电磁波隐身技术的研究

第一篇：电磁波隐身技术的研究

电磁散射与隐身技术导论

课程大作业报告

学 院： 电子工程学院 专 业： 电磁场与无线技术 班 级： 021061 学 号： 02106020 姓 名： 赖贤军

电子邮件： 92065436@qq.com 日 期： 2013 年 06 月 成 绩： 指导教师： 姜文 电磁波隐身技术的研究

隐形技术（stealth technology）俗称隐身技术，精确的术语应该是“低可探测技术”（low-observable technology）。即通过研究利用各种不同的技术手法来改变己方目标的可探测性信息特征，最大程度地降低被对方探测系统发现的概率，使己方目标以及己方的武器装备不被敌方的探测系统发现和探测到。

1.隐身技术及其历史背景

现代无线电技术和雷达探测系统的迅速发展极大地提高了战争中的搜索、跟踪目标的能力，传统的作战武器所受到的威胁愈来愈严重。隐身技术作为提高武器系统生存、突防以及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为重要、最为有效的突防战术技术手段并受到世界各国的高度重视。隐身技术(又称目标特征信号控制技术)是通过控制武器系统的信号特征使其难以被发现、识别和跟踪打击的技术。它是针对探测技术而言的，在兵器研制过程中设法降低其可探测性，使之不易被敌方发现、跟踪和攻击的专门技术。简言之隐身就是使敌方的各种探测系统(如雷达等)发现不了我方的飞机，无法实施拦截和攻击。早在第二次世界大战期间，美国便开始使用隐身技术以减少飞机被敌方雷达发现的概率。当前电磁波隐身的研究重点是雷达隐身技术和红外隐身技术。由于在未来战争中雷达仍将是探测目标的最可靠手段，因此隐身技术研究以目标的雷达特征信号控制为重点，同时展开红外、声、视频等其它特征信号控制的研究工作，最后向多功能、高性能的隐身方向发展。

2.隐身技术的工作原理

隐身技术的主要就是反雷达探测。雷达是一种利用无线电波发现目标并测定其他位置的装置。雷达的问世使人类的探测技术和能力跨上了新的台阶，同时也向反探测技术提出了新的挑战。人们为了提高目标反雷达探测能力不懈地奋斗了几十年，终于探索到一条新的隐身途径。与早期的隐身术——伪装术相比，今天的隐身技术已起了根本变化，有了质的飞跃。下面从反雷达探测和反红外、热探测两个方面简单介绍隐身技术的一些工作原理与隐身性能。

1)反雷达探测 开始隐身技术的一项主要工作是提高反雷达探测的能力：也 就是提高目标在雷达探测下的隐身性能。通常用目标的雷达散射界面RCS表示。所谓目标的雷达散射截面是指目标被雷达发射的电磁波散射中时其反射电磁波能量的程度。雷达散射截面的大小反映了目标反射电磁波能量的强弱，其越小雷达就越不易探测到目标。

2)反红外(热)探测 开始隐身技术的另一项重要工作是提高反红外(热}探测的能力：也就是减小目标的红外（热）信号特征。发动机的尾喷管是红外探测器的主要红外（热）源。因此减小红外（热）信号特征主要是要减小发动机尾喷管或排气口的红外（热）辐射。

3．隐身材料概述

用于隐身目的的材料称为隐身材料。由于隐身技术能极大地提高武器的生存能力和作战效果，受到许多国家的高度重视，成为现代军事技术研究的关键技术。目前雷达在各种探测器中仍占主导地位。因此雷达波隐身材料是隐身技术中最主要和发展最快的隐身材料。雷达波隐身材料的基本性能要求是吸收雷达波，所以这种材科又称雷达吸波材料。我们所指的吸波材料也就是雷达波吸收材料，简称为RAM。吸波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、俄罗斯及日本等发达国家。经过半个世纪的发展成绩斐然。第二次世界大战时，德国人曾用活性碳粉末充填天然橡胶片来包覆潜艇以降低被对方雷达发现的可能性。这可以说是最早的RAM，美国早期研制了一种称为防辐射涂料（HARP)布，是用像胶或塑料填充导电的鳞片状铝粉、铜粉或铁磁材料制成。这些早期的材料主要通过增加厚度来提高吸波性能，一般较重，用于舰船和陆地武装设备。从50年代起。美国等开展了较为系统的飞机隐身技术研究，经过20多年的发展，70年化开始研制隐身飞机，80年代隐身飞机装备部队并投入使用。现已装备的F-117A隐形攻击机、B-2战略轰炸机以及F-22先进战术隐身战斗机均采用了不同类型的隐身材料。其它大国也都投人大量人力物力研制吸波材料，己发展出不少新型的雷达吸波材料和吸波结构。

高度的军事敏感性和技术保密性使当前高性能的RAM研究和应用情况笼罩在迷雾之中，但各科技机构的努力主要集中在以下两个方面：全新的吸收机理和吸收剂、计算科学的迅速发展和应用。总之，应运而生的RAM必将在这场世界性攻关研究中不断取得发展，并对今后的隐身反隐身技术的竟争产生深刻的影响。4.吸波材料的综合要求和分类

4.1隐身技术对吸波材料的基本要求

一、材料的化学稳定性应有较宽的温度范围。

二、足够宽的工作频带中要求材料与空气有良好的匹配，使空气与材料界面间的总反射很小。这就要求材料有较好的频率特性。再通过合理的设计，充分利用材料的性能。

三、要求吸波涂层材料的面密度小、质量轻，其中对隐身飞行器尤为关键。

四、有高的力学性能及良好的环境适应性和理化性能就是要求材料具有结强度高耐一定温度和不同坏境变化的要求。

4.2隐身材料的分类

由于吸波材料种类繁多，吸波机理也不尽相同，目前有多种分类方法。主要有以下几种: 1涂敷型和结构型 按材料成型工艺和承载能力可分为涂敷型和结构型。涂敷型吸波材料是将吸收剂与粘结剂混合后涂敷于目标表面形成吸波涂层而结构型吸波材料则通常是将吸收剂分散在由特种纤维〔如石英纤维、玻璃纤维等)增强的结构材料中所形成的结构复合材料，它具有承载和吸收雷达波双重功能。2)吸波型和干涉型 按吸波原理分有吸波型和干涉型两大类。前者主要是材料本身对雷达波损耗吸收，后者则利用吸波层表面反射波和底层反射波的振幅相等、相位相反进行干涉相消。其中对于吸收型吸波材料按材料损耗机理可分为电阻型、电介质型和磁介质型。碳化硅纤维、导电高聚物、石墨等属于电阻型吸波材料。电磁能主要衰减在材料电阻上，钛酸钡之类属于电介质型吸波材料，其机理为介电极化弛豫损耗，磁介质吸波材料的机理主要归结为磁滞损耗和铁磁共振损耗。这类材料有铁氧体、多晶铁纤维等。3)传统型和新型 按不同研究时期，吸波材料又可分为传统吸波材料和新型吸波材料。铁氧化、金属微粉、钛酸钡、碳化硅、石墨、导电纤维等均为传统吸波材料，而新型吸波材料则包括纳米材料、多晶铁纤维、“手征”材料、导电高聚物及电路模拟吸波材料等，它们具有不同于传统吸波材料的新吸波机理。在传统吸波材料中，铁氧体吸波材料和金属微粉吸波材料是两种研究得最多、性能最好、并已得到较广泛应用的吸波材料。而纳米材料和多晶铁纤维则是目前众多新型吸波材料中性能最好的两种。传统吸波材料以强吸收为主要目标。新型吸波材料则要求满足“薄、轻、宽、强”，而未来吸波材科则应满足多频谱隐身、环境自适应、耐高温、耐海洋气候、抗核辐射等更高要求。以适应日趋恶劣的未来战场。其中多频谱隐身材料和智能型隐身材料将成为雷达吸波材料的发展方向。

1)多频谱隐身材料 迄今为止的吸波材料都是针对厘米波雷达，如俄罗斯高王雷达)、毫米波雷达(如荷兰翁鸟雷达、瑞典鹰雷达)等先进探侧设备而相继问世，要求吸波材料在不久的将来发展成为能够兼容米波、厘米波、毫米波、红外、激光等多波段电磁波隐身的多频谱隐身材料。单波段吸波材料在未来将不再具有实战意义。在同一目标上使用的材料不应再是单功能多层结构，而希望成为多功能材料，实现四个或五个波段以上的多功能隐身材料一体化设计。

2）智能型隐身材料 就象上述所讲的那样，智能型隐身材料作为一种新兴材料其应用会越来越广泛。美国制定的隐身材料研究目标中提出，2005年研制出可单独控制的辐射率/反射率涂层，2010年研制能自动对背景和威胁作出反应的自适应涂层体系。对此，世界其它军事强国也在积极运作中。

隐身无人机所使用的隐身技术是很全面的。因此，隐身无人机的发展代表了隐身技术的最前沿。20世纪60年代，无人机开始用于军事领城。在1973年的中东战争和1982年的叙、以贝卡谷地之战中，无人机崭露头角，令人刮目相看。无人机大量、成规模地用于战争是在1991年的海湾战争中。以美国为首的多国部队使用了几百架无人机，飞行了几千小时，执行了大量的军事任务。目前，研究无人机对空中战争的影响和新一代多用途、隐身无人机的研制己经成为世界各国空军新的研究和发展之重点。美国是世界上最早把隐身技术用于无人机的国家。早在1960年初，美国就在Q-2无人机上部分地采用了隐身技术，其隐身特征是用金属丝网罩住发动机进气道，在机身两侧贴数雷达吸波材料覆盖层，机头涂不导电的油漆。自此以后便有越来越多的无人机采用隐身技术。除美国之外，其它一些国家也开始研制生产这类无人机。根据隐身要求、方法和程度的不同，无人机隐身可以分为部分隐身和全面隐身两种。

新的隐身机理（1）仿生技术 试验证明，海鸥虽与燕八哥的形体大小相近，但海鸥的雷达反射截面比燕八哥的大200倍。蜜蜂的体积小于麻雀，但它的雷达反射截面反而比麻雀大16倍。有关科学家们正在研究这些现象，试图采用仿生技 术，寻求新的隐身技术。（2）等离子体隐身技术 实验证明，用等离子气体层包围诸如飞机、舰船、卫星等的表面，当雷达波碰到这层特殊气体时，由于等离子体层对雷达波有特殊的吸收和折射特性，使反射回雷达接收机的能量很少。1999年初，俄罗斯克尔德什研究中心宣称，他们已研制成功完全不同于美国“常规”隐身技术的新机理飞行器隐身系统。其隐身方法是利用专门的机载等离子体发生器生成等离子体，然后通过等离子体吸收电磁波使飞机的雷达散射截面(RCS)减小。此外，受一系列物理作用的影响，电磁波急于绕过等离子体，也会使反射信号大大减弱。第一代系统可能已装到现有飞行器上，装上这种装置后，飞机的RCS减小近两个数量级第二代系统不仅可衰减反射信号，而且可生成许多假信号，这将大大增大跟踪飞行器的难度。第二代机载装置质量不超过100kg，能耗不超过几十千瓦。目前该中心正在根据新的物理原理，研制更有效的第三代隐身系统。美国对等离子体隐身技术也进行了大量的研究，取得了一些进展。20世纪90年代初，美国休斯研究实验室投资65万美元进行了一项为期两年的研究计划。在执行计划的第一阶段，休斯研究等离子体隐身的方法是测量电磁波在充满等离子体的矩形波导管中传播的透射和反射，以及它们随等离子体密度剖面和动量交换碰撞频率的变化，并将实验结果与理论进行了比较，在理论和实验上都取得了重要进展。在执行计划的第二阶段，休斯研制和验证了等离子体隐身模型组件，在实验室双锥辐射体微波散射实验中，所测的充满等离子体外壳对反射微波信号的衰减为37dB，采用小雷达波段测量了充满等离子体外壳的RCS减小量，其中频率在(4~14)GHz范围内的RCS减小量为(20~25)dB。美国的分子研究实验室也进行了大量的有关等离子体微波干扰方面的理论和实验研究，美国还在《国防部1997年基础研究计划》中提山了“中性等离子体效应可以为国防部的飞机和卫星提供隐身条件”。

等离子体隐身机理：等离子体隐身主要是采取相关的技术途径在飞行器表面(周围)形成等离子体，并通过等离子体与电磁波的相互作用，对雷达波实施碰撞吸收、反射和耗散衰减。当存在磁场时，在等离子休中沿磁场方向传播的电磁波的极化方向会产生所谓法拉第旋转，从而使雷达接收的回波极化方向与发射时的不一致，造成极化失真。等离子体隐身技术与目前已经广泛应用的隐身技术相比具有很多优势。（1）改变了常规隐身技术的被动实现手段，采取了主动控制 方法实现隐身，使隐身系统便于维护。（2）不需改变飞行器的气动外形设计不会影响飞行器的飞行性能和故术技术性能(3)使用简便,等离子体可做成能快速开、关的隐身系统。在通信或雷达系统尚未发送或接收时,通过快速打开等离子体,将能覆盖电磁波传输系统(4)吸波频带宽,吸收率高,隐身因素多且效果好(5)使用周期长,造价相对低廉,维护费用低。等离子体隐身技术作为新概念的飞行武器防御系统,目前在理论和试验上已经获得成功,如果在工程上一旦研制成功,将对未来空战产生革命性的影响。现有的一些大雷达截面飞行器,欲减小RCS可以采用等离子体作为隐蔽部件来实现,而无需做重大的结构改变。这样可暂时免去昂贵的重新设计，在电子战中使一些老装备的服役寿命得以延长。同时还可以研制不同的等离子体隐身系统用于船舶、机载平台和卫星，以抵御不同雷达的威胁。因此，等离子体隐身技术在军事上具有极高的潜在应用价值，将成为隐身技术发展的新的突破方向及世界各军事强国竞相研究的焦点。

反隐身技术的机理:隐身技术的迅速发展对战略和战术防御系统提出了严峻挑战，迫使人们考虑如何摧毁隐身兵器并研究反隐身技术。隐身技术与反隐身技术的发展，是相互制约、相互促进的，无论哪一方有新的突破，都将引起另一方的重大变革。反隐身技术的发展方向是，综合运用，系统综合(集成)，开发新的反隐身技术理论。目前，国外对飞机隐身技术的研究主要把力量放在雷达波隐身和红外线隐身上。在雷达波隐身上，飞机主要是靠调整外形来缩减雷达散射截面(占RCS缩减总量的70%~80%)。其次，则是应用RAM探索或研究反隐身技术，要从当前隐身技术的局限性或明显弱点入手（1）现役或在研隐身飞机以单站雷达为对抗目标，雷达是通过接收被照射目标的散射电磁波来判断有无目标存在并测出目标所在的空间角度及空间距离。当前正在使用的雷达绝大多数是单站雷达它的接收天线和发射天线靠得很近或接收功能及发射功能共用一个天线完成。对于单站雷达，接收机接收到的目标散射电磁波是沿入射电磁波路线返回的回波。调整飞机外形只能优选雷达照射角度范围，使回波集中到极少致方向上并偏离发射源。若设法从别的方向上接收回波，或同时从多个角度进行探测，可以作为探测隐身飞机的措施及手段。2)难以在整个电磁和红外频谱达到相同的低可探测性，飞机调整外形以及采用RAM，只能有效对抗工作频率在(0.2~29GHz)的厘米波雷达，当雷达波长与被照射目标特征尺寸相近时，在目标反射波与爬行波之间产 生谐振现象。尽管没有直接的镜面反射也会造成强烈的信号特征。例如，某些陆基雷达的长波(米级波)辐射能在飞机较大的部件(平尾或机翼前缘)上引起谐振。在波长很短(毫米波)的雷达照射下，则飞机的不平滑部位相对波长来说显然增多。而任何不平滑部位都会产生角反射并导致RCS增大。大多数RAM都含有“活性成分”经雷达波照射后其分子结构内部产生电子重新排列，分子振荡的惯性会吸收一部分入射能量。但是，照射波的波长越长，分子振荡越慢而吸波效果越不明显。雷达跳出目前隐身技术所能对抗的波段。将使飞机的隐身性能大大降低或失效。另外，目前的隐身技术主要是针对微波雷达的飞机的红外辐射可以减弱并限制在一定的方位角内但却不能完全消除发展可见光或接近可见光波段的探侧器以及提高红外传感器的探测性能，也可作为探测隐身飞机的措施及手段。反隐身技术与隐身技术一样，也是综合性技术，单独采用某一种反隐身技术都不可能获得好的反隐身效果，必须综合运用各种反隐身技术才能提高探测隐身飞机的效能。

本文首先分析隐身技术的研究现状，然后介绍国外隐身技术的应用情况以及隐身材料的发展，最后预测隐身技术和隐身武器装备将朝着宽频带、全方位、全天候和智能化的方向发展。目前，世界上许多国家和地区都在研究和发展隐身技术，研制隐身或部分隐身武器装备，对现役的非隐身装备进行隐身改装等。隐身技术的出现打破了世界各国现有的攻防平衡，显著地提高了作战平台，进攻平台和防护平台的效能，增强了电子作战能力提高了目标的生存和突防能力，是当今世界各国重点发展的国防高科技。隐身技术正在向着综合运用、权衡隐身性能和其他性能、扩展频率范围和应用范围、降低成本等方向发展。我国在隐身技术的预研工作上已进行了多年探索，取得了一定成果，有的方面已达到实用水平。从现在周边环境的发展趋势来看，我国的军用飞行器在未来的作战环境中将面临严峻的挑战。因此，必须加大力度研究发展高性能的隐身技术装备。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。例如，对激光探测的隐身性能好，一般对红外探测就不能隐身，这就是隐身材料的相容性问题。传统的隐身材料以强吸收为主要目标，新型的隐身材料要求满足“薄、轻、宽、强”，而未来的隐身材料则应满足多频谱隐身、环境自适应、耐高温、耐海洋气候、抗核辐射等更高要求，以适应未来战场的需要。为解决这 一问题，未来隐身材料的研制方向将是兼容型隐身材料，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等

四、总结

本学期选修了《电磁散射与隐身技术导论》这门课程，在课程中学习了许多关于电磁散射与隐身技术的知识，对于所学专业有了一个感观上的认识，极大地激发了自己对本专业学习的兴趣。最后，对这门课程各位老师在学习上的悉心指导表示深深的感谢！

参考文献：

[1] 肖占中编著.信息化作战指挥[M].北京:海潮出版 社，2006.[2] 乔清晨.信息化战争条件下我国防空的战略问 题[M].北京:解放军报，2006.[3] 钟明范，刘兵初编著.防空作战[M].北京:蓝天出 版社，2008.

第二篇：隐身材料

隐身材料

（stealth material）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，可大大减小自身的信号特征，提高生存能力。隐身材料按频谱可分 为声、雷达、红外、可见光、激光隐身材料、按材料用途可分为隐身涂层材料和隐身结构材料。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。如日本研制的一种由电阻抗变换层和低阻抗谐振 层组成的宽频带高效吸波涂料，其中变换层由铁氧体和树脂混合组成，谐振层由铁氧体导电短纤维和树脂组成，在1～20吉赫的雷达波段上吸收率达20分贝以上。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，这类材料称为隐身结构材料。红外隐射材料主要用于车辆、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。例如，对激光探测的 隐身性能好，对红外探测就不能隐身。这就是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等。这是当前隐身材料的发展方向。1.雷达吸波材料

雷达吸波材料是最重要的隐身材料，其中尤以结构型雷达吸波材料和吸波涂料最为重要，国外目前已实用的主要也是这两类隐身材料。(1)结构型雷达吸波材料

结构型雷达吸波材料是一种多功能复合材料，它既能承载作结构件，具备复合材料质轻、高强的优点，又能较好地吸收或透过电磁波，已成为当前隐身材料重要的发展方向。

国外的一些军机和导弹均采用了结构型RAM，如SRAM导弹的水平安定面，A-12机身边缘、机翼前缘和升降副翼，F-111飞机整流罩，B-1B和美英联合研制的鹞-Ⅱ飞机的进气道，以及日本三菱重工研制的空舰弹ASM-1和地舰弹SSM-1的弹翼等均采用了结构型RAM。近年来，复合材料的高速发展为结构吸波材料的研制提供了保障。新型热塑性PEEK(聚醚醚酮)、PES(聚醚砜)、PPS(聚苯硫醚)以及热固性的环氧树脂、双马来酰亚胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺和异氰酸酯等都具有比较好的介电性能，由它们制成的复合材料具有较好的雷达传输和透射性。采用的纤维包括有良好介电透射性的石英纤维、电磁波透射率高的聚乙烯纤维、聚四氟乙烯纤维、陶瓷纤维，以及玻纤、聚酰胺纤维。碳纤维对吸波结构具有特殊意义，近年来，国外对碳纤维作了大量改良工作，如改变碳纤维的横截面形状和大小，对碳纤维表面进行表面处理，从而改善碳纤维的电磁特性，以用于吸波结构。

美国空军研究发现将PEEK、PEK和PPS抽拉的单丝制成复丝分别与碳纤维、陶瓷纤维等按一定比例交替混杂成纱束，编织成各种织物后再与PEEK或PPS制成复合材料，具有优良的吸收雷达波性能，又兼具有重量轻、强度大、韧性好等特点。据称美国先进战术战斗机(ATF)结构的50%将采用这一类结构吸波材料，材料牌号为APC(HTX)。

国外典型的产品有用于B-2飞机机身和机翼蒙皮的雷达吸波结构，其使用了非圆截面(三叶形、C形)碳纤维和蜂窝夹芯复合材料结构。在该结构中，吸波物质的密度从外向内递增，并把多层透波蒙皮作面层，多层蒙皮与蜂窝芯之间嵌入电阻片，使雷达波照射在B-2的机身和机翼时，首先由多层透波蒙皮导入，进入的雷达在蜂窝芯内被吸收。该吸波材料的密度为0.032g/cm，蜂窝芯材在6-18GHz时，衰减达20dB；其它的产品如英国Plessey公司的“泡沫LA-1型”吸波结构以及在这一基础上发展的LA-

3、LA-

4、LA-1沿长度方向厚度在3.8～7.6cm变化，厚12mm时重2.8kg/m2，用轻质聚氨酯泡沫构成，在4.6～30GHz内入射波衰减大于10dB；Plessey公司的另一产品K-RAM由含磁损填料的芳酰胺纤维组成，厚5～10mm，重7～15kg/m2，在2～18GHz衰减大于7dB。美国Emerson公司的Eccosorb CR和Eccosorb MC系列有较好的吸波性，其中CR-114及CR-124已用于SRAM导弹的水平安定面，密度为1.6～4.6kg/m2，耐热180℃，弯曲强度1050kg/cm2，在工作频带内的衰减为20dB左右。日本防卫厅技术研究所与东丽株式会社研制的吸波结构，由吸波层(由碳纤维或硅化硅纤维与树脂复合而成)、匹配层(由氧化锆、氧化铝、氮化硅或其它陶瓷制成)、反射层(由金属、薄膜或碳纤维织物制成)构成，厚2mm，10GHz时复介电数为14-j24、样品在7～17GHz内反射衰减>10dB。

在结构吸波材料领域，西方国家中以美国和日本的技术最为先进，尤其在复合材料、碳纤维、陶瓷纤维等研究领域，日本显示出强大的技术实力。英国的Plesey公司也是该领域的主要研究机构。(2)雷达吸波涂料

雷达吸波涂料主要包括磁损性涂料和电损性涂料

磁损性涂料主要由铁氧体等磁性填料分散在介电聚合物中组成。目前国外航空器的雷达吸波涂层大都属于这一类。这种涂层在低频段内有较好的吸收性。美国Condictron公司的铁氧体系列涂料，厚1mm，在2～10GHz内衰减达10～12dB，耐热达500℃；Emerson公司的Eccosorb Coating 268E厚度1.27mm，重4.9kg/m2，在常用雷达频段内(1～16GHz)有良好的衰减性能(10dB)。磁损型涂料的实际重量通常为8～16kg/m2，因而降低重量是亟待解决的重要问题。

电损性涂料通常以各种形式的碳、SiC粉、金属或镀金属纤维为吸收剂，以介电聚合物为粘接剂所组成。这种涂料重量较轻(一般可低于4kg/m2)，高频吸收好，但厚度大，难以做到薄层宽频吸收，尚未见纯电损型涂层用于飞行器的报道。90年代美国Carnegie-Mellon大学发现了一系列非铁氧体型高效吸收剂，主要是一些视黄基席夫碱盐聚合物，其线型多烯主链上含有连接二价基的双链碳-氮结构，据称涂层可使雷达反射降低80%，比重只有铁氧体的1/10，有报道说这种涂层已用于B-2飞机。(3)电路模拟吸收体和R卡

电路模拟吸收体是西方80年代研究的一种吸波机理和方法，它运用等铲电路技术对电阻片的电感、电容等参数进行分析和设计，以衰减大部分入射能量。与电路模拟吸收体相关的设计问题是频率选择表面(FSS)设计。电路模拟吸收体可以由吸波材料中周期性金属条、栅、片构成的电阻片制成，也可以采用带有刻蚀成专门设计的格网图案的金属或金属陶瓷涂层的介质薄膜或薄纤维织物，涂层材料和厚度决定电路模拟薄膜网格单元的有效电阻值；网格单元的循环间隔以及薄膜厚度的电性能可决定吸波体的电感和电容值。这种涂层可采用气相沉积或溅射方法敷于介质薄膜表面。典型的FSS有振子型、条带型、正交线型、矩型、圆形等形状。电路模拟吸收体图案比较复杂，一般由多个薄膜层组成。每层的设计不同且沿整个吸波体厚度变化，层间距离由设计频率确定。这种吸波体一般用于吸收宽频带电磁波，目前已用于隐身飞机座舱盖、隐身雷达天线罩的设计。

另一类吸波材料是称为R卡的电阻性薄膜和纤维织物。这些材料由介质基体材料与非常薄的真空沉积层、溅涂金属或金属陶瓷组成。R卡可利用沉积厚度逐渐变化和/或电阻率逐渐变化的材料构成分级涂层。R卡用于机翼时，能较好地满足气动外形的要求。在吸收前缘表面的次行波方面也很有效。2.红外隐身材料〔1〕

红外隐身材料作为热红外隐身材料中最重要的品种，因其坚固耐用、成本低廉、制造施工方便，且不受目标几何形状限制等优点一直受到各国的重视，是近年来发展最快的热隐身材料，如美国陆军装备研究司令部、英国BTRRLC公司材料系统部、澳大利亚国防科技组织的材料研究室、德国PUSH GUNTER和瑞典巴拉居达公司均已开发了第二代产品，有些可兼容红外、毫米波和可见光。近年来美国等西方国家在探索新型颜料和粘接剂等领域作了大量工作。新一代的热隐身涂料大多采用热红外透明度

[影响] 隐身材料是隐身技术的重要组成部分。武器系统采用隐身材料可以降低被探测率，提高自身的生存率，增加攻击性，获得最直接的军事效益。因此隐身材料的发展及其在飞机、主战坦克、舰船、箭弹上应用，将成为国防高技术的重要组成部分。

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，可大大减小自身的信号特征，提高生存能力。隐身材料按频谱可分 为声、雷达、红外、可见光、激光隐身材料、按材料用途可分为隐身涂层材料和隐身结构材料。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。如日本研制的一种由电阻抗变换层和低阻抗谐振 层组成的宽频带高效吸波涂料，其中变换层由铁氧体和树脂混合组成，谐振层由铁氧体导电短纤维和树脂组成，在1～20吉赫的雷达波段上吸收率达20分贝以上。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，这类材料称为隐身结构材料。红外隐射材料主要用于车辆、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。例如，对激光探测的 隐身性能好，对红外探测就不能隐身。这就是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等。这是当前隐身材料的发展方向。

第三篇：基于有源吸声单元的声隐身技术研究论文

摘 要：对声隐身技术现状进行了概括，提出开展主动吸声层研究的必要性；构建了基于有源吸声单元的主动吸声层模型，并对吸声单元的吸声性能进行了理论分析及计算机仿真研究，验证了该方案的可行性。

关键词：声隐身；有源声学结构；吸声

引言

随着现代战争向电子战、信息战方向的发展，军事目标的隐身性能成为决定其生存能力及战斗力的重要指标。对于海军，其主要侦察手段多是利用声波进行的，假如设备的辐射噪声比较高，会降低自身的隐蔽性而受到攻击；另一方面，为了获得更好的隐身性能，还需要考虑如何应对主动声呐的探测。如果能将声呐的探测波有效的进行吸收，使回波减弱，则可大大加强目标的隐身性能。基于此，本文提出了一种应用有源吸声单元构建吸声层，以提高目标声隐身性能的方法。

1.声隐身技术现状

在现代检测技术条件下，军事目标特征包括电磁特征、光学特征、声学特征以及尾流特征等。由于水中环境的特殊性，只有声探测可以达到远程[1]，因此对于海军而言，声隐身性能尤为重要。潜艇以其隐蔽性和机动性等特点成为各国发展的重点[2]。然而随着声呐及信号处理技术的迅猛发展，潜艇的隐蔽性受到了极大的威胁，提高潜艇声隐身性能成为近年来研究的热点。

由于主动声呐技术的广泛应用，不仅是潜艇本身的辐射噪声，甚至是艇体表面对声呐探测波的反射都成为了暴露目标的致命因素。为了降低艇体对声波的反射，目前各国的潜艇大部分都敷设了消声瓦。消声瓦是一种利用材料的声学性能实现吸声的无源控制方式。研究表明，这种控制方式对高频声波的控制效果较好，而对低频声波控制不佳[3]。随着声呐技术不断向大功率、低频段方向发展，普通的被动消声瓦已无法满足潜艇声隐身的需要，因此各国相继开展了主动消声瓦的研究，然而由于种种原因的限制，目前该技术还未发展到大规模应用阶段。

2.应用有源吸声单元构建主动吸声层

对于主动消声瓦的研究，属于有源吸声的研究范畴。其根本思路在于利用次级力源或次级声源向外辐射的声波，与声呐的探测波产生相消性干涉，实现“以声消声”，并利用误差传感器及自适应控制器实现对次级源的实时控制。系统如图1所示。但是次级源及误差传感器的个数及布放位置强烈依赖于外界环境，且为增大控制面积而采用的多通道系统也使系统的复杂程度增加，稳定性和实时性下降。鉴于以上原因，本文借鉴有源声学结构的相关理论，提出了一种基于有源吸声单元的主动吸声层构建方案。

图1 有源吸声系统示意图

在每个吸声单元中，包括了次级声源和误差传感器，通过控制次级声源的输出，实现总反射声功率最小，达到吸声的目的。由于每个吸声单元拥有独立的误差传感器及控制器，故可通过多个吸声单元的组合，实现大面积有源吸声层的构建，而整个控制系统算法的复杂度却不会因此而增加。

3.有源吸声效果分析

由于每个吸声单元相对独立，因此对其吸声效果进行分析时，可将重点放在单个吸声单元模型的分析上。模型中初、次级板平行，且间距远小于频段内声波波长。采用声功率近场计算方法，可得到吸声单元的总反射声功率为：

其中为传输阻抗矩阵，为总法向振速，可表示为次级控制力向量的函数：

结合式（1）、（2）可以看出，总反射声功率是的二次型函数，可求得唯一的一组控制力向量使得反射声功率最小，此时的即为吸声结构的最优控制力向量。最优控制力向量及最小反射声功率分别为：

式中，C、D、E的表达式见文献[4]。

对吸声单元进行算例仿真。仿真中，着重关注300Hz以下频率范围内的声反射及吸收问题。在次级源作用前后，吸声结构的总反射声功率对比如图2所示。图中实线及虚线分别表示次级源作用前、后结构总反射声功率。从图中可以看出，次级源作用后，总反射声功率有所下降，也就是说吸声单元具有一定的吸声性能。在低频段，控制前后的总反射声功率相差较大，随着频率的升高，吸声效果逐渐减弱，说明有源控制适用于对低频声的吸收。

图2 有源控制前后吸声单元的反射声功率

结论

本文对国内外声隐身技术的现状进行了研究，可以看到，目前广泛采用的被动消声瓦对低频声波的吸收性能很差，在应用上存在一定的局限。结合有源声学结构的特点，提出了一种基于有源吸声单元的声隐身技术，并对吸声单元进行了建模及仿真分析，验证了对低频声波的吸收性能。吸声单元可结合误差传感器及控制器，通过一定的自适应算法，实现对吸声效果的实时控制。利用有源吸声单元的组合，可构建大面积主动吸声层，提高装备的声隐身性能。

参考文献：

[1] 林立，俞孟萨等.国外水面舰艇声隐身设计及控制技术概述[J].舰船科学技术, 2005，27（2）：92-96.[2] 俞晓丽.声学覆盖层声阻抗测量方法及复合结构声反射预报研究[D].硕士学位论文, 哈尔滨工程大学, 2006.[3] 陈克安，尹雪飞.低频声有源吸收理论研究[J].振动与冲击, 2000，19（1）：71-74.[4] 陆晶，陈克安，李双.平面结构有源声吸收理论研究[J].噪声与振动控制，2009，29(4):111-115.

第四篇：隐身材料专题

隐身材料专题

一、各种隐身飞机发展历程介绍

1、美国第一次正式提出发展隐身技术是在1973年.这一年.美国国防部下属的先进研究计划局(DARPA)提出了一项代号“海弗蓝”(Have Blue)的研究计划.这就是隐身技术研究的开始，在“海弗蓝”计划中，DARPA对之前世界各国关于隐身技术的研究情况，以及隐身概念的提出情况进行了总结，甚至一直追溯到1936年最早的隐身飞机概念，当时所提出的隐身飞机概念就是能够不被肉眼发现.不被雷达发现，不被红外探测系统发现，无法听到声音的飞机。

“海弗蓝”计划经过一年多的进展，向美国空军提供了许多非常有价值的研究成果，有了这些成果的支持，美国空军决定制造一架专用的验证机，即试验性隐身技术试验机(XST)。2、3、第一种真正的 “隐身”轰炸机是美国的F—117战术轰炸机。美国洛克希德公司从70年代中期开始执行秘密研制 “隐身”战斗机的 “臭鼬工程”计划。1977年原型机试飞成功，1981年定型投产。F—117外型奇特，翼身融为一体，整个机身表面几乎全部由多个小平面拼命而成，可将雷达波以各种角度散射，不能形成有效的回波。

在美国入侵巴拿马和海湾战争轰炸伊拉克的空袭中，美国多闪成功地使用F—117执行轰炸任务，而一次也没有被对方探测到。

4、世界先进的隐形飞机

二、隐身材料分类及原理

隐身材料按频谱可分为声、雷达、红外、可见光、激光隐身材料。按材料用途可分为隐身涂层材料和隐身结构材料。这里便着重介绍几类重要的隐身材料。

1、雷达吸波材料

它能吸收雷达波，使反射波减弱甚至不反射雷达波，从而达到隐身的目的。如日本研制的一种由电阻抗变换层和低阻抗谐振层组成的宽频带高效吸波涂料，其中变换层由铁氧体和树脂混合组成，谐振层由铁氧体导电短纤维和树脂组成，在1～20吉赫的雷达波段上吸收率达20分贝以上。雷达吸波材料中尤以结构型雷达吸波材料和吸波涂料最为重要，国外目前已实用的主要也是这两类隐身材料。A、结构型雷达吸波材料

一种多功能复合材料，它既能承载作结构件，具备复合材料质轻、高强的优点，又能较好地吸收或透过电磁波，已成为当前隐身材料重要的发展方向。

碳纤维对吸波结构具有特殊意义，近年来，国外对碳纤维作了大量改良工作，如改变碳纤维的横截面形状和大小，对碳纤维表面进行表面处理，从而改善碳纤维的电磁特性，以用于吸波结构。美国先进战术战斗机(ATF)结构的50%将采用这一类结构吸波材料。

B、雷达吸波涂料

雷达吸波涂料主要包括磁损性涂料、电损性涂料。

1）磁损性涂料主要由铁氧体等磁性填料分散在介电聚合物中组成。目前国外航空器的雷达吸波涂层大都属于这一类。这种涂层在低频段内有较好的吸收性。磁损型涂料的实际重量通常为8～16kg/m2，因而降低重量是亟待解决的重要问题。

2）电损性涂料通常以各种形式的碳、SiC粉、金属或镀金属纤维为吸收剂，以介电聚合物为粘接剂所组成。这种涂料重量较轻(一般可低于4kg/m2)，高频吸收好，但厚度大，难以做到薄层宽频吸收

2、纳米复合隐身材料

纳米材料的特性：表面效应，量子尺寸效应，小尺寸效应

纳米复合隐身材料的隐身机理

由于纳米材料的结构尺寸在纳米数量级，物质的量子尺寸效应和表面效应等方面对材料性能有重要影响。隐身材料按其吸波机制可分为电损耗型与磁损耗型。电损耗型隐身材料包括SiC粉末、SiC纤维、金属短纤维、钛酸钡陶瓷体、导电高聚物以及导电石墨粉等；磁损耗型隐身材料包括铁氧体粉、羟基铁粉、超细金属粉或纳米相材料等。

金属粉体（如Fe、Ni等）随着颗粒尺寸的减小，特别是达到纳米级后，电导率很低，材料的比饱和磁化强度下降，但磁化率和矫顽力急剧上升。其在细化过程中，处于表面的原子数越来越多，增大了纳米材料的活性，因此在一定波段电磁波的辐射下，原子、电子运动加剧，促进磁化，使电磁能转化为热能，从而增加了材料的吸波性能。一般认为，其对电磁波能量的吸收由晶格电场热振动引起的电子散射、杂质和晶格缺陷引起的电子散射以及电子与电子之间的相互作用三种效应来决定。

纳米Si/C/N粉体的吸波机理与其结构密切相关。其理论认为，在纳米Si/C/N粉体中固溶了N，存在Si（N）C固溶体，而这些判断也得到了实验的证实。固溶的N原子在SiC晶格中取代C原子的位置而形成带电缺陷。在正常的SiC晶格中，每个碳原子与四个相邻的硅原子以共价键连接，同样每个硅原子也与周围的四个碳原子形成共价键。当N原子取代C原子进入SiC后，由于N只有三价，只能与三个Si原子成键，而另外的一个Si原子将剩余一个不能成键的价电子。由于原子的热运动，这个电子可以在N原子周围的四个Si原子上运动，从一个Si原子上跳跃到另一个Si原子上。在跳跃过程中要克服一定势垒，但不能脱离这四个Si原子组成的小区域，因此，这个电子可以称为“准自由电子”。在电磁场中，此“准自由电子”在小区域内的位置随电磁场的方向而变化，导致电子位移。电子位移的驰豫是损耗电磁波能量的主要原因。带电缺陷从一个平衡位置跃迁到另一个平衡位置，相当于电矩的转向过程，在此过程中电矩因与周围粒子发生碰撞而受阻，从而运动滞后于电场，出现强烈的极化驰豫。

纳米复合隐身材料因为具有很高的对电磁波的吸收特性，已经引起了各国研究人员的极度重视。而其一旦应用于实际产品，也必将会对各国的政治、经济、军事等多方面产生巨大影响。

3、红外隐身材料

红外隐身材料作为热红外隐身材料中最重要的品种，因其坚固耐用、成本低廉、制造施工方便，且不受目标几何形状限制等优点。红外隐身材料主要有单一型和复合型两种。

A、单一型红外隐身材料

导电高聚物材料重量轻、材料组成可控性好且导电率变化范围大，因此作为单一红外隐身材料使用的前景十分乐观，但其加工较困难且价格相当昂贵，除聚苯胺外尚无商品生产。B、复合型红外隐身材料

复合型红外隐身材料主要有涂料型隐身材料、多层隐身材料和夹芯材料。

1)涂料型隐身材料

涂料型红外隐身材料一般由粘合剂和填料两部分组成。填料和粘合剂是影响红外隐身性能的主要因素,目前的研究大多针对热隐身。

2)多层隐身材料

多层隐身材料中最常见的是涂敷型双层材料。一般有微波吸收底层和红外吸收面层组成。3)夹芯材料

夹芯材料一般由面板和芯组成。面板一般为透波材料, 芯为电磁损耗材料和红外隐身材料。

4、其它隐身材料

A、电路模拟隐身材料

该技术是在合适的基底材料上涂敷导电的薄窄条网络、十字形或更复杂的几何图形, 或在复合材料内部埋入导电高分子材料形成电阻网络, 实现阻抗匹配及损耗, 从而实现高效电磁波吸收。

B、手征隐身材料

所谓的手征是指一个物体不论是通过平移或旋转都不能与其镜像重合的性质。研究表明, 手征材料能够减少入射电磁波的反射并能够吸收电磁波。目前, 用于微波波段的手征材料都是人造的。现在研究的手征吸波材料是在基体中掺杂手征结构物质形成的手征复合材料。

C、红外隐身柔性材料

这种材料是指以织物为中心开发的各种红外隐身材料, 常常以高性能纤维织物为基础。

D、红外隐身服

美国特立屈公司(TeledyncIndustr ies Inc)设计出一种红外隐身效果较好的隐身服。这种隐身服可以与背景保持一致，从而保证人体的红外特性难于被红外探测器探测到。

三、研究前景展望

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。例如，对激光探测的隐身性能好，一般对红外探测就不能隐身，这就是隐身材料的相容性问题。为解决这一问题，需要研制兼容型隐身材料，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等。

第五篇：隐身人读后感

最近，我读了一本科幻小说——《隐身人》，我沉溺于故事引人入胜的情节中，痴迷于作者各种精彩的文字里，更是感慨作家独具匠心的写作方法和和语言表达。一连几天我都手不释书，一口气翻看了五六遍呢！

这本书刻画出一位为了科学不顾一切的科学家形象，让人记忆犹新。

当读到他整天整夜忙于科学研究时，我十分感动。联想到我自己，总是不能一丝不苟地坚持做一件事，因为连续坚持不懈地认真做一件事，是很难很需要恒心的！现在的人们都是“三天打鱼，两天晒网”，谁还能像他一样，坚持丝毫不怠慢呢？

我怀着敬佩之心，继续读着这篇佳作，读着读着，我突然感觉到很气愤，因为书中的这位令人敬佩的科学家居然因为钱不够把自已的父母烧死了！尽管他的出发点是为做科学实验筹集资金，但是再怎样也不能杀死自已的父母啊！父母辛辛苦苦地养育和培养了他，怎么能恩将仇报呢？

我满怀愤愤不平之心，继续往下读，“科学家给猫咪喝下一种药水„„”天啦！他竟然用猫当道具来测试药水！小动物是我们人类的朋友，怎能把它们当做试验道具？“猫咪立即隐身了，从头再慢慢到尾巴„„”咦？真神奇！猫咪居然隐身了，真是太不可思议了！

我就这样看完了全书，读完后，我心中萌发出了一些想法。

一、“百善孝为先”，不管是为了什么目的，都要善待自已的父母，书中的科学家为了筹集更多的钱去做实验而杀死了自已的父母，这一点值得我们痛心和愤怒。

二、做事情要持之以恒，如果人们都能像科学家那样，坚持不懈，那肯定什么事情都能做成。正如书中所写“经过不懈努力，科学家终于成功隐身了。”做为学生的我们更应该学习科学家的这个优点，把这个优点用在学习上，再难的题目也将战无不胜了。

三、应该遵纪守法，无论为了什么目的都不能犯法，隐身人自从隐了身以后，多次犯法，不仅打伤警察，还妄想统治世界„„最终被愤怒的人们打死，获得了应有的报应。

总之，《隐身人》是一本充满哲理的书，一部洋洋洒洒的佳作，建议大家也去读一读，也许你会从中悟出比我更多的道理！

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