【围观】UFO?新款隐身靶机!歼-20同款涂层,最薄处仅0.5cm

企业   2024-11-15 17:51   广东  


第十五届中国航展现场,这款造型神似UFO的云影-5000T的隐身靶机引发关注。据现场工作人员介绍,该机采用隐身设计布局,使用了歼-20同款隐身涂层,造价数千万,机身最薄处仅为0.5厘米,可用于战斗机飞行员、防空导弹部队的相关训练。(来自:中国新闻网)


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21世纪后,隐身技术的发展加剧了各国武器装备竞争,发展隐身技术,提高武器系统生存、空防和纵深打击能力,已经成为集陆、海、空、天、电磁五位一体的立体化现代战争的迫切需要。随着隐身技术的迅 速发展和广泛应用,隐身武器在现代战争中所展现的巨大军事效益引 起了世界各国的高度关注。实践证明,隐身技术能有效提高武器装备的作战性能和电子战能力。武器装备的作战性能主要包括突防能力、生存能力和精确打击能力,隐身武器在这三方面具备显著优势。突防能力上,隐身武器通过控制 或减弱目标特征信号使敌方雷达探测距离成倍降低,借此穿越敌方雷 达网对地面目标实施打击,达到出其不意、攻其不备的效果。同时,武器自身的生存能力和杀伤效果也会大幅提高,如隐身导弹可以使敌 方的预警雷达网失效,在损失最小的情况下,实现更大范围的突防,大大提高命中率和精确打击能力。

隐身技术的应用不仅大大提高了武器装备的作战性能,还形成了不可估量的军事和经济效益。隐身武器的应用彻底打破了敌对双方原有的进攻和防御平衡态势:一方面,隐身技术的使用降低了己方武器装备投 入,优化了资源配置,在执行同等任务时,隐身飞机的军事、经济优势远非普通作战飞机可比;另一方面,隐身武器增加了敌方防御投入,实现了战略威慑。新型的隐身武器势必引起敌方的战略恐慌,如果敌方要实现对隐身的有效防御,必须重新布置原有的防御体系或更新武器装备,其投入费用将大大增长。据统计,反隐身的成本是隐身技术本身成本的10倍以上。

隐身技术发展的种类繁多,主要目的是减弱或控制军事目标的特征信号。隐身技术按应对的探测手段可分为可见光隐身、雷达隐身、红外隐身、激光隐身、声隐身等,分别减弱或控制军事目标的光、电、声等探测特征信号,使其难以被探测、识别、跟踪和攻击而达到隐身目的。可见光隐身材料已经发展成熟,主要应用为迷彩服等伪装材料,雷达、红外作为最多被使用的探测手段,其对应的各类隐身技术成为了发展的重点。

雷达隐身技术作战效能非常有效的方法,也是世界各国都在极力发展的技术。实现雷达隐身技术的手段主要有四种,分别是外形隐身技术、材料隐身技术、电子干扰和欺骗技术以及阻抗加载技术。在武器装备外形已经确 定并且其自身隐身性能达到一定的高度时,其隐身性能主要取决于隐身材料。外形隐身技术:外形设计是实现武器装备隐身的最直接、最有效的方 法。外形隐身技术通过改变目标的外形设计,在一定角度内增强目标的反射或折射效应,减小RCS。常见的强反射源有飞机边缘、尖端,机体上的凸出物、外挂物;导弹的头部、尾部和翼面不连接处;舰艇的船体和甲板边缘等。美国 AGM-129隐身巡航导弹通过采用特殊隐身外形和隐身结构消除了强反射源,减弱了雷达波的散射强度。由于目标受到空气动力等因素限制,外形设计也只能实现装备一定程度上的隐身,材料隐身技术能有效弥补其不足。

现有的隐身技术主要包括外形隐身技术和材料隐身技术,而材料隐身技术又包括结构型隐身材料和涂覆型隐身材料。隐身材料是指应用在武器装备上使其具备隐身功能的材料,可以降低装备的雷达和红外目标特性,减少武器装备被雷达、红外等探测装备发现的概率。隐身材料按成型工艺和承载能力可分为涂覆型和结构型两类:涂覆型涂于目标表面形成吸波涂层,结构型是参与结构承力的、有吸波能力的复合材料。涂覆型隐身材料又叫隐身涂层,一般由功能填料和粘结剂组成。功能填料是保证涂层达到隐身性能的重要组成,选用不同的功能填料可以达到不同的隐身效果,比如雷达隐身涂层通常选用能够损耗雷达波的吸收剂作为功能填料,而红外隐身涂层则主要选择低发射率材料作为功能填料制备低发射率涂层,或者是选用相变控温填料来制备控温红外隐身涂层。要达到多频谱兼容隐身效果,则需要选择兼容对应频段隐身性能的功能填料。粘结剂是涂层的基体材料,其作用是使涂层与基材达到良好的结合力,较为常用的是树脂基粘结剂。雷达隐身材料的机理建立在电磁波传播理论基础上,投射在材料表面 的电磁波将会产生反射和折射现象。当入射电磁波辐射到材料表面时,一部分电磁波会进入到材料内部,另一部分电磁波在材料界面发 生反射现象,使得部分电磁波再次回到自己空间。而进入材料内部的电磁波一部分会被材料吸收、损耗转化成其他能量,一部分则透射过材料,进入自由空间。

雷达隐身涂层是具有电磁波吸收功能的涂料,这类材料一般是由吸收剂和基体材料两部分组成。常用的吸收剂剂在自然状态下是粉体,经过和基体的加工作为涂层涂覆在受保护对象上,制备工艺简单,易操作,成本低,适用于复杂外形,目前几乎所有的隐身武器都使用了涂覆型吸波材料。按照材料的电磁损耗机理的不同,雷达吸波材料可分为磁损耗型和介 电损耗型两类。磁损耗型吸波材料是通过控制添加的磁性吸收剂来获得较高的吸波性能,这类材料一般使用金属铁微粉、铁氧体、羟基铁、铁丝纤维等具有磁性的材料作为吸收剂,主要通过磁极化作用衰减吸收电磁波,一般磁损耗型吸波材料的吸波频带相对于介电损耗型吸波材料较宽, 并且吸波效果较好,但缺点是密度较大,质量较大,高温性能差。

介电损耗型吸波材料是以各种介电损耗吸收剂为主体,通过调节吸收剂含量、成分以及填充剂种类而制备得的一类吸波材料,通常采用石墨粉、碳纳米管、碳纤维、钛酸钙、钛酸镁、钛酸钡,尖晶石、氧化锌、导电高聚物等电介质材料作为吸收剂。对于介电损耗,一般被认为是由介质的电导率所产生的漏电电流所引起的损耗。通常介电损耗型吸波材料的吸波频带较窄,但是对高频率的雷达波吸收效果较好,密度小,质量小。耐温隐身涂层:武器装备需要隐身的部位按照工作温度来划分,可以分为常温和高温两类,高温部位例如战斗机、巡航导弹等空中武器装备的尾喷管、鼻锥帽、机翼前沿等部件工作温度可达到700℃甚至1000℃以上,对雷达波反射较强,是影响新型武器装备隐身性能的重要因素。隐身涂层材料根据使用温度范围的不同通常分为常温隐身涂层和耐温(中/高温)隐身涂层。耐温隐身涂层由于使用环境苛刻,存在内应力大、附着力不理想、抗热冲击性能差、施工维护困难、增加飞行器自重、高温寿命短等问题,一直是制约武器装备隐身技术发展的技术瓶颈。

因为绝大部分磁性吸收剂居里温度较低,在高温下会失去磁性,从而 失去吸波性能,因此磁性吸波材料一般只能用于武器常温部位的隐身。武器高温部位的隐身必须采用电损耗型吸波材料,一般为陶瓷吸波材料,其吸收剂为陶瓷吸收剂,研究较多的主要是碳、碳化硅、氧化锌吸收剂,目前主流应用仍为碳吸收剂。碳材料具有密度低、耐高温、来源广泛等特点,作为高温吸波材料受到广泛关注。碳化硅熔点高达2840℃,氧化后可生成致密氧化硅保护膜,高温稳定性优越,且本身为半导体,介电性能可调。SiCf/SiC陶瓷基复合材料是指在SiC陶瓷基体中引入SiC纤维作为增强材料,具有电性能可调、高温抗氧化、断裂韧性高\高强度、低密度等特点,是最有前途的高 温结构吸波材料之一。

雷达红外兼容隐身涂层:实现红外和雷达隐身兼容有两种方式,一是 研制一种材料,使其具有微波高吸收、热红外低辐射的性能,这种单一型材料主要有导电高聚物、纳米材料和掺杂氧化物半导体等;二是分别研制高性能微波吸收材料和热红外低辐射材料,然后将二者复合实现红外和雷达隐身兼容,如考虑把红外低发射率层作为外层,雷达波高吸收层作为内层形成一种雷达与红外兼容的双层复合结构。

隐身材料的薄型化和轻量化日渐成为发展趋势。武器装备薄型化和轻 量化可以为军事战备的应用带来诸多好处,隐身材料的薄型化和轻量化有助于降低武器装备整体质量,可有效提升飞行器的航程和载荷,对航空装备的意义尤为重大。目前,现有的隐身材料仍然存在厚度大、质量高的问题,薄型化和轻量化是隐身材料的发展趋势。如何将隐身材料应用于多种武器装备,如何适应各种环境也成为各国研制隐身材料的重点考虑。

武器装备所面临的战场环境恶劣,隐身涂层的物理性能极为重要,如早期的B-2隐身轰炸机,每次飞行需要数日的涂层维护工作,大大影响了作战效能。在现代战争中,隐身武器装备除了面临探测威胁外,还可能受到腐蚀、雷击、核污染、高温、碰撞等特殊环境,因此对隐身涂层提出了多功能的要求。目前美国和俄罗斯等国家均已开展相关研究,并已陆续应用于弹头等武器装备,多功能是隐身材料的重要发展趋势。智能材料、纳米材料成为下一代隐身材料方向。尽管传统雷达隐身材料已经取得了长足发展,但是随着反隐身技术的快速发展,传统雷达隐身材料已无法完全满足新一代武器装备的隐身要求。为此,以智能材料、手性材料、纳米材料为代表的新型吸波材料成为了下一代雷达 隐身材料的主要发展方向。(来源:方正证券)


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