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隐身涂料技术发展必然趋势与市场概况

2022年08月11日 齐齐哈尔机械设备网

隐身涂料技术发展必然趋势与市场概况

随着科学技术的发展,隐身技术的应用日益广泛。隐身涂料作为一种方便、经济、适应性强的高科技产品,已经在航空航天、军事装备上得到广泛应用。近年来,美、英、俄、法等军事强国纷纷投入巨资加大隐身涂料的开发力度okmart.com。显而易见,隐身涂料的发展不仅标志着一个国家科学领域的进步,而且关系到国防力量的巩固。

隐身涂料是隐身技术快速发展的结晶隐身技术是为了减少飞行器的雷达、红外线、光电、目视等观测特征而在设计中采用的专门技术。采用隐身技术是为了飞行器在突防时不易被敌方探测器发现,从而增强攻击的突然性,提高飞机的生存力和作战效能。第二次世界大战后,隐身技术受到人们的青睐,世界各大强国不惜花巨资投入隐身材料的开发,致使隐身技术得到较快的发展。而飞机隐身经过多年的研究与实验,已得到突破性的发展。“隐身”不是依靠单项技术,而是综合利用多项技术的结果,如飞机采用翼身融合体,减少容易造成电磁波反射的尖角和平面;采用向内和向外倾斜的双垂尾,使电磁波发散;采用涡轮风扇发动机来减少喷气的热辐射量;采用二元喷管以滤除大量辐射;飞机表面涂覆放射性同位素,以吸收和屏蔽雷达波和红外辐射;采用各种类型的铁氧体涂层,减小飞机的雷达反射面积等等。据美报道,在飞机隐身性能上,外形作用占90%,吸波材料占10%.目前,最具挑战性的隐身技术是隐身涂料的开发与应用,隐身涂料具有方便、经济、适应性强的特点,现阶段存在巨大的生存和发展空间。

美国早期研制的一种防辐射涂料布,是用橡胶和塑料填充导电的鳞片状铝粉、铜粉或铁磁材料制成的,这些早期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。从上世纪50年代起,美国等开展了较为系统的飞机隐身技术的研究,经过20多年的发展,70年代开始研制隐形飞机,80年代装备部队并投入使用,F-117A隐形攻击机、B-2作战轰炸机(据介绍,美国B-2飞机的机身覆盖了一层极其复杂的机身蒙皮,它由300多种环氧树脂和填充材料组成)以及F-22先进战术隐身战斗机均采用了不同类型的隐形材料。这种技术的主要缺点是价格太高,而且会对受保护飞机的飞行技术和性能产生负面影响。近年来,美国又不断用隐身涂料更新攻击机,据欧洲复合材料机构消息,美国著名的特殊材料制造厂商已经研究耐高温隐身涂料在F-35B联合攻击机上的应用,这种隐身涂料也能及时用于JSF生产型飞机,而且它完全不会影响飞机的其他性能。

隐身涂料的应用特性飞机隐身并不是只闻其声,不见其形,而是指尽量降低飞机被敌方雷达、红外辐射等探测系统发现和跟踪的可能性,其中涂料隐身在飞机隐身功能上起到了重要的作用。隐身涂料是固定涂覆在武器系统结构上的隐身材料,按其功能可分为雷达隐身涂料、红外隐身涂料、可见光隐身涂料、激光隐身涂料、声纳隐身涂料和多功能隐身涂料。而在飞机隐身涂料中经常应用到雷达、红外、可见光隐身涂料。隐身涂层要求具有较宽温度的化学稳定性,较好的频带特性,面密度小,重量轻,黏结强度高,耐一定的温度和不同环境变化的要求。因此,多功能隐身涂料是隐身涂料技术发展的必然趋势。

雷达隐身涂料由于雷达侦察是目前世界上用得最多、最有效的侦察手段之一,因此雷达隐身技术自然也就成为一种最重要的隐身技术,国内外有关部门都进行了大量的研究。在雷达隐身与反隐身对抗中,为了防止漏掉最危险的“目标”,必须对每个识别的可信度和威胁级进行综合考虑,因为这涉及到干扰对象的确定和干扰资源的分配,所以只能给出每个识别的可信度和威胁级,才能不贻误战机。而雷达隐身涂料就要最大限度地消除被雷达勘测到的可能性。雷达隐身技术的研究主要集中在结构设计和吸波材料两个方面。目前,应用于飞机的吸波涂料比较多,如铁氧体吸波涂料价格低廉,吸收能力强,应用广泛;羰基铁吸波涂料为磁损耗型吸波材料,吸收能力强,应用方便,但面密度大;陶瓷吸波涂料密度较低,吸波性能好;视黄基席夫碱盐类吸波涂料通过组合不同的盐类可以实现较宽频带的电磁波吸收;放射性同位素吸波涂料涂层薄且轻,具有吸收频带宽,耐用性好,能承受高速空气动力等优点,是飞机用理想的吸波涂料;导电高分子吸波涂料涂层薄且易维护,吸收频带宽,是一个较新的研究领域。

近年来,纳米吸波涂料成为隐身涂料新的亮点。它是一种极具发展前景的涂料,其一般由无机纳米材料与有机高分子材料复合,通过精细控制无机纳米粒子均匀分散在高聚物基体中,以制备性能更加优异的新型涂料。其机械性能好,面密度低,是高效的宽频带吸波涂料,可以覆盖电磁波、微波和红外。它能增强腐蚀防护能力,耐候性好,涂装性能优异。基于以上优点,各国竞相在此领域投入人力、物力开发研制。

手征吸波涂料是近几年来隐身涂料领域研究的热点。自1987年美国宾州大学研究人员首次提出“手征性具有用于宽频吸波材料的可能性”以来,手征吸波涂料得到进一步发展。它与一般吸波涂料相比,具有吸波频率高、吸收频带宽的优点,并可以通过调节旋波参量来改善吸波特性,在提高吸波性能,扩展吸波带方面具有很大潜能。

红外隐身涂料红外隐身涂料是指用于减弱武器系统红外特征的信号已达到隐身技术要求的特殊功能涂料,其主要针对红外热像仪的侦察,旨在降低飞机在红外波段的亮度,掩饰或变形装备在红外热像仪中的形状,降低其被发现和识别的概率。实现红外隐身最有效的途径是控制目标的表面温度,尽量减小目标与背景的偏差。用于热红外隐身的材料应具有符合要求的热红外发射率或较强的控温能力,合理的表面结构,较低的太阳能吸收率,能与其他频段的隐身涂料兼容。红外隐身涂料的主体树脂是单组分橡胶树脂,其与过滤乙烯涂料、环氧铁红底漆、聚氨酯涂料具有良好的配套性。

红外隐身涂料工艺简单,施工方便,坚固耐用,成本低廉,是目前隐身涂料中最主要的品种。

可见光隐身涂料可见光隐身涂料又称视频隐身技术,弥补了雷达隐身和红外隐身的不足,它是针对人的目视、照相、摄像等观测手段而采取的隐身技术,其目的是降低飞机本身的目标特征,较少目标与背景之间的亮度、色度和运动的对比特征,达到对目标视觉信号的控制,以降低可见光探测系统发现目标的概率。它要求目标的反射率尽可能与周围环境的反射率一致,因此,可见光隐身涂料通常采用迷彩的方法使飞机隐身,如保护迷彩,仿造迷彩,变形迷彩。保护迷彩适合于单色背景上的固定目标和小型目标,仿造迷彩用于多色背景上的相对固定的目标,变形迷彩用于多色背景上的活动目标。另一种可见光隐身是伪装遮障,遮障可模拟背景的电磁波辐射特性,使目标得以遮蔽并与背景相融合,是固定目标和运动目标停留时最主要的手段,而迷彩涂料是这种技术应用的重要组成。总而言之,可见光隐身涂料应用广泛,使用方便、经济,是飞机隐身涂料发展中比较成熟的技术。

多频隐身涂料许多隐身涂料往往只对一种电磁波起作用,而对其他波段毫无反应。随着先进探测设备的相继问世,这种单波段隐身涂料存在很大的局限性,兼容性好的多波段电磁波隐身涂料将具有广阔的发展空间,如雷达、可见光、红外多功能隐身涂料将得到广泛的研究和应用。

纳米隐身涂料成为研究重点多波段、多功能兼容隐身涂料的研制具有广阔的应用前景,必须采用新型的吸波材料并改进传统的吸波材料,如铁氧体、羰基铁等。目前国内外进行了卓有成效的新材料的探索,纳米吸波材料有望成为研究热点。多波段、多功能兼容隐身涂料能同时吸收和衰减电磁波和声波,减少反射和散射,从而达到电磁隐身和声隐身的作用。自20世纪90年代初以来,纳米材料和纳米技术的兴起和发展,给隐身涂料带来了突破性进展,已成为当前隐身技术领域研究的热点之一。

纳米材料是指三维尺寸中至少有一维为纳米尺寸的材料,由于它具有小尺寸效应,表面与界面效应,量子尺寸效应,宏观量子隧道效应,因而具有常规材料所没有的一些特别性能。如高强度和高韧性、高热膨胀系数、高比热和低熔点、奇特的磁性和极强的吸波性能等。由它制成的涂层在很宽的频带范围内可以躲避雷达波的侦察,同时能很好地吸收可见光、红外线,具有红外隐身作用,可以显著改善飞机的隐身性能。目前纳米材料作为隐身技术的关键技术之一,易于实现高吸收、涂层薄、重量轻、吸收频带宽、红外微波吸收兼容等要求,是一种极具发展前景的高性能、多功能材料。

利用纳米粒子的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特殊性质可以制备紫外屏蔽涂料、吸波涂料、导电涂料、隔热涂料等,从而为提高涂料的性能、赋予涂料新的功能开辟了一条新的途径。当这种涂料用于隐身时,就成为纳米隐身涂料。

由于纳米材料具有极好的吸波特性,同时具有兼容好、质量小和厚度薄等特点,因此,西方一些国家把纳米隐身涂料作为新型隐身手段进行研究和探索。经过几十年的发展,隐身涂料已不仅仅用于飞航导弹等飞行器上,几个主要工业化国家和军事强国已开始将隐身涂料技术应用于各种技术装备上。

美国在隐身技术基础理论和实际应用研究方面始终居于前列。其F-117A机身表面包覆了红外与微波隐身材料,这种隐身材料中含有多种超微粒子特别是纳米粒子,他们对不同波段的电磁波有强烈的吸收能力,可以逃避雷达的监视。美国花费巨资研制的纳米雷达波吸波涂料技术,可以使每辆坦克花5000多美元,就可获得涂层薄、吸收率高、吸收波带宽的隐身涂层,它采用金属、铁氧体等纳米微粒与聚合物形成的复合涂层和采用多层结构的复合涂层,能吸收和衰减电磁波和声波,达到电磁隐身和声隐身,有很高的军事价值。法国研制成功的一种宽频纳米隐身涂料,由黏合剂和纳米级微填充材料构成。这种涂层具有超薄电磁吸收夹层结构,有很好的微波磁导率和红外辐射率,吸波涂层在50MHz~50GHz频率范围内有良好的吸波性能。

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