锅炉做高效热力补充,实现对造纸、食品、化工等八大工业生产的热能利用,并力图在“工业绿动力”后续产业的带动下,实现对全国13200亿元的工业热能市场总量的开发。“太阳能锅炉” 开启太阳能工业节能之门

我国工业能耗自1996年以来一直占据全社会总能耗的70%以上,工业与太阳能的结合始终是难以攻克的课题。对此,业内专家称,工业用热温度较高,以造纸、食品、烟草、木材、化工、医药、纺织、塑料等八大工业行业为例,其用热温度大部分在80℃——250℃之间,要使太阳能在这些产业中顺利应用,必须在核心太阳能功能部件上达到较高温度。

力诺瑞特太阳能锅炉项目正是在CPC中温集热器与锅炉集成热力系统之上,采用企业独有的全玻璃真空中温镀膜管、CPC反光板等技术,通过聚焦吸收更多的太阳热能,将15℃左右的冷水加热至95℃,为10吨燃煤锅炉提供预热热水,再由锅炉将95℃热水加热成150℃蒸汽,突破了国内原有集热器的低温限制,解决了中国太阳能中高温工业热利用技术的难题。

该锅炉系统集热面积达5200平方米,整个系统每年可节约标煤1156吨,减排二氧化碳3005吨,一经完善形成成套技术后,还可以在建筑节能和太阳能空调上应用和推广。北京工业大学环境与能源工程学院院长马重芳表示:“目前国际节能减排主要有四个方向,一是提高现有能源的能效,二是使用可再生能源,三是碳储存,四是使用核能,力诺瑞特的中温锅炉技术实现了提高能效和使用新能源的双轨前进,代表了国际节能的正确方向。”

太阳能中温技术在升级中走向成熟

30年前,中国第一台太阳能热水器诞生,太阳能应用开始惠及居民生活；15年前,第一台真空管型太阳能热水器上市,热水集热效率大幅提升；9年前,力诺瑞特分体式太阳能诞生,太阳能第一次实现与建筑结合；2010年,力诺瑞特真空管集热器温度提升至150℃,热能应用成为现实；2011年,力诺瑞特CPC中温集热器与工业锅炉成功“嫁接”,太阳能应用从民用大面积转向工业。30年间,中国太阳能产业从最初的浅湾试水,到如今的蓝海深航,太阳能经历了从无到有、从有到精、从精到广的跨越式前进,其中技术创新成为其中最大的推动力。一般人可能不了解的是,太阳能真空管是地道的“中国创造”,发明者是清华大学的殷志强教授。这项技术以非常低廉的成本,解决了中国人的生活用热水问题,并催生了庞大的产业。真空管问世二三十年来,形成了中国太阳能热利用产业,生产规模居世界首位。这是中国的强项,国际竞争地位有利。

力诺瑞特与清华大学电子工程系、上海交通大学进行合作,围绕集热器及光热技术的工业应用进行系统集成创新,目标就是提供“可靠的技术”,并形成我国在太阳能光热利用领域的国际竞争优势。正是通过校企合作创新,力诺瑞特在太阳能150℃中温和450℃高温集热、太阳能空调制冷、太阳能工业应用等领域不断取得技术突破,在让力诺瑞特不断占据中国乃至世界太阳能光热技术应用前沿的同时,也为国内太阳能产业升级带来了更多动力。

中国太阳能热利用委员会主任罗振涛表示:“力诺瑞特CPC中温太阳能锅炉是目前我见过的规模最大、系统最完善、水温最高、太阳能与工业结合最好的系统,该技术是太阳能在工业领域应用的典范,标志着我国中温技术在升级中走向成熟,是民族工业的骄傲。”

据了解,目前在低温阶段全国太阳能热利用年推广4000万平方米的热水器,年可节煤800万吨,减排二氧化碳1800万吨。而太阳能热在工业领域的应用,效益更为重大。工业能耗占全省总能耗的70%以上,其中热力能耗占工业能耗的50%左右。若整个工业耗能的10%用太阳能替代,年可节约标煤2430万吨,减排二氧化碳6075万吨,对推动工业节能降耗、确保完成“十二五”万元工业增加值降低18%的目标具有重要意义。

“工业绿动力计划”启动万亿新市场

力诺瑞特太阳能锅炉或许是首次把新能源直接应用于工业生产领域,与过去主要是“减量”的节能减排措施相比,更重视新能源对传统能源的替代,因而从未来影响来看,蕴含着革命性的意义。正因为如此,从发展伊始,就得到了政府相关部门的高度重视。

不久前,省经信委还出台了相关奖励补贴措施,奖补对象是利用太阳能集热系统对蒸发量5吨以上的工业锅炉给水进行辅助加热,标准是实现锅炉系统持续稳定运行、进水温升达到60度以上,根据节能效果给予补贴。

在此之前,我省已将太阳能集热系统应用项目纳入省级节能专项资金扶持范围,主要是支持学校建设太阳能浴室。2007年以来,共支持了673个太阳能集热系统应用项目,累计安排补贴资金1.95亿元,年可节约标准煤5.53万吨,减少二氧化碳排放量13.8万吨。

目前太阳能工业热力系统技术性能和成熟度,已完全可以推广到造纸、纺织、食品、烟草、木材、化工、塑料、医药等八个用热行业。省经信委建议在全省启动“工业绿动力计划”,建立中温太阳能工业热力系统示范工程,形成设计、生产、推广、服务的标准规范及产业化模式,为工业生产提供绿色、清洁、可持续的太阳能资源,实现太阳能热利用领域与工业热能利用领域的一体化完美结合；通过项目示范,形成设计、生产、推广的标准规范,最终实现产业化推广。“十二五”期间,推广太阳能集热面积1170万平方米,实现节能195.8万吨标准煤,减排二氧化碳513.6万吨。

政府的引导,带来了市场的呼应。在不到一个月的申报时限内,全省已有20家用能企业与力诺瑞特合作申报,目前,各相关市正进行资格审查。据了解,山东有各类锅炉约5万台,若全部实现与CPC中温太阳能工业热力系统结合,可安装中温集热器8840万平方米,从节能角度,每年节约标煤1960万吨,减排二氧化碳4420万吨；所蕴含的市场容量为1220亿元!据统计,我国目前在用燃煤工业锅炉约47万余台,每年消耗标准煤约4亿吨,约占我国煤炭消耗总量的四分之一；排放二氧化碳约占全国排放总量的10%。若全国锅炉都能与太阳能结合,一年就节约原煤约4000万吨,减排二氧化碳约8000万吨,仅太阳能产业在全国就将带动13200亿元的新市场。探索太阳能锅炉新型推广模式

太阳能锅炉研发完成后,力诺瑞特组织专门团队进行推广应用,先后对印染、酿造、牛奶厂、油脂提取、塑料管业、沥青加热、粮食储备库、屠宰厂、造纸厂、木料烘干、农村住宅采暖等11个行业进行了调研,对其工艺进行了详细的了解。同时,把客户需求作为创新目标,优化系统,改进元件,完善应用。其中,每组集热器的载荷由每平方米60公斤下降到三四十公斤,扩大了适宜安装的空间,收到节约用地的效果。省经信委建议进一步加大科技研发力度,完善以市场为导向、以太阳能企业为主体、产学研相结合的技术创新体系。鼓励省内骨干太阳能企业深化产学研合作,重点围绕太阳能工业热能利用核心技术、系统技术以及工程技术开展研发攻关,进一步提高太阳能工业热力系统的温度,扩大应用范围,提升太阳能应用层次。

太阳能锅炉的目标用户是工业企业,这是与居民消费完全不同的市场:一方面,规模大、节能效益显著；另一方面,企业的特点也决定更高的要求。力诺瑞特在调查中发现,企业判断是否采用节能新技术,如果不是政策具有约束性,他们首先考虑的是投入产出效益,标准是日常资本投入的利润率。接受调查的工业制造企业平均利润率在10%-15%左右,他们希望应用太阳能锅炉所作的投资,也带回相当水平的收益。太阳能集热系统成本,根据用能企业的实际状况各不相同,按集热面积核算,大致为每平方米1000元；效益主要是节约能源形成的,年可节煤210公斤,按目前煤炭的市场价格,大约四五年可以收回成本。在全自动控制的基础上,太阳能系统寿命高达10-15年,这样计算,长远看效益是很可观的。但是,初始投资需求比较大,一次投入几百万元,相当多的企业还是感到有压力。所以,尽管燃煤锅炉最需要进行改造,但从成本收益角度看,油、电、气的用能企业更容易接受。

从长远看,煤炭价格是上涨的,而太阳能集热系统成本将随着规模扩大而降低,相反的趋势,将使越来越多的企业接受这一创新应用；但目前投资大、回收周期长,确实是推广应用的一个障碍。

力诺瑞特总经理申文明表示,要解决这一问题,需要创新推广模式,采用信誉销售(合同能源管理的雏形)等方式,减轻用能企业的投资压力。为此,力诺瑞特独家投资注册成立了山东力诺瑞特节能服务有限公司,在合同能源管理和节能改造方面将各项太阳能工业热能节能改造先进技术广泛应用于工业热能节能领域。但是,这需要政府主持制定太阳能系统能源计量、审计标准,使太阳能的节能量有法可依。对于小型用能企业,可以将系统模块化,由企业自行组织安装,公司提供技术标准和技术支持,降低成本。

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：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

第五篇：物联网技术在军事领域的应用

物联网技术在军事领域的应用

摘要

无线传感器网络可以协助实现有效的战场态势感知，满足作战力量“知己知彼”的要求。典型设想是用飞行器将大量微传感器结点散布在战场的广阔地域。关键词：物联网 军事

前言：信息技术正推动着一场新的军事变革。信息化战争要求作战系统“看得明、反应快、打得准”，谁在信息的获取、传输、处理上占据优势(取得制信息权)，谁就能掌握战争的主动权。无线传感器网络以其独特的优势，能在多种场合满足军事信息获取的实时性、准确性、全面性等需求。

无线传感器网络可以协助实现有效的战场态势感知，满足作战力量“知己知彼”的要求。典型设想是用飞行器将大量微传感器结点散布在战场的广阔地域，这些结点自组成网，将战场信息边收集、边传输、边融合，为各参战单位提供“各取所需”的情报服务。

根据白宫的信息技术专家介绍，计算机、通信及小型化技术进步正引导美军进入一个新时代，在防御技术上产生“革命性”效果。隶属于总统办公厅的国家信息技术研究与发展综合办公室主任大卫?纳尔逊说，无线传感器网络技术，预示着为战场上带来新的电子眼和电子耳，“能够在未来几十年内变革战场环境”。

由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资，判断生物化学攻击等多方面用途。友军兵力、装备、弹药调配监视;战区监控;敌方军力的侦察;目标追踪;战争损伤评估;核、生物和化学攻击的探测与侦察等。

鉴于无线传感器网络在军事应用的巨大作用，引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注.美国自然科学基金委员会2003年制定了传感器网络研究计划,投资34 000 000美元,支持相关基础理论的研究.美国国防部和各军事部门都对传感器网络给予了高度重视,在C4ISR的基础上提出了C4KISR计划,强调战场情报的感知能力、信息的综合

能力和信息的利用能力,把传感器网络作为一个重要研究领域,设立了一系列的军事传感器网络研究项目.美国英特尔公司、美国微软公司等信息工业界巨头也开始了传感器网络方面的工作,纷纷设立或启动相应的行动计划.日本、英国、意大利、巴西等国家也对传感器网络表现出了极大的兴趣,纷纷展开了该领域的研究工作。

无线传感器网络的典型应用模式可分为两类，一类是传感器结点监测环境状态的变化或事件的发生，将发生的事件或变化的状态报告给管理中心;一类是由管理中心发布命令给某一区域的传感器结点，传感器结点执行命令并返回相应的监测数据。与之对应的，传感器网络中的通信模式也主要有两种，一是传感器将采集到的数据传输到管理中心，称为多到一通信模式;一是管理中心向区域内的传感器结点发布命令，称为一到多通信模式。前一种通信模式的数据量大，后一种则相对较小。

在这里收集了一些目前西方国家(主要是美国)在无线传感器网络军事应用方面的主要研究：

1)智能微尘(smart dust)智能微尘(smart dust)是一个具有电脑功能的超微型传感器，它由微处理器、无线电收发装置和使它们能够组成一个无线网络的软件共同组成。将一些微尘散放在一定范围内，它们就能够相互定位，收集数据并向基站传递信息。近几年，由于硅片技术和生产工艺的突飞猛进，集成有传感器、计算电路、双向无线通信模块和供电模块的微尘器件的体积已经缩小到了沙粒般大小，但它却包含了从信息收集、信息处理到信息发送所必需的全部部件。未来的智能微尘甚至可以悬浮在空中几个小时，搜集、处理、发射信息，它能够仅依靠微型电池工作多年。智能微尘的远程传感器芯片能够跟踪敌人的军事行动，可以把大量智能微尘装在宣传品、子弹或炮弹中，在目标地点撒落下去，形成严密的监视网络，敌国的军事力量和人员、物资的流动自然一清二楚。

2)目标定位网络嵌入式系统技术

目标定位网络嵌入式系 统技术(Network Embed System Technology)是战场应用实验是美国国防高级研究计划局主导的一个项目，它将实现系统和信息处理融合。项目的定量目

标是建立包括10 ~100万个计算节点的可靠、实时、分布式应用网络。这些节点包括连接传感器和作动器的物理和信息系统部件。基础嵌入式系统技术节点采用现场可编程门阵列(FPGA)模式。该项目应用了大量的微型传感器、微电子、先进传感器融合算法、自定位技术和信息技术方面的成果。项目的长期目标是实现传感器信息的网络中心分布和融合，显著提高作战态势感知能力。2003年该项目成功验证了能够准确定位敌方狙击手的传感器网络技术，它采用多个廉价音频传感协同定位敌方射手并标识在所有参战人员的个人计算机中，三维空间的定位精度可达到1.5米，定位延迟达到2秒，甚至能显示出敌方射手采用跪姿和站姿射击的差异。

防核生化袭击 美国Cyrano Sciences公司已将化学剂检测和数据解释组合到一种专有的芯片技术中，称为Cyrano NoseChip。基于这一技术可创建一个低成本的化学传感器系统，捕获和解释数据，并提供实时告警，以应付恐怖分子使用化学武器进行的攻击。该系统在前端使用一个C320手持传感器负责收集有关化学剂的数据，该传感建有与后方笔记本电脑的无线连接，电脑上运行着远程监控和服务器程序。该系统使用IBM公司的无线通信设备WebSphere MQ Everyplace传输数据，这个手持设备还可以小型化为微小结点，部署到监测环境中去，形成自主工作的无线传感器网络。

3)灵巧传感器网络

“灵 巧传感器网络”(SSW:Smart Sensor Web)是美国陆军提出的针对网络中心战的需求所开发的新型传感器网络。其基本思想是在战场上布设大量的传感器以收集和中继信息，并对相关原始数据进行过滤，然后再把那些重要的信息传送到各数据融合中心，从而将大量的信息集成为一幅战场全景图，当参战人员需要时可分发给他们，使其对战场态势的感知能力大大提高。SSW系统作为一个军事战术工具可向战场指挥员提供一个从大型传感器矩阵中得来的动态更新数据库，并及时向相关作战人员提供实时或近实时的战场信息，包括通过有人和无人驾驶的地面车辆、无人驾驶飞机、空中、海上及卫星中得到的高分辨率数字地图、三维地形特征、多重频谱图形等信息。系统软件将采用预先制定的标准来解读传感器的内容，将它们与诸如公路、建筑、天气、单元位置等前后相关信息，以及由其他传感器输入的信息相互关联，从而为交战网络提供诸如开火、装甲车的行动以及爆炸等触发传感器的真实事件的实时信息。SSW系统是关于传感器基于网络平台的集成，这种集成是通过主体交互作用来实现的。例如，一个被触发的传感器主体可能会要求在其范围内激活其他传感器，达到对前后相关信息的澄清和确认，该要求信息同来自气候或武器层的SSW中的信息相结合，就生成一幅有关作战环境的全景图。

4)无人值守地面传感器群

美国陆军近期确立了“无人值守地面传感器群”项目,其主要目标是使基层部队指挥员具有在他们所希望部署传感器的任何地方灵活地部署传感器的能力.该项目是支持陆军“更广阔视野”的3个项目之一。

5)战场环境侦察与监视系统

美国陆军最近确立了“战场环境侦察与监视系统”项目.该系统是一个智能化传感器网络,可以更为详尽、准确地探测到精确信息,如一些特殊地形地域的特种信息(登陆作战中敌方岸滩的翔实地理特征信息,丛林地带的地面坚硬度、干湿度)等,为更准确地制定战斗行动方案提供情报依据.它通过“数字化路标”作为传输工具,为各作战平台与单位提供“各取所需”的情报服务,使情报侦察与获取能力产生质的飞跃.该系统组由撒布型微传感器网络系统、机载和车载型侦察与探测设备等构成。

6)传感器组网系统

美国海军最近也确立了“传感器组网系统”研究项目.传感器组网系统的核心是一套实时数据库管理系统.该系统可以利用现有的通信机制对从战术级到战略级的传感器信息进行管理,而管理工作只需通过一台专用的商用便携机即可,不需要其他专用设备.该系统以现有的带宽进行通信,并可协调来自地面和空中监视传感器以及太空监视设备的信息.该系统可以部署到各级指挥单位。

7)防生化网络

2002年5 月,美国Sandia国家实验室与美国能源部合作,共同研究能够尽早发现以地铁、车站等场所为目标的生化武器袭击,并及时采取防范对策的系统.该研究属于美国能源部恐怖对策项目的重要一环.该系统融检测有毒气体的化学传感器和网络技术于一体.安装在车站的传感器一旦检测到某种有害物质,就会自动向管理中心通报,自动进行引导旅客避难的广播,并封锁有关入口等.该系统除了能够在专用管理中心进行监视之外,还可以通过www.xiexiebang.com Hail)、“一次性系索浮标”和“先进声通信系统”。

对现役装备来说，“海洋网”是一种可自由部署的水下网络系统。它可以提供水下指挥、控制、通信和导航，采用“远程声呐调制解调器”，能够利用固定或移动的水下节点通过声传播来实现通信。

通信的速度和深度对于潜艇的发展来说至关重要，特别是改善了潜艇只能在海洋表面或潜望镜深度以内才可以通过卫星的无线电频率通信的问题。