隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,隱身技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛。隱身涂料作為一種方便、經(jīng)濟(jì)、適應(yīng)性強(qiáng)的高科技產(chǎn)品,已經(jīng)在航空航天、軍事裝備上得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái),美、英、俄、法等軍事強(qiáng)國(guó)紛紛投入巨資加大隱身涂料的開發(fā)力度。顯而易見(jiàn),隱身涂料的發(fā)展不僅標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家科學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步,而且關(guān)系到國(guó)防力量的鞏固。
隱身涂料是隱身技術(shù)快速發(fā)展的結(jié)晶隱身技術(shù)是為了減少飛行器的雷達(dá)、紅外線、光電、目視等觀測(cè)特征而在設(shè)計(jì)中采用的專門技術(shù)。采用隱身技術(shù)是為了飛行器在突防時(shí)不易被敵方探測(cè)器發(fā)現(xiàn),從而增強(qiáng)攻擊的突然性,提高飛機(jī)的生存力和作戰(zhàn)效能。第二次世界大戰(zhàn)后,隱身技術(shù)受到人們的青睞,世界各大強(qiáng)國(guó)不惜花巨資投入隱身材料的開發(fā),致使隱身技術(shù)得到較快的發(fā)展。而飛機(jī)隱身經(jīng)過(guò)多年的研究與實(shí)驗(yàn),已得到突破性的發(fā)展?!半[身”不是依靠單項(xiàng)技術(shù),而是綜合利用多項(xiàng)技術(shù)的結(jié)果,如飛機(jī)采用翼身融合體,減少容易造成電磁波反射的尖角和平面;采用向內(nèi)和向外傾斜的雙垂尾,使電磁波發(fā)散;采用渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)減少噴氣的熱輻射量;采用二元噴管以濾除大量輻射;飛機(jī)表面涂覆放射性同位素,以吸收和屏蔽雷達(dá)波和紅外輻射;采用各種類型的鐵氧體涂層,減小飛機(jī)的雷達(dá)反射面積等等。據(jù)美報(bào)道,在飛機(jī)隱身性能上,外形作用占90%,吸波材料占10%.目前,挑戰(zhàn)性的隱身技術(shù)是隱身涂料的開發(fā)與應(yīng)用,隱身涂料具有方便、經(jīng)濟(jì)、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn),現(xiàn)階段存在巨大的生存和發(fā)展空間。
美國(guó)早期研制的一種防輻射涂料布,是用橡膠和塑料填充導(dǎo)電的鱗片狀鋁粉、銅粉或鐵磁材料制成的,這些早期材料主要通過(guò)增加厚度來(lái)提高吸波性能,一般較重,用于艦船和陸地武裝設(shè)備。從上世紀(jì)50年代起,美國(guó)等開展了較為系統(tǒng)的飛機(jī)隱身技術(shù)的研究,經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展,70年代開始研制隱形飛機(jī),80年代裝備部隊(duì)并投入使用,F(xiàn)-117A隱形攻擊機(jī)、B-2作戰(zhàn)轟炸機(jī)(據(jù)介紹,美國(guó)B-2飛機(jī)的機(jī)身覆蓋了一層極其復(fù)雜的機(jī)身蒙皮,它由300多種環(huán)氧樹脂和填充材料組成)以及F-22先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)隱身戰(zhàn)斗機(jī)均采用了不同類型的隱形材料。這種技術(shù)的主要缺點(diǎn)是價(jià)格太高,而且會(huì)對(duì)受保護(hù)飛機(jī)的飛行技術(shù)和性能產(chǎn)生負(fù)面影響。近年來(lái),美國(guó)又不斷用隱身涂料更新攻擊機(jī),據(jù)歐洲復(fù)合材料機(jī)構(gòu)消息,美國(guó)的特殊材料制造廠商已經(jīng)研究耐高溫隱身涂料在F-35B聯(lián)合攻擊機(jī)上的應(yīng)用,這種隱身涂料也能及時(shí)用于JSF生產(chǎn)型飛機(jī),而且它完全不會(huì)影響飛機(jī)的其他性能。
隱身涂料的應(yīng)用特性飛機(jī)隱身并不是只聞其聲,不見(jiàn)其形,而是指盡量降低飛機(jī)被敵方雷達(dá)、紅外輻射等探測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和跟蹤的可能性,其中涂料隱身在飛機(jī)隱身功能上起到了重要的作用。隱身涂料是固定涂覆在武器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的隱身材料,按其功能可分為雷達(dá)隱身涂料、紅外隱身涂料、可見(jiàn)光隱身涂料、激光隱身涂料、聲納隱身涂料和多功能隱身涂料。而在飛機(jī)隱身涂料中經(jīng)常應(yīng)用到雷達(dá)、紅外、可見(jiàn)光隱身涂料。隱身涂層要求具有較寬溫度的化學(xué)穩(wěn)定性,較好的頻帶特性,面密度小,重量輕,黏結(jié)強(qiáng)度高,耐一定的溫度和不同環(huán)境變化的要求。因此,多功能隱身涂料是隱身涂料技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
雷達(dá)隱身涂料由于雷達(dá)偵察是目前世界上用得最多、的偵察手段之一,因此雷達(dá)隱身技術(shù)自然也就成為一種最重要的隱身技術(shù),國(guó)內(nèi)外有關(guān)部門都進(jìn)行了大量的研究。在雷達(dá)隱身與反隱身對(duì)抗中,為了防止漏掉最危險(xiǎn)的“目標(biāo)”,必須對(duì)每個(gè)識(shí)別的可信度和威脅級(jí)進(jìn)行綜合考慮,因?yàn)檫@涉及到干擾對(duì)象的確定和干擾資源的分配,所以只能給出每個(gè)識(shí)別的可信度和威脅級(jí),才能不貽誤戰(zhàn)機(jī)。而雷達(dá)隱身涂料就要限度地消除被雷達(dá)勘測(cè)到的可能性。雷達(dá)隱身技術(shù)的研究主要集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和吸波材料兩個(gè)方面。目前,應(yīng)用于飛機(jī)的吸波涂料比較多,如鐵氧體吸波涂料價(jià)格低廉,吸收能力強(qiáng),應(yīng)用廣泛;羰基鐵吸波涂料為磁損耗型吸波材料,吸收能力強(qiáng),應(yīng)用方便,但面密度大;陶瓷吸波涂料密度較低,吸波性能好;視黃基席夫堿鹽類吸波涂料通過(guò)組合不同的鹽類可以實(shí)現(xiàn)較寬頻帶的電磁波吸收;放射性同位素吸波涂料涂層薄且輕,具有吸收頻帶寬,耐用性好,能承受高速空氣動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn),是飛機(jī)用理想的吸波涂料;導(dǎo)電高分子吸波涂料涂層薄且易維護(hù),吸收頻帶寬,是一個(gè)較新的研究領(lǐng)域。
近年來(lái),納米吸波涂料成為隱身涂料新的亮點(diǎn)。它是一種極具發(fā)展前景的涂料,其一般由無(wú)機(jī)納米材料與有機(jī)高分子材料復(fù)合,通過(guò)精細(xì)控制無(wú)機(jī)納米粒子均勻分散在高聚物基體中,以制備性能更加優(yōu)異的新型涂料。其機(jī)械性能好,面密度低,是高效的寬頻帶吸波涂料,可以覆蓋電磁波、微波和紅外。它能增強(qiáng)腐蝕防護(hù)能力,耐候性好,涂裝性能優(yōu)異。基于以上優(yōu)點(diǎn),各國(guó)競(jìng)相在此領(lǐng)域投入人力、物力開發(fā)研制。
手征吸波涂料是近幾年來(lái)隱身涂料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。自1987年美國(guó)賓州大學(xué)研究人員首次提出“手征性具有用于寬頻吸波材料的可能性”以來(lái),手征吸波涂料得到進(jìn)一步發(fā)展。它與一般吸波涂料相比,具有吸波頻率高、吸收頻帶寬的優(yōu)點(diǎn),并可以通過(guò)調(diào)節(jié)旋波參量來(lái)改善吸波特性,在提高吸波性能,擴(kuò)展吸波帶方面具有很大潛能。
紅外隱身涂料紅外隱身涂料是指用于減弱武器系統(tǒng)紅外特征的信號(hào)已達(dá)到隱身技術(shù)要求的特殊功能涂料,其主要針對(duì)紅外熱像儀的偵察,旨在降低飛機(jī)在紅外波段的亮度,掩飾或變形裝備在紅外熱像儀中的形狀,降低其被發(fā)現(xiàn)和識(shí)別的概率。實(shí)現(xiàn)紅外隱身的途徑是控制目標(biāo)的表面溫度,盡量減小目標(biāo)與背景的偏差。用于熱紅外隱身的材料應(yīng)具有符合要求的熱紅外發(fā)射率或較強(qiáng)的控溫能力,合理的表面結(jié)構(gòu),較低的太陽(yáng)能吸收率,能與其他頻段的隱身涂料兼容。紅外隱身涂料的主體樹脂是單組分橡膠樹脂,其與過(guò)濾乙烯涂料、環(huán)氧鐵紅底漆、聚氨酯涂料具有良好的配套性。
紅外隱身涂料工藝簡(jiǎn)單,施工方便,堅(jiān)固耐用,成本低廉,是目前隱身涂料中最主要的品種。
可見(jiàn)光隱身涂料可見(jiàn)光隱身涂料又稱視頻隱身技術(shù),彌補(bǔ)了雷達(dá)隱身和紅外隱身的不足,它是針對(duì)人的目視、照相、攝像等觀測(cè)手段而采取的隱身技術(shù),其目的是降低飛機(jī)本身的目標(biāo)特征,較少目標(biāo)與背景之間的亮度、色度和運(yùn)動(dòng)的對(duì)比特征,達(dá)到對(duì)目標(biāo)視覺(jué)信號(hào)的控制,以降低可見(jiàn)光探測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率。它要求目標(biāo)的反射率盡可能與周圍環(huán)境的反射率一致,因此,可見(jiàn)光隱身涂料通常采用迷彩的方法使飛機(jī)隱身,如保護(hù)迷彩,仿造迷彩,變形迷彩。保護(hù)迷彩適合于單色背景上的固定目標(biāo)和小型目標(biāo),仿造迷彩用于多色背景上的相對(duì)固定的目標(biāo),變形迷彩用于多色背景上的活動(dòng)目標(biāo)。另一種可見(jiàn)光隱身是偽裝遮障,遮障可模擬背景的電磁波輻射特性,使目標(biāo)得以遮蔽并與背景相融合,是固定目標(biāo)和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)停留時(shí)最主要的手段,而迷彩涂料是這種技術(shù)應(yīng)用的重要組成。總而言之,可見(jiàn)光隱身涂料應(yīng)用廣泛,使用方便、經(jīng)濟(jì),是飛機(jī)隱身涂料發(fā)展中比較成熟的技術(shù)。
隱身涂料是隱身技術(shù)快速發(fā)展的結(jié)晶隱身技術(shù)是為了減少飛行器的雷達(dá)、紅外線、光電、目視等觀測(cè)特征而在設(shè)計(jì)中采用的專門技術(shù)。采用隱身技術(shù)是為了飛行器在突防時(shí)不易被敵方探測(cè)器發(fā)現(xiàn),從而增強(qiáng)攻擊的突然性,提高飛機(jī)的生存力和作戰(zhàn)效能。第二次世界大戰(zhàn)后,隱身技術(shù)受到人們的青睞,世界各大強(qiáng)國(guó)不惜花巨資投入隱身材料的開發(fā),致使隱身技術(shù)得到較快的發(fā)展。而飛機(jī)隱身經(jīng)過(guò)多年的研究與實(shí)驗(yàn),已得到突破性的發(fā)展?!半[身”不是依靠單項(xiàng)技術(shù),而是綜合利用多項(xiàng)技術(shù)的結(jié)果,如飛機(jī)采用翼身融合體,減少容易造成電磁波反射的尖角和平面;采用向內(nèi)和向外傾斜的雙垂尾,使電磁波發(fā)散;采用渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)減少噴氣的熱輻射量;采用二元噴管以濾除大量輻射;飛機(jī)表面涂覆放射性同位素,以吸收和屏蔽雷達(dá)波和紅外輻射;采用各種類型的鐵氧體涂層,減小飛機(jī)的雷達(dá)反射面積等等。據(jù)美報(bào)道,在飛機(jī)隱身性能上,外形作用占90%,吸波材料占10%.目前,挑戰(zhàn)性的隱身技術(shù)是隱身涂料的開發(fā)與應(yīng)用,隱身涂料具有方便、經(jīng)濟(jì)、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn),現(xiàn)階段存在巨大的生存和發(fā)展空間。
美國(guó)早期研制的一種防輻射涂料布,是用橡膠和塑料填充導(dǎo)電的鱗片狀鋁粉、銅粉或鐵磁材料制成的,這些早期材料主要通過(guò)增加厚度來(lái)提高吸波性能,一般較重,用于艦船和陸地武裝設(shè)備。從上世紀(jì)50年代起,美國(guó)等開展了較為系統(tǒng)的飛機(jī)隱身技術(shù)的研究,經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展,70年代開始研制隱形飛機(jī),80年代裝備部隊(duì)并投入使用,F(xiàn)-117A隱形攻擊機(jī)、B-2作戰(zhàn)轟炸機(jī)(據(jù)介紹,美國(guó)B-2飛機(jī)的機(jī)身覆蓋了一層極其復(fù)雜的機(jī)身蒙皮,它由300多種環(huán)氧樹脂和填充材料組成)以及F-22先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)隱身戰(zhàn)斗機(jī)均采用了不同類型的隱形材料。這種技術(shù)的主要缺點(diǎn)是價(jià)格太高,而且會(huì)對(duì)受保護(hù)飛機(jī)的飛行技術(shù)和性能產(chǎn)生負(fù)面影響。近年來(lái),美國(guó)又不斷用隱身涂料更新攻擊機(jī),據(jù)歐洲復(fù)合材料機(jī)構(gòu)消息,美國(guó)的特殊材料制造廠商已經(jīng)研究耐高溫隱身涂料在F-35B聯(lián)合攻擊機(jī)上的應(yīng)用,這種隱身涂料也能及時(shí)用于JSF生產(chǎn)型飛機(jī),而且它完全不會(huì)影響飛機(jī)的其他性能。
隱身涂料的應(yīng)用特性飛機(jī)隱身并不是只聞其聲,不見(jiàn)其形,而是指盡量降低飛機(jī)被敵方雷達(dá)、紅外輻射等探測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和跟蹤的可能性,其中涂料隱身在飛機(jī)隱身功能上起到了重要的作用。隱身涂料是固定涂覆在武器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的隱身材料,按其功能可分為雷達(dá)隱身涂料、紅外隱身涂料、可見(jiàn)光隱身涂料、激光隱身涂料、聲納隱身涂料和多功能隱身涂料。而在飛機(jī)隱身涂料中經(jīng)常應(yīng)用到雷達(dá)、紅外、可見(jiàn)光隱身涂料。隱身涂層要求具有較寬溫度的化學(xué)穩(wěn)定性,較好的頻帶特性,面密度小,重量輕,黏結(jié)強(qiáng)度高,耐一定的溫度和不同環(huán)境變化的要求。因此,多功能隱身涂料是隱身涂料技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
雷達(dá)隱身涂料由于雷達(dá)偵察是目前世界上用得最多、的偵察手段之一,因此雷達(dá)隱身技術(shù)自然也就成為一種最重要的隱身技術(shù),國(guó)內(nèi)外有關(guān)部門都進(jìn)行了大量的研究。在雷達(dá)隱身與反隱身對(duì)抗中,為了防止漏掉最危險(xiǎn)的“目標(biāo)”,必須對(duì)每個(gè)識(shí)別的可信度和威脅級(jí)進(jìn)行綜合考慮,因?yàn)檫@涉及到干擾對(duì)象的確定和干擾資源的分配,所以只能給出每個(gè)識(shí)別的可信度和威脅級(jí),才能不貽誤戰(zhàn)機(jī)。而雷達(dá)隱身涂料就要限度地消除被雷達(dá)勘測(cè)到的可能性。雷達(dá)隱身技術(shù)的研究主要集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和吸波材料兩個(gè)方面。目前,應(yīng)用于飛機(jī)的吸波涂料比較多,如鐵氧體吸波涂料價(jià)格低廉,吸收能力強(qiáng),應(yīng)用廣泛;羰基鐵吸波涂料為磁損耗型吸波材料,吸收能力強(qiáng),應(yīng)用方便,但面密度大;陶瓷吸波涂料密度較低,吸波性能好;視黃基席夫堿鹽類吸波涂料通過(guò)組合不同的鹽類可以實(shí)現(xiàn)較寬頻帶的電磁波吸收;放射性同位素吸波涂料涂層薄且輕,具有吸收頻帶寬,耐用性好,能承受高速空氣動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn),是飛機(jī)用理想的吸波涂料;導(dǎo)電高分子吸波涂料涂層薄且易維護(hù),吸收頻帶寬,是一個(gè)較新的研究領(lǐng)域。
近年來(lái),納米吸波涂料成為隱身涂料新的亮點(diǎn)。它是一種極具發(fā)展前景的涂料,其一般由無(wú)機(jī)納米材料與有機(jī)高分子材料復(fù)合,通過(guò)精細(xì)控制無(wú)機(jī)納米粒子均勻分散在高聚物基體中,以制備性能更加優(yōu)異的新型涂料。其機(jī)械性能好,面密度低,是高效的寬頻帶吸波涂料,可以覆蓋電磁波、微波和紅外。它能增強(qiáng)腐蝕防護(hù)能力,耐候性好,涂裝性能優(yōu)異。基于以上優(yōu)點(diǎn),各國(guó)競(jìng)相在此領(lǐng)域投入人力、物力開發(fā)研制。
手征吸波涂料是近幾年來(lái)隱身涂料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。自1987年美國(guó)賓州大學(xué)研究人員首次提出“手征性具有用于寬頻吸波材料的可能性”以來(lái),手征吸波涂料得到進(jìn)一步發(fā)展。它與一般吸波涂料相比,具有吸波頻率高、吸收頻帶寬的優(yōu)點(diǎn),并可以通過(guò)調(diào)節(jié)旋波參量來(lái)改善吸波特性,在提高吸波性能,擴(kuò)展吸波帶方面具有很大潛能。
紅外隱身涂料紅外隱身涂料是指用于減弱武器系統(tǒng)紅外特征的信號(hào)已達(dá)到隱身技術(shù)要求的特殊功能涂料,其主要針對(duì)紅外熱像儀的偵察,旨在降低飛機(jī)在紅外波段的亮度,掩飾或變形裝備在紅外熱像儀中的形狀,降低其被發(fā)現(xiàn)和識(shí)別的概率。實(shí)現(xiàn)紅外隱身的途徑是控制目標(biāo)的表面溫度,盡量減小目標(biāo)與背景的偏差。用于熱紅外隱身的材料應(yīng)具有符合要求的熱紅外發(fā)射率或較強(qiáng)的控溫能力,合理的表面結(jié)構(gòu),較低的太陽(yáng)能吸收率,能與其他頻段的隱身涂料兼容。紅外隱身涂料的主體樹脂是單組分橡膠樹脂,其與過(guò)濾乙烯涂料、環(huán)氧鐵紅底漆、聚氨酯涂料具有良好的配套性。
紅外隱身涂料工藝簡(jiǎn)單,施工方便,堅(jiān)固耐用,成本低廉,是目前隱身涂料中最主要的品種。
可見(jiàn)光隱身涂料可見(jiàn)光隱身涂料又稱視頻隱身技術(shù),彌補(bǔ)了雷達(dá)隱身和紅外隱身的不足,它是針對(duì)人的目視、照相、攝像等觀測(cè)手段而采取的隱身技術(shù),其目的是降低飛機(jī)本身的目標(biāo)特征,較少目標(biāo)與背景之間的亮度、色度和運(yùn)動(dòng)的對(duì)比特征,達(dá)到對(duì)目標(biāo)視覺(jué)信號(hào)的控制,以降低可見(jiàn)光探測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率。它要求目標(biāo)的反射率盡可能與周圍環(huán)境的反射率一致,因此,可見(jiàn)光隱身涂料通常采用迷彩的方法使飛機(jī)隱身,如保護(hù)迷彩,仿造迷彩,變形迷彩。保護(hù)迷彩適合于單色背景上的固定目標(biāo)和小型目標(biāo),仿造迷彩用于多色背景上的相對(duì)固定的目標(biāo),變形迷彩用于多色背景上的活動(dòng)目標(biāo)。另一種可見(jiàn)光隱身是偽裝遮障,遮障可模擬背景的電磁波輻射特性,使目標(biāo)得以遮蔽并與背景相融合,是固定目標(biāo)和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)停留時(shí)最主要的手段,而迷彩涂料是這種技術(shù)應(yīng)用的重要組成。總而言之,可見(jiàn)光隱身涂料應(yīng)用廣泛,使用方便、經(jīng)濟(jì),是飛機(jī)隱身涂料發(fā)展中比較成熟的技術(shù)。