9.隐身材料

隐身技术（低可探测技术LD ）→声隐身、雷达隐身、红外隐身、可见光隐身、激光隐身

在一定的探测环境中，通过控制，降低目标的信号特征，来改变目标的可探测性信号特征，最大程度地降低对方探测系统发现的概率，使其难以被发现、识别和攻击。

a. 并非不可见，雷达——探测，可见光——发现，红外——识别；

b. 降低的是特定探测器的信号特征；

c. 时间性、空间性。

电磁波频谱（雷达频率） 常用：220MHZ —35GHZ 实际 3MHZ —300GHZ

可见光：0.76—0.4um 微波：分米波—亚毫米波 雷达：短波（100m ）、米波、分米波、毫米波1mm

侦察波段： a. 雷达（Ka/Ku/X/C/S波段）→微波隐身 b. 热红外（8-14um ）→红外隐身 c. 声波隐身

d. 激光（1.06um/1.54um/10.6um）→激光隐身 e. 可见光（0.4-0.76um ） 近红外（0.76-1.2um ）→光学隐身

目标暴露的主要特征： 形→形状和尺寸 位→位置关系和战术相对位置 色→色泽、色差、色调

迹→迹、阴影和痕迹、烟尖、闪光、火光、丢弃物 声→目标发出的振动、噪音 电→无线电波、目标辐射、无线电波与背景的差异 磁→磁反差、铁磁性目标与地球磁场局部变化的反差 热→热辐射、红外线特征

伪装的基本原理：

（1）与背景融合、融入到背景中； （2）消除、降低目标与背景的差别，即最大限度地消除目标的暴露征候。 雷达的特点：

优点： a. 发射功率大，探测距离远； b. 工作波长长，能全天候使用； c. 测位精度高，能自动搜索与跟踪

缺点：易受电磁干扰

分类：

a. 米波（1m-10m ）（30-300MHZ ）各种警戒雷达 b. 分米波（10cm-1m ）（0.3-3GHZ ）炮瞄雷达、警戒、引导雷达 c. 厘米波（1-10cm ）（3-30GHZ ）各种火控雷达 d. 毫米波（1-10mm ）（30-300GHZ ）可以成像判别

e. 亚毫米波（＜1mm ）（0.3-3GHZ ）

长波雷达：隐蔽性好，探测距离远，抗干扰能力强，机动性好；

工作频带宽，信号适应能力强，定位精度高，具有目标识别能力；

按用途分：

（1）警戒雷达（近程雷达→200km ，中程雷达→400km ，远程雷达，超远程警戒）

（2）引导雷达 （3）制导雷达 （4）测高雷达 （5）炮瞄雷达

按使用分：连续波、单脉冲、频率捷变、三坐标、多基地、脉冲多普勒成像、声控阵列、毫米波成像、激光雷达 雷达：利用电磁波的二次辐射、转发或目标固有辐射来探测目标，获取目标空间坐标速度等特征信息的一种无线

电技术。

雷达散射截面RCS （度量目标在雷达波照射下所产生回波强度的物理量）： σ=4πR 2I sc I in

R ：目标至接受天线的距离 I sc 为接收机处的散射波的功率密度 I in 为目标处的散射波的功率密度 RCS ：目标在单位立体角内向接收机的散射功率密度与入射波在目标处的入射功率密度之比的4π倍，即发射功率与接受功率比值的4π倍 方位角：从某点的指北方向起，依顺时针方向到目标方向之间的水平夹角，σ与方位角通常用平方米的分贝数表示。 回波率1/10→RCS ↓10dB 回波率1/100→RCS ↓20dB 回波率1/1000→RCS ↓30dB 主要技术措施：（1）结构隐身技术（仿生方向）→a. 避免大的平面和凸状弯曲面，以抑制镜面强发射效应； b. 尽可能消除武器装备外形上的垂直相交表面，合理设计腔体，避免出现角反射器效应； c. 采用各种措施，弥合缝隙以避免缝隙行波产生二次能量辐射（合理设计、制造舱盖，不让雷达波进入座舱内）； d. 减少散射源数量，取消各种外接设施，使武器装备表面形成平滑过渡的曲线形体。 （2）材料隐身技术。 （3）等离子体隐身技术。 （4）信号对消技术。 （5）微波传播指示技术→依赖于传播介质（大气的状态变化会使雷达波束发生畸变产生盲区） 对消技术：无源对消（采用外形技术或材料技术，消干涉波） 有源对消（利用目标上的电子设备） 吸波材料

a. 按损耗机理：电损耗型（电阻）、磁损耗型（磁滞耗损和磁畴共振）、介电耗型（介质的极化弛豫损耗、共振） b. 按吸波原理：吸收型、干涉型

c. 按成型工艺和承载能力：涂覆型吸波、结构型吸波（贴片、泡沫、蜂窝）

d. 按研究时期：传统（铁氧体、金属微粉、石墨、碳化硅、导电纤维等）；

新型（纳米、手性、导电高聚物、多晶纤维、频率选择表面等）；

吸波设计原理：

a. 使电磁波最大限度的进入到材料内部，以减少电磁波的直接反射。

b. 设法对入射的电磁波进行有效的吸收和衰减。

（1）展宽频带是吸波涂料设计的核心；

（2）对带宽、吸波性能和材料厚度进行折中。

涂覆型吸波材料

（1）吸收型（吸波剂、粘结剂）吸波剂→决定涂层对入射电磁波的损耗能力 粘结剂→必须为透波材料（成膜物质）

优点：涂覆一层均匀损耗介质层，厚度薄，适合飞行目标表面，降低目标RCS

缺点：单层结构，只能用于某些特殊频段 损耗介质的阻抗与空间波阻抗相差较大，除层表面反射严重

在交表磁场下电磁特性参数：介电常数εr 磁导率μr

（a ）阻抗匹配→减少直接反射 （b ） 材料内部衰减电磁波

吸收损耗机理——损耗功率： 电阻损耗 介电损耗 磁损耗

（2）干涉型（吸收屏）→在金属前方低介质常数隔离层上放置一块电阻片

介质厚度： d =(1+2n )(λ/4) 介质波长： 波速 ν=c /n v 变慢，波长变短，(λ/4) 吸收可能 提高吸收效果：（a ）在吸收屏表面附加一层高介电常数的介电材料；

（b ）将salisbury 吸收屏设计成对称的sandwich 结构；

（3）谐振型吸收波涂层

若把吸取单元分别设计在不同谐振频率，则可设计成宽频段吸波涂层

厚度设计：h =(2n +1) λ0(μr εr ) -1

4 由于其个单元的高度不同，使用很不方便，可以将高低不同的

结构型

（1）层板结构吸收体（由多层电阻片和介电材料隔离层交替叠放构成）

为提高吸波性能，通常由透波层、吸波层和反射层三个不同结构层次

↓取决于

损耗层的总导纳、介质层电磁参数、每层厚度

（2）夹层结构吸波体（透波层或吸波层设计成夹层结构——蜂窝结构）

优点：密度低、比强度高、比模量高、有效衰减雷达波 也可设计成波纹板或角锥结构

高温下可使用石英纤维/SiC纤维/Al2O 3纤维

超材料:具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。

（1）包括：左手材料、光子晶体、超磁性材料等。

（2）特征：a. 有新奇的人工结构； b. 有超常的物理性质（往往是自然界的材料所不具备的）；

c. 性质往往不主要取决于构成材料的本征性质，而取决于其中的人工结构。

左手材料：在一定的频段下同时具有负的磁导率和负的介电常数的材料系统（对电磁波的传播形成负的折射率）。

左手材料与负折射率：

（1）正弦时变电磁场的波动方程：▽+k =0 ▽+k =0 其中k 2=

ω2με=ω2μr μ0εr ε0 2222

（2）右手螺旋关系： ⨯=ωμ ⨯=-ωε ∙=0 ∙=0

如果介质的μ和ε都小于零，有波动解，电磁波能在其中传播。但间不再满足右手螺旋关系，而是满足左手螺旋关系→左手材料 =⨯ （ 构成右手螺旋关系）

【左手材料中，电磁波的相速度和群速度方向相反】

的方向相反（左手材料） K =-ω （它的方向代表电磁波相速的方向）和S K

介质折射率： n =为负数 c ck = 为负数 v ω

频率选择表面吸波结构FSS ：由大量吸波单元，按照某种特定的分布

方式周期排列而形成的分层平面结构。

（1）构成：金属沉底、吸收单元、覆盖层

（2）单元基本类型：（a ）在介质板上铺贴金属贴片，构成二维周期

阵列；（b ）金属导电屏上周期性开孔填充介质，构成孔径二维阵列；

（3）可在单元谐振频率附近，呈现全反射（带阻性）或全传输特性

/电磁波全透射（带通性）→对电磁波有良好选择性

FSS 对电磁波的透射和反射具有良好的选择性，对于其带通内的电磁

波呈现全通特性，而对其带阻内的电磁波则呈现全反射特性。

（4）孔径型：高通滤波器 贴片型：低通滤波器

通过调整通带和阻带的排列及其电磁参数，可以调整FSS 的吸收性

能和频段。

（5）按材质分类：金属型、电阻型

（6）FSS 尺寸的影响：（a ）最大吸收峰随电路屏尺寸n 、c 的增加向低频方向便移；（b ）FSS 的周期排列方式：周期尺寸、单元的尺寸、FSS 的方阻、介质层厚度实现对吸收峰位置，峰值以及带宽的调节；（c ）减小圆环的半径R 和排列周期D ，有利于拓展吸波材料的有效吸收带宽，同时使材料的最大吸收峰向高频段移动，而对吸收率影响不明显；（d ）减小周期可以增加高频段的吸收性能和有效带宽。

干扰多频谱箔条foil （改进了ＲＣＳ，留空时间）→多普勒doppler

吸波材料电性能的参数：

（1）反射率R =10lg (P r /P i ) (P r /P i ) 为功率反射系数，通常在-10-20dB ，窄带RAM 可达-30dB

（2）频带宽度：指反射率低于某一给定最小值的频带范围增大

（3）入射角敏感性：指反射率随入射角变化的依赖关系

干涉型：金属片电阻的影响 d ' =d /r εr 增大虽可以减小隔离层的实际厚度，但同时减小了吸收层的带宽

（1）吸波涂层分类：（a ）磁性吸波涂层→a. 添加剂性质、填充比例、涂层厚度→提高磁导率

b. 添加剂和吸波剂设计→提高吸波性能

−→提高吸波性能 （b ）介电吸波涂层−−−

（2）特点：工艺简单、性能优异

（3）几种吸波材料

铁系（较成熟）：铁氧化、金属微粉、多晶铁纤维、羧基铁

碳系：石墨、乙炔、炭黑、碳纤维、碳纳米管

陶瓷系（密度低、吸波性好、有效减弱红外辐射信号）：碳化硅、碳化硅复合材料

其他类：导电高分子、手性材料、等离子体材料

（4）典型代表：掺杂高损物吸收涂料、放射性同位素吸波材料、稀土元素吸波材料、纳米吸波材料（在电磁场的辐射下，原子、电子运动加剧）

阻抗匹配

碳纤维复合材料、碳-碳复合材料、含铁氧化的玻璃钢材料、充填石墨的复合材料、玻塑材料、碳化硅纤维复合材料、混杂纤维增强复合材料、导电复合材料„„

隐身材料结构的类型：

（1）按分布特征：均匀分布（均匀弥撒）、层状分布（相邻面或层的组成及分布具有跳跃性变化的结构）、球形分布（沿球状透波材料的表面分布、表面形成联系的导电层或导磁层）、开放式多孔泡沫分布

（2）几种典型的吸收剂：a 、石墨和炭黑 b. 磁性材料——铁氧体（合成方法：水热合成法、玻璃体晶化法、熔盐合成法、尖晶石型、磁铅石型、石榴石型（类型→晶格））

（3）介电类吸收剂缺陷：频率响应特点差、无法满足频带要求

（4）发展方向：微结构设计制备良好频率相应特性的介电材料、纳米碳管/球、导电高分子、纳米螺旋

铁磁类吸收剂：介电常数较高，无法满足重量轻的要求（化学反应等手段）

（1）发展方向：采用包膜、镀膜，降低介电常数； 采用纳米晶，各向异性结构，提高磁导率

（2）表面改性：a. 湿法改性→偶联剂、表面活性剂、有机聚合物（有机硅、不饱和有机酸、丙烯酸）、先驱体 b. 干法改性→二氧化硅包覆、离子渗氮，渗硼，渗硫

（3）发展趋势：新型隐身→轻、薄、宽、强；未来发展→多频谱隐身材料、智能隐身材料

红外隐身材料

大气窗口：相对透明的波长范围。

红外主要有：窗口Ⅰ（0.76-2.60um ） 窗口Ⅱ（3-5um ） 窗口Ⅲ（8-14um ）

极远红外波段内，大气基本上是不透明，故红外探测器的工作波段必须在上述窗口的波长范围内。

（1）红外探测器： 侦查：0.76-2.60um ，近红外探测器主要有红外探测镜、摄影仪→铬化铅探测器

制导：3-5um →锑化镉探测器

热成像系统：8-14um →碲镉汞探测器

（2）微光夜视仪：不主动发射红外线，设法把月光、星光和大气辉光等微弱的光增强到人眼可见的光线

原理：来自目标的微弱光线转化为电信号，然后将电信号放大转变成人眼看得见的光信号（光→电→光）

（3）热像仪：依靠接收目标红外线成像的仪器，技术较先进。其温差灵敏度一般是0.2℃，有的可达到0.05℃，不仅能测物体表面的温度，而且能显示物体温度的分布情况，形成“热像图”。

原理：将进入物镜的目标辐射的中红外线（3-5um 波段）和中远红外线（8-14um 波段）图像转换成电子图像，并红外处理放大，由相应的显示器还原成可见光图像，通过目镜或电视屏幕观察。

辐射体

（1）黑体：任何温度下，对任何波长的电磁波都能完全吸收的物体。黑体辐射能量按波长的分布仅与温度有关。

黑体不仅能全部吸收外力的电磁辐射，且散射电磁辐射的能力比同温度下的任何其他物体强。

斯蒂芬-玻尔兹曼量定律：M =σT T 为物体的绝对温度，玻尔兹曼常数σ=5.67X1-8

任何热辐射体：M =εσT 44ε为物体的发射率

λm T =b =2. 898⨯10-8 维恩位移定律：黑体辐射能量的峰值波长λm 与绝对温度T 的关系：

黑体的特点：比辐射率与波长和方向无关，其比辐射率和吸收率相等。εα=εβ=1

非工作状态的武器或地面目标只有阳光反射和本身的红外辐射，它们本身温度约300K ，红外辐射处于3-14um 波段，但辐射强度较弱。

工作状态的武器，红外隐身包括近、中、远红外波段。

（2）灰体：辐射特性与黑体的相近似，其比辐射率ε=常数＜1

（3）选择辐射体：辐射光谱不连续，在某些波段上，辐射能量比较强，而在另一些波段上辐射能量又比较弱。 比辐射率主要取决于物质材料、表面温度和表面粗糙程度、材料的吸收能力越强，表面越粗糙，比辐射率越大。

=ε（λ，T ）M （λ，T ） 多数金属、特别是金属氧化物均是辐射体。 实际物体辐射的能量：ω（λ，T ）

a. 发射率ε、光谱发射率ε（λ） b. 法向发射率——垂直于辐射面方向的发射率（与一般发射率差别很小）

影响材料发射率的因素：

a. 辐射波长 短波段→导带间的跃迁 长波段→晶格振动

b. 材料本身结构 金属导体→较小 电解质材料→较高

c. 温度（随温度升高，变化复杂） d. 材料表面状态

e. 材料的体因素（厚度、原料的粒径和含量等） f. 预处理工艺

目标的红外隐身→地面目标

（1）避免产生高热对比度。避免大面积均匀视在温差分布，利用热导和热发射率差异形成破损视的温度表面；

（2）发动机排气和冷却空气出口指向上方，排气中离子杂质含量极低，采用陶瓷绝热发动机；

（3）内部热耗散较低，朝向天空，水平面部分具有较高的发射率，以防向天空辐射。垂直面及与垂直面成小角度平面的发射率足够低，以使车辆热点视在温度降到最低；

（4）采用隔热法把目标的温度特征有效的隔绝在内部；

（5）采用不同发射率的隐身涂料构成红外线迷彩；

（6）使用特殊的红外涂料可以模拟环境的红外线特征。

基本技术途径：

（1）改变目标的红外线辐射特征；【a. 改变红外波段； b. 模拟背景特征； c. 红外变形技术】

（2）抑制目标的红外线辐射强度；【a. 降低发射率】【b. 降低热源温度（减低散热、热屏蔽、隔热层和空气对流、涂覆或覆盖绝热材料）】

（3）调节目标的红外线辐射传输过程【a. 身、尾翼或其他挡板遮挡尾喷管； b. 将喷口安放在适当位置； c. 将圆形尾喷管改为长宽比较大的矩形二元尾喷管； d. 干扰目标的红外辐射信号，发出或形成模拟目标或背景的红外信号，造成假象】

近红外隐身涂层性能：（1）与背景的反射率差小； （2）基本无镜面反射； （3）响应频率带宽（主要覆盖波段

为0.76-1.10um ）; （4）与可见光隐身兼容； （5）与中红外线能尽量兼容。

近红外线隐身迷彩涂层：

（1）单色迷彩（绿色迷彩居多→一般采用平均的反射率光谱曲线→军绿曲线）

原理：在可见光波段，涂层与背景色彩亮度一致； 在近红外波段，背景与涂层光谱反射率一致。

（2）变形迷彩

（3）变色迷彩（a. 变色颜料系涂料 b. 组合变色效应涂料）

A. 变形迷彩的原理→四色迷彩和三色迷彩

把涂层做成不同颜色和不同形状的斑点构成的图案。涂层的部分斑点的色调与亮度和背景中部分一直，另一部分则与背景形成明显的差别，加之斑点的不同规则，能使目标形象失真而无法识别。

颜色组合、图案设计、与背景一致。

B. 变色迷彩的原理：能随环境而自动变色以便在不同的背景上均能与背景的色调一致。

采用热改变色、光改变色、红外改变色、紫外改变色等

C. 近红外隐身涂料的组成：（1）颜料→决定近红外隐身涂料特征值的关键成分：一般为粉末

（2）高分子基料→决定涂料机械性能和施工性能的关键成分，对红外隐身性能影响很大

（3）其他附加成分

如聚丙烯酸树脂、聚氨酸树脂、环氧树脂、醇酸树脂

中远红外隐身材料

A. 工作原理： （1）降低目标和背景的辐出度差△M △M=Mt-Mb 【a. 降低目标表面温度（材料有隔热材料、相变材料等）； b. 降低目标表面的发射率】 （2）热迷彩：不同热辐射特性的材料制成不同形状的组合图案，使得热成像系绕上反映出来的目标图像失真或轮廓模糊（热红外隐身有效的途径） （3）热变频：使目标辐射频率发生变化，变为对红外大气窗口透过率很小，甚至不透明的频率（即3-5um 和8-14um 以外的波长） （4）热转换（将热能吸收转化为其他形式的能量）

B. 中远红外隐身材料的特征值： （1）热成像系统的识别距离r （同一性能的热成像系统的识别的最大距离）

（2）温差数值△T （热隐身材料后目标和背景的实际温差值△T ）

C. 目前实现中、远红外隐身的主要技术：（1）发动机技术； （2）红外抑制和遮挡技术 （3）红外气溶胶技术 （4）红外伪装网和遮障技术 （5）红外假目标技术 （6）红外干扰技术 （7）材料技术

激光隐身技术：（1）针对的激光技术：0.69um 0.93um 1.06um 1.54um或10.6um （2）对特定波长的激光具有高

的吸收率和低的反射率 （3）其他性能：热稳定性、化学稳定性、力学性能

A. 主要途径：外形技术、材料技术

外形技术→通过目标的非常规外形设计，降低其雷达散射截面LRCS

材料技术→采用能吸收激光的材料或表面上涂覆吸波涂层，使其对激光的吸收率大，反射率小，减小激光探测器的回波功率，实现隐身功能。

B. 材料分类：激光吸收材料、导光材料（将光传输到其他方向）、透射材料（无反射）

ρ（反射率）+α（吸收率）+τ（透射率）=1

C. 激光雷达截面 σ=4πρA /ΩA ρA 与测距R 有关，ΩA 描述目标对照射其上面的激光的散射能力的物理量

若目标的σ＜σm ，其处于隐身状态 通常，目标物体越接近球体，他的LRCS 和物体大小的关系越密切，而与方位线、方位角无关。 临界散射截面σm ：当激光雷达作用距离为最大时R max 对应的LRCS

D. 减小LRCS 的理论方法：（1）降低表面粗糙度，把目标外形设计成大块面结构以增大可能的激光入射角； （2）使表面随机起伏，具有一维取向性； （3）研究新技术，使目标散射回波不能被相干激光雷达无线光开关有效隔离。 E. 激光隐身涂层： （1）掺杂半导体涂层→在半导体内等离子波长w p 大于入射光波长（半导体低反射率）

（2）光谱转换材料； （3）有机金属络合物。

红外/激光兼容隐身材料：指对热红外波段和10.6um 激光能兼容的隐身材料，同时降低材料的发射率和反射率。 可见光隐身（对光学探测、跟踪、瞄准系统进行隐身）

减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

伪装措施：天然、植物、迷彩、假目标、人工遮障、烟幕、灯火、音响、电子等

其中迷彩包含保护色、变形、仿造色、光变色、多功能迷彩。

多指标综合评价： 亮度、颜色（色相、饱和度和亮度值）、纹理、形状、斑点尺寸